Introducci n a mpls
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Introducción a MPLS. Multi-Protocol Label Switching Teoría de las Comunicaciones 2011. MPLS : Conceptos. MPLS: Multi Protocol Label Switching MPLS es “Nivel 2+ switching” MPLS el forwarding se realiza de la misma forma que en los switches VC (Virtual Circuit)

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Introducción a MPLS

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Introducci n a mpls

Introducción a MPLS

Multi-Protocol Label Switching

Teoría de las Comunicaciones

2011


Mpls conceptos

MPLS : Conceptos

MPLS: Multi Protocol Label Switching

MPLS es “Nivel 2+ switching”

MPLS el forwarding se realiza de la misma forma que en los switches VC (Virtual Circuit)

“Packet forwarding” se realiza en base a los “Labels”


Motivaci n

Motivación

  • IP

    • Primer protocolo definido y usado

    • De facto el único protocolo para la Internet Global trabajando

      … pero tiene desventajas


Motivaci n cont

Motivación (cont.)

  • Desventajas del Ruteo IP

    • Sin conexión

      - e.g. no QoS

    • Cada router debe tomar decisiones independientes basado en las Direcciones IP

    • Encabezado IP Grande

      - al menos 20 bytes

    • Ruteo en capa de red

      - Más lento que Switching (conmutación)

    • Usualmente diseñado para obtener el camino más corto

      - No toma en cuenta otras métricas


Motivaci n cont1

Motivación (cont.)

  • ATM (Asynchronous Transfer Mode)

    • Orientada a Conexión

      - Provee QoS

    • “Switcheo” rápido de paquetes con paquetes (celdas) de largo fijo

    • Integración de diferentes tipos de tráfico (voz, datos, video)

      … Pero también tiene desventajas


Motivaci n cont2

Motivación (cont.)

  • Desventajas de ATM

    • Complejo

    • Caro

    • No ampliamente adoptado


Motivaci n cont3

Motivación (cont.)

  • Idea: Combinar los algoritmos de re-envío usados en ATM e IP.


Bases de mpls

Bases de MPLS

  • Multi Protocol Label Switching es acomodado entre capa 2 y capa 3 ???


Bases de mpls cont

Bases de MPLS (cont.)

  • Características de MPLS

    • Mecanismo para manejar el flujo de tráfico de tamaños variados (Flow Management)

    • Es independiente de protocolos de capa 2 y 3

    • Mapea direcciones IP a rótulos ( labels) de longitud fija

    • Interconecta a protocolos de existentes (RSVP, OSPF)

    • Soporta ATM, Frame-Relay y Ethernet


Mpls esquema b sico

MPLS : esquema básico….

Label Swapping

Label Pop

Label push

LIB

Incoming

Outgoing

IF1

IF2

L1

L2


Mpls esquema b sico cont

IP

#L1

IP

#L2

IP

#L3

MPLS : esquema básico (cont)….

IP

IP

IP Forwarding

IP Forwarding

LABEL SWITCHING


Introducci n a mpls

MPLS

  • A diferencia de IP la clasificacion / etiqueta puede basarse en:

    Destination Unicast address

    Traffic Engineering

    VPN

    QoS

  • FEC: Forwarding Equivalence Class

    Puede representar : Destination address prefix, VPN, Traffic Engineering tunnel, Class of Service (CoS).


Terminolog a mpls

Terminología MPLS

  • FEC (Forwarding Equivalence Class):conjunto de paquetes que entran en la red MPLS por la misma interfaz, que reciben la misma etiqueta y por tanto circulan por un mismo trayecto. Normalmente se trata de datagramas que pertenecen a un mismo flujo. Una FEC puede agrupar varios flujos, pero un mismo flujo no puede pertenecer a más de una FEC al mismo tiempo.

  • LSP (Label Switched Path): camino que siguen por la red MPLS los paquetes que pertenecen a la misma FEC. Es equivalente a un circuito virtual en ATM o Frame Relay.

