colori - Studio Reti

MPLS
Multi-protocol label switching
Mario Baldi
Politecnico di Torino
mario.baldi [at] polito.it
http://staff.polito.it/mario.baldi
MPLS - 1
© M. Baldi: see page 2
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MPLS - 2
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Dai documenti di MPLS Forum
MPLS is the enabling
technology for the New
Broadband (IP) Public
Network
MPLS - 3
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La cipolla che fa piangere gli
operatori di telecomunicazioni
IP over
ATM
Leased Line
Frame Relay
IP
ATM Circuit
Emulation
IP over
DWDM
WDM
M
AT
IP
IP over
Frame
Relay
IP
IP over
SONET/SDH
MPLS - 4
M
T
A
IP over ATM
Circuit
Emulation © M. Baldi: see page 2
Il futuro: WDM, IP, MPLS
IP router
with LAN or
WAN
interface
IP router with T3 interface
PABX with T1 interface
IP router with LAN (GE) or
WAN (PoS) Interface
IP
λ Switching
IP/MPLS
MPLS - 5
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L’idea
Label
Pacchetto IP
Inoltrare i pacchetti
in base ad un’etichetta (label)
Invece dell’indirizzo IP
di destinazione
MPLS - 6
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Perchè?
Ricerche in tabella di inoltro (lookup)
più veloci
Î L’etichetta può essere usata come
indice
Æ Invece che longest prefix matching
Traffic engineering
MPLS - 7
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MPLS introduce
il paradigma
connection oriented
nelle reti IP
MPLS - 8
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Architettura di rete
MPLS network
MPLS cloud
Label switch
router (LSR)
MPLS - 9
Label edge router
Ingress/egress LSR
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Label Switched Path (LSP)
Ingress LSR
Egress LSR
MPLS - 10
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Label switching
In
A 0
D 0
2
2
2
D
X 1
Out
2
1
0
0
0
0
1
1
4
4 3
3
2
2
In
1
1
Out
0
1
3
3
0
0
2
2
In
1
1
Out
0
1
In Out
0
1
2
2 1
2
2
1
1
MPLS - 11
3
0
3 0
1
0
0 D
D
D
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La storia di MPLS
ÎTag Switching
ÎIP su ATM
ÎNiente problemi con risoluzione di
indirizzi
ÎSegnalazione più semplice
ÎUn solo piano di controllo
ÎATM con IP
ÎRiuso dell’hardware di switching
ATM
MPLS - 12
© M. Baldi: see page 2
La storia di MPLS
ÎMPλS (Multi-Protocol Lambda
Switching)
ÎG-MPLS (Generalized MPLS)
ÎPacket switching
ÎCell switching
ÎCircuit switching (SONET/SDH)
ÎLambda switching
ÎAnything switching
Piano di controllo unificante
MPLS - 13
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Elementi chiave di MPLS
Î “Intestazione” MPLS
Æ Contiene l’etichetta
Î Protocolli di routing potenziati
Æ Vincoli per la scelta dei percorsi
Î Protocolli per la distribuzione
delle etichette Æ segnalazione
MPLS - 14
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Shim header
Livello 2
Intestazione
Intestazione MPLS
MPLS
Pacchetto IP
20 bit
3 bit 1
8 bit
Label
Exp S
TTL
Exp: Experimental bits (CoS)
S: Bottom of stack
TTL: Time to live
MPLS - 15
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ATM e frame relay
Protocolli di livello 2 connessi
Etichette MPLS nell’intestazione
di livello 2
Æ VCI/VPI (ATM)
Æ DLCI (Frame relay)
MPLS - 16
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Forwarding equivalence class
(FEC)
Pacchetti che
Seguono lo stesso percorso
nella rete MPLS
Vengono trattati nello stesso modo
da ogni LSR
Ricevono
la stessa etichetta
MPLS - 17
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Label binding
L’etichetta utilizzata dallo switch a
valle di un collegamento per i
pacchetti di un FEC è associata a
Etichetta di ingresso
Porta di uscita
Creazione di un LSP
MPLS - 18
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Label binding statico
Î Tramite management
Î Equivalente a PVC ATM
Î Non scalabile
Î No interoperabilità tra
sistemi di gestione
Î Impossibile avere LSP
tra gestori differenti
MPLS - 19
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Label binding dinamico
Î Protocol (IP) driven
Æ La creazione di LSP è legata
alla scoperta di route verso
le destinazioni
Î Creazione esplicita di LSP
Æ Segnalazione esplicita
Æ Iniziato dai label edge router
MPLS - 20
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Protocolli per la distribuzione
delle etichette
Tre alternative (incompatibili)
Î Protocollo di routing: BGP
Æ Solo protocol driven
Î Label distribution protocol (LDP)
Æ Progettato per lo scopo
Î Resource reservation protocol
(RSVP)
ÆAllocazione in reti a servizi integrati
MPLS - 21
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Protocolli di routing
Usati per determinare
l’instradamento degli LSP
Guidano le procedure
di label binding
In modo indiretto determinano
l’instradamento dei pacchetti
MPLS - 22
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Protocolli di routing
I protocolli esistenti
OSPF
IS-IS
BGP-4
portano informazioni topologiche
Nel contesto di MPLS
sono potenziati per ...
