MPLS MultiProtocol Label Switching

MPLS
MultiProtocol Label
Switching
Trabalho de Redes de Computadores I
Autor: Fabricio Couto Inácio
Período: 01/2002
Por que MPLS ?
Fatores Motivadores
ξ O crescimento rápido da Internet e a difusão
de redes construídas sobre o protocolo IP
geraram demanda de novas facilidades;
ξ Necessidade de integração de tecnologias de
camada 2 e 3;
ξ Maior controle sobre o consumo dos
recursos da Rede;
ξ Disponibilizar de novos serviços sobre IP.
Redes IP
ξ A evolução da Internet popularizou o protocolo
TCP/IP, tornando o IP como um padrão;
ξ O serviço oferecido pelo IP é sem conexão;
ξ Complexidade nas tomadas de decisão no
encaminhamento;
ξ A comunicação é não-confiável;
ξ O IP é considerado um protocolo de “melhor
esforço” (best effort);
ξ No início sua simplicidade e flexibilidade eram
suficientes;
Qual a Demanda?
ξ Orientação a conexão em redes IP;
S
L
ξ Menor complexidade de decisões de
encaminhamento nos roteadores;
ξ Engenharia de tráfego;
P
ξ VPNs (Virtual Private Networks);
M
ξ Interoperabilidade;
ξ CoS (Classes de Serviço);
ξ Facilidades para implementação das
arquiteturas de QoS;
ξ Proteção dos investimentos.
MPLS
ou
Tag Switching?
Tecnologias de Troca de
Labels
ξ O MPLS evoluiu de várias tecnologias de troca de labels
criadas em meados dos anos 90.
ξ Alguns dos métodos proprietários desenvolvidos são:
ψ IP SWITCHING (IPSILON)
ψ Cell Switching Router (Toshiba)
ψ Tag Switching (Cisco)
ψ Aggregate Route-based Ip Switching ou ARIS
(IBM)
ξ Todas essas tecnologias utilizam a troca de labels como
método de encaminhar os pacotes.
ξ Tag switching desenvolvido pela Cisco foi
disponibilizado para usuários em Março de 1998.
ξ Tag Switching é uma implementação pré padronização
da arquitetura MPLS.
Tecnologia
MPLS
Benefícios
ξ Roteamento simplificado;
ξ Suporte a Engenharia de Tráfego;
ξ Suporte a QoS.
Tecnologia MPLS
ξ Componente de Encaminhamento
ψ utiliza informações dos labels dos
pacotes e informações das tabelas de
mapeamento de labels existentes nos
Label Switching Routers para encaminhar
pacotes;
ξ Componente de Controle
ψ responsável por criar e manter as tabelas
de mapeamento de labels nos Label
Switching Routers.
Label Switching Devices
ξ Edge Label Switching Routers
ψ adicionam labels aos pacotes
ψ no começo do Label Switched Path
ψ retiram labels dos pacotes
ψ no final do Label Switched Path
ξ Label Switching Routers
ψ encaminham pacotes baseados nas
informações dos labels.
Label Switching Devices
Rede
ATM
Label Switching Routers
Rede
FrameRelay
Edge Label
Switching Routers
Rede
IP
Forwarding Equivalence Classes
(FEC) e Next Hop
ξ MPLS faz uso de FECs;
ξ Pacotes IP são classificados em FECs;
ψ Grupo de pacotes IP encaminhados da mesma forma
- Pelo mesmo caminho;
- Com o mesmo tratamento no encaminhamento;
ξ LSRs escolhem um label para cada FEC;
ξ A classificação de pacotes em FECs é feita quando o
pacote entra na rede MPLS (Edge LSR);
ξ Não são feitas classificações subseqüentes na rede
MPLS;
ξ Encaminhamento de pacotes consiste em:
ψ Associar pacotes a FECs;
ψ Determinar o next hop de cada FEC.
Label Switch Path (LSP)
ξ Cada pacote com label
ψ entra na Rede MPLS pelo LSR de entrada;
ψ sai da Rede MPLS pelo LSR de saída.
ξ LSP é a seqüência de LSRs através dos quais cada
pacote com label deve passar até chegar ao LSR de
saída.
