15. –Multi-Protocol Label Switchingw3.tmit.bme.hu/courses/vitt9181-03/materials-ly/... · 1 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.)|

1 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) | 2005. november 8. kedd

SZOLGÁLTATÁS-MINŐSÉG BIZTOSÍTÓ INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK LABORATÓRIUMATÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK, BME

TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉKBUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

12005. november 8. kedd


15. – Multi-Protocol Label Switching

Lukovszki Csaba, [email protected]

Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181)

mailto:[email protected]





A hagyományos IP

» Best effort jellegű működés» Hierarchikus útválasztás» Problémák:

» Legrövidebb útválasztás esetén a sűrűn összekapcsolt topológiáknál egyenetlen terheléselosztás

» A forgalommenedzsment hiánya:» Minden forgalmat a best effort szerint kezelnek» Nem alkalmas minőségi garanciák biztosítására

» IP cím alapú, hop-by-hop útválasztás, ami lassú, számításigényes és redundáns

Hogy lehet ebből mégis valami QoS-t „kifacsarni”?Rájöttek, hogy a feladat: gyorsan előredefiniált utak kihúzásaNem elég jó a hop-by-hop megoldás (legalábbis erre nem)





A hálózatok jövője

Edge

Forwarding Power

Traffic classification

LDAP

NHRPAAA

RadiusCBR

QoSR

RSVP

TrafficEngineering

RH

RH

Servers

Felhasználók (magán userekek, vállalalati felhasználók) – kezdetben egy, egységes routinghoz tartoztak.Ebből létrejött egy gerinc hálózatMajd kialakult egy határfelület

nem nagy a sávszélesség -> ez drágade sok a felhasználó, nagyok az igények

Itt kell terhelés megosztástraffic enginering





Mi az MPLS?

» MultiProtocol Label Switching = többprotokollos címkekapcsolás» A kapcsolatok létrehozására útválasztási protokollok használata» Új protokoll a címkék elosztására» Az útválasztási és csomagtovábbítási funkciókat egymástól

teljesen elválasztó eljárásmód





Definíció

» CímkeRövid, adott hosszúságú és formátumú numerikus azonosító, amely az IP csomaghoz van rendelve, és amelyet a csomag továbbításához használ fel a hálózati csomópont.

» ÚtválasztásInformáció kezelése és nyilvántartása, hogy az IP csomagokat el tudjuk juttatni a forrástól a célig.

» (Csomag)továbbításA bemeneti portra érkező csomag kimeneti portra való továbbítása az útválasztási információk alapján

Az MPLS a címke alapján választ útvonalat, utána pedig az útválasztás adatai alapján továbbít csomagokat.





MPLS minta

» Címke (label)Csomagok link-lokális azonosítása

» Címke csere (label swapping)Amint a csomag a kimenetre kerül, a továbbítás során más linkre kerül, más címkével azonosítjuk

» Kimeneti port választásaÚtválasztási információk alapján

Minden egyes linken egy azonosítónak unikálisnak kell lennie, azaz legfeljebb egy típusú forgalomhoz tartozhat. A címkecserére minden útválasztóban sor kerül.





MPLS terminológia

» FEC: Forwarding Equivalence Class» LSR: Label Switching Router» LER: Label Edge Router» LSP: Label Switched Path» LDP: Label Distribution Protocol

Az MPLS egy koncepció.Az egyes fogalmakat elég absztraktan definiálja

FEC ~ közösen kezelt IP csomagokLSR: kapcsolás útvonal választás alapjánLER: itt történik a címkekiosztásLSP: az útvonal, amit bejár a csomagLDP: ezen protokoll segítségével osztják ki a címkéket





MPLS architektúra

» MPLS hálózat

Label Switching Router (LSR)Címke csere

LabelEdge

Router

IP IP #L1 IP #L2 IP #L3 IP

Label Switching Router (LSR)Címke csere

Label Edge Router (LER)

Címke hozzárendelés

Label Edge Router (LER)

Címketörlés





Multipont-pont fa (FEC)

#216

#612

#5#311

#14

#99

#963

#462

#963

#14

#99

#311

#311

#311

FEC: ~ IP cím tartománycsomagok egy csoportja, mely egyformán kezelendő





Ekvivalens továbbítási osztály (FEC)

FEC = “A csomagok egy halmaza, melyeket a LSR-ek ugyanúgy kezelnek ”A FEC koncepció nagy skálázhatóságot és rugalmasságot nyújt az MPLS alkalmazásáhozHagyományos útválasztásnál minden útválasztóban FEC rendelődik acsomaghoz, MPLS-ben ez egyszer történik meg a hálózat határán

Különféle prefixszel rendelkező csomagok továbbítódhatnak ugyanazon az útvonalon (LSP, tehát ugyanazon címke halmazon)

IP1

IP2

IP1

IP2

LSRLSRLER LER

LSP

IP1 #L1

IP2 #L1

IP1 #L2

IP2 #L2

IP1 #L3

IP2 #L3

Teljesen új síkon azonosítjuk a csomagjainkat – így függetlenedünk az IP routingtól.





