Multiprotocol Label Switching Grundlagen für Quality of Service

Multiprotocol Label SwitchingGrundlagen für Quality of Service Jörn Seger Lehrstuhl für Elektronische System und Vermittlungstechnik

MPLS – Eine Übersicht • Inhalt: • Grundlagen • Label Distribution Protocol • Quality of Service und Traffic Engineering • Generalized MPLS • 802.3ae Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Grundlagen: Begriffe MPLS - Netzwerk LSR LSP LSR Ingress Router Egress Router LSR LER Kunde A Filiale 1 LSR LSR LER Kunde A Filiale 2 Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Label 124 Label 37 Label 85 Grundlagen: Begriffe MPLS - Netzwerk Paket in Richtung 129.217.186.x FEC: 129.217.186.x -> 124 Netzwerk: 129.217.186.x Kunde A Filiale 1 Kunde A Filiale 2 Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

IP Schicht 3 MPLS Schicht 2 ATM, FR, Ethernet, PPP SDH, ODH, WDN, CSMA Schicht 1 Grundlagen: ISO/OSI • MPLS ist eine Zwischenschicht (Schim Layer) zwischen Schicht 2 und Schicht 3: Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Label Value (20 bits) Exp (3 bits) S (1 bit) TTL (8 bits) Grundlagen: Headerpaket • Aufbau eines Labels: Label Value: Switching-Information (mit Hilfe des Labels werden nächster Hop, zugeordneter Link und die genutzte Warteschlange ermittelt) Exp: Experimental Bits, wird bereits oft CoS (Class of Service) genannt. S: bottom of stack bit, wird gesetzt, wenn kein weiteres Label folgt TTL: wird aus IP übernommen und genauso verwendet. Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Grundlagen: Vor- und Nachteile • Vorteile dieser Zwischenschicht: • Der Linklayer wird „verdeckt“ und verbirgt L-2 Unterschiede • Routing nur in den LER nötig • Switching erhöht Netzperformance und vereinfacht QoS • Nachteile: • Zusätzliche Schicht und damit zusätzliche Protokolldaten • Router müssen MPLS verstehen Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

IP Daten ATM IP+MPLS SONET/SDH SONET/SDH DWDM DWDM Grundlagen: Evolution in optischen Netzen IP+MPLS IP+GMPLS Thin SONET DWDM DWDM Mit optischer Vermittlung (z.B. OXC) Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

LDP - Beschreibung • standardisiert in RFC 3036 • ermöglicht automatisches, dynamisches Füllen der Forwarding Information Base (FIB) • baut auf traditionellem IP-Routing auf • richtet LSP immer downstream und unidirektional ein • Weiter Protokolle zur Labelbestimmung: • BGP-4 (Border Router Gateway Protocol mit MPLS-Erweiterungen) • RSVP-TE (Resource Reservation Protocol mit Traffic Engineering Unterstützung ebenfalls von der IETF) Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

LDP - Protokollbeschreibung • Kennenlernen der LDP-fähigen Router durch Hello messages (Multicast: 224.0.0.2:646) • Aufbau einer TCP-Verbindung • Aufbau einer LDP-Verbindung • Keep Alive Nachrichten überwachen die Verbindung • LDP Label Request und Label Mapping Pakete werden ausgetauscht Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

LDP – Protokollbeschreibung Downstream on demand Netzwerk: 47.1.x.x Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