O MPLS cria um paradigma de
orientação a conexão em Redes IP
Label Switch Path (LSP)
Ingress-LSR
Egress-LSR
IGP domain with a label
distribution protocol
ξ LSPs são unidirecionais
ψ o retorno do tráfego acontece por outro LSP
ξ A decisão de por qual LSP um pacote deve seguir é tomada no
LSR de entrada
ξ Esta decisão pode ser baseada em fatores como:
ψ endereço de destino
ψ requerimentos de QoS
ψ estado atual da Rede
Componentes nos
Roteadores
ξ Label Forwarding Information Base
(LFIB)
ξ Componentes Funcionais
ψ Encaminhamento
ψ Controle
Label Forwarding Information
Base(LFIB)
Cada entrada possui os seguintes campos:
ξ Label de entrada, prefixo de end. IP, interface
de saída, label de saída
ξ LFIB é indexada pelo campo label de entrada
ξ LFIB pode ser tanto por Label Switching
Router como por interface
In
Lbl
Address
Prefix
Out
I’face
Out
Lbl
4
128.89
0
9
5
171.69
1
7
...
...
Algoritmos de Encaminhamento
ξ ELSR ou LER
ψ Procura o endereço IP da rede de destino
no pacote;
ψ Procura uma entrada na tabela
correspondente ao IP da rede de destino;
ψ Adiciona o Label no pacote IP;
ψ Envia o pacote pela interface de saída.
Algoritmos de Encaminhamento
ξ LSR
ψ Extrai o label do pacote;
ψ Procura uma entrada na LFIB com label de
entrada igual ao label do pacote;
ψ Troca o label do pacote pelo label de saída
correspondente (label Swapping);
ψ Envia o pacote pela interface de saída
correspondente.
Encapsulamento do Label MPLS
Onde carregar o label ?
ξ Como parte do cabeçalho MAC:
ψ
VCI/VPI no ATM;
ψ
DLCI no Frame Relay;
ξ através de uma inserção entre os
cabeçalhos das camadas MAC e de Rede.
Encapsulamento do Label MPLS
ATM Cell Header
GFC
VPI
VCI
PTI CLP HEC
DATA
Label
PPP Header
PPP Header
(Packet over SONET/SDH)
Label
Layer 3 Header
Shim header
LAN MAC Label Header MAC Header
Label
Layer 3 Header
Header do MPLS
Layer 2
Header
Label
Header
Layer3
Data
Layer 3
Header
Exp.
(3 bits)
Label
(20bits)
TTL
(8 bits)
Stack(s)
Stack(s)
(1 bit)
Exemplo de Roteamento:
Distribuição de Informação de
Roteamento
Address
Prefix
Address
Prefix
I/F
Address
Prefix
I/F
128.89
1
128.89
0
171.69
1
171.69
1
128.89
I/F
0
...
...
...
128.89
0
0
1
Você pode chegar a 128.89 e
171.69 por mim
Você pode chegar a 128.89
por mim
1
171.69
Atualizações de
roteamento (OSPF,
EIGRP, …)
Você pode chegar a 171.69
por mim
Exemplo de Roteamento:
Encaminhamento de Pacotes
Address
Prefix
I/F
Address
Prefix
I/F
128.89
1
128.89
0
171.69
1
171.69
1
...
Address
Prefix
I/F
128.89
0
...
...
128.89
0
0
1
128.89.25.4 Data
128.89.25.4 Data
128.89.25.4 Data
128.89.25.4 Data
1
171.69
Pacote encaminhado
baseado no endereço IP
Exemplo MPLS: Informação
de Roteamento
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
128.89
1
128.89
0
171.69
1
171.69
1
...
...
...
...
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
128.89
0
...
...
0
0
1
Você pode chegar a 128.89 e
171.69 por mim
Você pode chegar a 128.89
por mim
1
171.69
Atualizações de
roteamento (OSPF,
EIGRP, …)
128.89
Você pode chegar a 171.69
por mim
Exemplo MPLS: Designação
de Labels
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
-
128.89
1
-
171.69
1
...
...
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
4
4
128.89
0
9
5
5
171.69
1
7
...
...
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
9
128.89
0
...
...
0
-
128.89
0
1
Use label 9 para 128.89
Use label 4 para 128.89 e
use label 5 para 171.69
1
171.69
Label Distribution
Protocol (LDP)
Use label 7 para 171.69
Exemplo MPLS: Encaminhamento
de Pacotes
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
-
128.89
1
-
171.69
1
...
