Managementul Resurselor in Retele MPLS

Embed Size (px)

Citation preview

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURETIFACULTATEA DE ELECTRONIC, TELECOMUNICAII I TEHNOLOGIA INFORMAIEI CATEDRA DE TELECOMUNICAII APROBAT Responsabil Program RITc: Prof. dr. ing. VICTOR CROITORU

TEMA LUCRRII DE DIZERTAIE A MASTERANDULUI Titlul temei: Managementul resurselor in reele MPLS 1. Date iniiale pentru proiectare: Sinteza tehnologiilor IP si MPLS Ingineria traficului n reele MPLS Soluii pentru optimizarea alocrii resurselor n reele MPLS 2. Coninutul memoriului:

Evolutia retelelor de mare capacitate Tehnologia IP Tehnologia MPLS Protocoale de distribuie a etichetelor Ingineria traficului n reele MPLS Soluii pentru gestionarea resurselor n reele MPLS Simulare folosind un simulator de reea(OPNET, OMNET)

3. Material grafic obligatoriu: Scheme bloc Diagrame logice Grafice rezultate n urma simulrii 4. Realizare practic: Implementarea unei soluii de administrare a resurselor folosind un program de tip simulator de reea. 5. Locul de desfurare al activitii de proiectare i execuie; UPB, Facultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia Informaiei, Catedra de Telecomunicaii, Laborator A326, Complex Leu. 6. Lucrarea servete pentru: Scop didactic 7. Mijloacele materiale sunt puse la dispoziie de: Facultatea de Electronic, Telecomunicaii i Tehnologia Informaiei, UPB. 8. Realizarea practic rmne n proprietatea: UPB 9. Data elaborrii temei: 12.02.2010

Conductorul lucrrii de dizertaie,

Am primit tema

2

Cuprins Lista de acronime ..........................................................................................................................5 Cap.1. Tehnologii folosite n reelele de mare capacitate actuale....................................................6 1.1. Evolutia acestor retele de mare capacitate.............................................................................6 1.2. Tehnologiile folosite n reelele actuale.................................................................................7 1.2.1 Tehnologia IP...................................................................................................................71.2.1.1. Rutarea n reelele IP...........................................................................8 1.2.1.2 Protocoale de rutare IP.........................................................................9 1.2.1.2.a.Protocolul RIP (Routing Information Protocol)...............................10 1.2.1.2.b. OSPF (Open Shortest Path First)..................................................10 1.2.1.2.c. EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)..................12 1.2.1.2.d.Protocolul BGP (Border Gateway Protocol)....................................12 1.2.1.3. Limitrile tehnologiei IP......................................................................12

Cap.2. Tehnologia MPLS..............................................................................................................14 2.1 Ce este MPLS ?....................................................................................................................14 2.2. Cum funcioneaz MPLS....................................................................................................18 2.2.1 Etichetele MPLS............................................................................................................212.2.1.1 Frame mode........................................................................................21 2.2.1.2 Cell mode(modul celula).....................................................................24

2.3 Arhitectura MPLS................................................................................................................25 2.3.1 Planul de control............................................................................................................25 2.3.2 Planul de date.................................................................................................................26 2.4 Elementele MPLS.................................................................................................................27 2.4.1 Comutator de Etichete (Label Switch Router) - LSR ...................................................28 2.4.2 Cale cu comutaie de etichete (Label Switched Path)- LSP...........................................29 2.4.3 Protocoale de distributie a etichetelor............................................................................302.4.3.1 2.4.3.2 2.4.3.3 2.4.3.4 LDP(Label Distribution Protocol).........................................................30 CR-LDP(Constraint Route Label Distribution Protocol)........................33 RSVP-TE(Resource Reservation Protocol)............................................33 BGP( Border Gateway Protocol ).........................................................33

2.5 Avantaje si dezavantaje ale tehnologiei MPLS....................................................................33 Cap.3. Ingineria Traficului n reele MPLS...................................................................................36 3.1 Necesitatea Ingineriei de Trafic n MPLS...........................................................................36 3.2 Modul de lucru al ingineriei traficului n MPLS..................................................................38 3.3 Extensii OSPF pentru Ingineria Traficului .........................................................................................................................................40 3.3.1 Operarea i Dirijarea pe Baz de Constrangeri n MPLS TE (Constraint-Based Routing CBR) .................................................................................................................................................41 3.4 Calcularea si stabilirea caii...................................................................................................42 3.4.1 Cum functioneaza SPF...................................................................................................42 3.4.2 Cum functioneaza CSPF................................................................................................45 3.5 Protocolul de rezervare a resurselor -Resource Reservation Protocol (RSVP)....................50 3.5.1 Bazele RSVP(RSVP Basics)..........................................................................................50 3.5.2 Semnalizarea RSVP-TE.................................................................................................51 3.5.3 Operaiunile RSVP n MPLS TE ..................................................................................52 3.5.4 Setarea caii si mentinerea ei...........................................................................................543.5.4.1 Setarea caii.........................................................................................54 3.5.4.2 Mentinerea caii...................................................................................55

3

3.5.5 Pachetele RSVP.............................................................................................................56 3.5.6 Operatiile RSVP.............................................................................................................583.5.6.1 Ce este Make-Before-Break?...............................................................58 3.5.6.2 Cum lucreaza mecanismul de actualizare(refresh)?...........................59

3.6 Administrarea TE in MPLS..................................................................................................62 3.6.1 Protectie si restaurare.....................................................................................................62 Cap.4. Calitatea serviciilor in retele MPLS...................................................................................70 4.1 Introducere............................................................................................................................70 4.2 Modelele utilizate pentru implementarea QoS.....................................................................71 4.2.1 Modelul Serviciilor Integrate.........................................................................................71 4.2.2 Modelul Serviciilor Diferentiate....................................................................................72 4.3 Implementarea QoS prin MPLS...........................................................................................76 5. Modelarea unei retele MPLS-DIFFSERV.................................................................................78 5.1 Obiective..............................................................................................................................78 5.2 OPNET.................................................................................................................................78 5.3 Construirea reelei.................................................................................................................79 5.4 Configurarea reelei..............................................................................................................81 5.4.1 Application Configuration.............................................................................................81 5.4.2 Profile configuration......................................................................................................81 5.4.3 MPLS Configuration.....................................................................................................82 5.4.4 Configurarea clienilor..................................................................................................83 5.4.5 Configurarea nodurilor de grani i intermediare........................................................84 5.5 Statistici i rezultate..............................................................................................................86 5.5.1 Cantitatea de trafic transmis.........................................................................................86 5.5.2 Timpul de upload...........................................................................................................86 5.5.3 ntrzierea produs de cozi.............................................................................................87 .................................................................................................................................................88 5.5.4 Utilizarea bufferelor cozilor...........................................................................................88 ....................................................................................................................................................89 5.6 Concluzii ..............................................................................................................................89 Bibliografie....................................................................................................................................90

4

Lista de acronime AF - Assured Forwarding AS - Autonomous System ATM - Asyncronous Transfer Mode BA -Behavior Aggregate BGP - Border Gateway Protocol CR-LDP -Constraint-based Routing Label Distribution Protocol DSCP -Differentiated Services Code Point EF - Expedited Forwarding E-LSP EXP -inferred-PSC LSP EXP -Experimental bits EIGRP - Enhanced Interior Gateway Routing Protocol IETF -Internet Engineering Task Force ILM -Incoming Label Map FEC - Forwarding Equivalence Class FR - Frame Relay IP - Internet Protocol IS-IS - Intermediate System -to-Intermediate System IGRP - Interior Gateway Routing Protocol LAN - Local Area Network LSR - Label Sitched Router L-LSP Label-only-inferred-PSC LSP LDP - Label Distribution Protocol LSP - Label Switched Path MAC - Media Access Control MPLS - Multi-Protocol Label Switching NHLFE -Next Hop Label Forwarding Entry OSPF - Open Shortest Path First OSI - Open System Interconection QoS - Quality of Service RFC - Request for comments PPP - Point to Point Protocol PE - Provider Edge PHB -Per-Hop Behavior PHP -Penultimate Hop Popping RIP - Routing Information Protocol QoS -Quality of Service RSVP -Reservation Protocol SDH - Synchronous Digital Hierarchy TE -Traffic Engineering TLV -Type-Length-Value TTL - Time to Live VCI - Virtual Channel Identifier VPI - Virtual Path Identifier VPN - Virtual Private Network WFQ - Weighted fair queuing

5

Cap.1. Tehnologii folosite n reelele de mare capacitate actuale

1.1. Evolutia acestor retele de mare capacitate Noile reele de date trebuie s asigure, pe lng viteza de transmisie ridicat, banda larg, managementul resurselor, scalabilitate i integrarea diverselor tehnologii de access (LAN, HDSL, ADSL, TDM etc.). De aceea au aprut noi cerine de performan i de funcionalitate pentru reelele de date actuale. Datorit faptului c resursele reelelor de date sunt limitate, acestea trebuie gestionate cu grij pentru a obine performane i randamente ridicate. Arhitecturile actuale in seama de necesitile de integrare a diferitelor tehnologii de access i de interoperabilitatea cu alte reele de date. Arhitectura unei reea de date de mare vitez este structurat pe mai multe niveluri.Modelul actual al reelelor este reprezentat n figura de mai jos :N e lOt iv lu pic

C R -u OE l Rt le ee i

IN E N T TRE

N e lCr iv lu oe

N e l d D t ib t iv lu e isr uie

N e l d Ac s iv lu e c e` `

`

`

Figura 1.1. Arhitectura unei reele complexe de comunicaii actuale. Dup cum se observ, arhitectura reelei este mprit pe patru nivele: Optic - este partea de reea ce se situeaz la nivelul fizic al nivelului OSI. Acest nivel este implementat prin diferite tehnologii de transmisie pe fibra optic, cum ar fi: SONET, SDH, WDM, DWDM etc. Core (Nucleu) - se mai numete i backbone i este partea de reea care se ocup n principal cu transmisia de date de mare vitez, fr a ndeplini alte funcii de reea (access, agregare etc.). Distribuie - este partea de reea n care se face agregarea (concentrarea) de trafic. Acces - acest nivel cuprinde echipamentele de reea care se ocup cu partea de acces a diferitelor tehnologii de access (HDSL, ADSL, TDM, ATM, IP, etc.). Aceast mprire pe nivele face mai uoar gestionarea i proiectarea arhitecturilor reelelor de date, precum i migrarea ctre noi tehnologii prin etape de integrare pe nivele funcionale. Principalele caracteristici arhitecturale i de funcionalitate ale unei reele moderne sunt: 6

Structurare pe nivele arhitecturale. Funcionaliti mprite pe nivele structurale ( ex. n punctul de access se face autorizarea, stabilire QoS, n distribution se face agregare, n core se face transport etc.). Management centralizat. Ingineria traficului (stabilirea cilor de rutare) care se face prin managementul centralizat. Integrarea a ct mai multe tehnologii de access. Conexiune cu reeaua PSTN (Public Switched Telephone Network). Migrarea ctre o reea de date universale (Date, voce, video, video-on-demand etc.). Migrarea traficului de voce ctre reelele NGN (Next Generation Networks) , centralele digitale actuale sunt nlocuite cu echipamente de date hardware i software perfect integrate n reea. Scalabilitate, performan, disponibilitate total (99%).

