Faculdade Integrada do Ceará – FIC Graduação em Redes de ... · Disponibiliza meios para fazer a correspondência de endereços IP para labels simples e de tamanho fixo usadas

Faculdade Integrada do Ceará – FICGraduação em Redes de Computadores

Disciplina – Redes de Banda LargaProf. Andrey Halysson Lima Barbosa

Aula 5 – Multiprotocol Label Switching (MPLS)

Sumário

• Definição;• Histórico;• Introdução;• Arquitetura da rede MPLS;• Funcionamento básico;• Aplicações MPLS – VPN MPLS.

• O MPLS é uma solução versátil para resolver uma série de problemas das redes atuais:▫ Desempenho;▫ Escalabilidade;▫ Gestão de QoS;▫ Engenharia de Tráfego.

• MPLS é uma tecnologia que pode ser usada para estabelecer VCs (Virtual Circuits) em redes IP.

Definição

Definição

• É um quadro de referência especificado pelo IETF que permite designação, encaminhamento, expedição e comutação de fluxos de tráfego através da rede;

• Definida pelo IEEE na RFC 3031.

Definição• Funções▫ Especifica mecanismos para gerir fluxos de tráfego de

várias granularidades;▫ Independente de protocolos da camada 2 e 3;▫ Disponibiliza meios para fazer a correspondência de

endereços IP para labels simples e de tamanho fixo usadas por diferentes tecnologias de comutação e expedição (encaminhamento) de pacotes;

▫ Interfaces para protocolos de encaminhamento e de reserva de recursos (RSVP);

▫ Suporta protocolos de camada 2/3* IP, ATM e Frame Relay.

Definição

• Objetivo:▫ Conciliar as tecnologias baseadas em comutação

(switching) com o roteamento IP.• Aplicações:▫ Aumentar o desempenho;▫ Engenharia de trafego;▫ Qualidade de Serviço (QoS);▫ Encaminhamento com restrições;▫ Redes Virtuais Privadas.

Histórico

• Evolução de tecnologias similares inventadas em meados dos anos 90:▫ IPSILON (startup): IP Switching;▫ Toshiba: Cell Switching Router (CSR);▫ Cisco: Tag Switching;▫ IBM: ARIS (Aggregate Route-based IP Switching).

Introdução• Idéia básica: rotear pacotes baseando-se em um

label▫ Ao invés de rotear pacotes baseando-se no

endereço IP de destino.• Motivação da comutação por label:▫ Crescimento e evolução da internet;▫ Preço e desempenho;▫ Integração do IP sobre ATM;▫ Extensão das funcionalidades de

encaminhamento.

Introdução

• Motivação da comutação por label: Desempenho▫ Roteadores: Suporta múltiplos protocolos e tipos de interfaces.

▫ Comutador: Número limitado de protocolos. Encaminhamento eficiente.

▫ Desempenho: Executar algum processamento nos roteadores com

o mesmo desempenho dos comutadores.

Introdução

• Motivação da comutação por label: Novas funcionalidades▫ Não está limitado ao endereço de destino como

critério de encaminhamento;▫ Usar outros critérios como: Endereço de origem; Campos de qualidade de serviço; Restrições de largura de banda ou outras; Otimização da utilização da rede.

Introdução

• Limitações do roteamento convencional:▫ Tomada de decisão meramente baseada no

destino (endereço IP de destino);▫ A origem (endereço IP e/ou porta física) é

desprezada;▫ É baseado no algoritmo da maior combinação

aplicado ao endereço mais longo;▫ Normalmente os cabeçalhos do protocolo da L3

possuem informações complexas e desnecessárias.

12

Protocolos de encaminhamento IP com encaminhamento é baseado no destino

A

B

C

O paradigma de encaminhamento baseado no próximo saltonão permite ao roteador R escolher uma rota para A baseadaem quem originou o tráfego: B ou C.