  • LSR (Label Switching Router) : router que puede encaminar paquetes en función del valor de la etiqueta MPLS

  • LDP (Label Distribution Protocol): es el protocolo que utilizan los LSR para asignar las etiquetas

  • LIB (Label Information Base): La tabla de etiquetas que manejan los LSR. Relaciona la pareja (interfaz de entrada - etiqueta de entrada) con (interfaz de salida - etiqueta de salida)

  • Los LSR pueden ser a su vez de varios tipos:

    • LSR Interior: el que encamina paquetes dentro de la red MPLS. Su misión es únicamente cambiar las etiquetas para cada FEC según le indica su LIB

    • LSR Frontera de ingreso: los que se encuentran en la entrada del flujo a la red MPLS (al principio del LSP). Se encargan de clasificar los paquetes en FECs y poner las etiquetas correspondientes.

    • LSR Frontera de egreso: Los que se encuentran a la salida del flujo de la red MPLS (al final del LSP). Se encargan de eliminar del paquete la etiqueta MPLS, dejándolo tal como estaba al principio


Forwarding equivalence classes

IP1

IP1

IP1

IP2

IP1

IP2

IP1

IP2

#L1

#L1

#L2

#L3

#L3

#L2

IP2

IP2

Forwarding Equivalence Classes

LSR

LSR

LER

LER

LSP

Los paquetes tienen distinta direccion destino pero pueden mapearse a un mismo camino .

  • FEC = un subconjunto de paquetes que son “tratados de la misma manera” por un router

  • FECs : flexibilidad y escalabilidad

  • En el routing que vimos , un paquetes es asignado a un FEC en cada hop (e.j. L3 look-up), en MPLS esto se realiza solo al ingreso de la red


En consecuencia tenemos

En consecuencia tenemos….

  • LSR: Label Switch Router

  • Edge-LSR


R tulo label

Rótulo (Label)

  • Formato genérico del label


Label cont

Label (cont.)

  • Distribución de Label (rótulo)

    • MPLS no especifica un único método para distribuir los rótulos (labels)

    • BGP (Border Gateway Protocol) ha sido mejorado para la información de label dentro de mensajes del protocolo (piggyback)

    • RSVP también ha sido extendido para incluir intercambio de labels (también vía piggybacked).


Label cont1

Label (cont.)

  • IETF ha definido un nuevo protocolo conocido como Label Distribution Protocol (LDP) para señalización y administración

  • Extensiones al protocolo base LDP ha sido definido para soportar ruteo basado en requerimientos de QoS.


Label cont2

Label (cont.)


Introducci n a mpls

RED

LAN

RED

LAN

RED

MPLS

Analiza

Etiqueta

Analiza

Etiqueta

Router IP

LSR

LSR

Edge

LSR

Edge

LSR

LSP

IP

Etiqueta

LSR

LSR

Analiza

Etiqueta

Analiza

Etiqueta

QoS en la

Red MPLS

ESCENARIO DE UNA RED MPLS

IP

IP

IP

Introduce (push)

Etiqueta

Extrae (pop)

Etiqueta


Introducci n a mpls

Las etiquetas tienen significado

local; no tiene significado global

swap

Interfaz Etiqueta Interfaz Etiqueta

de entrada de entrada de salida de salida

2 34 4 17

RED

LAN

3 71 4 77

RED

LAN

RED

MPLS

Router IP

LSR

LSR

Edge

LSR

2

1

1

4

2

3

3

1

1

Edge

LSR

3

2

2

2

FEC Interfaz Etiqueta

IP

IP

IP

IP

80

71

23

77

2

3

3

IP

IP

IP

17

34

70

de salida de salida

1

a 2 70

4

1

b 2 23

LSR

LSR

Interfaz Etiqueta Interfaz Etiqueta

Interfaz Etiqueta Interfaz Etiqueta

de entrada de entrada de salida de salida

de entrada de entrada de salida de salida

1 70 3 34

1 80 2 71

1 23 4 80

PRINCIPIO DE CONMUTACION EN MPLS

IP

IP

IP

IP

IP


Introducci n a mpls

Interfaz Etiqueta Interfaz Etiqueta

de entrada de entrada de salida de salida

2 34 4 17

RED

LAN

3 71 4 77

RED

LAN

RED

MPLS

QoS para cada

LSP.

QoS para cada

LSP.

QoS para cada

LSP.

QoS para cada

LSP.

QoS para cada

LSP.