1.2. Tehnologiile folosite n reelele actuale n reelele de date actuale sunt folosite ca principale tehnologia IP, tehnologia ATM i, mai nou, tehnologia MPLS: 1.2.1 Tehnologia IP Tehnologia IP este tehnologia cea mai rspndit la ora actual n reelele LAN. Ea este o tehnologie de Layer 3 bazat pe protocolul IP (Internet Protocol) care face adresare i controlul informaiei ce permite pachetelor de date s fie rutate. Protocolul IP este un protocol bazat pe transmisia de pachete ntre diferite calculatoare din reea. Protocolul suport adresare, fragmentarea, reasamblarea i multiplexarea de protocol. Este protocolul pe baza cruia s-au construit celelalte protocoale IP, aa- numita suit de protocoale TCP/IP. (TCP, UDP, ICMP, ARP, RARP, etc.). n desenul urmtor este reprezentat corespondena diferitelor protocoale i nivelul OSI: tehnologii de transport:

Figura 1.2.1. Corespondena nivel OSI protocoale de reea 7

1.2.1.1. Rutarea n reelele IP . Rutarea poate fi static sau dinamic. Ea implic determinarea cii de rutare, care se poate face dup anumite valori metrice (ntrzieri, costuri, utilizarea cii, etc.).Rutarea se face dup o tabel de rutare care specific interfeele i adresele ctre care trebuie trimise pachetele. Router-ele sunt echipamente ce lucreaz la nivelul 3 OSI. Ele sunt folosite pentru schimbul de informaie dintr-ul grup de reele ce aparin aceleiai autoriti de control i administrative. (AS - Autonomous Systems), ct i pentru schimbul de informaie ntre AS-uri Regula general de trimitere a pachetelor este alegerea rutei care se potrivete ct mai exact. De exemplu: Destinaie 10. 1. 4. 0 10. 1. 0. 0 Masca 255.255.255. 0 255.255. 0. 0 Ruter de ieire R2 R3

Destinaia 10.1.4.30 se potrivete n ambele cazuri, dar gateway-ul R2 are masc de reea mai restrictiv, deci va fi aleas aceast cale. Rutarea cu vectori-distan Rutarea se poate baza pe algoritmi cu vectori-distan (numii i algoritmi Bellman-Ford), care fac ca ruterele s paseze periodic copii ale tabelelor de rutare vecinilor cei mai apropiai din reea. Fiecare destinatar adaug la tabel un vector-distan (propria "valoare" distan) i o expediaz vecinilor si cei mai apropiai. Acest proces se desfoar n toate direciile ntre routerele aflate n imediat vecintate. Acest proces pas-cu-pas face ca fiecare router sa afle informaii despre celelalte routere i si dezvolte o perspectiv cumulativ asupra "distanelor" reelei. De exemplu, un protocol timpuriu de rutare este Routing Information Protocol (protocol de rutare a informaiilor), sau RIP . Acesta utilizeaz dou uniti de msur pentru distane ca s determine cea mai bun cale urmtoare pentru orice pachet. Aceste uniti de msur pentru distan, tacturile i hopurile, sunt dependente de timp. Tabela cumulativ este apoi utilizat pentru actualizarea tabelelor de rutare ale fiecrui router. La finalul procesului, fiecare router a aflat niste informaii vagi despre distanele pn la resursele din reea. El nu a aflat nimic specific despre alte routere sau despre topologia real a reelei. Aceast abordare poate, n anumite circumstane, s creeze probleme de rutare pentru protocoalele bazate pe vectori-distan. De exemplu, n urma unei cderi n reea este necesar ceva timp pentru ca routerele s convearg spre o nou nelegere a topologiei reelei. n timpul acestui proces, reeaua ar putea fi vulnerabil la rutri contradictorii i chiar la bucle infinite. Anumite msuri de siguran ar putea s micoreze aceste riscuri, dar rmne faptul c performana reelei este expus riscurilor n timpul procesului de convergen. Prin urmare, este posibil ca protocoalele mai vechi care converg lent s nu fie potrivite pentru WAN-urile extinse, complexe. Rutarea cu starea legturilor Algoritmii de rutare folosind starea legturilor (link-state routing algorithm), cunoscui colectiv ca protocoale cu preferarea drumului minim (SPF), menin o baz de date complex a topologiei reelei. Spre deosebire de protocoalele cu vectori-distan, cele folosind starea legturilor dezvolt i ntrein o cunoatere complet a routerelor de reea, ca i a felului cum sunt interconectate acestea. 8

Aceast cunoatere este realizat prin schimbarea de pachete cu starea legturilor (LSP) cu alte routere conectate direct. Fiecare router care a schimbat LSP-uri construiete apoi o baz de date logica utilizand toate LSP-urile primite. Este utilizat apoi un algoritm "cu preferarea drumului liber", pentru a calcula ct de accesibile sunt destinaiile legate de reea. Aceast informaie este utilizat pentru a actualiza tabela de rutare. Acest proces este capabil s descopere modificrile topologiei reelei, care ar putea fi cauzate de cderea unei componente sau de mrirea reelei. De fapt, schimbul de LSP-uri este declanat de un eveniment din reea, nu este realizat periodic. Rutarea cu starea legturilor are dou zone pariale de risc. Mai nti, n timpul procesului iniial de descoperire, rutarea cu starea legturilor poate acapara mediile de transmisie ale reelei, reducnd astfel n mod semnificativ capacitatea reelei de a transporta date. Aceast degradare a performanei este temporar, dar foarte evident. A doua problem potenial este c rutarea cu starea legturilor solicit intens memoria i procesorul. Din aceast cauz, routerele configurate pentru rutare cu starea legtulilor sunt n general mai scumpe. Rutarea hibrid Ultima form de rutare dinamic este hibridizarea. Dei exist protocoale hibride deschise, echilibrate, aceast form este asociat aproape exclusiv creaiei brevetate a unei singure companii, Cisco Systems Inc. Acest protocol, EIGRP, a fost proiectat combinnd cele mai bune aspecte ale protocoalelor cu vectori-distan i cu starea legturilor, fr limitrile de performan sau dezavantajele lor. Protocoalele de rutare hibride echilibrate, utilizeaz uniti de msur vectori-ditan, dar realizeaz msurtori mult mai precise dect protocoalele cu vectori-distan convenionale. De asemenea, ele converg mult mai rapid dect acestea din urm, dar evit suprasarcinile i actualizrile cu starea legturilor. Hibrizii echilibrai nu sunt periodici, ci condui de evenimente, conservnd astfel lrgimea de band pentru aplicaii reale. 1.2.1.2 Protocoale de rutare IP Algoritmii de rutare pot fi mprii n dou grupe: Interior Gateway Protocol (IGP) - folosit la rutarea n interiorul unei organizaii. Din aceast categorie fac parte urmtoarele protocoale de rutare: RIP (Routing Information Protocol) - folosit n special n reelele mici, OSPF (Open Shortest Path First) cel mai des folosit protocol n reelele mari, EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) protocoale proprietare CISCO, folosite numai pentru echipamente CISCO. Border Gateway Protocols (BGP) - este folosit la rutarea ntre diferite organizaii sau Sisteme Autonome (AS). n figura urmtoare este reprezentat situarea celor dou tipuri de protocoale de rutare ntr-o reea larg:

9

AS 3IGP BGP

AS 1BGP IGP IGP

AS 2

Figura 1.2.1.2. Protocoalele de rutare IGP i BGP ntr-o reea larg

1.2.1.2.a.Protocolul RIP (Routing Information Protocol) RIP este un protocol de rutare intra-domeniu bazat pe distana vectorial dintre hopuri. Este folosit n toate router-ele actuale. Folosete trei tipuri de temporizri n alctuirea tabelei de rutare: Actualizarea rutelor (se face automat la un interval de 30 de secunde ) Expirarea validitii rutei Curirea tabelei de rutare Exist doua versiuni ale protocolului RIP: RIPvl si RIPv2. Principalele probleme ale protocolului RIP sunt: limitarea numrului maxim de hopuri la 15 propagarea informaiei n reelele mari este lenta traficul RIP crete rapid odat cu mrirea reelei Protocolul RIP poate opera n 3 moduri: Activ - trimite i recepioneaz informaii de rutare Silent - doar ascult i primete informaii de rutare (nu trimite nimic) Deaf - doar trimite informaii de rutare (nu primete).

1.2.1.2.b. OSPF (Open Shortest Path First) OSPF este un protocol bazat pe verificarea strii link-urilor, ruterele trimit informaii despre starea link-ului n locul informaiilor despre propriile tabele de rutare. Acest protocol mparte reeaua n zone pentru a putea lucra n reele mari. 10

Aria 0 (backbone area)

BGP

Aria 0 (backbone area)

AS 1

OSPF OSPF IGPRoutere de backbone Router border (de arie)

AS 2

Aria 1

Aria 1

Aria 2

Routere interioare

OSPF este folosit in interiorul sistemelor autonomeFigura 1.2.1.2.b. Topologia OSPF Router-ele interne trebuie s tie doar rutele ctre reelele din aria lor i ctre aria de backbone. Ele schimb ntre ele informaii despre starea link-urilor. Fiecare router cunoate topologia i costul pentru comunicaia cu reelele din aria lui.[18] Border Router-ele de arie schimb informaii despre starea link-urilor cu toate routerele din aria cu care sunt conectate. Routerele de backbone se afl n aria 0" i pot fi routere interioare, border routere sau routere de grani pentru sisteme autonome. Routerele de backbone schimb informaii cu alte routere de backbone din aria 0" i calculeaz ultimul cost al rutei dintre arii sau alt sistem autonom. Protocolul OSPF folosete cinci tipuri de mesaje: Hello - folosit pentru a descoperi vecinii i pentru a delega un router dedicat precum i pentru a verifica starea link-ului Database Description - descrie baza de date a topologiei link-ului Link State Request - cerere de pri din topologia routerelor adiacente Link State Update - trimite date despre starea link-urilor ctre routerele vecine Link State ACK - confirmarea recepionrii update-ului Folosind mesajele Hello" un router principal i un router de backup principal sunt alese pentru fiecare arie. Routerele principale de arie calculeaz o matrice a routerelor din ntreaga arie (care nu este aceeai cu matricea de routere vecine). Fiecare router schimb date despre starea link-urilor doar cu router-ele adiacente, ceea ce limiteaz traficul generat de OSPF. n cele din urm toate router-ele vor obine informaii identice despre topologie. Fiecare revizuire de informaie n legtur cu starea link-urilor are un numr de ordine pentru a se putea determina dac revizuirea este nou. n OSPF routerele pot schimba ntre ele pe lng informaia despre starea linkurilor i informaii despre: ntrziere 11