MPLS - 23
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Protocolli di routing
... portare informazioni su vincoli
per il routing (constraint data)
Capacità dei collegamenti
Utilizzo dei collegamenti
Dipendenze tra i collegamenti
Usato per il recupero guasti
MPLS - 24
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Protocolli di routing estesi
Constraint based routing
è fondamentale per il supporto di
traffic engineering
OSPF–TE
IS-IS–TE
MPLS - 25
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Hop-by-hop routing
Ogni switch decide il prossimo passo
del percorso dell’LSP
Î Gli switch si accordano su
corrispondenze tra
Æ Etichette di ingresso e uscita
Æ Etichette e FEC
Î Simile al routing per pacchetti IP
MPLS - 26
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Explicit constraint based
routing
Î Un singolo switch può scegliere
il percorso di un LSP
Æ Per esempio ingress LSR
Æ Explicit routing
Î La scelta è basata sui vincoli
Æ Constraint based routing
MPLS - 27
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Distribuzione delle etichette
Deve essere modificata
Î CR-LDP
Æ Constraint-based routing LDP
Î RSVP-TE
Æ RSVP for Traffic Engineering
Abbinati a OSPF-TE e IS-IS-TE
MPLS - 28
© M. Baldi: see page 2
Nuove possibilità
Î Traffic engineering
Î Qualità del servizio
Æ Non realizzata attualmente
Î Classi di servizio differenziate
Î Recupero guasti veloce
Æ In meno di 50 ms
MPLS - 29
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Piano di controllo e piano dati
Piano di controllo
OSPF
IP
RIP
IS-IS
Aggiornamento
continuo
BGP
Routing
data base
Piano
dati
MPLS - 30
IGRP
Routing
table
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Piano di controllo e piano dati
Piano di controllo
OSPF
Segnalazione
(instaurazione LSP)
RIP
LDP
RSVP
IS-IS
Instaurazione
di LSP
IGRP
BGP
Routing
data base
Piano
dati
MPLS - 31
MPLS
Forwarding
table
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Routing IP tradizionale
Aggregazione!
Traffico per D su
percorso ottimale
D
MPLS - 32
© M. Baldi: see page 2
Routing IP tradizionale
Congestione!
Traffico per D su
percorso ottimale
4 link sovraccarichi
D
MPLS - 33
© M. Baldi: see page 2
Routing IP tradizionale
Sottoutilizzo!
Traffico per D su
percorso ottimale
4 link sovraccarichi
9 link sottoutilizzati
D
MPLS - 34
© M. Baldi: see page 2
Traffic Engineering
Permette di distribuire il traffico
D
MPLS - 35
© M. Baldi: see page 2
Traffic Engineering
No
congestione
Utilizzo
uniforme
D
MPLS - 36
© M. Baldi: see page 2
Non si può fare con il routing IP
Traffico per D su
tradizionale?
percorso ottimale
4 link sovraccarichi
9 link sottoutilizzati
D
MPLS - 37
© M. Baldi: see page 2
Basta scegliere i percorsi in
Traffico per D su
base al carico
percorso ottimale
link sovraccarichi
link sottoutilizzati
D
MPLS - 38
© M. Baldi: see page 2
Così però i link scarichi
Traffico per D su
si caricano e
percorso ottimale
viceversa ...
link sovraccarichi
link sottoutilizzati
D
MPLS - 39
© M. Baldi: see page 2
... e le tabelle di routing
Traffico per D su
cambiano ...
percorso ottimale
link sovraccarichi
link sottoutilizzati
D
MPLS - 40
© M. Baldi: see page 2
...così come il carico dei link...
Traffico per D su
percorso ottimale
link sovraccarichi
link sottoutilizzati
D
MPLS - 41
© M. Baldi: see page 2
... e i percorsi cambiano
Traffico per D su
di nuovo!!!
Instabilità!
percorso ottimale
link sovraccarichi
link sottoutilizzati
D
MPLS - 42
© M. Baldi: see page 2
Traffic Engineering senza MPLS
ÎATM è stata fino ad ora usata per
traffic engineering su reti IP
ÎDue piani di controllo
ÎI router sono ATM unaware
ÎGran numero di adiacenze
ÎLimitata scalabilità
MPLS - 43
© M. Baldi: see page 2
Traffic Engineering con MPLS
MPLS
MPLS èè IP
IP aware
aware
Un solo piano di controllo che opera
sulla topologia fisica
ÎPiù semplice
ÎMaggiore scalabilità
MPLS - 44
© M. Baldi: see page 2
Estensioni di MPLS
ÎMPλS (MPLambdaS)
ÎPiano di controllo MPLS nelle reti
ottiche
ÎFunzionalità del traffic
engineering
ÎGMPLS (Generalized MPLS)
ÎPiano di controllo MPLS in
qualsiasi rete
ÎPacchetto, circuito, ottica, ecc.
