Apostila 05. MPLS - Definição. MPLS - Definição. MPLS - RFCs

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1 Apostila 05 Multiprotocol t l Label Switching (MPLS) MPLS - Definição O MPLS ou Multiprotocol Label Switching É uma arquitetura t de rede, que tem como principal i característica a utilização de labels (etiquetas), que aumentam a performance no envio de pacotes e possibilitam a criação de um caminho predeterminado. Multiprotocol Multiprotocolar, pois transporta outros protocolos. Um multiprotocolo encapsula os cabeçalhos das camadas2e3deoutrosprotocolos(tcp/ip,frame Relay, ATM etc.) e, então, encaminha os pacotes pela rede. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 1 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 2 MPLS - Definição Label Switching Uso de labels (etiquetas de identificação) colocadas nos pacotes para facilitar o envio. Pré-programação de rotas, para quando um roteador ler um label, saiba para onde enviar aquele determinado pacote. Um pacote rotulado já tem um caminho pré-fixado, agilizando o processo de roteamento. MPLS - RFCs "Multiprotocol Label Switching Architecture", RFC [MPLS-ATM] "MPLS using LDP and ATM VC Switching", RFC [MPLS-BGP] "Carrying Label Information in BGP-4 4", Work in Progress. [MPLS-CR-LDP] "Constraint-Based LSP Setup using LDP", Work in Progress. [MPLS-FRMRLY] "Use of Label Switching on Frame Relay Networks Specification", RFC Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 3 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 4

2 MPLS - RFCs [MPLS-LDP "LDP Specification", RFC [MPLS-RSVP-TUNNELS] "Extensions to RSVP for LSP Tunnels", Work in Progress. [MPLS-SHIM] "MPLS Label Stack Encoding", RFC [MPLS-TRFENG] "Requirements for Traffic Engineering Over MPLS", RFC 2702 MPLS - Vantagens Aumento da performance dos roteadores ao encaminhar os pacotes, não há necessidade de se consultar longas tabelas de roteamento, devido à utilização dos labels. Permite engenharia de tráfego Estabelecimento de um caminho para o tráfego. Ajuste das características ti de performance para cada perfil de tráfego, possibilitando a discriminação de CoS (Class of Service) e QoS (Quality of Service). Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 5 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 6 MPLS - Vantagens Conexões MPLS Multiprotocolar Criação de VPNs Como são criadas rotas específicas, o MPLS torna possível a criação de redes virtuais privadas (VPNs) Camada 2,5 Possui as vantagens das arquiteturas de camada 2, misturadas com as vantagens das arquiteturas de camada 3. Sede São Paulo Domínio MPLS Bauru Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 7 Belo Horizonte Curitiba Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 8

3 MPLS - Roteamento O roteamento dos pacotes possibilita uma taxa de velocidade superior, pois combina a velocidade da camada 2, com a escalabilidade e inteligência da camada 3. Domínio MPLS Região de uma rede que utiliza a tecnologia MPLS e é formado por dois tipos de roteadores: LER (Label Edge Router) - roteadores localizados nas bordas do domínio MPLS. Inserem uma etiqueta nos pacotes entrantes. t LSR (Label Switch Router) - roteadores localizados no centro do domínio MPLS. Encaminham os pacotes pela rede. MPLS - Roteamento A análise do cabeçalho do pacote IP (camada 3) é realizada uma única vez, no LER. Esta análise permite ao LER identificar cada pacote com uma etiqueta, e esta etiqueta separa os pacotes por classes, conhecidas por FEC (Forwarding Equivalence Class). Uma vez um pacote identificado d com uma classe FEC, terá seu envio feito através de um caminho particular, conhecido como LSP (Label Switch Path). Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 9 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 10 Topologia Full-meshed - topologia totalmente interligada (rede WAN): todos os elementos da rede seinterligam entre si. Topologia Hub-and Spoke neste tipo de rede todo tráfego passa Hub-and Spoke neste tipo de rede todo tráfego passa obrigatoriamente pela site central. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 11 Mista combinas as 2 topologias anteriores. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 12