LDP – Protokollbeschreibung Downstream Unsolicited • der Egress LSR baut den LSP auf • pro Datenstrom wird ein Label vergeben • nicht kompatibel mit „downstream on demand“ Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • Wie soll verschiedene Dienstgüten umgesetzt werden? • Differentiated Services (Diffserv) für QoS Die CoS-Bits erlauben die Einordung der Pakete in verschiedene Warteschlangen im Switch, und damit eine aktive Steuerung von Flüßen • MPLS für Traffic Engineering Traffic Engineering wird zur Unterstützung der QoS-Parameter im MPLS-Netzen eingesetzt, z.B. um die Netzauslastung zu steuern. Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • Quality of Service in MPLS-Netzen: • DiffServ versus IntServ Ansatz: • DiffServ scheint sich auf dem Internet-Anschluss • durchzusetzen, da IntServ-Netze nicht skalieren. • Scheduling und Queuing im DiffServ für IP ist erforsch und • ermöglicht eine schnelle Umsetzung auf MPLS Class of • Service • bei Diffserv Per-Hop-Behaviour PHB einzeln festlegbar Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • Aufgaben von klassischem Traffic Engineering: • Ausfallsicherheit gewährleisten • gleichmäßige Netzauslastung • Vermeidung von Überlast • Neue Aufgaben von Traffic Engineering: • Ermöglichen von VPNs • Gewährleistung von Qualitätsparametern Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • Protokolle für Traffic Engineering in MPLS-Netzen: • Constraint-Based Routing Label Distribution Protocol • (CR-LDP) • Resource Reservation Protocol mit Tunnel Extention • (RSVP-TE) • MPLS – Border Router Protocol (MPLS-BGP) Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • CR – LDP Explicite Route • explizite Route wird am Rand des MPLS-Netzes berechnet • explizite Routen werden an ein Label-Request als Liste • angehängt • jeder LSR muss die explizite Route befolgen • wenn der Pfad unbekannt ist, muss eine Fehlermeldung • zurückgesendet werden • explizite Routen sind unabhängig von Informationen in den • Routing-Tabellen • explizite Routen erlauben QoS-basierte Verbindungen Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • Explizite Route Req. 10.2.x.x 10.4.x.x 10.5.x.x 10.2.x.x 10.5.x.x Req. 10.4.x.x 10.5.x.x 10.1.x.x Req. 10.5.x.x 10.3.x.x 10.4.x.x Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • Resource Reservation Protocol mit Tunnel Extention (RSVP-TE): • ursprünglich aus IntServ: Datenverkehr wird in Flüße eingeteilt • baut auf raw IP auf • erweitert das RSVP um die Möglichkeit, MPLS-Tunnel aufzubauen • ermöglicht die Definition von QoS auf dem Pfad • RSVP ist kein Routing-Protokoll • Unterstützung von expliziten Routen Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service • VPN – Netze: • Private Trunks über ein geteiltes Providernetz • Layer 2 (z.B. ATM oder Frame-Relay) • Leased Lines • VPN Peer Modell • Verwendung der Layer 3 Möglichkeiten • Routen sind im gesamten Netz bekannt • keine Verwendung von privaten Adressen • MPLS VPN Modell • Peer Modell; nur die LER haben volle Kenntnis über die VPNs • die Backbone-LSRs haben keine spezielle Kenntnis über die VPNs • VPNs werden durch die öffentlichen Netze getunnelt Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Traffic Engineering und Quality of Service IP IP Privates Netz IP Privates Netz Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS • Erweiterung des Standards durch • TDM (SDH/Sonet, OTH) • DWDM (Wellenlängen) • Fasern Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS • Notwendige Erweiterungen gegenüber MPLS: • Routing Protokolle: • Optische Ressourcen, LSP Hierarchie, unnummerierte Links, Protektion und Restauration, etc. • Signalisierung: • Transportieren von generalisierten Labeln zur Identifizierung von VCs, Wellenlängen, Fasern, ... • Einrichten der LSP Hierarchien, Bi-direktionalen LSPs, Fehlerbenachrichtigung, Protection und Restauration Neu: • Managen von Links (LMP) Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS • Heute oft üblich: • IP für Routing • ATM für Traffic Engineering • SDH/Sonet für Protection und Restauration • Zukünftig sollen alle Schichten zusammengeführt werden • IP mit MPLS Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS • Sachverhalte: • Der MPLS-Label Space ist um ein vielfaches größer, als die Anzahl optischer oder zeitmultiplexter Kanäle. • LSPs können i.A. Bandbreite eines kontinuierlichen Spektrums erhalten. TDM oder optische Bandbreite ist diskret. • Die Verbindungen zweier Knoten besteht aus einigen LWLn, jeder mit einer wachsenden Anzahl paralleler Wellenlängen (k), die wiederum alle eine bestimmte Anzahl TDM-Kanäle tragen. • Festzustellen, welcher Port eines Netzwerkelements mit welchem Port am Nachbarknoten verbunden ist, ist sehr fehleranfällig. • Fehlererkennung, Fehleranalyse und schnelle Reorganisation ist erforderlich. • Nutzdaten werden transparent geschaltet, deshalb muss die Control- Plane von dieser Schicht entkoppelt werden. Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS Routingerweiterungen • LSP – Hierarchie: Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS Routingerweiterungen • Link Bundeling: • Eine Link-State Database enthält alle Links eines Netzwerkes mit zugehörigen Attributen. • Wegen großer Anzahl Links werden parallele Verbindungen mit gleichen Charakteristika zusammengefügt (Link Bundeling) • Informationen gehen verloren • verbessert Skalierbarkeit Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS Routingerweiterungen • Unnumbered Links: • wegen großer Anzahl Links kann nicht jeder Link eigene IP Adresse erhalten • jeder Link im Netzwerk muss eindeutig sein • Aufteilung der Links in Tupel [Router ID; Link Number] Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Generalized MPLS Routingerweiterungen • Link Management Protocol (LMP): • Label sind nicht mehr abstrakt, sondern an physikalische Vorgaben geknüpft • Control Plane und Data Plane werden getrennt • vier Hauptaufgaben für LMP: • Control Channel Management • Verifikation der Link connectivity • Link property correlation • Fehleranalyse Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