R

Peixe

13

Percursos de encaminhamento IP baseados emtabelas de próximo salto para o destino

R

R

RA

B

C

D

R1

R2

R3

R4 R5

EDest. Nxt Hop

R4R3R3R4DirectR4

Dest. Nxt Hop

ABCDE

default

R2R2DirectR5R5R2

Dest. Nxt Hop

ABCDE

default

R1DirectR3R1R3R1

Default toupstreamrouter

ABCDE

default

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Processo de encaminhamento IP

Forwarding Process

IP Forwarding Table Router

1. Remove a packetfrom an input

queue

3. Match packet’s destination toa table entry

2. Check for sanity, decrement TTL

field

4. Place packet oncorrect output

queue

If queuesget full, justdrop packets!

If queuesget full, justdrop packets!

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Encaminhamento SPF: Pesos das ligações atraem e repelem tráfego

A

B

C1 1

12

A

B

C

1

1

1

2

D

D

Arquitetura de rede• Label Switching Routers (LSR): roteador ou switch

que manipula MPLS ou IP;▫ Router de alta velocidade;▫ Participa no estabelecimento de LSPs usando os

protocolos de sinalização de labels adequados.• Label Edge Routers (LER): LSR de borda em uma

rede MPLS▫ Ingress LERs: responsável por classificar pacotes não

rotulados e adicionar o label apropriado;▫ Egress LERs: responsável por remover os labels e

encaminhar os pacotes IP não rotulados em direção ao destino.

Arquitetura de rede

Arquitetura de rede

• Forwarding Equivalence Class (FEC):▫ É um grupo de pacotes que é enviado ao longo de

um mesmo caminho e que são tratados da mesma forma, no que diz respeito ao encaminhamento;

▫ Todos os pacotes pertencentes a um mesmo FEC tem o mesmo label (rótulo).

▫ O roteador de ingresso (Ingress LSR) é que decide quais pacotes pertencem a qual FEC (é este roteador que classifica e rotula os pacotes).

Arquitetura de rede

• Forwarding Equivalence Class (FEC):▫ Exemplos de FECs: Pacotes com endereço IP de destino com um certo

prefixo; Pacotes de multicasting destinados a um

determinado grupo; Frames de nível 2 recebidos de um circuito virtual

(VC) pelo Ingress LSR a serem transmitidos em um VC no Egress LSR;

Campo DSCP - QoS Diffserv.

Arquitetura de rede

• Forwarding Equivalence Class (FEC):▫ Ao contrário do encaminhamento IP, no MPLS o

FEC é atribuído apenas uma vez na entrada da rede;

▫ Cada encaminhador que comuta labels constrói uma tabela (Label Information Base - LIB) especificando como um pacote deve ser expedido: LIB é composta por vínculos entre FECs e labels.

▫ Há uma associação pacote-label-FEC-LSP.

Arquitetura de rede

Arquitetura de rede• Label Information Base (LIB)▫ O LIB contém uma tabela de encaminhamento, ou

seja, uma tabela que apresenta informações correlacionando os labels às interfaces do roteador;

▫ Uma vez criada uma LSP, a relação do label com a interface, será armazenada no LIB;

▫ Quando o pacote entra no LSR, este verifica para qual interface esse pacote deve ser encaminhado, através do LIB. Sendo assim, realiza a troca do label de entrada por um label de saída, para que o pacote possa alcançar o próximo nó.

Arquitetura de rede

• Label Information Base (LIB)

Arquitetura de rede

• Label Switch Path (LSP)▫ Consiste em um caminho por onde os pacotes

numa rede MPLS irão passar;▫ Quando o pacote entra numa rede MPLS, este é

associado uma classe de equivalência (FEC) e então é criada uma LSP para esta FEC;

▫ O primeiro LSR de um LSP é o Ingress LSR para aquele LSP, enquanto o último é o Egress LSR. Todos os demais LSR entre estes dois são os Intermediate LSRs.

