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MPLS

MultiProtocol Label Switching

Universidade Santa CecícilaProf. Hugo Santana

Introdução

• requisitos mínimos de largura de banda, engenharia

de tráfego e QoS.

• convergência das tecnologias (voz e vídeo sobre IP).

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Introdução

Encaminhamento de pacotes na Internet

Algumas características:

• Não orientado à conexão

• Encaminhamento hop by hop

• Consulta ao cabeçalho do pacote

• Consumo de tempo

(processamento / consulta à tab. de rot.)

Introdução

MPLS - Multiprotocol Label SwitchingMecanismo que permite que a decisão do envio de pacotes seja realizada utilizando um rótulo de tamanho fixo, dinamizando este processo. Vantagens:

• melhor desempenho no encaminhamento de pacotes;

• criação de caminhos entre os roteadores; e

• possibilidade de associar requisitos de QoS, baseados nos rótulos carregados pelos pacotes.

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MPLS

• Solução para os problemas identificados nas

redes atuais – velocidade, escalabilidade,

gerenciamento de QoS e engenharia de tráfego

• utilização no núcleo de backbones IP, sobre

ATM ou frame-relay.

MPLS -

Redes de infra-estrutura suportados

Frame Relay

ATM

PPP

Packet Over Sonet/SDH

Ethernet

Token Ring, FDDI

Comutação ótica (MPλS)

Combinação de Abordagens precedentes

IPv4 IPv6 IPX Etc. Etc.

Ethernet

ATM

Frame R

elay

PPP

Etc.

Label Switching

Multiprotocol ao nível superior

Multiprotocol ao nível inferior

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Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application • Funciona sobre várias tecnologias da camada 2:

– ATM

– SONET

– Ethernet

– PPP

MPLS - Não é um protocolo L2

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application • Não tem endereçamento nem funçõesde encaminhamento per si:

– Faz uso do endereçamento IP e o routing IP (com extensões)

MPLS - Não é um protocolo L3

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Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application • Não existe um formato único paratransportar os dados de uma camadasuperior:

– shim - SONET

– VPI/VCI - ATM

– lambda - OXC

– etc...

Não é uma camada no Modelo OSI

MPLS - Histórico

Cell Switching Router (CSR) Toshiba

Tag Switching da Cisco

Não é baseado nos fluxos

Suporta outros protocolos do nível 2 além de ATM

ARIS da IBM (Aggregate Route-based IP Switching)

Não é baseado nos fluxos

IP Navegator da Ascend/Lucent

Fast IP da 3Com

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Representação

“Nuvem” MPLS

Funções de MPLS

• mecanismos para o tratamento de fluxos de

dados entre hardware, ou mesmo aplicações,

distintos

• independência em relação aos protocolos das

camadas 2 (enlace) e 3 (rede)

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Funções de MPLS (cont)

• mapeamento entre os endereços IP e labels,

para envio de pacotes

• interfaces com protocolos de roteamento, como

OSPF

• suporta IP, ATM e frame-relay

Terminologia MPLS– LSR (Label Switch Router) é o nome genérico dos

comutadores/routers MPLS

– Um LER (Label Edge Router) é um LSR (Ingress LSR ou Egress LSR) na fronteira do domínio MPLS

– Utiliza os protocolos existentes (OSPF, BGP, PIM, …) para criar os LSPs (Label Switched Path) entre extremos (fronteiras) do domínio MPLS por onde envia os pacotes com atributos pré-definidos

– Cada caminho (LSP) é representado por uma etiqueta (label)

– Cada pacote é etiquetado com uma etiqueta MPLS, por um LER à entrada do domínio MPLS, conforme os seus atributos antes de serreenviado por um LSP

– Os LSRs seguintes reenviam o pacote de acordo com a etiqueta

– As etiquetas podem ir sendo alteradas pelos LSR ao longo do LSP

– O LER de saída retira a etiqueta e envia o pacote para o seu destino

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Terminologia MPLSLDP: Label Distribution Protocol

Usado em conjunto com protocolos de encaminhamento da camada de rede para distribuir informação das etiquetas entre os dispositivos numa rede de comutação por etiquetas

LSP: Label Switched PathCaminho definido através do MPLS

FEC: Forwarding Equivalence ClassConjunto de pacotes a que é atribuído uma etiqueta e que são processados da mesma forma pelos routers ou comutadores

LSR: Label Switching RouterRouter que utiliza MPLS

LER: Label Edge Router (termo útil que não faz parte das normas) / edge LSRLSR operando na fronteira da rede e usado para inserir/remover etiquetas

Elementos de hardware – LSRLabel Switch Router

• roteador de alta velocidade, no núcleo da rede

MPLS

• estabelecimento dos LSPs (Label Switched

Path)(caminhos) e na comutação de dados em

alta velocidade, com base nos caminhos

estabelecidos.

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Elementos de hardware – LERLabel Edge Router• atua na fronteira entre uma rede de acesso e a rede

MPLS

• suporta a existência de múltiplas portas conectadas a redes distintas

• encaminha tráfego para a rede MPLS na entrada e redistribuindo o tráfego na saída

• papel fundamental na atribuição e remoção das etiquetas.

Elementos de software - FEC

• FEC - Forward Equivalence Class - agrupamento

de pacotes MPLS em função de características

comuns (destino, tipo de serviço, etc)

• Organizadas pelos LSR e armazenadas em LIB

(Label Information Base)

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Aplicações - Engenharia de tráfego

• seleção de um caminho de rede (netowork path), para encaminhamento de pacotes de dados

• utilização balanceada dos canais de comunicação.