banda disponibil sigurana link-ului Aceste informaii sunt folosite de routere n momentul n care trimit pachete cu cmpul ToS setat la o anumit valoare.[18] 1.2.1.2.c. EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) EIGRP a fost dezvoltat de ctre Cisco (eliberat n 1988) cu scopul de a mbunti protocolul RIP pe vremea cnd IETF nc lucra la dezvoltarea OSPF -ului. EIGRP este un protocol brevetat. Acest protocol elimin unele dintre defectele protocolului RIP i are mbuntiri ca folosirea de metrici compuse, rutarea pe ci multiple i mnuirea rutelor implicite. Evoluia protocolului EIGRP furnizeaz compatibilitate i operaii precise cu rutere EIGRP . Capaciti cheie care disting EIGRP de alte protocoale de rutare includ convergena rapid, suport pentru masc de subreea variable-length , suport pentru update, i suport pentru multiple network layer protocols. EIGRP are toate avantajele flexibilitii i ale configurrii simple n timp ce mbuntete viteza i consumarea resurselor. De altfel, este capabil a fi un protocol unic att pentru IP ct i pentru protocoale non-IP , eliminnd nevoia de a folosi multiple protocoale de rutare ntr-o reea multi-protocol. Acest protocol de rutare este unul dintre cele mai diversificate i robuste protocoale de rutare. Combinaia sa unica de caracteristici mbin cele mai bune atribute ale protocoalelor de vectordistan cu cele mai bune atribute ale protocoalelor cu starea legturilor. Rezulatul este un protocol de rutare hibrid care sfideaz mprirea pe categorii a protocoalelor convenionale. Poate fi folosit mpreunp cu IPv4, AppleTalk, i IPX. Mai important, arhitectura sa modulara va permite ca Cisco s adauge suport pentru alte protocoale de rutare importante care vor aprea n viitor. Spre deosebire de alte protocoale de rutare bazate pe vectori-distanta, EIGRP nu mandateaz o revizuire periodic al tabelelor de rutare ntre rutere vecine. n schimb, folosete un mecanism de descoperire/recuperare pentru a se asigura c vecinii sunt contieni de accesibilatea fiecaruia in parte. 1.2.1.2.d.Protocolul BGP (Border Gateway Protocol) BGP ul este singurul protocol de rutare ntre Sisteme Autonome, n principal este folosit n ruterele de backbone pentru a schimba informaia ntre AS-uri, dar poate fi folosit i n interiorul AS-ului pentru a schimba informaie de rutare ( IBGP). A fost proiectat s detecteze buclele i s foloseasc informaia metric pentru a lua decizii de rutare inteligente. Traficul dintr-un AS trebuie s treac printr-un gateway router, AS selecteaz care router va ndeplini aceast funcie.[18] 1.2.1.3. Limitrile tehnologiei IP Principalele limitri ale tehnologiei IP sunt: Nu asigur un QoS pur deoarece este o tehnologie bazat pe principiul de mprire a mediului fizic media sharing", aplicndu-se conceptul Best Effort" n politica de trafic. 12

Mecanismul de rutare este un mecanism care se bazeaz pe conceptul cea mai mare potrivire" i acest lucru duce la ntrzieri n mecanismul de rutare i trimitere de pachete. Lungimea pachetelor este variabil ceea ce duce la echipament hardware complex cu mare putere de calcul. Acest lucru duce la limitri n puterea de procesare a backbone-urilor Header-ul pachetului IP este mare i complex, ceea ce duce la o proast utilizare a benzii de date disponibile Datorit mecanismului de adresare apar foarte multe adrese care sunt greu de gestionat de rutere care posed tabele de rutare mari implicit hardware complex.

13

Cap.2. Tehnologia MPLS 2.1 Ce este MPLS ? Multiprotocol Label Switching (MPLS) este o tehnologie bazata pe comutatia de etichete ce si propune sa simplifice rutarea IP n retelele core . Arhitectura MPLS a fost gndita sa poata oferi un serviciu de transport de date unificat pentru multe tipuri de trafic, cum ar fi pachete IP, celule ATM, cadre SDH sau Ethernet. Din punct de vedere arhitectural MPLS se afla ntre nivelul 2 OSI (Legatura de Date) si nivelul 3 (Retea), fiind considerata de multi o tehnologie de nivel 2,5. Ideea de baza a acestei tehnologii este sa clasifice fluxurile de intrare ntr-o retea MPLS n clase de echivalenta care sa fie tratate la fel de catre nodurile retelei. O clasa de echivalenta intra n corespondenta cu un set de etichete de lungime fixa ce vor fi comutate n nodurile retelei, pna la destinatie. Nodurile de intrare vor face clasificarea fluxurilor, iar nodurile intermediare au de facut mai putine prelucrari, deoarece este suficient sa comute etichete.[Wiki-MPLS] Multi-Protocol Label Switching (MPLS) definete un mecanism pentru ndrumarea pachetelor n ruterele (nodurile) reelei. Iniial a fost dezvoltat pentru a realiza o ndrumare mai rapid a pachetelor dect n rutarea IP tradiional, dei imbuntirile ce in de partea hardware a ruterelor au rezolvat problema vitezei n cadrul rutrii. Comutarea etichetei este realizata indiferent de protocolul de rutare Layer 3. - MPLS scade dirijarea incarcata in routerele core. - MPLS suport multiple aplicaii utile, cum ar fi cele enumerate mai jos: -Unicast si Multicast in rutarea IP; -VPN(Retea Privata Virtuala); -TE(Ingineria Traficului); -QoS(Calitatea Serviciului); -ATM(Orice transport peste MPLS). - MPLS suporta dirijarea protocoalelor non-IP, deoarece tehnologiile MPLS sunt aplicabile in orice protocol al nivelului retea. MultiProtocol Label Switching (MPLS) d posibilitatea firmelor i furnizorilor de servicii Internet (ISP =Internet Service Provider) s construiasc reele inteligente de ultim generaie care s ofere o gam larg de servicii avansate, cu valoare adugat, peste o infrastuctur unic. Abonaii cu linii de acces diferite pot fi grupai MPLS far a li se schimba mediul curent, deoarece MPLS este independent de tehnologiile de acces. Reelele IP tradiionale sunt fr conexiune: atunci cnd este primit un pachet, ruterul determin urmtorul nod de parcurs, folosind adresa IP destinaie mpreun cu informaia din propriul su tabel de rutare. Tabelul de rutare din ruter conine informaie despre topologia reelei. Se folosesc protocoale IP de rutare, ca OSPF, IS-IS, BGP, RIP sau configurare static, pentru a menine sincronizat informaia din aceste tabele cu schimbrile ce au loc n reea. Integrarea componentelor aplicaiei MPLS, incluznd VPN de nivel 2, VPN de nivel 3, Traffic Engineering, QoS, GMPLS sau IPv6, dau posibilitatea dezvoltrii unor reele sigure i foarte eficiente, ce garanteaz SLA (Service Level Agreements). MPLS ofer servicii IP cap-la-cap, cu un nalt grad de scalabilitate i de difereniere, cu configurare i management foarte simple, att pentru furnizori ct i pentru abonai. Aceast soluie este suportat de o gam foarte larg de platforme, lucru esenial nu numai pentru furnizorii de servicii, dar i pentru reelele private. MPLS folosete de asemenea adrese IP, versiunea 4 sau versiunea 6, pentru a identifica punctele terminale ale reelei sau switch-urile ori ruterele intermediare. Aceasta face ca reelele MPLS s fie compatibile IP i uor integrabile cu reele IP tradiionale. n orice caz, spre deosebire de IP14

ul tradiional, fluxurile MPLS sunt orientate spre conexiune (connection-oriented = CO) i pachetele sunt rutate pe ci preconfigurate, numite LSP (Label Switched Paths). 2 .1 Terminologie MPLS: MPLS (Multiprotocol Label Switching) reprezinta o noua tehnologie de comutatie, numita comutatia de etichete multiprotocol. Planul de control(Control plane) acolo unde controlul informatiei ,cum ar fi rutarea si etichetarea informatiei, este schimbata. Planul de date/planul de dirijare acolo unde dirijarea este efectuata.Aceasta se poate realiza numai dupa ce planul de control este stabilit. CEF (Cisco Express Forwarding) o tehnologie foarte avansata de comutatie de nivel 3 dezvoltata de Cisco pentru a optimiza performantele retelelor cu parametri de trafic foarte dinamici. Eticheta(label) o eticheta de lungime fixa pe care dirijarea MPLS se bazeaza.Termenul eticheta(label) poate fi folosit in doua contexte.Un termen se refera la eticheta de 20-biti.Celalalt termen se refera la eticheta antet, care are o lungime de 32 biti. Asocierea etichetei(label binding) asocierea unui FEC(prefix) la o eticheta.O eticheta distribuita de la sine nu are nici un context, prin urmare nu este foarte folositoare. Destinatarul stie sa aplice o eticheta specifica la un pachet de date care intra datorita asocierii la un FEC. Adaugarea etichetei(label imposition) procesul de adaugare a etichetei la un pachet de date intr-o retea MPLS. Inlaturarea etichetei(label disposition) procesul de inlaturare a etichetei de la un pachet de date. Comutarea etichetei(label swapping) schimbarea valorii etichetei in antetul MPLS in timpul dirijarii MPLS. LSR (Label Switching Router) reprezinta un router care suporta tehnologia MPLS, mai precis, are capacitatea de a comuta pachete pe baza etichetei atasate acestuia. Label Edge Router(LER) Este un LSR care accepta pachete neetichetate(pachete IP) si le adauga etichete in partea de intrare.LER de asemenea inlatura etichetele la marginea (granita) retelei MPLS si trimite pachetele neetichetate in reteaua IP in partea de iesire. Forwarding Equivalence Class(FEC) Orice set de proprietati care traseaza pachetele de intrare aceleiasi eticheta de iesire.In general un FEC este echivalent cu o ruta(toate pachetele destinate clasei 10.0.0.0/8 corespund aceluiasi FEC), dar definitia unui FEC se poate schimba cand pachetele sunt rutate dupa alte criterii decat destinatia adresei IP. Label Switched Path (LSP) reprezinta o succesiune de noduri (R0-Rn) n cadrul carora un pachet este comutat de la R0 pna la Rn prin intermediul mecanismelor de 15

comutatie de etichete. O astfel de cale de comutatie de etichete poate fi stabilita dinamic, prin mecanisme de rutare normale, sau static, prin configurare explicita. Stiva de etichete(label stack) separat de schimbarea etichetelor dintre LSRs si vecinii lor, pentru aplicatii cum ar fi MPLS-VPN, o eticheta capat-la-capat este schimbta.Ca rezultat, este folosita o stiva de etichete in schimbul unei singure etichete MPLS.Un important concept de retinut este ca dirijarea in retelele core(centrale) se bazeaza doar pe eticheta din varful stivei.In contextul MPLS TE , stiva de etichete este ceruta cand un pachet etichetat intra intr-un tunel MPLS TE. PE Router (Provider Edge Router) reprezinta un router aflat sub administrarea furnizorului de servicii, care se interfateaza cu unul sau mai multe echipamente ale clientului. CE Router (Customer Edge Router) n mod similar cu PE Router, acesta reprezinta un echipament aflat sub administrarea clientului, si care se interfateaza cu unul sau mai multe PE-Routers. P Router (Provider Router) reprezinta un echipament din Core-ul retelei furnizorului de servicii, care nu are contact cu nici un echipament al clientului. Acest tip de router este utilizat strict pentru a comuta pachetele cu etichete ntre routerul PE de intrare (ingress) si cel de iesire (egress). Ingress Router reprezinta routerul PE prin intermediul caruia pachetele intra n reteaua MPLS. Egress Router reprezinta routerul PE prin intermediul caruia pachetele parasesc reteaua MPLS. BGP (Border Gateway Protocol) protocol de rutare intra-domeniu prin intermediul caruia routerele schimba informatie de rutare cu alte echipamente pe care ruleaza un soft BGP. CoS (Class of Service) o caracteristica ce ofera servicii diferentiate prin intermediul unei retele de infrastructura MPLS. GRE (Generif Router Encapsulation) reprezinta un protocol de tunelare dezvoltat de catre Cisco, protocol care poate ncapsula o larga varietate de tipuri de pachete n cadrul unor tunele IP crend astfel o legatura punct-la-punct virtuala ntre routerele Cisco distante prin intermediul unei infrastructuri IP. Prin conectarea a mai multor subretele cu protocoale diferite de rutare, n cadrul unei infrastructuri IP, se creeaza un mediu de back-bone ce utilizeaza un singur protocol. IGP (Interior Gateway Protocol) reprezinta un protocol Internet utilizat pentru a schimba informatie de rutare n cadrul aceluiasi sistem autonom (Autonomous System). Exemple de astfel de protocoale sunt: IGRP, OSFP, RIP, iBGP. IS-IS (Intermediate System-to-Intermediate System) reprezinta un protocol linkstate prin intermediul caruia, sistemele intermediare (routerele) schimba informatie de rutare pe baza unei singure metrice cu scopul de a determina topologia retelei. 16