...
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
4
4
128.89
0
9
5
5
171.69
1
7
...
...
In
Lbl
Address
Prefix
Out Out
I’face Lbl
9
128.89
0
...
...
0
-
128.89
0
1
128.89.25.4
9
128.89.25.4
Data
4
128.89.25.4
Data
128.89.25.4
Data
1
171.69
Pacote encaminhado
baseado no label
Data
Encaminhamento de Pacotes
1. Protocolos de Roteamento (e.g. OSPF, IS-IS)
determinam a conectividade entre as redes
2. Label Distribution Protocol (LDP)
estabelece um relacionamento entre
os Labels e as redes de destino (LSPs)
3. Na entrada, o Edge LSR
recebe o pacote e
acrescenta um Label
baseado no destino, e em
serviços diferenciados,
como QoS e VPN.
5. Na saída, o Edge
LSR remove o Label e
entrega o pacote.
4. LSR comuta o
pacote trocando os
Labels a cada nó.
Protocolos de Distribuição
de Labels
Existem vários Protocolos para troca de Labels
ξ LDP
ψ Mapeia endereços IP unicast em labels
ξ RSVP, CR-LDP
ψ Usados para Engenharia de Tráfego e
Reserva de Recursos
ξ PIM (Protocol Independent Multicast)
ψ Usado para mapeamento de labels
multicast
Aplicações
do MPLS
Engenharia
de Tráfego
Engenharia de Tráfego
Ter o controle de como o tráfego flui na rede
para:
ξ Melhorar a performance geral da rede;
ξ Oferecer serviços diferenciados;
Objetivos da
Engenharia de Tráfego
ξ Tratamento diferenciado para tráfegos com
requisitos diferentes de nível de serviço.
ξ Meios automáticos para definição de
encaminhamento de tráfego com o controle
de como o tráfego será roteado ou re-roteado
em casos de falhas.
VPN MPLS
VPN MPLS: Vantagens
ξ Provê comunicação privada e segura entre Redes
remotas.
ξ Provê o mesmo nível de segurança que VPNs de
Camada 2, por restringir a distribuição de rotas da
VPN apenas aos roteadores participantes.
ξ O MPLS suporta o modelo de comunicação “any-toany” entre os sites da VPN sem necessitar da
instalação de uma configuração “full mesh” de PVCs.
ξ VPN MPLS disponibiliza CoS, com suporte a
diferentes classes de serviço dentro de uma mesma
VPN.
VPN MPLS: Terminologia
ξ O backbone VPN MPLS é composto por dois tipos de
LSRs:
ψ roteadores PE (provider edge LSRs)
ψ P routers (provider LSRs)
ξ roteadores PE fazem a interface com os roteadores
dos clientes (customer edge CE).
VPN_A
VPN_A
CE
CE
VPN_B
VPN_A
CE
PE
P
P
P
P
PE
CE
VPN_A
CE
VPN_B
PE
VPN_B
CE
PE
CE
Intranet/Extranet VPN
VPNs Tradicionais
MPLS VPNs
VPN A
VPN B
VPN C
VPN C
VPN B
VPN A
VPN B
VPN C
VPN C
VPN A
VPN B
Label Stack
ξ O MPLS suporta comutação de rótulos
com operações hierárquicas;
Label Stack
Conclusão
ξ Vantagem direta: encaminhamento baseado
em rótulos (consideravelmente mais
rápido);
ξ Permite a utilização de diversos
mecanismos, como Engenharia de Tráfego,
associação de Parâmetros de QoS, etc;
ξ Orientação a conexão em redes IP;
ξ Integração mais fácil com outras
tecnologias de rede.
Referências
ξ http://www.networkdesigners.com.br/artigos/pete/mpls/mpls.html
ξ http://www.cisco.com/warp/public/784/packet/apr99/6.html
ξ http://198.11.21.25/capstoneTest/Students/Papers/docs/proceedin
gs38182.pdf
ξ http://community.roxen.com/developers/idocs/rfc/rfc3032.html
ξ http://www.nwfusion.com/columnists/2000/0529rohde.html
ξ http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/routing.
htm
ξ http://www.iec.org/online/tutorials/mpls_traffic/topic01.html
ξ http://www.cisco.com/go/mpls