4 MPLS - Componentes MPLS - Componentes LERde entrada LSR LERde saída A arquitetura MPLS é dividida em 2 componentes básicos: A componente de encaminhamento responsável pelo encaminhamento dos pacotes de uma entrada para uma saída em um roteador ou switch. A componente de controle responsável pela construção e manutenção da tabela de encaminhamento. DOMÍNIO MPLS Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 13 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 14 Os elementos que fazem parte do componente de encaminhamento são: Label Label Switch Router (LSR) Label Switch Edge Router (LER) Label Switching Forward Tables Label ou etiqueta Tamanho fixo de 32 bits Utilizada para identificar uma classe de equivalência FEC (Forwarding Equivalence Class). Formato da etiqueta (shim): Label (20 bits) CoS (3 bits) Stack (1 bit) TTL (8 bits) Label - carrega o valor real da etiqueta MPLS. CoS - Classe de Serviço e afeta a prioridade de transmissão do pacote. Stack - indica a hierarquia do pacote, quando este está empilhado. TTL - trata-se do campo time-to-live equivalente ao campo TTL do protocolo IP. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 15 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 16

5 Forwarding Equivalency Class (FEC) Estabelece um conjunto de pacotes que serão encaminhados da mesma maneira por um mesmo caminho e recebendo o mesmo tratamento. Um pacote é classificado em um grupo FEC ao entrar no domínio MPLS por intermédio do LER (Label Edge Router). Um conjunto de pacotes, cujos endereços de destino são iguais, com o mesmo tipo de serviço solicitado é um exemplo de FEC. Label Switch Path (LSP) É o caminho formado por um conjunto de nós de uma rede MPLS. As funções dos LSPs são: Enviar por um mesmo caminho os pacotes pertencentes a uma mesma FEC. Ci Criar túneis IP para redes do tipo VPN (Virtual Pi Private Network). Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 17 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 18 Label Edge Router (LER) são os roteadores ou nós que interconectam a rede MPLS com outras redes (por exemplo, com uma rede IP). São também conhecidos como: MPLS ingress node: Nó de borda da rede MPLS que manuseia o tráfego que entra no domínio MPLS. MPLS egress node Nó de borda que manuseia otáf tráfego que sai do domínio MPLS. Label Edge Router (LER) - continuação A associação de um label com uma FEC, a um pacote ocorre uma única vez, quando o pacote entra na rede MPLS. Para escolher qual label/fec associar ao pacote, o LER analisa: 1. Interface de origem do pacote: 2. O endereço de destino, no cabeçalho de pacote que está entrando. 3. A precedência ou classe de serviço do pacote. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 19 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 20

6 Label Switch Router (LSR) Executa os algoritmos de encaminhamento, podendo ser um roteador ou um switch. A função do LSR é: receber um pacote MPLS analisar sua etiqueta, comparar o valor da etiqueta na tabela de encaminhamento substituir esta etiqueta por outra e encaminhar corretamente o pacote Label Information Base (LIB) Tabela que associa porta/label de entrada e porta/label de saida em cada LSR. Mantida atualizada usando o protocolo Label Distribution Protocol (LDP). Entrada LIB Rótulo Interface Rótulo Interface de de de de entrada entrada saída saída Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 21 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 22 LDP (Label Distribution Protocol) O protocolo de distribuição ib i de etiqueta, t é um nome genérico para os protocolos de distribuição de etiquetas. Conjunto de procedimentos, dos quais um LSR informa outro sobre as ligações feitas entre uma etiqueta e um FEC. Protocolos criados para distribuir ib i etiquetas: t MPLS-LDP e MPLS-CR LDP. Derivações: MPLS-RSVP-TE e MPLS BGP BGP. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 23 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 24