Címke kapcsolt útvonal (LSP)

#216

#612

#5#311

#14

#99

#963

#462

- Az LSP a fa egy egyirányú útja- LDP fát épít fel az IP továbbítási táblák alapján

#963

#14

#99

#311

#311

#311

LSP: a fán létező egy db egyirányú útvonalaz első címke hozzárendeléskor egyértelműen meghatározzukaz LSP-k összege fát alkot





Címke szétosztás

» Kérelem alapján » Explicit címkehozzárendeléssel

IP address prefixMapping: label

IP address prefixMapping: label

Request: IP address prefix

LSR1 LSR2

Downstream Label Distribution

Label-FEC Binding• LSR2 és LSR1 “LDP szomszédosság”-ot

alakítanak ki (LSR2 az LSR lefelé irányába esik)

• LSR2 felderíti a következő csomópontot az adottFEC-hez

• LSR2 címkét hoz létre az adott FEC-hez és elküldi az összerendelést LSR1-nek

• LSR1 bejegyzi a címkét a továbbítási táblájába

• Ha az LSR2 ugyancsak következő csomópont az adott FEC-hez, akkor ezt a kötést elfogadja

LSR1 LSR2

Downstream-on-Demand Label Distribution

Label-FEC Binding

• LSR1 LSR2-t az adott FEC következő csomópontjának tekinti

• LSR1 kötési kérést küld az LSR2-nek

• Az LSR2 észreveszi a kérést, címkét hoz létre és visszaküldi az LSR1-nek

• Mindketten ugyanazon adatokat tárolják

Request for Binding

DLD: az kezdeményezi a címke hozzárendelést, aki a hálózathoz csatlakozikDDLD: csak kérésre történik meg az összeköttetés

itt nincs fa kialakítás





MPLS címke kiosztás

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

47.1

47.247.3

1

2

31

2

1

23

3

Mapping: 0.40

Request: 47.1

Mapping: 0.50

Request: 47.1

A requestek egy alsóbb szint útvonal-választási protokollja (jelen esetben az IP útvonal-választási protokollja) alapján történik.Az MPLS nem határoz meg, csak regisztrál útvonalakat.





Címke kapcsolt útvonal (LSP)

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

47.1

47.247.3

1

2

31

2

1

23

3IntfIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 47.1 1 0.50

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1

Egy tartományon belül címkék alapján továbbítjuk a csomagokatTeljesen transzparens





MPLS architektúra

» Hálózati blokkdiagram

Bármilyen adatkapcsolati protokollal tud kommunikálni.LER: első MPLS címke hozzárendelése

a kiküldött adat már tartalmazza a címkét(megj.: ez a hálózati elem fogja később azonosítani az egyes bejövő csomagokat, és a megfelelő FEC-be

sorolni őket.)LSR: IP Control-szinten osztják meg az információkat

(Standard IP routing Protocol)(megj.: a későbbiekben kizárólag a címke alapján döntenek a routingról.)





MPLS architektúra

» Címke:» ISO-OSI 2. rétegbeli fejrész valamely mezőjében (ATM->VPI, VCI)» Alátét fejrészként (shim header), beékelve az IP és Ethernet közé

» Formátuma:» Az MPLS specifikáció erről nem rendelkezik» Az alátét fejrész felépítése:

32 bitsor

4 bytes

? The Label field (20-bits) carries the actual value of the MPLS label.

? The CoS field (3-bits) can affect the queuing and discard algorithms applied to the packet as it is transmitted through the network.

? The Stack (S) field (1-bit) supports a hierarchical label stack.

? The TTL (time-to-live) field (8-bits) provides conventional IP TTL functionality

Label CoS S TTL

20 bits 3 bits 1 bit 8 bits

Layer 2header IP packet

MPLS Shim Headers

. . .

