MPLS is the enabling technology for the New Broadband (IP) Public Network MPLS. Mario Baldi. Nota di Copyright. Multi-protocol label switching

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1 MPLS Multi-protocol label switching Mario Baldi Politecnico di Torino staff.polito.it/mario.baldi MPLS - Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slide (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag.. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. MPLS - 2 ai documenti di MPLS Forum MPLS is the enabling technology for the New Broadband (IP) Public Network MPLS - 3

2 La cipolla che fa piangere gli operatori di telecomunicazioni IP over ATM IP Leased Line Frame Relay ATM Circuit Emulation WM IP over WM IP over Frame Relay IP ATM ATM IP MPLS - 4 IP over SONET/SH IP over ATM Circuit Emulation Il futuro: WM, IP, MPLS IP router with LAN or WAN interface IP IP router with T3 interface PABX with T interface IP router with LAN (GE) or WAN (PoS) Interface λ Switching IP/MPLS MPLS - 5 L idea Label Pacchetto IP Inoltrare i pacchetti in base ad un etichetta (label) Invece dell indirizzo IP di destinazione MPLS - 6

3 Perchè? Ricerche in tabella di inoltro (lookup) più veloci L etichetta può essere usata come indice Invece che longest prefix matching Traffic engineering MPLS - 7 MPLS introduce il paradigma connection oriented nelle reti IP MPLS - 8 Architettura di rete MPLS network MPLS cloud Label switch router (LSR) Label edge router Ingress/egress LSR MPLS - 9 3

4 Label Switched Path (LSP) Ingress LSR Egress LSR MPLS - 0 Label switching A 0 0 X 2 In Out In Out In Out In Out 0 0 MPLS - La storia di MPLS Tag Switching IP su ATM Niente problemi con risoluzione di indirizzi Segnalazione più semplice Un solo piano di controllo ATM con IP Riuso dell hardware di switching ATM MPLS - 2 4

5 La storia di MPLS MPλS (Multi-Protocol Lambda Switching) G-MPLS (Generalized MPLS) Packet switching Cell switching Circuit switching (SONET/SH) Lambda switching Anything switching MPLS - 3 Piano di controllo unificante Elementi chiave di MPLS Intestazione MPLS Contiene l etichetta Protocolli di routing potenziati Vincoli per la scelta dei percorsi Protocolli per la distribuzione delle etichette segnalazione MPLS - 4 Shim header Intestazione MPLS Livello 2 Pacchetto IP 20 bit 3 bit 8 bit Label Exp S TTL Exp: Experimental bits (CoS) S: Bottom of stack TTL: Time to live MPLS - 5 5

6 ATM e frame relay Protocolli di livello 2 connessi Etichette MPLS nell intestazione di livello 2 VCI/VPI (ATM) LCI (Frame relay) MPLS - 6 Forwarding equivalence class (FEC) Pacchetti che Seguono lo stesso percorso nella rete MPLS Vengono trattati nello stesso modo da ogni LSR Ricevono la stessa etichetta MPLS - 7 Label binding Lo switch a valle di un collegamento associa alle etichette usate da quello a monte Porta di uscita Nuova etichetta Creazione degli LSP MPLS - 8 6

7 Label binding statico Tramite management Equivalente a PVC ATM Non scalabile No interoperabilità tra sistemi di gestione Impossibile avere LSP tra gestori differenti MPLS - 9 Label binding dinamico Protocol (IP) driven La creazione di LSP è legata alla scoperta di route verso le destinazioni Creazione automatica di LSP Segnalazione esplicita Iniziato dai label edge router MPLS - 20 Protocolli per la distribuzione delle etichette Tre alternative (incompatibili) Protocollo di routing: BGP Solo protocol driven Label distribution protocol (LP) Progettato per lo scopo Resource reservation protocol (RSVP) Allocazione in reti a servizi integrati MPLS - 2 7

8 Protocolli di routing Usati per determinare l instradamento degli LSP Guidano le procedure di label binding In modo indiretto determinano l instradamento dei pacchetti MPLS - 22 Protocolli di routing I protocolli esistenti OSPF IS-IS BGP-4 portano informazioni topologiche Nel contesto di MPLS sono potenziati per... MPLS - 23 Protocolli di routing... portare informazioni su vincoli per il routing (constraint data) Capacità dei collegamenti Utilizzo dei collegamenti ipendenze tra i collegamenti Usato per il recupero guasti MPLS

9 Protocolli di routing estesi Constraint based routing è fondamentale per il supporto di traffic engineering OSPF TE IS-IS TE MPLS - 25 Hop-by-hop routing Ogni switch decide il prossimo passo del percorso dell LSP Gli switch si accordano su corrispondenze tra Etichette di ingresso e uscita Etichette e FEC Simile al routing per pacchetti IP MPLS - 26 Explicit constraint based routing Un singolo switch può scegliere il percorso di un LSP Per esempio ingress LSR Explicit routing La scelta è basata sui vincoli Constraint based routing MPLS

10 istribuzione delle etichette eve essere modificata CR-LP Constraint-based routing LP RSVP-TE RSVP for Traffic Engineering Abbinati a OSPF-TE e IS-IS-TE MPLS - 28 Nuove possibilità Traffic engineering Qualità del servizio Non realizzata attualmente Classi di servizio differenziate Recupero guasti veloce In meno di 50 ms MPLS - 29 Piano di controllo e piano dati IP Piano di controllo OSPF RIP IGRP IS-IS BGP Aggiornamento continuo Piano dati Routing data base Routing table MPLS