Router IP

LSR

LSR

Edge

LSR

2

1

1

4

2

3

3

1

1

Edge

LSR

3

2

2

2

FEC Interfaz Etiqueta

2

3

3

de salida de salida

1

a 2 70

4

1

b 2 23

LSR

LSR

LSP

Medio

físico

Interfaz Etiqueta Interfaz Etiqueta

Interfaz Etiqueta Interfaz Etiqueta

de entrada de entrada de salida de salida

LSP

de entrada de entrada de salida de salida

1 70 3 34

1 80 2 71

1 23 4 80

PRINCIPIO DE CONMUTACION EN MPLS

Red orientada a conexión


Introducci n a mpls

Label Switching Router, LSR.

Edge Label Switching Router, Edge LSR.

Label Switch Path, LSP

DESCRIPCION DE LA RED MPLS

►Nodo dentro de la red MPLS capaz de conmutar y enrutar

paquetes analizando la etiqueta adicionada a cada paquete.

►Nodo MPLS de borde que maneja tráfico que ingresa o

sale a una red MPLS.

►El de entrada adiciona etiqueta a cada paquete IP.

►El de salida extrae etiqueta del paquete IP y enruta

según capa 3.

►Trayecto definido con QoS entre dos puntos extremos

dentro de la red MPLS.


Introducci n a mpls

Red del

Cliente

Edge

LSR

LSR

LSR

Edge

LSR

Edge

LSR

Red del

Cliente

Red del

Cliente

RED

MPLS

Edge

LSR

LSR

LSR

Red del

Cliente

RED MPLS


Introducci n a mpls

Forwarding Equivalence Class, FEC

El FEC para un paquete puede ser determinado por

el análisis de los siguientes parámetros:

Un PHB puede ser asignado en un LSR para un

FEC dado.

►Dirección IP de origen o destino.

►Dirección de red de origen o destino.

►Valor del campo Protocolo (protocol ID)

►Valor de DSCP (nivel de prioridad del paquete IP)

►Valor del campo Etiqueta de Flujo en IPv6

FORWARDING EQUIVALENCE CLASS-FEC

►Grupo de paquetes IP, ó flujos, que son enviados sobre

un mismo trayecto y con el mismo tratamiento.


Introducci n a mpls

Red del

usuario

C

C

Red de

usuario

Red del

proveedor

2

1

1

4

CE

P

P

2

3

3

1

1

PE

3

2

2

PE

2

2

3

3

1

4

1

CE .- Customer Edge

P

P

C .- Customer

PE .- Provider Edge

P .- Provider

ROUTER DEL PROVEEDOR Y CLIENTE


Introducci n a mpls

0 4 8 16 19 31

0 4 8 16 19 31

S=0

Etiqueta MPLS

Etiqueta MPLS

Etiqueta MPLS

Etiqueta MPLS

Etiqueta MPLS

Etiqueta MPLS

EXP

EXP

EXP

EXP

EXP

EXP

S

S

S

S

S

S

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL

Cabecera

MPLS

Label

Stacking

S=0

Ver

HLEN

Tipo Serv.

Longitud total

Ver

DS

Etiqueta de flujo

Cabecera

MPLS

S=1

Identificador

Indic

Desplaz de frag.

Longitud de carga útil

Cabe.sigte

Límite salto

Dirección de origen

Dirección de origen

TTL

Protocolo

Suma de chequeo

Dirección de origen

40 bytes

20 bytes

Dirección de destino

Dirección de destino

Cabecera

Opciones-relleno

40 bytes

max

Cabecera opcionales

Carga útil

Opcional

PDU de la capa superior

CABECERA(S) MPLS


Introducci n a mpls

Campo Label ó Etiqueta.

Campo EXP ó experimental.

Campo S ó Stack

Campo TTL ó Time-To-Live

20bits 3bits 1bits 8bits

Etiqueta

MPLS

EXP

S

TTL

MPLS Shim

header

FORMATO DE ETIQUETA O CABECERA MPLS

►Campo de 20 bits. Valores del 0 al 15 son reservados.

►Campo de 3 bits. Indica CoS o información de PHB.

►Campo de 1 bit. Indica un grupo ó stack de etiquetas.

►Campo de 8 bits. Elimina bucles en la región MPLS.


Introducci n a mpls

Un paquete IP etiquetado puede transportar varias

etiquetas.

Label Stacking permite la agregación de LSPs en

un sólo LSP creando un túnel.