LSP Tunnel o conexiune configurata ntre doua routere, n cadrul careia, pentru transmiterea pachetelor ntre cele doua routere, se utilizeaza tehnologia MPLS. LSA (Link-state Advertisment) reprezinta un pachet broadcast utilizat de protocoalele link-state. LSA contine informatii despre routerele vecine si costul caii pna la acestea si este utilizat de catre routerul destinatar pentru a mentine o tabela de rutare. Printre atributele rutei se numara: urmatorul nod BGP, adresa gateway, si altele. RD (Route Distinguisher) reprezinta o valoare de dimensiune 8 octeti (64 biti) care se concateneaza cu prefixul IPv4 pentru a crea un prefix unic la nivel global VPN-IPv4. Datorita acestuia, la VPN-uri se pot utiliza adrese private care trebuie sa fie unice numai pentru fiecare VPN n parte, nu la nivel global. RIP (Routing Information Protocol) un protocol IGP utilizat pentru schimbul de informatii de rutare n cadrul unui sistem autonom. RIP este un protocol simplu care utilizeaza ca metrica de rutare numarul de noduri. Router Aval (Downstream Router) reprezinta routerul catre care circula pachetele n cadrul unei conexiuni. El este acela care, de obicei, aloca etichetele necesare transmiterii de pachete prin intermediul tehnologiei MPLS. Router Amonte (Upstream Router) reprezinta routerul dinspre care cicrula pachetele n cadrul unei anumite conexiuni. El primeste o anumita eticheta pentru o destinatie data, de la routerul aval si o ataseaza pachetelor pe care trimite catre destinatia respectiva. Traffic Engineering (TE) reprezinta o serie de tehnici si proceduri utilizate pentru a directiona traficul rutat pe o anumita cale, alta dect cea care ar fi fost aleasa de catre protocoalele de rutare standard pentru a obtine n acest fel anumite avantaje. Traffic Engineering Tunnel (TE Tunnel) reprezinta un LSP utilizat pentru implementarea unei politici de TE. Este stabilit prin alte metode dect rutarea de nivel 3 clasica si este utilizat pentru directionarea traficului pe o alta ruta dect cea care ar fi fost utilizata prin rutarea standard. Tunelare este o arhitectura care furnizeaza serviciile necesare pentru implementarea oricarei strategii de ncapsulare punct-la-punct. VPN (Virtual Private Network) O retea securizata IP care partajeaza resursele n cel putin una din retelele sale fizice. Un VPN contine locatii fizice distante care pot sa comunice n siguranta folosind un back-bone partajat. VRF (VPN Routing and Forwarding Instance) Un VRF consta n urmatoarele: o tabela de rutare IP, o tabela derivata de forwardare, un set de interfete care vor utiliza tabela de forwardare, un set de reguli si protocoale care vor determina ce anume nregistrari vor fi inserate n tabela de forwardare. n general, un VRF contine informatia de rutare care defineste o locatie VPN a unui client, care este atasata unui router PE.

17

2.2. Cum funcioneaz MPLS MPLS lucreaz prin etichetarea pachetelor cu un identificator (etichet) pentru a fi identificat o cale numit LSP (Label Switching Path). Atunci cnd este primit un pachet, ruterul folosete aceast etichet pentru a identifica un LSP. Dup aceasta el va cuta n propriul tabel de ndrumare pentru a determina calea prin care s ndrume pachetul i eticheta care va fi folosit n cadrul urmtorului nod. Vechea etichet este nlocuit cu cea nou i pachetul este trimis ctre urmtoarea destinaie. n reelele MPLS etichetele fac regulile de trimitere a pachetelor Se folosete o etichet diferit pentru fiecare nod, i aceast etichet este aleas de ctre ruterul sau switch-ul care realizeaz operaia de ndrumare a pachetului. Acest lucru ne permite s folosim motoare de rutare foarte simple i rapide, deoarece ruterul poate selecta eticheta astfel nct s minimizeze procesarea. Ruterele de intrare (marginale) ale reelei MPLS folosesc adresa de destinaie a pachetelor pentru a determina care va fi LSP-ul folosit. n interiorul reelei, ruterele MPLS folosesc numai etichetele LSP pentru a ndruma pachetele ctre ruterul de ieire.

Figura 2.2.1 Dirijarea pachetelor n interiorul unui domeniu MPLS ER (Edge Router) -ruter de frontiera al domeniului MPLS LSR (Label Switch Router) - comutator de etichete/ruter intern domeniului MPLS LSP - Label Switched Path)- cale cu comutatie de etichete MPLS Exist astfel o serie de avantaje fa de mecanismele din reelele obinuite: Trimiterea pachetelor poate fi executat de switch, care face verificarea etichetei i nlocuirea ei, dar nu face analiza pachetelor pe nivele OSI superioare. Switch-urile ATM fac funcii asemntoare prin comutarea de celule bazate pe

18

valorile VCI/VPI gsite n header-ele celulelor ATM. Dac valoarea VCI/VPI este nlocuit cu etichete, atunci switch-urile ATM pot trimite celule n reeaua ATM folosindu-se de valoarea etichetelor. Switch-ul ATM trebuie s fie controlat de un element de control bazat pe tehnologia IP, numit LSC (Label Switch Controller) i care este elementul principal n integrarea tehnologiei IP cu tehnologia ATM folosind tehnologia MPLS. Asignarea pachet-etichet se face la intrarea pachetului n reeaua MPLS. Router-ul de intrare poate folosi orice informaie pe care o are despre pachet, cum ar fi portul sau interfaa de intrare, chiar dac informaia nu poate fi obinut din header-ul care descrie nivelul reea. Acelai pachet este marcat diferit dac el intr n reea prin routere diferite. Astfel deciziile de trimitere a pachetelor care depind de routerul de intrare se fac mai uor. Acest lucru nu poate fi fcut n reelele obinuite deoarece informaia care descrie routerul care a trimis pachetul nu este cuprins n pachet. Pachetele care sosesc pe interfee diferite vor avea etichete diferite. Acest mecanism de etichetare st la baza funcionalitii reelelor MPLS. Reelele cu control de trafic foreaz pachetele s urmeze o anumit cale, alegandu-se calea cea mai liber. De obicei aceast cale este prestabilit cnd pachetele intra n reea, i mai rar aceste ci sunt stabilite de algoritmi de rutare dinamici. In tehnologia MPLS etichetele pot fi folosite ca reprezentri pentru diferite route, astfel nu este nevoie de informaie de rutare suplimentar n pachet. Clasa de servicii pentru un pachet este determinat de nodul MPLS prin care intr pachetul. Astfel acest nod poate aplica pachetelor diferite politici de prioritizare a pachetelor. Nodurile urmtoare pot aplica pachetelor diferite politici specifice nodului respectiv numite PHBs (per-hop behaviors).[12] Noduri in retelele MPLS n retelele MPLS exista 3 tipuri de noduri: -Noduri de intrare (Ingress Label Edge Router) au rolul de a clasifica fiecare pachet n clase de echivalenta (FEC). Pentru fiecare clasa de echivalenta se face o asociere catre un NHLFE. Acest NHLFE contine informatii despre ce trebuie facut cu aceste pachete, care este eticheta de iesire, si care este urmatorul nod. Corespondenta ntre FEC si NHLFE se numeste FTN (FEC to NHLFE). - Noduri intermediare (Label Switch Router) Au de facut comutatia etichetelor. Pentru o eticheta de intrare se consulta tabelul ILM si se afla ce NHLFE trebuie folosit. Se consulta apoi NHLFE-ul indicat si se obtine urmatoarea eticheta si urmatorul nod din cale - Noduri de iesire (Egress Label Edge Router) Elimina eticheta din vrful stivei si dirijeaza pachetul conform informatiilor ramase (de regula conform tabelului de rutare IP). Si acest nod contine un LIB, dar mai contine si o tabela de rutare IP valida.[RFC3031] Prelucrarile facute n aceste noduri sunt prezentate n figura urmatoare.

19

Fig. 2.2.2 Stiva de protocoale si tabelele folosite n nodurile MPLS Nodurile MPLS, pe lang comutarea de pachete bazate pe etichete, mai pot realiza i rutare Layer 3 sau switch-ing Layer 2. n figura urmtoare este reprezentat arhitectura unui nod MPLS din punctul de vedere al celor dou plane:

Fig 2.2.3. Arhitecura unui nod MPLS Planul de trimitere pachete Planul de trimitere de pachete (Forwarding Plane) este responsabil de trimiterea de pachete bazat pe informaia din etichetele ataate pachetelor. Acest plan folosete 20

LFIB (Label Forwarding Information Base), o baz de date folosit pentru trimiterea pachetelor. Algoritmul folosit de comutarea de pachete folosete informaia coninut n LFIB, precum i informaia coninut n eticheta.Fiecare nod MPLS are dou tabele importante: LIB ( Label Information Base) i LFIB. LIB conine toate etichetele asignate de nodul MPLS local i legtura acestor etichete cu etichetele recepionate de la nodurile MPLS vecine. LFIB folosete un subset de etichete din LIB pentru trimiterea pachetelor.

2.2.1 Etichetele MPLS Etichetele sunt o parte integrala a Multiprotocol Label Switching. Eticheta permite decuplarea rutarii de dirijare, permitand astfel sa se realizeze abil unele lucruri. MPLS poate opera in doua moduri: -Frame mode(modul cadru) -Cell mode(modul celula) 2.2.1.1 Frame mode Frame mode este termenul folosit atunci cand se dirijeaza un pachet cu o eticheta atasata pachetului in fata antetului de Layer 3(de exemplu: antetul IP) O eticheta este valoarea atasata pachetului care spune retelei unde pachetul ar trebui sa ajunga. Eticheta are 20 biti, ceea ce inseamna ca pot fi 2 posibile valori a etichetei. Un pachet poate avea multiple etichete,carate in ceea ce se numeste:stiva de etichete.O stiva de etichete este un set de una sau mai multe etichete per pachet. La fiecare hop intr-o retea , este luata in considerare numai cea mai de sus eticheta. Eticheta pe care un LSR o foloseste pentru a dirija pachetul in planul de date este eticheta asignata si distribuita in planul de control. Cand etichetele sunt plasate intr-un pachet,valoarea etichetei insasi de 20 de biti este codata cu niste elemente aditionale de informatie care asista in dirijarea pachetului etichetat prin(in) retea. n continuare este prezentata structura acestui antet, precum si cmpurile sale.