11 Piano di controllo e piano dati Piano di controllo Segnalazione OSPF (instaurazione LSP) RIP LP RSVP IS-IS IGRP BGP MPLS Instaurazione di LSP Piano dati Routing data base Forwarding table MPLS - 3 Routing IP tradizionale Traffico per su Aggregazione! percorso ottimale MPLS - 32 Routing IP tradizionale Congestione! Traffico per su percorso ottimale 4 link sovraccarichi MPLS - 33

12 Routing IP tradizionale Traffico per su Sottoutilizzo! percorso ottimale 4 link sovraccarichi 9 link sottoutilizzati MPLS - 34 Traffic Engineering Permette di distribuire il traffico MPLS - 35 Traffic Engineering No congestione Utilizzo uniforme MPLS

13 Non si può fare con il routing IP tradizionale? Traffico per su percorso ottimale 4 link sovraccarichi 9 link sottoutilizzati MPLS - 37 Basta scegliere i percorsi in base al carico Traffico per su percorso ottimale link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS - 38 Così però i link scarichi si caricano e viceversa... Traffico per su percorso ottimale link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS

14 ... e le tabelle di routing cambiano... Traffico per su percorso ottimale link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS così come il carico dei link... Traffico per su percorso ottimale link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS e i percorsi cambiano di nuovo!!! Instabilità! Traffico per su percorso ottimale link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS

15 Traffic Engineering senza MPLS ATM è stata fino ad ora usata per traffic engineering su reti IP ue piani di controllo I router sono ATM unaware Gran numero di adiacenze Limitata scalabilità MPLS - 43 Traffic Engineering con MPLS MPLS è IP aware Un solo piano di controllo che opera sulla topologia fisica Più semplice Maggiore scalabilità MPLS - 44 Estensioni di MPLS MPλS (MPLambdaS) Piano di controllo MPLS nelle reti ottiche Funzionalità del traffic engineering GMPLS (Generalized MPLS) Piano di controllo MPLS in qualsiasi rete Pacchetto, circuito, ottica, ecc. MPLS

16 Aggiunta di CoS e QoS Si possono associare risorse e modalità di servizio ad una FEC all atto dell instaurazione degli LSP Occorre supporto esplicito nel piano dati e di controllo degli LSR MPLS - 46 Class of service (CoS) Priorità relativa tra diverse FEC Non offre garanzie assolute Supporto del modello iffserv Per hop behavior EF (expedite forwarding), AF (assured forwarding) Traffic engineering per classe S-aware traffic engineering MPLS - 47 Quality of service (QoS) Garanzie specifiche su Banda Ritardo imensione dei burst MPLS

17 Vantaggi della QoS in MPLS Rete unificata per il supporto di tutti i tipi di servizio (slogan) Il supporto di QoS e servizi real-time su IP (ad esempio voce) non è maturo Molte reti multiservizio hanno per ora un paradigma Ships-in-the-night Servizi tipici di ATM con i protocolli di ATM Piano di controllo MPLS per servizi IP MPLS - 49 Label Stack gerarchia e scalabilità Intestazione Layer 2 Label 3 Label 2 Label Pacchetto IP MPLS omain Riduzione tabella di routing Riduzione tabella di forwarding MPLS omain 2 MPLS omain 3 MPLS - 50 MPLS e scalabilità Le etichette MPLS introducono gerarchia Quanti livelli gerarchici servono per avere la scalabilità necessaria Le tabelle di routing dei router di transito non devono essere complete LSP tra i router di bordo Ricerca esatta di etichette molto più semplice e veloce del longest prefix matching MPLS - 5 7

18 VPN: Virtual Private Network Servizi analoghi a quelli di una rete privata realizzati su un infrastruttura (IP) pubblica Piani di indirizzamento (privato) sovrapposti Indirizzi non univoci Class of Service (CoS) e Quality of Service (QoS) MPLS - 52 VPN basate su MPLS MPLS - 53 Le etichette nascondono gli indirizzi IP degli utenti alla rete pubblica MPLS permette di realizzare una soluzione scalabile per servizi VPN Numero di VPNs Numero di membri per VPN Altri approcci richiedono l impostazione esplicita (manuale) di tunnels tra ogni coppia di siti Flessibilità di servizio (grazie al FEC) Standardizzazione IETF Internet Engineering Task Force MPLS working group MPLS Forum Consorzio produttori Velocizzare la diffusione Aspetti tralasciati da IETF VoMPLS, ASL MPLS

19 MPLS - 55 Riferimenti bibliografici T. Tofoni, MPLS Fondamenti e applicazioni alle reti IP, Hoepli, 2003 IETF MPLS Working Group, pls-charter.html E. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon, Multiprotocol Label Switching Architecture, RFC 303, Standards Track, Jan. 200 E. Rosen,. Tappan, G. Fedorkow, Y. Rekhter,. Farinacci, T. Li, A. Conta, MPLS Label Stack Encoding, RFC 3032, Standards Track, Jan. 200 Riferimenti bibliografici MPLS - 56 F. Le Faucheur, et al., Multi-Protocol Label Switching (MPLS) Support of ifferentiated Services, RFC 370, Standards Track, May 2002 avie, B., Lawrence, J., McCloghrie, K., Rekhter, Y., Rosen, E., Swallow, G. and P. oolan, "MPLS using LP and ATM VC Switching", RFC 3035, January 200. Andersson, L., oolan, P., Feldman, N., Fredette, A. and B. Thomas, "LP Specification", RFC 3036, January

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