Arquitetura de rede

• Label Switch Path (LSP)▫ Como a criação da LSP ocorre somente na entrada

de uma rede MPLS, os demais roteadores do núcleo irão somente chavear (comutar) os labelsencaminhando o pacote de acordo com a LSP pré determinada, não precisando mais fazer um roteamento dos pacotes;

▫ Uma LSP é unidirecional, portanto é preciso ter duas LSPs para uma comunicação entre duas entidades.

• Label Switch Path (LSP)

Label Switched Path (LSP)

417data 626data 233data datadata

POP! PUSH!SWAP! SWAP!

A label switched path“tail end” “head end”

Muitas vezes designado por túnel MPLS: os cabeçalhosdo payload não são inspecionados dentro de um LSP.

Label Switched Path (LSP)

• Rodar o vídeo!

Formato do frame MPLS

• O campo Label contém o valor atual deste.• O campo EXP define a classe de serviço a que um pacote pertence, ou seja, indica a prioridade do

pacote. Utilizado principalmente com DiffServ.• O campo S (stack) suporta o enfileiramento de labels. Caso o pacote receba mais de um label.• O campo TTL (Time to Live) tem o mesmo papel que no IP, contar por quantos roteadores o

pacote passou, num total de 255. No caso do pacote viajar por mais de 255 roteadores, ele é descartado para evitar possíveis loops.


0 1 2 30 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 | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Layer 2 Header MPLS Label 1 MPLS Label 2 MPLS Label n Layer 3 Packet…

• Label: Label Value, 20 bits• Exp: Experimental, 3 bits• S: Bottom of Stack, 1 bit• TTL: Time to Live, 8 bits

RFC 3032. MPLS Label Stack Encoding


• Expedição por swap de labels

417 dados 288 dados

As labels (labels) são curtas e de tamanho fixo.


• POP de labels

data 288 data

288 data577data577


• Push de labels

data288 data

288 data577 data577

The data plane

IPIP Forwarding TableIP inIP out

IP

Label Swapping Table

MPLS inMPLS out

77 data 23 data

represents IP Lookup + label pushrepresents label pop + IP lookup

Label Switched Routers (LSR)

Forwarding Equivalence Class (FEC)

417 IP1 666 IP1 IP1IP1

IP2 IP2

233 IP1

417 IP2 233 IP2666 IP2

Pacotes IP1 e IP2 são expedidos da mesma forma –Estão no mesmo FEC

Os cabeçalhos do nível 3 não são inspecionados numLSP do MPLS. Isto significa que os LSRs de um túnel não precisam da tabela de expedição IP completa.

Junções de LSP

111 IP1 626 IP1 IP1IP1

IP2IP2

233 IP1

417 IP2912 IP2823 IP2

417 IP1 626 IP1 IP1IP1

IP2IP2

233 IP1

417 IP2912 IP2823 IP2

LSP merge

Distribuição de Labels

• A arquitetura MPLS não estabelece um único método para distribuição de labels;▫ LDP- faz a correspondência entre o IP unicast de

destino e labels ▫ RSVP, CR-LDP – usados para engenharia de

tráfego e reserva de recursos▫ PIM - multicast▫ BGP- labels externas (VPNs)

Label Distribution Protocol (LDP)• O LDP é um protocolo que permite a

distribuição de labels entres os roteadores de comutação de rótulos (LSR), desta forma possibilitando a criação das LSPs;

• Para isto o LDP oferece um mecanismo de “descoberta” de LSR para permitir que LSRsencontrem uns aos outros e estabeleçam comunicação;

• O LDP roda sobre TCP para garantir a entrega de mensagens e UDP para descobertas.

Label Distribution Protocol (LDP)• Tipos de mensagens trocadas por pares LDP▫ Descoberta Anunciar e manter a presença de um LSR na rede.

▫ Sessão Estabelecer, manter e terminar sessões entre pares

LDP.▫ Anúncio Criar, alterar e remover correspondências entre

labels e FECs.▫ Notificação Disponibilizar informação de de aviso e de erro de

sinalização.