10-Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae • Charakteristika: • wegen hoher Datenrate Definition nur auf Glasfaserleitungen • 850 nm (-S) • 1310 nm (-L) • 1550 nm (-E) • günstige Produktion stand im Vordergrund • Bis jetzt keine Endgeräte die entsprechende Datenrate liefern • für Einsatz in Weitverkehrsnetzen: • Übertragung von SDH/Sonet – Rahmen möglich (STM-64) • WWDM mit 4 Kanälen ermöglichen höhere Entfernungen (bis 40km) • auf 1550 nm können optische Verstärker (EDFAs) eingesetzt werden Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

10-Gigabit Ethernet LLC MAC Reconciliation XGMII XGXS XAUI Vermittlungsschicht XGXS Sicherungsschicht PCS PMA Bitübertragunsschicht PMD MDI Medium Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

10-Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae • Wieso ist 10-Gigabit Ethernet im WAN interessant: • Bei Entwicklung Wert auf Kosten gelegt • einfache, ungekühlte Sender(laser)dioden • Weiterbenutzung von bestehender Infrastruktur • bereits verlegte Glasfaserkabel • SDH/Sonet-Kompatibilität • Kompatibilität mit Ethernet • Einsatzgebiet von LAN bis WAN möglich • Umstieg von SDH auf (G)MPLS ohne Tausch von Hardware Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

Vielen Dank • für die Aufmerksamkeit Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

MPLS – Eine Übersicht verwendete Literatur • RFC3031 – Multiprotocol Label Switching • RFC3036 – Label Distribution Protocol • A. Banerjee et al; Generalized Multiprotocol Label Switching: An Overview of Routing and Management Enhancements; IEEE Communication Magazine; January 2001 • Notel Networks; White Paper: IP Traffic Engineering for Carrier Networks: Using Constraint-Based Routing to Deliver New Services; 1999 • R. Schoblick; Multiprotocol Label Switching (MPLS) Grundlagen; funkschau S.57f; Ausgabe 8/2002 • C. Glingener; Vorlesungsunterlagen: Faseroptische Nachrichtennetze; Sommersemester 2002 • Controlware GmbH; Vortragsunterlagen: MPLS; 6. TK-Manager Workshop der Uni Ilmenau; 4.5.2002 • Jörg Rech; Daten lichtschnell – Die Technik von 10-Gigabit-Ethernet; c‘t 3/2002, S. 164 Multiprotokol Label Switching – Eine Übersicht

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