7 CR-LDP ou Constraint-based Routing LDP Método paraestabelecer caminhos LSPs, por meio da distribuição de etiquetas e QoS. Úteis para atender a uma engenharia de táf tráfego nas redes públicas ou quando configuram redes virtuais privadas (VPN). Fornece um método de descoberta de vizinhos através do usode mensagens multicasting do tipo HELLO. Inclui informações de QoS nas mensagens de sinalização para reservar recursos e estabelecer LSPs automaticamente. Tempo UDP-Hello UDP-Hello TCP-open Initialization(s) Label request IP Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 25 Tempo #L2 Label mapping Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 26 Resourse Reservation Protocol Traffic Engineering (RSVP-TE ) Tem as mesmas funções do CR-LDP, permitindo o estabelecimento de ligações ponto a ponto, através de LSPs, além de QoS. É uma extensão do protocolo RSVP, porém, com novas capacidades de suporte ao MPLS. Permite a distribuição de etiquetas pelo método downstream sob demanda. d Usa o datagrama IP para transportar mensagens entre pares, ao invés de usar otcp. RSVP-TE - continuação Empregado largamente (Cisco, Juniper e Avici) O RSVP se comunica com dois tipos básicos de mensagens: PATH e RESV. PATH: mensagem de um transmissor para um ou múltiplos receptores. Quando recebido uma mensagem PATH, o receptor pode enviar uma mensagem RESV em retorno. A etiqueta é carregada na mensagem RESV. O fluxo de distribuição das etiquetas é oposto ao fluxo de encaminhamento dos pacotes. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 27 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 28

8 Métodos de distribuição de etiquetas Distribuição de etiquetas por downstream sob demanda O LSR faz um pedido, para o seu próximo hop sobre qual etiqueta ligar a um determinado FEC. Distribuição de etiquetas não solicitadas O LSR pode distribuir etiquetas a outros LSRs sem ter- lhes solicitado explicitamente. MPLS BGP (Border Gateway Protocol ) O BGP é um protocolo existente, t que foi estendido para suportar o processo de distribuição de etiquetas. O BGP [RFCs 1771,1772,1773,1774,1657] ] assim como o EGP, é um protocolo de roteamento interdominios, É aplicado amplamente para interconectar grandes redes dentro da Internet. Normalmente obgp é utilizado paraprover interligação entre sistemas autônomos (AS) Os ASs são redes ou grupos de redes que atuam sob uma mesma administração e com as mesmas regras de roteamento. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 29 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 30 MPLS BGP (Border Gateway Protocol ) No MPLS, o BGP é utilizado para a distribuição ib i de etiquetas, utilizando-se as mensagens de advertência do BGP para transmitir as etiquetas e informações correlacionadas. O BGP tem como função principal a troca de informações de roteamento. Assim, quando um novo roteador se conecta a uma rede, os roteadores da rede conversam entre si e atualizam suas tabelas de rotas. O mesmo acontece quando alguma rota se altera. As tabelas de rotas contêm informações sobre roteadores conhecidos, endereços alcançáveis, e um custo associado ao caminho para cada roteador. Desta forma, todos os roteadores BGP terão em sua tabela todas as rotas possíveis, permitindo que assim seja definida a melhor rota para a chegada em um determinado lugar. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 31 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 32

9 Seu uso principal no MPLS está associado às VPNs. A diferença é que ele não troca apenas as informações de roteamento, mas sim de rótulos. Assim serão anunciados os endereços que ele consegue atingir, e o rótulo o qual deve estar escrito no pacote para ele entender que é esse endereço o destino. Desta forma o BGP montará uma tabela de rótulos nos LSRs que se assemelha a tabela de encaminhamento IP. Ele é útil, porém, porque permite que os rótulos sejam distribuídos para todos os nós da rede, de forma que se um LSP precisa ser montado, basta escrever no pacote o rótulo já associado a seu destino. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 33 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 34 São criadas duas tabelas. A FIB (Foward Information Base) que tem as informações de encaminhamento IP, e a LFIB (Label Fowarding Information Base). Ambas foram montadas a partir do BGP. A LFIB é uma sub-tabela da LIB, onde já foi determinado o menor caminho (usando o SPF), e são informados apenas os rótulos referentes a esses menores caminhos. Pode-se sequealfibéafib com a rótulos no lugar do IP. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 35 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 36