Un ISP puede agregar varios LSPs en pocos túneles

entre puntos de presencia (PoP, Points of Presence)

LABEL STACKING

►Stack tipo LIFO: Last-In-First-Out.

►Al inicio del túnel, un LSP asigna la misma etiqueta a

paquetes provenientes de varios LSPs, introduciendo

etiqueta a la parte superior del stack.

►Pocos túneles  pocas tablas: mejora la escalabilidad.


Introducci n a mpls

PE

PE

P

P

LSP1

P

P

LSP1

PE

PE

2

1

P

1

4

P

2

3

3

1

1

LSP2

2

P

P

LSP2

LSP

2

2

2

3

3

PE

PE

1

4

1

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

61

31

25

91

91

72

41

72

81

72

72

91

27

91

70

17

LSP1

LSP

17

70

Túnel

LSP2

LABEL STACKING

IP

IP

IP

IP


Introducci n a mpls

j – 1 = 0, No se envía el paquete IP etiquetado

Se descarta simplemente o

se envía a la capa 3 para generar ICMP

a – 1 = 0, No se envía el paquete IP etiquetado

Se descarta simplemente o

se envía a la capa 3 para generar ICMP

TTL = a

TTL = j

Etiqueta

Etiqueta

j – 1 > 0, Se actualiza el campo TTL de IP y el

paquete IP es enviado según la capa 3

a – 1 > 0, Se actualiza el campo TTL de MPLS y el

paquete etiquetado en enviado

Red MPLS

Es copiado

en el campo

TTL de MPLS

TTL = a

TTL = a

TTL = a

TTL = j-1

Dato IP

Dato IP

Dato IP

Dato IP

CabecIP

CabecIP

CabecIP

CabecIP

2

1

1

4

2

3

3

1

1

3

2

2

2

2

3

3

1

4

1

PROCESAMIENTO DEL CAMPO TIME-TO-LIVE


Lsrs y labels resumiendo 1

IGP domain con un LDP (label distribution protocol )

LSRs y Labels : Resumiendo (1)

  • Un protocolo de ruteo IP se utiliza en el interior del dominio (e.j.:OSPF, i-ISIS)

  • Un “LDP: label distribution protocol” es usado para distribuir el mapeo address/label entre vecinos adyacentes

  • El ingress LSR recibe los paquetes IP , los clasifica y asigna un label, y forwardea el paquete etiquetado en la red MPLS

  • Los Core LSRs switcheab packets/cells basados en el valor del label .

  • El egress LSR remueve el label antes de forwardear el paquete IP outside de la red MPLS


Lsrs y labels resumiendo 2

0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

Label | Exp|S| TTL

LSRs y Labels : Resumiendo (2)

  • Usa nuevos Ethertypes/PPP PIDs/SNAP values/etc

  • Mas de un Label es permitido-> Label Stack

  • MPLS LSRs permite forwardear paquetes basados en el valor del label situado en el top del stack

Label = 20 bits

Exp = Experimental, 3 bits

S = Bottom of stack, 1bit

TTL = Time to live, 8 bits

PPP Header(Packet over SONET/SDH)

PPP Header

Shim Header

Layer 3 Header

Ethernet

Ethernet Hdr

Shim Header

Layer 3 Header


Asignaci n de label y distribuci n

Asignación de Label y Distribución

  • Labels tienen significacion a nivel link-local

    • Cada LSR bindea su propio mapeo de label

  • Cada LSR asigna labels a sus FECs

  • Labels son asignados e intercambiados entre LSR vecinos adyacentes

  • Aplicaciones pueden requerir vecinos no adyacentes


  • Asignaci n de label y distribuci n1

    Asignación de Label y Distribución

    • Rtr-C es el downstream vecino del Rtr-B para la 171.68.10/24

    • Rtr-B es el downstream vecino del Rtr-A para la 171.68.10/24

    • Los LSRs conocen sus downstream vecinos via un IP routing protocol

    • Next-hop address es el downstream vecino

    Upstream y Downstream LSRs

    171.68.40/24

    171.68.10/24

    Rtr-A

    Rtr-B

    Rtr-C


    Asignaci n de label y distribuci n cont

    Use label 30 for destination 171.68.10/24

    Use label 40 for destination 171.68.10/24

    In

    I/F

    In

    I/F

    In

    I/F

    In

    Lab

    In

    Lab

    In

    Lab

    Address

    Prefix

    Address

    Prefix

    Address

    Prefix

    Out

    I/F

    Out

    I/F

    Out

    I/F

    Out

    Lab

    Out

    Lab

    Out

    Lab

    0

    0

    0

    -

    40

    30

    171.68.10

    171.68.10

    171.68.10

    1

    1

    1

    40

    -

    30

    Next-Hop

    Next-Hop

    Next-Hop

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    Asignación de Label y Distribución (cont.)

