Introducci ó n a MPLS

Introducción a MPLS Multi-Protocol Label Switching ELO323: Agustín J. González Versión original de Yun Teng Dept. of Computer Science, UMBC, University of Maryland

Introducción a MPLS • Motivación • Bases de MPLS • Componentes del Protocolo • Operación • Stack de Protocolo de la Arquitectura • Ventajas y desventajas

Motivación • IP • Primer protocolo definido y usado • De facto el único protocolo para la Internet Global trabajando … pero tiene desventajas

Motivación (cont.) • Desventajas del Ruteo IP • Sin conexión - e.g. no QoS • Cada router debe tomar decisiones independientes basado en las Direcciones IP • Encabezado IP Grande - al menos 20 bytes • Ruteo en capa de red - Más lento que Switching (conmutación) • Usualmente diseñado para obtener el camino más corto - No toma en cuenta otras métricas

Motivación (cont.) • ATM (Asynchronous Transfer Mode) • Orientada a Conexión - Provee QoS • “Switcheo” rápido de paquetes con paquetes (celdas) de largo fijo • Integración de diferentes tipos de tráfico (voz, datos, video) … Pero también tiene desventajas

Motivación (cont.) • Desventajas de ATM • Complejo • Caro • No ampliamente adoptado

Motivación (cont.) • Idea: Combinar los algoritmos de re-envío usados en ATM e IP.

Bases de MPLS • Multi Protocol Label Switching es acomodado entre capa 2 y capa 3

Bases de MPLS (cont.) • Características de MPLS • Mecanismo para manejar el flujo de tráfico de tamaños variados (Flow Management) • Es independiente de protocolos de capa 2 y 3 • Mapea direcciones IP a rótulos de largo fijo • Interconecta a protocolos de existentes (RSVP, OSPF) • Soporta ATM, Frame-Relay y Ethernet

Rótulo (Label) • Formato genérico del label

Label (cont.) • Distribución de Label (rótulo) • MPLS no especifica un único método para distribuir los rótulos (labels) • BGP (Border Gateway Protocol) ha sido mejorado para la información de label dentro de mensajes del protocolo (piggyback) • RSVP también ha sido extendido para incluir intercambio de labels (también vía piggybacked).

Label (cont.) • IETF ha definido un nuevo protocolo conocido como Label Distribution Protocol (LDP) para señalización y administración • Extensiones al protocolo base LDP ha sido definido para soportar ruteo basado en requerimientos de QoS.

Label (cont.)

Internet IP LER LER LER LSR LSR LSR LSR MPLS IP Modelo de red MPLS MPLS LSR = Label Switched Router LER = Label Edge Router

Label Edge Router - LER • Son los router residentes al borde de la red MPLS. Su función es asignar y remover los labels de los paquetes. • Soportan múltiples puertas conectadas a redes no similares (tales como frame relay, ATM, y Ethernet).

Label Switching Router - LSR • Son router de alta velocidad en el core de una red MPLS. • Switches ATM pueden ser usados como LSRs sin cambiar su hardware. Capa de switching es equivalente a switcheo VP/VC (Virtual path/Virtual circuit).

Posiciones de LERs & LSRs

Forward Equivalence Class - FEC • Es una representación de un grupo de paquetes que comparten los mismos requerimiento para su transporte. • La asignación de un paquete particular a un FEC es hecho sólo una vez (cuando el paquete entra a la red).

Label-Switched Paths – LSPsRutas conmutadas por labels • Una ruta es establecida antes que la transmisión de datos comience. • Una ruta transporta un FEC.

Detalles de LSP • MPLS provee dos opciones para configurar un • Ruteo hop-by-hop Cada LSR selecciona independientemente el próximo hop para un FEC dado. LSRs soporta varios protocolos de ruteo (OSPF, ATM …). • Ruteo explícito Es similar a ruteo de fuente. El LSR de ingreso especifica la lista de nodos a través del cual el paquete pasará. • El setup de LSP para un FEC es unidireccional. El tráfico de retorno debe tomar otro LSP! (para distribuir carga)

Label Distribution Protocol - LDP • Un protocolo a nivel aplicación para distribuir la asociación a lebels a LSRs. • Son usados para mapear FECs a labels, los cuales a su vez crean LSPs. • Las sesiones LDP son establecidas entre LDP pares en la red MPLS (no necesariamente adyacentes). • Algunas veces emplea OSPF o BGP.