10 BGP usa uma única métrica para determinar a melhor trajetória para uma dada rede. Esta métrica consiste de número arbitrário que especifica o grau de preferência de um enlace em particular e é atribuído pelo administrador da rede. Este número pode ser baseado em qualquer critério: número de ASs que a trajetória cruza, estabilidade, velocidade, retardo ou custo. Os 4 tipos de mensagens BGP são: 1. Abertura (open message) abre uma sessão de comunicação entre BGP pares (peers) e é a primeira mensagem enviada de cada lado depois que uma conexão de protocolo de transporte é estabelecida. Essa mensagem é confirmada usando uma mensagem de keep-alive enviada pelo roteador par e tem que ser confirmada antes da atualizações, notificações e outras mensagens de keep-alive. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 37 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/ Atualização (update message) é usada para informar atualizações de rotas para outros sistemas BGP, permitindo que os roteadores possam construir uma visão consistente da topologia da rede, usando o TCP para garantir uma entrega confiável. Essas mensagens podem retirar rotas inviáveis iá i (unfeasible routes) da tabela de roteamento e simultaneamente t informar uma nova rota. 3. Notificação (notification message) é enviada quando uma condição de erro é detectada Elas são usadas para encerrar uma sessão ativa e informar a quaisquer roteadores conectados do porque do encerramento da sessão. 4. Keep-alive notifica aos roteadores BGP pares que um dispositivo está ativo. Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 39 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 40

11 MPLS Aplicações Engenharia de Tráfego Processo para selecionar caminhos a fim de balancear o tráfego nos vários links, roteadores e switches de uma rede. O MPLS permite a implementação da engenharia de tráfego, devido à sua capacidade de especificar quais os percursos que os pacotes deverão seguir através da rede (source routing), utilizando os protocolos de sinalização: CR-LDP LDP, RSVP-TE TE. QoS Modelo QoS Utilização do link Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/ % Link super dimensionado Custo da rede alto Não necessita de QoS Utilização do link 100% Utilização do link 100% tempo tempo tempo Congestionamento em horários de pico QoS é útil. Link SUB-dimensionado QoS é útil mas não resolve Precisa de mais banda. Modelo de QoS Classe Marcação Caracterização Voz EF Tráfego de voz CS5 Opcional Vídeo AF41 Vídeo-conferência AF31 Aplicações de caráter crítico para o cliente (classificação subjetiva) Missão Crítica AF32/AF33 Opcional CS3 Sinalização de voz Dados prioritários e que necessitam de latência controlada aplicações transacionais (ex: Base de Dados, SAP, PeopleSoft, Siebel, Financial, B2B, Supply Chain AF21 Interativa Management, Ariba, Microsoft SQL, DLSw+) e aplicações interativas (ex: Telnet, Citrix, Messenger, Net Meeting, PlaceWare) AF22 /AF23 Opcional Dados prioritários itá i com característica ti de rajada Ex: (Lotus Notes, Outlook, AF11 SMTP, IMAP, etc), transferência de arquivos grandes (FTP), sincronização de base-dedados, Bulk backups AF12 /AF13 Opcional CS1 Opcional CS4 Streaming de vídeo CS6 /CS7 Tráfego de controle e de roteamento (vide observação 2) Network Gerência da Embratel: SNMP, syslog, TACACS+, telnet e NTP originados no NOC da Control CS2 Embratel e direcionados aos CPEs (vide observação 2) Best Effort 0 Tráfego Best Effort do cliente (vide observação 1) class-default --- Nãoutilizada Bibliografia Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 42 SOARES, Lílian C.; FREIRE, Victor A. Redes convergentes. 1.ed. Rio de Janeiro, Alta books, 2002 CRAFT, M. Lewis, E. Construindo redes Cisco para Windows ª Edição. Rio de Janeiro, Alta Books, 2002 TANENBAUM, A.S. Redes de computadores. 4ª Edição.Rio de Janeiro,Campus,2003 KUROSE, J. F. & ROSS, K. R. Redes de Computadores e a Internet uma abordagem top-down.3ªedição. São Paulo, Pearson, t/ /MPLS PEPELNJAK, Ivan; GUICHARD, Jim MPLS and VPN Architectures. 1 st Ed. Indianapolis, Cisco Press, Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 43 Apostila 05 - Multiprotocol Label Switching (MPLS) - 2º sem/12 44

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