21

Figura 2.2.4 Structura antetului MPLS ETICHETA=20 biti EXP=Experimental,3 biti S=Baza stivei(Bottom of stack),1 bit TTL=Timpul de viata(Time to live),8 biti Eticheta MPLS si cu antetul acesteia este ilustrata mai sus, n Figura 2.2.4. Ea este formata din urmatoarele cmpuri: _ Eticheta propriu-zisa, care are dimensiunea de 20 biti. _ Cmpul EXP (Experimental) se foloseste pentru a indica Clasa de Servicii (CoS) si are dimensiunea de 3 biti. Aceasta nseamna ca se pot folosi simultan maxim 2 = 8 clase de servicii. _ Cmpul S (baza stivei de etichete) are dimensiunea de 1 bit si este folosit pentru a indica daca eticheta curenta este ultima, prin eliminare rezultnd un pachet nativ IP, sau dimpotriva, sub eticheta curenta se mai gasesc alte etichete. _ Cmpul TTL (Time to Live, Timp de Viata) are dimensiunea de 8 biti si se foloseste pentru evitarea aparitiei buclelor. Eticheta Stiva Bitul de stiv implementeaz stiva de etichete MPLS, n cazul n care unui pachet IP i se ataeaz mai mult de o etichet. Bitul de stiv este setat la "1" pentru a indica stiva goala i la "0" pentru celelalte situaii. n eticheta MPLS, vrful stivei apare chiar dup header-ul nivelului Legtura de date, iar sfritul stivei chiar nainte de header-ul nivelului Reea. Trimiterea de pachete este fcut innd seama de eticheta din vrful stivei. Rutarea IP unicast nu folosete etichete stivuite, dar MPLS VPN (Virtual Private Network) i controlul i managementul traficului folosesc etichetele stivuite. TTL n rutarea IP tradiional, fiecare pachet poart cu el o valoare numit timp de via n antetul su. De fiecare dat cnd un pachet trece printr-un ruter, valoarea sa TTL este decrementat cu o 22

unitate; dac TTL ajunge la 0 nainte ca pachetul s ajung la destinaie, pachetul va fi eliminat. Acest lucru asigur un anumit nivel de protecie mpotriva buclelor de rutare care pot exista datorit configurrilor greite, sau datorit erorilor sau convergenei slabe a algoritmilor de rutare. TTL este cteodat folosit pentru alte funcii, cum ar fi comanda traceroute sau multicast scoping. Acest lucru implic faptul c avem dou probleme legate de TTL: 1. TTL ca o modalitate de a suprima buclele; 2. TTL ca modalitate de a realiza alte funcii, cum ar fi limitarea utilizrii unui pachet. Cnd un pachet traverseaz un LSP, el ar trebui s ias din acesta cu aceeiai valoare TTL pe care ar fi avut-o dac ar fi traversat aceeiai secven de rutere, ns ruterele s nu fi fost comutatoare de etichete. Dac pachetul traverseaz o ierarhie de LSP-uri, numrul total de LSRuri traversate va fi reflectat n valoarea TTL atunci cnd pachetul va iei din aceast ierarhie de LSP-uri. LFIB (Label Forwarding Information Base) Aceast baz de date coninut n nodul MPLS const ntr-o secvena de intrri, aa cum este ilustrat n figura de mai jos.

Figura 2.2.5 Structura LFIB Aa cum se observ n figur, fiecare intrare este alctuita dintr-o etichet de intrare i una sau mai multe subintrri. LFIB este indexat de valoarea coninut n eticheta de intrare. Fiecare subintrare este alctuit din o etichet de ieire, o interfaa de ieire, i adresa nodului urmtor. Trimiterea de pachete multicast necesit subintrri cu multiple etichete de ieire, deoarece un pachet ce intr pe o interfaa trebuie s ias pe mai multe interfee de ieire. Pe lang eticheta de ieire, interfaa de ieire, i informaia despre nodul urmtor, o intrare n tabela de trimitere a pachetelor poate cuprinde informaii referitoare la resursele ce pot fi folosite de pachet, cum ar fi coada de ieire n care ar trebui plasat pachetul. Un nod MPLS poate avea o singura tabel de trimitere a pachetelor, o tabel pe fiecare interfaa, sau o combinaie dintre cele doua.[12]

23

2.2.1.2 Cell mode(modul celula) Cell mode este un termen folosit atunci cand reteaua contine ATM LSRs care foloseste MPLS in planul de control pentru a schimba informatia din campul VPI/VCI, in locul semnalarii ATM. In cell mode, eticheta este codata in campul celulei VPI/VCI(Figura 2.2.6).Dupa ce schimbul etichetei este realizat in planul de control, in planul de date(dirijare),router-ul de intrare segmenteaza pachetul in celule ATM, aplica valoarea VPI/VCI corespunzatoare care a fost schimbata in planul de control si transmite celulele. In mijlocul retelei MPLS, ATM LSR se comporta ca niste comutatoare ATM normale. La iesirea din reteaua MPLS, router-ul de iesire reasambleaza celulele intr-un pachet. Cell mode se mai numeste Label-Controlled ATM(LC-ATM).MPLS TE nu este suportat in cell mode pe routerele Cisco. Denumirea de Comutatie de Etichete Multiprotocol provine din faptul ca aceasta tehnologie poate fi folosita n conjunctie cu mai multe protocoale, precum ATM, SONET, SDH, etc. Pentru a putea functiona la fel cu fiecare din aceste protocoale, a fost necesar sa se stabileasca n ce mod va fi ncapsulata eticheta MPLS n cadrele cu o structura deja stabilita. Aceasta ncapsulare se realizeaza ca n Figura 2.2.6.

Figura 2.2.6 Aezarea etichetei n celula ATM i n pachetul Ethernet Dupa cte se poate observa din figura, n cazul ATM, eticheta nlocuieste perechea VPI-VCI. n cazul n care se foloseste PPP (SONET sau SDH) eticheta se interpune ntre antetul PPP si antetul nivelului retea. n mod similar la antetul LAN MAC, eticheta se interpune ntre antetul MAC si antetul nivelului retea, acest lucru se numeste adaugarea antetului.Cand operam in frame-mode(modul cadru) MPLS vom avea intotdeauna adaugarea de antet. Acest lucru este aplicabil si cand se conecteaza routere peste ATM PVCs si se realizeaza MPLS in mediul clasic IP-peste-ATM.

24

2.3 Arhitectura MPLS MPLS este alcatuit din doua mari componente: -planul de control -planul de date 2.3.1 Planul de control Planul de control MPLS este responsabil de popularea i meninerea informaiei din LFIB. Toate nodurile MPLS trebuie s ruleze un protocol de rutare IP pentru a schimba informaie IP de rutare cu toate celelalte noduri MPLS din reea. Nodurile ATM ce pot trimite pachete MPLS lucreaz cu un LSC (Label Switch Controller) pentru a putea participa la acest schimb de informaie. Protocoalele de rutare OSPF (Open Shortest Path First) sau IS-IS ( Intermediate System to Intermediate System), pot fi o alegere pentru protocoale de distribuire. n routerele convenionale, tabela de rutare IP este folosit pentru a construi FSC (Fast Switching Cache) sau FIB (Forwarding Information Base). n reelele MPLS, tabele de rutare IP furnizeaz infomaie n reeaua destinaie pentru atribuirea etichetelor. Informaia despre distribuirea etichetelor poate fi transportat n reea folosind protocolul LDP (Label Distribution Protocol). Protocolul de rutare OSPF inund cu informaie rutere care nu sunt neaprat adiacente, n timp ce distribuirea de etichete cu ajutorul protocolului LDP se face doar la routerele adiacente. Acest lucru face evident alegerea unui protocol special de distribuie a informaiilor despre etichete. Planul de control construieste o tabela de rutare(RIB-Baza de rutare a informatiei) pe baza protocoalelor de rutare. Planul de control foloseste un protocol de schimbare a etichetei pentru a crea si mentine etichetele interne, si pentru a schimba aceste etichete cu alte echipamente. Protocoalele de schimbare a etichetei includ MPLS LDP sau TDP, BGP(folosit de MPLS VPN) si RSVP(folosit de MPLS TE pentru a realiza schimbul de etichete). Planul de control construieste de asemenea doua tabele de dirijare: FIB de la informatiile din RIB, si LFIB(Label Forwarding Information Base) ce se bazeaza pe protocolul de schimbare a etichetei si RIB. Tabela LFIB include valoarea etichetelor si asocierea cu interfetele de iesire pentru fiecare prefix a retelei. Etichetele schimbate cu nodurile MPLS adiacente sunt folosite la construirea LFIB. MPLS folosete o metoda de trimitere a pachetelor bazat pe schimbarea etichetelor care poate fi combinat cu o serie de diferite module de control. Fiecare modul de control este responsabil pentru distribuirea i asignarea de etichete, precum i de meninerea altor informaii.[12] Module de control MPLS Modulele de control MPLS includ: Modulul de rutare Unicast Modulul de rutare Multicast Modulul de control al traficului Modulul de VPN (Virtual Private Network) 25

Modulul de QoS (Quality of Service) Modulul de rutare Unicast Acest modul construiete tabela FEC folosind IGP (Interior Gateway Protocol). Tabela de rutare IP este folosit pentru a schimba informaia despre etichete cu nodurile adiacente. Aceasta schimbare de informaie se face cu ajutorul protocolului LDP. Modulul de rutare Multicast Acest modul construiete tabela FEC folosind un protocol de rutare numit PIM (Protocol Independent Multicast). Tabela de rutare multicast este folosit pentru a schimba informaii despre etichete cu nodurile alturate pentru subreelele din tabela de rutare multicast. Modulul de control al traficului Modulul de control al traficului las explicit ca anumite LSP (Label Switched Path) s fie create n reea din motive de control al traficului. Folosete definiia de tunel MPLS i folosete o extensie a protocolului de rutare OSPF pentru a construi tabela FEC. Schimbul de etichete este fcut cu ajutorul protocolului RSVP (Resource Reservation Protocol) sau CR-LDP(Constraint-based Routing LDP) care este o extensie a protocolului LDP. Modului VPN (Virtual Private Network) Acest modul este folosit pentru tabelele VPN de rutare si pentru asocierile FEC, in cazul VPN-urilor implementate prin etichete stivuite. Modulul de QoS Acest modul construiete tabela FEC folosing protocoale de rutare IGP cum ar fi: OSPF, IS-IS, etc. Tabela de rutare IP este folosit pentru schimbul de etichete ntre nodurile MPLS adiacente.

2.3.2 Planul de date Planul de date este o simpla masina de dirijare ce este independenta de protocolul de rutare sau protocolul pentru schimbarea etichetei folosit. Planul de date dirijeaza pachetele pe interfata corespunzatoare pe baza informatiilor din tabelele LFIB si FIB.