Detalles de LDP • Tipos de mensaje LDP: • discovery messages— anuncia y mantiene la presencia de un LSR en la red • session messages— establece, mantiene, y termina sesiones entre LDP pares • advertisement messages— crea, cambia, y borra mapeo de labels para FECs • notification messages— provee información de avisos y señalización de errores

Operación de MPLS • Los siguientes pasos deben ser seguidos para que un paquete de datos viaje a través de una red MPLS. • Creación y distribución de label • Creación de tablas en cada router • Creación de label-switched path (LSP, caminos conmutados por labels) • Inserción de labels y su acceso en tablas • Re-envío de paquetes

Paso 1 • Creación y distribución de Label • Antes que el tráfico comience los routers deciden asociar un label a un FEC (forward equivance class) y construir sus tablas. • En LDP (label distribution protocol), routers inician la distribución de labels y la asociación label/FEC. • Además características relacionas con el tráfico y capacidades MPLS son negociadas usando LDP. • Un protocolo de transporte confiable debería ser usado para el protocolo de señalización.

Paso 2 • Creación de tablas • Bajo recepción de la asociación de label, cada LSR (Label switching router) crea entradas en una base de información de labels (label information base - LIB). • El contenido de la tabla especifica el mapeo entre un label y un FEC. • Mapeo entre la puerta y label de entrada y la puerta y label de salida. • Las entradas son actualizadas en cada renegociación asociando label y FEC.

Ejemplo de Tabla LIB (Label information Base)

Ejemplo de operación MPLS Label switched router Label edge router

Paso 3 • Creación del camino de switcheo de label (Label switched path- LSP) • Los LSPs son creados en dirección inversa a la creación de entradas en el LIBs.

Ejemplo operación MPLS c a b

Paso 4 • Inserción de labels y su acceso en tablas • El primer router (LER1) usas la tabla LIB para encontrar el próximo hop y requerir un label para un FEC específico. • Router subsecuentes sólo usan la tabla para encontrar el próximo hop. • Una vez que el paquete llega al LSR de egreso (LER4), el label es removido y el paquete es entregado al estino.

Ejemplo de operación MPLS

Paso 5 • Re-envío de paquetes • LER1 podría no tener ningún label para este paquete por tratarse de la primera ocurrencia de este requerimiento. En una red IP, LER1 encontrará la dirección de su tablas de ruteo de calce mayor para definir el próximo hop. LSR1 será el próximo hop para LER1. • LER1 iniciará un requerimiento de label hacia LSR1. • Éste requerimiento se propagará a través de la red como lo indica la línea punteada verde..

Paso 5 (cont.) • Cada router intermedio recibirá un label desde su router downstream comenzando por LER2 y yendo upstream hasta LER1. La configuración del LSP es indicada por la línea azul usando LDP o cualquier otro protocolo de señalización. • LER1 insertará el label y re-enviará el paquete a LSR1.

Paso 5 (cont.) • Cada LSR subsiguiente, i.e., LSR2 y LSR3, examinarán el label en el paquete recibido, y lo reemplazarán con el label de salida y lo re-enviarán. • Cuando el paquete llega a LER4, éste removerá el label porque el paquete está dejando el dominio MPLS y es entregado al destino. • El camino recorrido por el paquete es indicado por la línea roja.

Ejemplo de Operación MPLS

Túneles en MPLS • La idea es controlar el camino entero sin explícitamente especificar los router intermedios. • Creando túneles a través de routers intermedios que pueden cubrir múltiples segmentos. • Aplicación en VPNs basadas en MPLS.

MPLS Protocol Stack Architecture

Ventajas de MPLS • Mejora desempeño de re-envío de paquetes en la red • Soporta QoS y CoS (clases de servicio) para diferencias servicios • Suporta escalabilidad de la red • Integra IP y ATM en la red • Construye redes inter-operables

Desventajas de MPLS • Se agrega una capa adicional • Los router deben entender MPLS

Referencias • http://www.iec.org/online/tutorials/mpls/index.html • http://www.iaik.tu-graz.ac.at/teaching/03_advanced%20computer%20networks/ss2004/vo3/MPLS.pdf • http://ica1www.epfl.ch/cn2/0304/doc/lecture/mpls.pdf

Introducci ó n a MPLS