Label Distribution Protocol (LDP)Distribuição de labels assegura que encaminhadoresadjacentes têm uma visão comum de vínculos FEC <-> labels

Routing Table:

Addr-prefix Next Hop47.0.0.0/8 LSR2

LSR1 LSR2 LSR3

IP Packet 47.80.55.3

Routing Table:

Addr-prefix Next Hop47.0.0.0/8 LSR3

For 47.0.0.0/8use label ‘17’

Label Information Base:

Label-In FEC Label-Out17 47.0.0.0/8 XX

Label Information Base:

Label-In FEC Label-OutXX 47.0.0.0/8 17

Passo 1: LSR cria vínculo entreFEC e valor de label

Passo 2: LSR comunicavnculo a LSR´adjacente

Passo 3: LSR insere label naLIB

Funcionamento básico• Quando um pacote IP entra numa rede MPLS, o

E-LSR irá associá-lo a uma FEC, caso já exista uma FEC para este pacote. Caso contrário o E-LSR irá criar uma FEC para este;

• Desta forma o pacote receberá um label e como a FEC está relacionada a uma LSP, o E-LSR encaminhará o pacote através desta LSP;

• Nos saltos subsequentes não há nenhuma análise do cabeçalho da camada de rede do pacote;

Funcionamento básico• A cada LSR pelo qual o pacote passa, os labels

são trocados, pois cada label representa um índice na tabela de encaminhamento do próximo roteador;

• Sendo assim, quando um pacote rotulado chega, o roteador procura em sua tabela MPLS pelo índice representado pelo label.

• Ao encontrar este índice o roteador substitui o label de entrada por um label de saída associado à FEC a que pertence o pacote;

Funcionamento básico• Após completada a operação de troca de labels o

pacote é encaminhado pela interface que está especificada na LIB.

• Quando o pacote chega ao E-LSR de saída da rede MPLS, o label é removido e o pacote é encaminhado pela interface associada à FEC a qual pertence o pacote;

• Neste momento o pacote deixa de ser analisado pelo protocolo MPLS e é roteado normalmente pelos protocolos de roteamento.

Funcionamento básico

Funcionamento básico

• Virtual Private Network (VPN)▫ VPN é uma rede privada, onde pode trafegar

informações de forma segura, construída sobre a infra-estrutura de uma rede pública, como a internet;

▫ Utilizando a técnica chamada de tunelamento, pacotes são transmitidos na rede pública em um túnel privado que simula uma conexão ponto-a-ponto;

Exemplo de aplicações MPLS

• Virtual Private Network (VPN)▫ O MPLS, atuando como mecanismo de

encaminhamento dentro de um cenário de VPN, provê agilidade, facilidade de gerenciamento para grandes redes e suporte a QoS, bem como suporte a segurança;




• Virtual Private Network (VPN)▫ O computador A pertencente a VPN1, envia um

pacote IP, para o computador B, também pertencente a VPN1 (10.1.1.1);

▫ O roteador CBPF-PE, que é um E-LSR, recebe este pacote IP e o associa a um label VPN (LV-22) e a um label MPLS (LM-19);

▫ O pacote é enviado para o roteador CBPF-P conforme sua LIB, e assim sucessivamente;


• Virtual Private Network (VPN)▫ Quando o pacote chega no penúltimo roteador de

uma rede MPLS, ou seja, no LSR conectado ao E-LSR de saída, este retira o label MPLS e o encaminha até o E-LSR;

▫ Ao chegar no E-LSR, este analisa o label da VPN e verifica que este pacote faz parte da VPN1;

▫ Desta forma ele retira o label de VPN e encaminha o pacote até seu destino.


• Virtual Private Network (VPN)▫ O computador C apresenta o mesmo endereço IP

que o computador B, porém o pacote proveniente do computador A nunca conseguirá chegar no computador C, pois eles pertencem a VPN’sdiferentes;

▫ Desta forma o computador A só pode ter conexão com o computador B, da mesma forma que o C só pode ter conexão com o D.


• Virtual Private Network (VPN)

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