15. Multi-Protocol Label Switching

SZOLGÁLTATÁS-MINŐSÉG BIZTOSÍTÓ INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK LABORATÓRIUMA TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK, BME SZOLGÁLTATÁS-MINŐSÉG BIZTOSÍTÓ INFORMÁCIÓS TECHNOLÓGIÁK LABORATÓRIUMA TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK, BME

Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181)

15. – Multi-Protocol Label Switching Lukovszki Csaba, [email protected]

TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

2005. november 8. kedd

1

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


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 kihúzása Nem elég jó a hop-by-hop megoldás (legalábbis erre nem)



A hálózatok jövője

H

H

R

R

Traffic classification

RSVP LDAP AAA NHRP QoSR

Radius Forwarding Power

CBR Traffic Engineering

Edge Servers


Felhasználók (magán userekek, vállalalati felhasználók) – kezdetben egy, egységes routinghoz tartoztak. Ebből létrejött egy gerinc hálózat Majd kialakult egy határfelület nem nagy a sávszélesség -> ez drága de sok a felhasználó, nagyok az igények Itt kell terhelés megosztás traffic 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 » Címke Rövid, adott hosszúságú és formátumú numerikus azonosító, amely az IP csomaghoz van rendelve, és amelyet a csomag továbbításához használ fel a hálózati csomópont. » Útválasztás Információ kezelése és nyilvántartása, hogy az IP csomagokat el tudjuk juttatni a forrástól a célig. » (Csomag)továbbítás A 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 választása Útválasztási 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 csomagok LSR: kapcsolás útvonal választás alapján LER: itt történik a címkekiosztás LSP: az útvonal, amit bejár a csomag LDP: ezen protokoll segítségével osztják ki a címkéket



MPLS architektúra » MPLS hálózat

IP

IP

Label Edge Router (LER) Címke hozzárendelés

#L1

IP

Label Switching Router (LSR) Címke csere

#L2

IP

Label Switching Router (LSR) Címke csere

#L3

IP

Label Edge Router (LER) Label Címke Edge törlés

Router




Multipont-pont fa (FEC)

#216

#14

#311

#99

#311

#963

#311

#963 #14 #612 #5

#462 #99

#311


FEC:

~ IP cím tartomány csomagok egy csoportja, mely egyformán kezelendő



Ekvivalens továbbítási osztály (FEC) LSR

LER

LSR LER

LSP IP1

IP1 IP1

#L1

IP1

#L2

IP1

#L3

IP2

#L1

IP2

#L2

IP2

#L3

IP2

IP2 Különféle prefixszel rendelkező csomagok továbbítódhatnak ugyanazon az útvonalon (LSP, tehát ugyanazon címke halmazon)

FEC = “A csomagok egy halmaza, melyeket a LSR-ek ugyanúgy kezelnek ” A FEC koncepció nagy skálázhatóságot és rugalmasságot nyújt az MPLS alkalmazásához Hagyományos útválasztásnál minden útválasztóban FEC rendelődik a csomaghoz, MPLS-ben ez egyszer történik meg a hálózat határán 10 | Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) | 2005. november 8. kedd

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



Címke kapcsolt útvonal (LSP)

#216

#14

#311

#99

#311

#963

#311

#963 #14 #612 #5

#462 #99

#311

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


LSP:

a fán létező egy db egyirányú útvonal az első címke hozzárendeléskor egyértelműen meghatározzuk az LSP-k összege fát alkot



Címke szétosztás » Kérelem alapján

» Explicit

Downstream Label Distribution LSR1

Downstream-on-Demand Label Distribution

címkehozzárendeléssel

LSR2

LSR1

Label-FEC Binding

Request for Binding

• LSR2 és LSR1 “LDP szomszédosság”-ot Request: IP address alakítanak ki (LSR2 az LSR prefix lefelé irányába esik) • LSR2 felderíti a következő csomópontot az adott FEC-hez IP address prefix Mapping: label • LSR2 címkét hoz létre az adott FEC-hez és elküldi az összerendelést LSR1-nek

LSR2

Label-FEC Binding

• LSR1 LSR2-t az adott FEC következő csomópontjának tekintiprefix IP address Mapping: label • LSR1 kötési kérést küld az LSR2-nek

• LSR1 bejegyzi a címkét a továbbítási táblájába

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

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

• Mindketten ugyanazon adatokat tárolják


DLD: az kezdeményezi a címke hozzárendelést, aki a hálózathoz csatlakozik DDLD: csak kérésre történik meg az összeköttetés itt nincs fa kialakítás



MPLS címke kiosztás Intf Label Dest Intf Label In In Out Out 3 0.50 47.1 1 0.40

Intf In 3

Label Dest Intf In Out 0.40 47.1 1 1

Request: 47.1

3 u R eq

es t:

4 7 .1

2

Ma

2

1 Mapping: 0.40

1 47.3 3

47.1

3

g: ppin

0. 5

0

2 47.2


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) Intf Label Dest Intf Label In In Out Out 3 0.50 47.1 1 0.40 Intf Dest Intf In Out 3 47.1 1

Label Out 0.50

Label Dest Intf In Out 0.40 47.1 1 1 47.1 IP 47.1.1.1

3

3 1

1

Intf In 3

2

2

47.3 3

47.2 2

IP 47.1.1.1


Egy tartományon belül címkék alapján továbbítjuk a csomagokat Teljesen 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: 20 bits

3 bits 1 bit

8 bits

Label

CoS

TTL

S

? 32 bits or 4 bytes

? ?

.. .

Layer 2 header

IP packet

?

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

MPLS Shim Headers


(OSI 2. réteg = adatkapcsolati réteg) ATM:

első QoS megvalósítás virtual 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

azonosítókat az MPLS-nél ezeket a mezőket használjuk fel Az MPLS címkéket lehet stackelni, azaz egymásba ágyazhatóak erre 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 tartozzon TTL: mint az IP-nél S-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 Out Hierarchikusan egymásba ágyazhatóak



Csomagtovábbítás Labeled Packet

13 456

ILM

Incoming label

NHLFE no.

25 13

IV I

…

… 1 6543

33

CCI

FEC

NHLFE no.

IP address 152.66 …

152.66.130.2

NHLFE Next hop Layer no. assign

Label place in header

Operation to perform in label stack New label

Y …

FTN

LFIB

I II III

1. 2. 5.

A B B

ATM VCI pop New header swap; 44 New header push; 34 (19)

12.

C

New header

III …

MCMII

swap; 27

FEC Y

Packet without label

FEC assignment

IP packet


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 konvergenciaidő függ 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 Enginering Kontrollálható a késleltetés valamint a késleltetés ingadozás: fixen kihúzott LSP-n. Ez is volt az egyik elsődleges célja.


15. Multi-Protocol Label Switching

Recommend Documents