• algoritmos de roteamento padrão, tais como IGP podem selecionar caminhos de rede que resultem em utilização desequilibrada de recursos

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MPLS - ArquiteturaPrincípios e componentes

Adicionar mecanismos orientados à conexãoIdentificar caminhos pré-definidos na rede entre 2 pontos extremosUm label é associado a cada caminho

Um caminho é chamado de LSP

Temos um Label Edge Router em cada ponto de entrada da redeO LER de entrada adiciona um header MPLS antes do pacote

Os roteadores interiores ao domínio enviam o pacote de acordo com o label e definem um novo label

O LER de saída (Egress LER) retira o label e envia o pacote ao seu destino de acordo com a tecnologia IP tradicional

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Resumo

LER LSR LSR LER

Ingress Egress

Prefixo IP -> LSP195.6.23/24

Etiqueta17

Nível 2 Nível 2

Próximo salto134.32.11.254

Tirar

etiqueta

Nível 2 Nível 2

Alterar etiqueta17 -> 5

Nível 2 Nível 2

Alterar etiqueta5 -> 21

Nível 2 Nível 2

195.6.23.55 17 5 21 195.6.23.55

MPLS - Arquitetura

FEC

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MPLS - Arquitetura

Princípios e componentes: a FEC (Forwarding Equivalent Class)

DefiniçãoUm conjunto de pacotes a ser tratados da mesma formaEles são todos enviados ao mesmo próximo saltoUma FEC é identificada por um Label

ExemplosPacotes unicast cujo endereço destinatário tem o mesmo prefixoPacotes unicast cujo endereço destinatário tem o mesmo prefixo e o mesmo campo TOS (ou DS)Pacotes unicast sujeitos à uma decisão de Engenharia de TráfegoPacotes unicast/multicast que pertencem à uma mesma VPNPacotes multicast de mesma origem e mesmos destinatários

MPLS - Arquitetura

Princípios e componentes: a FEC - Cont...

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MPLS - Arquitetura

Rótulos

MPLS - Arquitetura

Princípios e componentes: Rótulos

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MPLS - Arquitetura

Princípios e componentes: Rótulos

MPLS - Arquitetura

Princípios e componentes: Rótulos

Label: número de 20 bits (valores de 0 a 16 reservados)B serve para gerar os labels hierarquizados (Stack)

Marcar o último label antes do header IP

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• Formato do label:

MPLS - Caracterização

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 |

• Cabeçalho = 4 octetos (32 bits)

– Label = valor da label a atribuir ao pacote (20 bits-1048576)

– EXP = bits experimentais, utilizados para QoS (3 bits)

– S = indicador do fim da pilha (1 bit)

– TTL = time to live (8 bits)

• Formato do label:

MPLS - Caracterização

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 |

• Colocado entre o cabeçalho da camada 2 (Data Link) e o cabeçalho da camada 3 (Network), do Modelo Referencial OSI.

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MPLS - Arquitetura

LIB

MPLS - ArquiteturaTabela para encaminhamento: Label Information Base – LIB

O tratamento do encaminhamento é unificadoPara o tráfego unicast, o tráfego com QoS e o tráfego multicast

Duas opções possíveis1. Uma tabela global no LSR (um espaço de label por plataforma)2. Uma tabela por interface, como ATM (um espaço de label por interf.)

Um LSP é por natureza unidirecionalO tráfego de retorno necessita de outro LSP

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MPLS - Arquitetura

LSP

MPLS - ArquiteturaFunções a serem implementadas na criação de um LSP

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MPLS - Arquitetura

LDP

MPLS - ArquiteturaLDP - Label Distribution Protocol

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MPLS - ArquiteturaFuncionamento do LDP

Descrição do mecanismo de encaminhamento

MPLS - Principais Características• Encaminhamento na Internet (hop-by-hop)

• MPLS permite a construção de caminhos (LSPs) entre roteadores de entrada e saída em um domínio

• Insere um rótulo de 20 bits entre os cabeçalhos de camadas 2 e 3

• Pacotes são encaminhados pelos roteadores (LSRs) sem consultar a tabela de roteamento

• Embora seja multi-protocolo, estão sendo criados padrões apenas para o protocolo IP

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Descrição do mecanismo de encaminhamento

Fatores positivos quanto ao encaminhamento via MPLS

• A associação de um determinado pacote a uma FEC específica é feita um única vez, assim que o pacote entra no domínio MPLS

• O rótulo possui um tamanho fixo e consideravelmente pequeno

• O rótulo serve como índice, indicando qual o próximo hop a ser alcançado

Descrição do mecanismo de encaminhamento

Vantagens do encaminhamento via rótulos• Existem alguns switches que são capazes de realizar a

avaliação e substituição de rótulos, como é o caso dos switches ATM

• No momento da entrada de um pacote na rede, o LER irá associá-lo a uma FEC, sendo que este poderá utilizar informações que estão fora do cabeçalho da camada de rede

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Descrição do mecanismo de encaminhamento

Mais vantagens...• Pacotes idênticos podem entrar na rede através de roteadores

distintos e serem rotulados de forma diferente, sendo que decisões de encaminhamento dependerão do roteador de entrada, fato que não acontece no método convencional, pois a identidade do roteador de entrada não trafega juntamente com o pacote.

Descrição do mecanismo de encaminhamento

Mais vantagens...

• Algumas vezes, se deseja forçar um pacote a seguir uma determinada rota, sem o uso dos protocolos de roteamento dinâmicos. Isto é possível utilizando-se de políticas de engenharia de tráfego

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