MPLS MultiProtocol Label Switching

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1 MPLS MultiProtocol Label Switching Universidade Santa Cecícila Prof. Hugo Santana Introdução requisitos mínimos de largura de banda, engenharia de tráfego e QoS. convergência das tecnologias (voz e vídeo sobre IP).

2 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 Switching Mecanismo 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.

3 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 Multiprotocol ao nível superior IPv4 IPv6 IPX Etc. Etc. Label Switching PPP Packet Over Sonet/SDH Ethernet Ethernet ATM Frame Relay PPP Etc. Token Ring, FDDI Comutação ótica (MPλS) Multiprotocol ao nível inferior Combinação de Abordagens precedentes

4 MPLS - Não é um protocolo L2 Application Presentation Session Transport Network Data Link Funciona sobre várias tecnologias da camada 2: ATM SONET Ethernet PPP Physical MPLS - Não é um protocolo L3 Application Presentation Session Transport Não tem endereçamento nem funções de encaminhamento per si: Faz uso do endereçamento IP e o routing IP (com extensões) Network Data Link Physical

5 Não é uma camada no Modelo OSI Application Presentation Session Transport Network Data Link Não existe um formato único para transportar os dados de uma camada superior: shim - SONET VPI/VCI - ATM lambda - OXC etc... Physical 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

6 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)

7 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 ser reenviado 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

8 Terminologia MPLS LDP: 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 Path Caminho definido através do MPLS FEC: Forwarding Equivalence Class Conjunto de pacotes a que é atribuído uma etiqueta e que são processados da mesma forma pelos routers ou comutadores LSR: Label Switching Router Router que utiliza MPLS LER: Label Edge Router (termo útil que não faz parte das normas) / edge LSR LSR operando na fronteira da rede e usado para inserir/remover etiquetas Elementos de hardware LSR Label 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.

9 Elementos de hardware LER Label 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)

10 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

11 MPLS - Arquitetura Princípios e componentes Adicionar mecanismos orientados à conexão Identificar caminhos pré-definidos na rede entre 2 pontos extremos Um label é associado a cada caminho Um caminho é chamado de LSP Temos um Label Edge Router em cada ponto de entrada da rede O 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

12 Resumo Ingress Egress LER LSR LSR LER Prefixo IP -> LSP /24 Próximo salto Etiqueta 17 Alterar etiqueta 17 -> 5 Alterar etiqueta 5 -> 21 Tirar etiqueta Nível 2 Nível 2 Nível 2 Nível 2 Nível 2 Nível 2 Nível 2 Nível MPLS - Arquitetura FEC

13 MPLS - Arquitetura Princípios e componentes: a FEC (Forwarding Equivalent Class) Definição Um conjunto de pacotes a ser tratados da mesma forma Eles são todos enviados ao mesmo próximo salto Uma FEC é identificada por um Label Exemplos Pacotes unicast cujo endereço destinatário tem o mesmo prefixo Pacotes unicast cujo endereço destinatário tem o mesmo prefixo e o mesmo campo TOS (ou DS) Pacotes unicast sujeitos à uma decisão de Engenharia de Tráfego Pacotes unicast/multicast que pertencem à uma mesma VPN Pacotes multicast de mesma origem e mesmos destinatários MPLS - Arquitetura Princípios e componentes: a FEC - Cont...

14 MPLS - Arquitetura Rótulos MPLS - Arquitetura Princípios e componentes: Rótulos

15 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

16 MPLS - Caracterização Formato do label: Label EXP S TTL Cabeçalho = 4 octetos (32 bits) Label = valor da label a atribuir ao pacote (20 bits ) EXP = bits experimentais, utilizados para QoS (3 bits) S = indicador do fim da pilha (1 bit) TTL = time to live (8 bits) MPLS - Caracterização Formato do label: Label EXP S TTL Colocado entre o cabeçalho da camada 2 (Data Link) e o cabeçalho da camada 3 (Network), do Modelo Referencial OSI.

17 MPLS - Arquitetura LIB MPLS - Arquitetura Tabela para encaminhamento: Label Information Base LIB O tratamento do encaminhamento é unificado Para o tráfego unicast, o tráfego com QoS e o tráfego multicast Duas opções possíveis 1. 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 unidirecional O tráfego de retorno necessita de outro LSP

18 MPLS - Arquitetura LSP MPLS - Arquitetura Funções a serem implementadas na criação de um LSP

19 MPLS - Arquitetura LDP MPLS - Arquitetura LDP - Label Distribution Protocol

20 MPLS - Arquitetura Funcionamento 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

21 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

22 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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