26

Figura 2.3 Baza de informatie Algoritmul de trimitere a etichetelor Switch-urile de etichete folosesc un algoritm de trimitere bazat pe nlocuirea de etichete. Nodurile MPLS care folosesc tabele LFIB, extrag valorile etichetei din cmpul de eticheta al pachetelor care au sosit i folosesc aceasta valoare ca index n LFIB. Dup ce a gsit o intrare n tabel nodul MPLS nlocuiete eticheta din pachet cu eticheta de ieire din subintrarea corespunztoare, trimite pachetul prin interfaa specificata ctre nodul urmtor specificat n subintrare. Dac subintrarea specific i o coad de ieire, atunci nodul MPLS plaseaz pachetul n coada specificat. Dac nodul MPLS folosete multiple tabele LFIB pentru fiecare interfaa a sa, el va folosi interfaa pe care vine pachetul pentru a selecta un LFIB care va fi folosit pentru trimiterea pachetului mai departe. n reelele convenionale pentru trimiterea pachetelor se folosesc mai multe tipuri de algoritmi n funcie de tipul pachetelor, unicast, multicast i pachete unicast cu biii de Type of Service(ToS) setai. n tehnologia MPLS se folosete o singura metod de trimitere a pachetelor, i anume cea bazat pe nlocuirea de etichete. Un nod MPLS poate obine toat informaia de care are nevoie pentru a trimite un pachet precum i rezervarea de resurse necesare pentru el folosind o singur memorie de acces. Acest lucru duce la o mrirea vitezei de trimitere a pachetelor. MPLS poate de asemenea s transporte alte protocoale de nivel 3, cum ar fi: Ipv6, IPX sau AppleTalk. 2.4 Elementele MPLS Principalele elemente MPLS sunt: Comutator de Etichete (Label Switched Router ) LSR Cale cu comutaie de etichete (Label Switched Path ) LSP Protocol pentru distribuia etichetelor (Label Distribution Protocol) LDP,CRLDP,RSVP,BGP. 27

2.4.1 Comutator de Etichete (Label Switch Router) - LSR LSR este un echipament care implementeaz componentele de trimitere i control MPLS. LSR-ul trimite un pachet bazndu-se pe valoarea unei etichete ncapsulate n pachet. De asemenea, LSR-ul poate trimite pachete de Layer 3. LSR-urile sunt routere ce pot prelucra pachete MPLS sau switch-uri ATM care folosesc etichete pentru a trimite trafic. LSR-urile bazate pe pachete, pot fi uor construite prin ncrcarea unui modul software ntr-un router obinuit. LSR-urile ATM/MPLS sunt construite folosind switchurile ATM, cu software MPLS integrat sau prin adugarea facilitaii MPLS folosind un LSC (Label Switch Controler) extern. Un pas important n comutarea de etichete, este comunicarea ntre LSR-uri pentru stabilirea etichetelor pe care le vor folosi pentru a trimite pachete. Ele cad de acord folosind protocolul Label Distribution Protocol (LDP) sau extensii ale lui cum ar fi: PIM, BGP, RSVP, sau CR-LDP. LSR-urile de nod de reea MPLS, sunt localizate n locaiile de prezenta POP (Point of Presence) sau la grania reelei MPLS i aplic etichete sau stive de etichete pachetelor. Atribuirea de pachete sau pregtirea etichetelor pentru pachete este denumit aciune push". LSR-urile de nod de asemenea fac nlturarea etichetelor n punctele de ieire din reeaua MPLS, aciune care se mai numete aciune pop". LSR-urile de nod de reea pot de asemenea trimite pachete IP normale. Aciunile care pot fi ntreprinse de un LSR sunt enumerate n continuare. Aciunea asupra etichetelor Pop Descriere nltura eticheta din vrful stivei si trimite cmpul de da date rmas ca un pachet IP neetichetat

eti

Push Swap

nlocuiete eticheta din vrful stivei cu un set de etichete nlocuiete eticheta din vrful stivei cu alta valoare Tabelul 1. Actiunile care pot fi intreprinse de un LSR

Operaiile LSR bazate pe pachete MPLS folosete noiunea de trimitere de pachete bazate pe etichete pentru a transporta pachete de Layer 3 peste o reea bazat pe rutare.Operaiile de baza ale unui LSR sunt figurate n desenul urmtor:

28

LSR 3 R2 R10

LSR 11 0

LSR 2 1 LSR 42

In I/F 0 ...

In Address Lab Prefix 171.68/16 ...

Out Out I/F Lab 1 7 ...

In I/F 0 ...

In Address Lab Prefix 7 171.68/16 ...

Out Out I/F Lab 2 8 ...

R3

Next-Hop Next... ...

Next-Hop Next... ...

171.68.0.1/16

Figura 2.4.1 Operatii de baza LSR LSR1 funcioneaz ca un router LSR de nod de reea. El aplic etichete iniiale pachetului dup ce face o verificare convenional a header-ului IP i determin FEC-ul pentru acel pachet. Parametrii cum ar fi: interfaa de intrare, n cazul unei VPN (Virtual Private Network) sau o cale predeterminat de trimitere a pachetului, pot de asemenea determina alegerea unui anume FEC. Aceast alegere a FEC-ului este realizat o singur dat la intrarea n reeaua MPLS. Dup ce pachetul este etichetat, LSR-ul urmtor trimite pachetul folosind doar eticheta. LSR-urile, de regul, nlocuiesc eticheta unui pachet venit cu o nou valoare pe care o trimit mai departe. La ieirea din reea, LSR4 face o cutare n tabela lui intern, extrage eticheta, i face o cutare de Layer 3 pentru a gsi urmtoarea destinaie trimind pachetul ctre aceasta. [19] 2.4.2 Cale cu comutaie de etichete (Label Switched Path)- LSP LSP-ul este o conexiune configurat ntre dou LSR-uri n care tehnica de comutare de etichete este folosit pentru a trimite pachetele. Un LSP este o cale specific de trafic printr-o reea MPLS. LSP-urile sunt furnizate folosind LDP-ul, RSVP-TE (Resource Reservation Protocol with Traffic Engineering), CR-LDP (Constraint-Based Routed LDP) sau extensii ale protocoalelor de rutare cum ar fi BGP. RSVP-TE ruleaz peste protocolul UDP, i CR-LDP ruleaz peste protocolul TCP. ntre cele dou protocoale nu exist mare diferen, totui protocolul RSVP-TE este mai indicat pentru interoperabilitatea cu reelele IP. LSP-ul poate fi considerat ca o cale printre mai multe LSR-uri n care pachetele aparin unui anumit FEC. Este posibil ca ntr-o reea MPLS s avem diferite LSP-uri la diferite nivele ale etichetelor pentru un pachet care i atinge destinaia. LSP-urile sunt unidirecionale. Aceasta nseamna c un pachet se poate ntoarce pe ci diferite. n figura urmtoare, LSR1 i LSR6 sunt LSR-uri de nod, i LSR2, LSR3, LSR4 i LSR5 sunt LSR-uri de backbone. Pentru a putea trimite etichetele, LSR1 i LSR6 lucreaz la nivel de border gateway" i LSR2, LSR3, LSR4 i LSR5 lucreaz la nivel de interior gateway". Acest desen figureaz dou LSP-uri: un LSP de nivel 1 capt la capt de la LSR1 la LSR6, i un LSP de nivel 2 ntre LSR4 i LSR5. Pentru a putea construi un LSP, LSR-ul folosete protocoale de rutare i rutele nvate de la aceste protocoale.

29

Figura 2.4.2 Stabilirea unui LSP Un LSP se poate stabili prin una din cele dou posibiliti: Controlul independent Controlul ordonat Controlul ordonat i controlul independent pentru stabilirea uni LSP, pot coexista n aceeai reea fr nici un fel de problem din punct de vedere al arhitecturii sau interoperabilitii. Metoda independent furnizeaz o convergent i stabilire a LSP-ului mai rapida, deoarece, LSR-ul poate stabili i trimite etichete oricnd, fr ntrziere sau ateptare pentru mesajele ce urmeaz a fi propagate dintr-o parte a reelei n alta. Stabilirea LSP-ului depinde foarte mult de protocolul de rutare. n metoda controlului ordonat, legturile sunt propagate de-a lungul reelei nainte ca LSP-ul s fie stabilit. Aceast metod furnizeaz o mai bun prevenire i evitare a buclelor. [12] 2.4.3 Protocoale de distributie a etichetelor 2.4.3.1 LDP(Label Distribution Protocol) Label Distribution Protocol este un protocol definit n RFC 3036. n acest document sunt specificate mesajele comunicate ntre noduri, precum si formatul acestor mesaje. O sesiune LDP ncepe prin descoperirea vecinilor. Astfel toate nodurile trimit pachete de tip Hello la o adresa multicast. Doar vecinii directi vor raspunde si astfel se va stabili o sesiune TCP ntre 2 vecini. Prin intermediul acestei sesiuni, cei doi vecini si comunica parametrii doriti. Dupa initierea sesiunii, partenerii trimit un mesaj de tip Initialization prin care stabilesc modul de functionare (cum ar fi daca se foloseste detectia buclelor, sau distributia etichetelor nesolicitata). Daca parametrii sunt acceptati ncepe distributia etichetelor prin mesaje care fac o corespondenta de genul: pentru a ajunge la destinatia X foloseste eticheta 30

Y. Nodurile si comunica pe rnd destinatiile cunoscute si etichetele ce vor trebui folosite pentru a ajunge la destinatie. Daca o eticheta propusa nu este acceptata (cel mai probabil deoarece este deja folosita si nodul nu suporta modul de lucru cu spatiu de etichete pe interfata), se raspunde cu un mesaj Notification. Astfel, cei doi vecini negociaza ce etichete vor folosi pentru anumite destinatii si la finalul negocierii si completeaza tabela de dirijare.

Fig 2.4.3(1) Stabilirea sesiunilor LDP ntre vecini Conexiunea TCP ntre cei 2 vecini este mentinuta permanent si periodic se trimit mesaje de tipul KeepAlive. Mesajele initiale de tip Hello sunt trimise prin UDP si au un rol similar cu mesajele KeepAlive. Diferenta este ca mesajele Hello indica faptul ca un link ntre vecini este activ, pe cnd mesajele KeepAlive indica faptul ca un vecin este activ. Acest lucru este evident cnd exista mai multe linkuri ntre 2 vecini; astfel se vor primi mai multe pachete Hello, dar un singur KeepAlive. Solutia aceasta ajuta LDP sa fie mai scalabil n retelele mari. [RIBL][RFC3036][MPLS-TE] Distributia etichetelor se poate face n doua moduri: -Downstream on Demand. -Downstream Unsolicited. Modul Downstream on Demand presupune construirea caii LSP cnd apare necesitatea de a trimite trafic prin acel LSP. Nodul de intrare n reteaua MPLS primeste trafic corespunzator unui FEC nou. Entitatea LDP va cere o eticheta nodului din aval. 31

Nodul din aval face si el o cerere de eticheta urmatorului nod si nu trimite nimic napoi nodului de intrare pna nu primeste un raspuns. Procesul continua pna cnd penultimul nod cere o eticheta nodului de iesire. Dupa ce se ntmpla acest lucru, etichetele sunt alocate ncepnd de la nodul de iesire pna la nodul de intrare, de unde si numele downstream-on-demand .