(OSI 2. réteg = adatkapcsolati réteg)

ATM: első QoS megvalósításvirtual connection: e2e (end-to-end), felhasználó alkalmazásonként (IntServ)virtual path: egy tartományon belül, közösen kezelendő folyam (DiffServ)a csomagok tartalmaznak (VCI – Virtual Connection Identifier, VPI – Virtual Path Identifier) ezekre vonatkozó

azonosítókataz MPLS-nél ezeket a mezőket használjuk fel

Az MPLS címkéket lehet stackelni, azaz egymásba ágyazhatóakerre szolgál az S bit, azon keretben van beállítva, mely a stack alja, vagyis amely lebontása után már a

következő protokoll kerete következik

CoS: milyen DiffServ osztályba tartozzonTTL: mint az IP-nélS-bit: a stack alját jelenti





Címkeverem

» LIFO szervezés» Címkéket tárol» Műveletek:

» Címkecsere» Pop» Push

» Használata:» Címkekapcsolt utak és alagutak

létrehozása

MPLS Packet

Label Stack

Level m.

Level 2.Level 1.

...

LIFO: Last In First OutHierarchikusan egymásba ágyazhatóak





Csomagtovábbítás

Operation to perform in label stack

New label

pop swap; 44

push; 34 (19)

swap; 27

13 456

1

Labeled Packet

…

NHLFE no.

IV I

CCI

…

33

13 25

Incoming label

New header

New header New header ATM VCI

C

B B A

NHLFE no.

Next hop Layer assign

Label place in header

LFIB

I II III

…

1. 2. 5.

12. MCMII

ILM

Packet without label

152.66.130.2 …

152.66

IP address FEC

Y

FEC

…

NHLFE no.

III Y FTN

IP packet

FEC assignment

6543

A fenti ábra egy LER, valamint egy LSR címkekezelését mutatja be (mint látható J).





Vezérlési komponens

» Topológia vezérelt (topology driven) címkeszétosztás:» A teljes hálózat topológiáját ismerve az összes lehetséges végpont

között előre létrejönnek a címkekapcsolt útvonalak» Forgalomvezérelt (traffic driven) címkeszétosztás:

» Ha az MPLS tartomány határához érkező forgalom igényli, akkor jön csak létre az LSP.

Forgalom vezérelt = on-Demand





Címkeszétosztás (Label Distribution)

» Explicit útválasztás (Explicit Routed, ER-LSP)» ER-LSP a forrás által előre meghatározott útvonalat használja.

Másképpen, az LSP-t felépítő vezérlési üzenetek forrás útválasztást használnak.

» Hop-by-hop útválasztás» A címkekiosztás útválasztása csomópontonként történik

» BGP segítségével» RSVP segítségével

» Explicit útvonal megadásával» LDP segítségével

» Címkék szétosztása» CR-LDP segítségével

A forrás útválasztás gyakran IP routing.Az RSPV is az MPLS-sel van definiálva, explicit útválasztással használják együtt.CR-LDP: Constraint-base Routing

LDP folyamatosan működhet <-> RSVP: mindig ugyanaz az útvonal.Az RSVP-nél segíthetünk explicit útvonalat kijelölni.





Explicit útválasztás» Az LSP azt az útvonalat követi, amit a forráscsomópont határoz meg» Az LSP létrehozását szolgáló vezérlőüzenetek a forráscsomópont által

irányítottak» Előnyök:

» Az operátor nagyfokú útvonalirányítási flexibilitással rendelkezik» A legrövidebb útvonaltól eltérő utak is használhatók» Bizonyos megszorításoknak eleget tevő útvonalak határozhatók meg

(traffic engineering)» Jelzési protokollok:

» RSVP





Hop-by-hop vs. explicit útválasztás» Hop-by-hop:

» Vezérlőforgalom csomópontonként irányítható

» Lépésről lépésre történik az útvonal kijelölése, minden egyes csomagra külön-külön

» Hiba esetén a konvergenciaidőfügg a routing protokolltól

» Traffic engineering-re, QoS alapú útválasztásra nem alkalmas

» Explicit:» A vezérlőforgalom a forrás által

irányított» A forrás és a célállomás között

útvonal épül ki» Manuális vagy automatikus

mechanizmusokat igényel» Az LSP-k előre létrehozhatóak,

sorrendbe állíthatóak, hiba esetén gyors a konvergencia

» Alkalmas jogosultság és QoS alapú útválasztásra, valamint Traffic engineerig-re





Mire használjuk az MPLS-t

» IP TE» Kényszer alapú útválasztás (Constraint-based Routing)

» Virtuális magánhálózatok kialakítása» Alagútazás (címkeverem)

» Hang/Videó átvitele IP-n» Kontrollálható késleltetés és ingadozás

TE = Traffic EngineringKontrollálható a késleltetés valamint a késleltetés ingadozás: fixen kihúzott LSP-n. Ez is volt az egyik elsődleges célja.

Documents

15. –Multi-Protocol Label Switchingw3.tmit.bme.hu/courses/vitt9181-03/materials-ly/... · 1 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.)|