    • Los LSR distribuyen los labels a los upstreams vecinos

    “Unsolicited Downstream Distribution”

    171.68.40/24

    171.68.10/24

    Rtr-A

    Rtr-B

    Rtr-C

    IGP derived routes


    Label assignment and distribution

    Use label 30 for destination 171.68.10/24

    Use label 40 for destination 171.68.10/24

    Request label for destination 171.68.10/24

    Request label for destination 171.68.10/24

    Label Assignment and Distribution

    On-Demand Downstream Distribution

    171.68.10/24

    171.68.40/24

    Rtr-A

    Rtr-B

    Rtr-C

    • Upstream LSRs request labels to downstream neighbors

    • Downstream LSRs distribute labels upon request


    Lsp php penultimate hop popping

    LSP: PHP( Penultimate Hop Popping)

    • caso general el Egress LER examina la cabecera del paquete y consulta sus tablas dos veces. Este proceso añade un retardo considerable al tratamiento del mismo

      • => Penultimate Hop Popping


    Lsp penultimate hop popping

    Address

    Prefix and mask

    Next-Hop

    Interface

    In

    I/F

    In

    I/F

    In

    Lab

    In

    Lab

    Address

    Prefix

    Address

    Prefix

    Out

    I/F

    Out

    I/F

    Out

    Lab

    Out

    Lab

    Serial1

    171.68.10/24

    171.68.9.1

    0

    0

    -

    4

    171.68/16

    171.68/16

    1

    2

    4

    pop

    Next-Hop

    Next-Hop

    171.68.44/24

    171.68.12.1

    Serial2

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    171.68/16

    ...

    Null

    LSP: Penultimate Hop Popping

    • Summary route for 171.68/16

    • Summary route for 171.68/16

    0

    0

    1

    1

    171.68.44/24

    • Use label 4 for FEC 171.68/16

    • Use label “implicit-null” for FEC 171.68/16

    171.68.10/24

    Egress LSR summarises morespecific routes and advertises a label for the new FEC

    Summary route is propagate through the IGP and label is assigned by each LSR


    Informaci n de ruteo

    Información de Ruteo


    Asignando labels

    Asignando Labels


    Forwardeo

    Forwardeo


    Asignando labels ejemplo 2 tabla en r1

    Asignando Labels (ejemplo 2): Tabla en R1


    Asignando labels ejemplo 2 como queda

    Asignando Labels (ejemplo 2) : como queda …


    Introducci n a mpls

    Address

    Prefix and mask

    Next-Hop

    Interface

    In

    I/F

    In

    I/F

    In

    I/F

    In

    Lab

    In

    Lab

    In

    Lab

    Address

    Prefix

    Address

    Prefix

    Address

    Prefix

    Out

    I/F

    Out

    I/F

    Out

    I/F

    Out

    Lab

    Out

    Lab

    Out

    Lab

    Serial1

    171.68.10/24

    171.68.9.1

    0

    0

    0

    4

    -

    7

    171.68/16

    171.68/16

    171.68/16

    1

    2

    1

    4

    7

    pop

    Next-Hop

    Next-Hop

    Next-Hop

    171.68.44/24

    171.68.12.1

    Serial2

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    ...

    171.68/16

    ...

    Null

    P

    P

    1

    1

    2

    PE

    0

    PE

    0

    0

    • Use label “implicit-null” for FEC 171.68/16

    0

    • Use label 4 for FEC 171.68/16

    • Use label 7 for FEC 171.68/16

    171.68.44/24

    • Summary route for 171.68/16

    • Summary route for 171.68/16

    CE

    171.68.10/24

    Summary route is propagate through the IGP and label is assigned by each LSR

    Egress LSR summarises morespecific routes and advertises a label for the new FEC


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