Fig 2.4.3.(2) Modul de lucru Downstream on Demand n modul de lucru Downstream Unsolicited un ruter propune etichete pentru toate prefixele IP cunoscute, catre toti vecinii, fie ca au cerut etichete, fie ca nu. Deoarece etichetele propuse nu sunt folosite efectiv n dirijarea pachetelor n mod implicit, nu este gresit sa se trimita etichete tuturor vecinilor, chiar daca acei vecini nu folosesc acest ruter ca urmatorul nod. LDP nu este un protocol de rutare; el depinde de un protocol de rutare pentru a elimina buclele (desi are si mecanisme de detectie si prevenire a buclelor, folosibile n retele ATM). Modul de lucru Downstream Unsolicited presupune faptul ca un nod poate primi etichete de care nu are nevoie. Se pune problema daca nodul va stoca acele etichete n cazul n care va fi nevoie de ele, sau daca le va ignora. Modul de lucru conservator implica ca ruterul va arunca etichetele de care nu are nevoie, ceea ce duce la eliberarea de spatiu n tabela de dirijare, dar n acelasi timp duce la stabilirea mai lenta a cailor. Modul liberal implica stocarea tuturor etichetelor primite si introducerea lor n tabela de dirijare, lucru care mareste spatiul ocupat, dar reduce timpul de stabilire a cailor. Alocarea etichetelor nu este singurul lucru pe care l face LDP. n anumite cazuri etichetele sunt retrase (daca se defecteaza un link catre o destinatie), astfel nct trebuie sa existe mesaje pentru a face acest lucru. Ca o particularitate LDP preia o parte din functiile MPLS n anumite cazuri. De exemplu, n retelele ATM, celulele MPLS nu au cmpul TTL. La intrarea n domeniul MPLSATM nodul de intrare decrementeaza TTL-ul pachetelor cu mai multe unitati conform cu numarul de noduri pe care trebuie sa le traverseze. Semnalizarea legata de numarul de 32

noduri se face prin pachete LDP. De asemenea, pentru evitarea buclelor n retelele ATM se folosesc cmpuri speciale din pachetele LDP pentru a stoca lista de noduri traversate. Daca un nod apare de doua ori, nseamna ca exista o bucla pe acea cale.[RFC3036] [MPLS-TE] 2.4.3.2 CR-LDP(Constraint Route Label Distribution Protocol) Constraint-based Routing Label Distribution Protocol este o extensie a LDP si introduce capabilitati de constructie a cailor comutate bazndu-se si pe alte informatii dect pe informatiile oferite de protocolul de rutare. Astfel se pot construi cai cu constrngeri explicite ale rutei (de exemplu se impune ca ruta sa treaca prin anumite noduri) sau cu constrngeri de calitate a serviciilor. De regula, CR-LDP afla informatiile necesare despre capabilitatiile linkurilor (banda disponibila, delay, jitter, etc) de la un protocol de rutare cu astfel de capabilitati. Un exemplu de astfel de protocol este OSPF-TE. CR-LDP a fost gndit sa fie utilizat n Traffic Engineering, dar poate fi folosit si n construirea VPN-urilor bazate pe MPLS.[RFC3213] 2.4.3.3 RSVP-TE(Resource Reservation Protocol) RSVP-TE reprezinta o propunere de a adauga functionalitate unui protocol deja consacrat, care sa-i permita sa distribuie si etichete. Ideea a apartinut companiei Cisco si astfel protocolul RSVP-TE a adoptat conceptele de QoS din IP n detrimentul conceptelor QoS din ATM. Aceasta alegere a avut ca scop principal interconectarea mai usoara ntre provideri. Desi initial RSVP nu a fost folosit n retelele core deoarece nu era scalabil, folosirea sa mpreuna cu MPLS i creste considerabil scalabilitatea. n acest scenariu clasele de echivalenta MPLS nu mai sunt la fel de rigide ca fluxurile RSVP, iar garantiile oferite nu mai sunt capat la capat. RSVP-TE este folosit pentru a stabili cai cu garantii numai n interiorul domeniului MPLS. n mod curent exista o concurenta ntre RSVP-TE si CR-LDP, dar se pare ca RSVP-TE este mai larg raspndit, deoarece a fost implementat timpuriu n echipamentele Cisco. [RFC3210] 2.4.3.4 BGP( Border Gateway Protocol ) Distributia de etichete MPLS prin BGP implica o extensie a protocolului BGP. Dorinta a fost sa se poata interconecta domenii autonome MPLS, fara a fi nevoie sa se ajunga la IP. n plus, BGP este larg raspndit n domeniile ce ofera VPN-uri, avnd un rol important n realizarea VPN-urilor MPLS. Totusi, ntre nodurile vorbitoare de BGP trebuie sa se stabileasca cai MPLS folosind alt protocol de distributie de etichete. 2.5 Avantaje si dezavantaje ale tehnologiei MPLS Tehnologia MPLS a fost definitivata n 2001, cnd specificatiile sale au fost ridicate la rangul de standard. Totusi, de atunci implementarile MPLS nu au crescut n ritmul asteptat. Acest lucru s-a datorat mai multor factori, cum ar fi recesiunea economica din 2001, care a dus la scaderea volumului de afaceri purtate prin Internet. n ultimii ani, retelele MPLS au nceput sa se dezvolte, n principal prin beneficiile pe care le aduc furnizorilor de servicii. 33

n continuare sunt argumentate cteva idei ce sustin folosirea MPLS n retelele core , dar si cteva idei care neaga importanta acestuia: Avantaje -Ruterele care nu au circuite specializate pentru procesul de rutare, sau alte metode pentru cautari rapide vor beneficia de o crestere de viteza n cazul folosirii unei implementari software MPLS - Este flexibil deoarece se poate baza pe informatiile de rutare furnizate de protocoalele de rutare traditionale folosite si de IP - Este usor de integrat treptat n retele mari bazate pe IP, deoarece ruterele MPLS pot comunica cu ruterele traditionale IP -Permite realizarea de retele virtuale private (VPN) cu un overhead mai mic dect n cazul IP-ului -Permite realizarea mai usor a unor functii de Traffic Engineering. -MPLS se poate integra usor n spectrul de servicii IP QoS Dezavantaje/Critici -MPLS are o dinamicitate mai mica fata de IP, deoarece lucreaza cu conexiune, si stabileste cai nainte de a transmite datele. Daca o cale se ntrerupe, protocolul de distributie de etichete va sesiza acest lucru dupa protocolul de rutare si va construi o noua cale nainte de a trimite trafic pe ea. -Comutatia MPLS nu este mai rapida dect rutarea IP. Ruterele noi folosesc memorii cache n care stocheaza rutele cele mai des folosite. Astfel cautarea n tabelul de rutare se reduce considerabil. ntr-un domeniu MPLS, ruterul de intrare si cel de iesire trebuie sa aiba si functionare IP. Prin faptul ca au de facut si prelucrari specifice MPLS, timpul lor de prelucrare e mai mare dect pentru un ruter IP. --Celelalte rutere au, ntr-adevar un timp de prelucrare mai mic, dar aceasta performanta se vede doar pentru cai cu mai mult de 5 noduri; daca sunt mai putine noduri, performanta ruterelor IP e mai buna. n plus, ruterele MPLS pot consuma mai multa memorie dect ruterele IP (deoarece trebuie sa tina si un tabel de rutare si tabel de dirijare). -MPLS nu are suport nativ pentru QoS acest lucru a fost adaugat ulterior prin folosirea bitilor EXP. n anumite situatii clasele de servicii diferentiabile prin 3 biti pot sa fie insuficiente pentru anumite retele. De asemenea, pot aparea probleme la implementari diferite; unii constructori pot sa nu tina cont de bitii EXP. [MPLS-Myths] [RIBL] [L3vsL2]

34

35

Cap.3. Ingineria Traficului n reele MPLS 3.1 Necesitatea Ingineriei de Trafic n MPLS Rolul ingineriei traficului (Traffic Engeneering TE) este de a transmite traficul de la o margine la alt ntr-o reea, n cel mai optim mod. Aceast tehnic este ntlnit nc din timpul reelelor Frame Relay sau ATM, unde se foloseau circuite virtuale pentru a planifica i transmite traficul. Cum n zilele actuale reele se bazeaz n principal pe o solutie IP, este nevoie de o soluie de inginerie a traficului n aceste reele. Acest lucru nu este posibil ntr-o reea pur IP, dar se poate implementa ntr-o reea IP-MPLS. Rutarea n reelele IP este reglementat de necesitatea de a transmite traficul din ntreaga reea ct mai rapid posibil. Acesta este motivul pentru care rutarea IP este bazata pe principiul celui mai mic cost de dirijare. Fiecare protocol IP de dirijare are un cost asociat cu legturile n reele. Acumularea de costuri ale fiecarui link pentru o cale, este folosita pentru a calcula cel mai mic cost al caii. Acest cost reprezint o metric ce este atribuit unui link (de exemplu, Open Short Path First [OSPF] i Intermediate System to Intermediate System [IS-IS]), o metric compus (de exemplu, Interior Gateway Routing Protocol [IGRP] i Enhanced Interior Gateway Routing Protocol [EIGRP]), sau pur i simplu un numr de hopuri (de exemplu, Routing Information Protocol [RIP] i RIP versiunea 2). Dirijarea IP nu ine seam de capacitatea disponibil de lime de band de pe un link, care ar putea diferi semnificativ de costul care este atribuit pe link. Prin urmare, un router poate pstra dirijarea de trafic pe o legtur, chiar dac acest link este deja plin i produce pierdere de pachete.

Figura 3.1 Dirijarea in retele IP De exemplu, in Figura 3.1, dac fiecare link din acest eantion de reea are acelai cost, costul cel mai mic pentru calea de la routerul R1 la routerul R5 este pe calea R1-R2-R5. n mod evident, tot traficul de la R1 la R5 va utiliza calea R1-R2-R5, i calea R1-R3-R4-R5 nu va avea nici un trafic. Putei distribui sarcina uniform schimband costul pe link-uri pentru un anumit protocol de dirijare. Asta ar putea distribui traficul mai uniform, dar niciodat nu poi distribui sarcina perfect, deoarece, n reelele reale, link-urile nu au, aproape niciodat, aceeai lime de band. n reeaua din figura 3.1, avei posibilitatea s va asigurati c cele dou ci sunt egale facand suma costurilor de link-uri n calea R1-R2-R5 i calea R1-R3-R4-R5 egala. Rezultatul va fi echilibrarea ncrcrii de trafic ntre R1 i R5 pe cele dou drumuri. Aceasta va fi bine pentru traficul ntre R1 i R5, dar va fi tot neechilibrat de exemplu traficul care intr n reea de pe R2 catre R4, i aa mai departe. Avem iar aceeasi problema, pentru c exist dou ci de la R2 la R4, putei avea aceeai problem ntre routere R3 i R5 sau la oricare dintre celelalte. De 36

asemenea in orice zi se poate lua decizia cresterii capacitatii unui link, in acest caz fiind inutil calculul facut mai devreme si va trebui sa refacem costurile. MPLS TE este o solutie pentru ca: - ajuta la rspndirea eficienta a traficului n ntreaga reea, evitnd neutilizarea i suprautilizarea link-urilor; - ine seama de configuratiile (statice) de latime de banda ale legturilor; - ia n considerare atributele legaturilor, precum: intarziere, jitter,etc; - se adapteaz automat la schimbarea de ltime de band pe un link; - se poate trimite traficul in retea dupa adresa sursa a pachetelor, nu neaparat dupa cea destinatie. MPLS TE permite ingineria traficului pentru un sistem n cazul n care routerul de la capul unei LSP (headend) poate calcula cea mai eficient cale prin intermediul reelei spre routerul de la coada LSP (tailend). Routerul de la capul LSP poate face acest lucru n cazul n care acesta cunoaste topologia de reea. n plus, routerul headend trebuie s tie restul de lime de band pentru toate link-urile din reea. n fine, este nevoie s fie permis MPLS pe routere astfel nct s se poat stabili LSP-uri cap la cap. Faptul c schimbarea de etichete este utilizata i nu comutarea dupa IP, calea poate fi definita in functie de adresa surs IP n loc de destinaie. Asta se datoreaz faptului c MPLS transmite in planul de date potrivind eticheta de sosire din tabela LFIB si o schimba cu o eticheta de expediere.[30] Prin urmare, routerul de la capul LSP, headend, este cel care poate determina dirijarea de pachete etichetate, dup ce toate LSR-uri cad de acord ce etichete s foloseasca pentru care LSP. Figura de mai jos arat un exemplu de dirijare pe baza de sursa, capacitate a MPLS TE.