MPLS - 45
© M. Baldi: see page 2
Aggiunta di CoS e QoS
Si possono associare risorse e
modalità di servizio ad una
FEC all’atto dell’instaurazione
degli LSP
Occorre
Occorre supporto
supporto esplicito
esplicito
nel
nel piano
piano dati
dati ee di
di controllo
controllo
degli
degli LSR
LSR
MPLS - 46
© M. Baldi: see page 2
Class of service (CoS)
ÎPriorità relativa tra diverse FEC
ÎNon offre garanzie assolute
ÎSupporto del modello DiffServ
ÎPer hop behavior
ÎEF (expedite forwarding), AF
(assured forwarding)
ÎTraffic engineering per classe
ÎDS-aware traffic engineering
MPLS - 47
© M. Baldi: see page 2
Quality of service (QoS)
Garanzie specifiche su
ÎBanda
ÎRitardo
ÎDimensione dei burst
MPLS - 48
© M. Baldi: see page 2
Vantaggi della QoS in MPLS
Rete unificata per il supporto
di tutti i tipi di servizio
(slogan)
ÎIl supporto di QoS e servizi real-time
su IP (ad esempio voce) non è maturo
ÎMolte reti multiservizio hanno per ora
un paradigma “Ships-in-the-night”
ÎServizi tipici di ATM con i protocolli
di ATM
ÎPiano di controllo MPLS per servizi
IP
MPLS - 49
© M. Baldi: see page 2
Label Stack
gerarchia e scalabilità
Intestazione Layer 2
Label 3
Label 2
Label 1
Pacchetto IP
MPLS Domain 1
• Riduzione
tabella di
routing
• Riduzione
tabella di
forwarding
MPLS - 50
MPLS Domain 2
MPLS Domain 3
© M. Baldi: see page 2
MPLS e scalabilità
ÎLe etichette MPLS introducono
gerarchia
ÎQuanti livelli gerarchici servono per
avere la scalabilità necessaria
ÎLe tabelle di routing dei router di
transito non devono essere complete
ÎLSP tra i router di bordo
ÎRicerca esatta di etichette molto più
semplice e veloce del longest prefix
matching
MPLS - 51
© M. Baldi: see page 2
VPN: Virtual Private Network
Servizi analoghi a quelli di una rete
privata realizzati su un’infrastruttura
(IP) pubblica
ÎPiani di indirizzamento (privato)
sovrapposti
ÎIndirizzi non univoci
ÎClass of Service (CoS) e Quality of
Service (QoS)
MPLS - 52
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VPN basate su MPLS
ÎLe etichette “nascondono” gli indirizzi
IP degli utenti alla rete pubblica
ÎMPLS permette di realizzare una
soluzione scalabile per servizi VPN
ÎNumero di VPNs
ÎNumero di membri per VPN
ÎAltri approcci richiedono
l’impostazione esplicita (manuale)
di tunnels tra ogni coppia di siti
ÎFlessibilità di servizio (grazie al FEC)
MPLS - 53
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Standardizzazione
Î IETF –
Internet Engineering Task Force
Æ MPLS working group
Î MPLS Forum
Æ Consorzio produttori
Æ Velocizzare la diffusione
Æ Aspetti tralasciati da IETF
Æ VoMPLS, ADSL
MPLS - 54
© M. Baldi: see page 2
Riferimenti bibliografici
ÎT. Tofoni, “MPLS – Fondamenti e
applicazioni alle reti IP”, Hoepli, 2003
ÎIETF MPLS Working Group,
http://www.ietf.org/html.charters/m
pls-charter.html
ÎE. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon,
“Multiprotocol Label Switching
Architecture,” RFC 3031, Standards
Track, Jan. 2001
ÎE. Rosen, D. Tappan, G. Fedorkow, Y.
Rekhter, D. Farinacci, T. Li, A. Conta,
“MPLS Label Stack Encoding,” RFC
3032, Standards Track, Jan. 2001
MPLS - 55
© M. Baldi: see page 2
Riferimenti bibliografici
ÎF. Le Faucheur, et al., “Multi-Protocol
Label Switching (MPLS) Support of
Differentiated Services,” RFC 3170,
Standards Track, May 2002
ÎDavie, B., Lawrence, J., McCloghrie,
K., Rekhter, Y., Rosen, E., Swallow, G.
and P. Doolan, "MPLS using LDP and
ATM VC Switching", RFC 3035,
January 2001.
ÎAndersson, L., Doolan, P., Feldman,
N., Fredette, A. and B. Thomas, "LDP
Specification", RFC 3036, January
2001.
MPLS - 56
© M. Baldi: see page 2