MPLS MultiProtocol Label Switching
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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