Figura 3.2 Dirijarea cu ingineria traficului In figura 3.2, R6 doreste sa trimita traficul pe calea R6-R1-R2-R5, iar R7 vrea sa transmita traficul de-a lungul caii R7-R1-R3-R4-R5, acest lucru este imposibil s se realizeze ntr-o reea IP clasica. n cazul n care se foloseste o reea MPLS, putei configura aceste dou ci ca dou LSP-uri diferite, astfel nct etichete diferite sunt folosite. La router R1, valoarea diferita a etichetei de sosire indic dac pachetul aparine de LSP-ul cu routerul R6 ca si cap sau de LSP cu R7. R1 apoi nainteaza pachetele pe una dintre cele dou LSP-uri, dar nu dupa propriile sale dorinte cum era cazul cu simpla forwardare IP. Exist posibilitatea s se implementeze MPLS TE n orice reea care are LSR-uri. Cu toate acestea, deoarece limea de band i alte atribute de link-uri trebuie s fie cunoscute de ctre LSR-ul de la capul LSP-ului, protocolul de dirijare folosit ntre capetele MPLS TE (LSR-ul cap si LSR-ul coada) trebuie s fie un protocol de dirijare link-state. Cu un astfel de protocol, fiecare router construiete o tabela cu starile link-urilor, care este apoi inundata la toate celelalte rutere n aceeai zon. Aceasta nseamn c, toate routere din domeniu au o topologie cu toate informaiile din zona respectiv. LSR-ul de la cap isi poate da astfel seama cum s stabileasc LSP-ul cu ingineria traficului stabilita. Acest LSP se numete un tunel MPLS TE. Un tunel este 37

unidirecional, pentru c o cale LSP este unidirecionala, i are configuraia tunelului TE numai la capul de la nceputul LSR-ului, i nu la LSR-ul de la coada LSP-ului. Dac ingineria traficului este activat n reea exist posibilitatea de a crea tunele MPLS TE ntre orice pereche de LSR-uri din reea. Ca atare, exist posibilitatea s se orienteze tot traficul din reea, evitand congestionarea n ea, i s se dea tot traficul in functie de caracteristici (de latime de banda, ntrziere, bruiaj i aa mai departe) de care este nevoie. Acest lucru este esenial pentru miezul retelei (CORE backbone) al providerilor de servicii. 3.2 Modul de lucru al ingineriei traficului n MPLS MPLS este o integrare a tehnologiilor Layer 2 i Layer 3. Prin aducerea caracteristici tradiionale Layer 2 disponibile la Layer 3, MPLS permite ingineria de trafic. Astfel, se poate oferi n cadrul unei reele de un singur nivel ce se putea realiza numai prin suprapunerea unei reele Layer 3 peste o reea Layer 2. MPLS TE stabilete automat i menine tunele n ntreaga reea core, utiliznd RSVP. Calea utilizat de ctre un anumit tunel n orice moment este determinat pe baza resurselor necesare ale tunelului i resursele reelei, cum ar fi lime de band. Traseele tunelelor sunt calculate la capul tunelului pe baza resurselor necesare i resurselor disponibile. IGP-ul automat ruteaz acest trafic n aceste tuneluri. De obicei, pachetele ce trec o reea cu MPLS TE n backbone circul pe un singur tunel, care conecteaz punctul de ptrundere la cel de ieire. Ingineria de trafic in MPLS este construit pe urmtoarele mecanisme: Constrngerile legaturilor : ct de mult trafic fiecare link poate sprijini i ct poate utiliza tunelul TE; Distribuia informaiilor de inginerie a traficului de catre protocolul link-state de dirijare cu MPLS TE-activat; Un algoritm (de calcul al caii path calculation [PCALC]) pentru a calcula cea mai bun cale de la LSR-ul cap la LSR-ul coada; Un protocol de semnalizare Protocolul de rezervare a resurselor - Resource Reservation Protocol [RSVP]) pentru a semnalala tunelul TE n ntreaga reea; O modalitate de a transmite trafic pe tunelul TE. Primul nume folosit de Cisco pentru MPLS TE a fost de dirijare cu resurse de rezervare (Routing with Resource Reservation), de asemenea, cunoscut ca RRR sau R3 (a se citi ca R cub). Acest nume ne indic faptul c un motiv important pentru a avea MPLS TE este de a dirija traficul sau a direciona n funcie de resurse sau constrngeri. Aceste resurse sunt limea de band a link-urilor i cteva atribute de link-uri pe care operatorul le specific. Aceste atribute sunt configurate pe link-uri si sunt anunate de protocolul link-state (OSPF sau IS-IS). n loc de a crea un nou protocol pentru a transporta aceast informaie i de a le anuna la toate LSR-urile, OSPF i IS-IS au fost extinse pentru a transporta aceast informaie. Cnd se configureaz un tunel TE pe un LSR, acesta devine capul (headend LSR) din acel tunel TE sau TE-LSP. Apoi se specific destinaia LSR de pe tunelul TE si constrangerile la care trebuie sa se supun. De exemplu, se poate s se specifice cerina de lime de band pe tunel. n interiorul IOS-ului Cisco, o baz de date este construit cu informaii de inginerie a traficului pe care protocolul link-state le trimite. Acesta baz conine toate link-uri care sunt activate pentru MPLS TE i caracteristicile acestora sau atributele. De la aceast baz de date, PCALC sau SPF-ul constrns (constrained SPF- CSPF) calculeaz cel mai scurt traseu, care nc mai ader la toate constrngerile (cel mai important, lime de band), de la capul LSR la coad LSR. PCALC sau CSPF sunt algoritmi ce aleg drumul cel mai scurt (SPF) modificati pentru MPLS TE, astfel nct constrngerile pot fi luate n considerare. Ele au la baz teorema CBR 38

(Constraint Based Routing) care are la baz posibilitatea de a obine ci multiple ntre o surs specific i o destinaie ntr-o reea. LSR-urile intermediare pe LSP trebuie s tie care sunt etichetele de intrare i de ieire pentru acel LSP particular pentru acel tunel TE. LSR-urile intermediare pot afla etichetele doar n cazul n care LSR-ul cap i LSR-urile intermediare semnalizeaz etichetele cu un protocol de semnalizare. n trecut, dou protocoale de semnalizare au fost propuse: RSVP cu extensii pentru TE (RSVP-TE) i LDP bazat pe constrngeri (constraint-based LDP sau CR-LDP). Mult mai folosit este RSVP-TE, n care extensii au fost fcute la RSVP pentru a permite acesteia s poarte etichet MPLS de informare i de alte date specifice TE, cum ar fi traseul explicit sau traseul nregistrat. n esena, RSVP ncearc s semnalizeze tunelul TE de-a lungul caii, de la cap la coad - care este rezultatul calculului bazat pe baza de date a ingineriei de trafic de la LSR-ul cap. RSVP trebuie s-l semnalizeze pentru ca informaiile despre etichete s ajung la fiecare LSR. [30] Distribuia informaiilor de inginerie a traficului Un protocol de dirijare link-state trebuie s inunde constrngerile de pe link-uri n reea pentru toate routere pe care se execut ingineria traficului. n acest capitol, putei vedea ce fel de informaii trebuie s fie transmise i cum OSPF au fost extinse pentru a transporta aceste informaii de TE. 3.2.1 Cerine pentru IGP Protocolul de rutare interior reelei (IGP) trebuie s fie capabil s transmit toate informaiile de topologie (starea de legturi) la toate routere n zon n care ingineria de trafic a fost activat. Numai un protocol link-state poate efectua aceast activitate, pentru c starea tuturor link-urile este inundat de un router la toate routerele dintr-un domeniu. Prin urmare, fiecare ruter n zon tie toate cile alternative, pentru a ajunge la destinaie. Un protocol de rutare distance-vector nu poate efectua aceast activitate. El este conceput doar pentru a transmite cel mai bun traseu (traseu n tabela de rutare), de aceea, informaiile cu privire la cile alternative sunt pierdute. Routerul de la capul tunelui cu TE (headend) trebuie s dispun de toate informaiile de topologie pentru a vedea toate cile posibile, dar acesta trebuie s aib, de asemenea, toate informaiile legate de constrngerile de pe link-urile pe care le are la dispoziie. Protocolul de rutare de tip link-state trebuie s fie extins pentru a obine aceast resursa de informaii suplimentare. Resursele de inginerie a traficului de pe un link sunt: metrica TE latimea de banda maxim limea de band maxim rezervabil latimea de band nerezervabil grup administrativ Metrica TE este un parametru care se poate utiliza pentru a construi o topologie cu TE diferit de topologia IP. Ca atare, metrica TE de pe un link poate fi diferit de costul OSPF sau metrica IS-IS de pe link. Limea de band maxim este limea de band total de pe un link. Limea de band maxim rezervabila este, evident, limea de band la dispoziia TE pe link; cea nerezervabila este data de limea total minus limea deja rezervat.

39

Grupul administrativ este un cmp de 32 de bii. Operatorul de reea pot stabili individual, fiecare bit din acest domeniu pe 32 de bii i poate avea un sens ales de el. De exemplu, un bit ar putea s nsemne c link-ul este o legtur cu o vitez de 48kbps, sau un link care este intercontinental, sau un link care are o ntrziere mai mic de 100 ms. Link-ul poate avea mai multe resurse asociate cu aceast, cu un maxim de 32. Aceste resurse sunt inundate n ntreag zon, atunci cnd acestea se schimb n valoare sau la intervale regulate. 3.3 Extensii OSPF pentru Ingineria Traficului RFC 2370 descrie o extensie a protocolului OSPF prin care cele trei noi anunuri link-stat (LSA-uri) sunt definite i sunt numite LSA-uri opace. Aceste trei noi LSA-uri dau OPSF-ului un mecanism generalizat de a extinde OSPF. Acestea pot duce informaii pentru a fi utilizate de ctre OSPF sau direct de ctre orice aplicaie. Aceste LSA-uri sunt exact ceea ce MPLS TE are nevoie pentru a pune n OSPF. OSPF poate apoi inunda aceast informaie n ntreag reea. Trei tipuri de LSA-uri exist, difer doar n domeniul de aplicare a inundaiilor. LSA de tipul 9 aplicat numai pe link-local; de tip 10 are un domeniu de aplicare a inundaiilor care este de zon larg, i opac 11 are un tip de inundaii, domeniul de aplicare, care este autonom, la nivel de sistem. Asta nseamn c, LSA-urile de tip 9 sunt trimise numai pe link, dar niciodat transmise dincolo; cele de tip 10 sunt oprite de ctre routerul de la zona de frontier (gateway), i de tip 11 sunt inundate n intreg domeniul OSPF, la fel ca i cele de tip 5. Un bit nou, bitul O, a fost definit pentru a fi folosit n cmpul opiuni al OSPF. Acest bit poate indica dac este un router capabil de trimitere i primire de LSA-uri opace. Cmpul opiuni este prezent n mesajele OSPF Hello, pachetele ce descriu baza de date (database description), precum i n toate LSA-urile.

Figura 3.3 Campul optiuni OSPF Figura 3.4 arat formatul opac al LSA-ului. LSA-urile de tip 9, 10, sau 11, unde campul cu valoare normal a ID-ul a fost nlocuit cu Opaque Type and Opaque ID.

Figura 3.4 Formatul LSA opac

40

LSA-ul TE de tip 10 opac poart una sau mai multe Valori ale Tipului de Lungime ( Type Length Value - TLV). Un TLV permite OSPF sa transporte date ntr-un mod flexibil. Figura de mai jos arat formatul TLV.

Figura 3.5 Formatul TLV Acest TLV transport date specifice MPLS TE. O adresa TLV a routerului i un link TLV exist. Adresa TLV tine ID-ul routerului in TE. Link-ul TLV exercit un set de sub-TLV-uri care descriu un singur link pentru MPLS TE. Tabelul urmator ofer o imagine general de pe link-ul de sub-TLVs. Putei vedea c resursele de pe link-dup cum s-a menionat n seciunea anterioar, sunt prezente. Nume Link type (tipul legaturii) ID-ul le