MPLS is the enabling technology for the New Broadband (IP) Public Network

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1 ai documenti di MPLS Forum MPLS Multi-protocol label switching Mario Baldi Politecnico di Torino staff.polito.it/mario.baldi MPLS is the enabling technology for the New Broadband (IP) Public Network MPLS - MPLS - 3 MPLS - 2 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 - 4 La cipolla che fa piangere gli operatori di telecomunicazioni ATM Circuit Emulation IP over Frame Relay IP over ATM IP IP ATM IP over SONET/SH Leased Line WM ATM IP Frame Relay IP over WM IP over ATM Circuit Emulation

2 Il futuro: WM, IP, MPLS Perchè? IP router with LAN or WAN interface IP λ Switching IP router with T3 interface PABX with T interface IP router with LAN (GE) or WAN (PoS) Interface Ricerche in tabella di inoltro (lookup) più veloci! L etichetta può essere usata come indice " Invece che longest prefix matching Traffic engineering IP/MPLS MPLS - 5 MPLS - 7 L idea Label Pacchetto IP Architettura di rete MPLS network MPLS cloud Label switch router (LSR) Label edge router Ingress/egress LSR Inoltrare i pacchetti in base ad un etichetta (label) Invece dell indirizzo IP di destinazione MPLS - 6 MPLS - 8

3 Label Switched Path (LSP) Ingress LSR Elementi chiave di MPLS! Intestazione MPLS " Contiene l etichetta! Protocolli di routing potenziati " Vincoli per la scelta dei percorsi Egress LSR! Protocolli per la distribuzione delle etichette " segnalazione MPLS - 9 MPLS - Label switching A X 2 In Out In In Out Out In Out MPLS introduce il paradigma connection oriented nelle reti IP MPLS - MPLS - 2

4 Shim header Intestazione MPLS Forwarding equivalence class (FEC) Livello 2 Pacchetto IP Pacchetti che 2 bit 3 bit 8 bit Label Exp S TTL Exp: Experimental bits (CoS) S: Bottom of stack TTL: Time to live Seguono lo stesso percorso nella rete MPLS Vengono trattati nello stesso modo da ogni LSR Ricevono la stessa etichetta MPLS - 3 MPLS - 5 ATM e frame relay Label binding Protocolli di livello 2 connessi Etichette MPLS nell intestazione di livello 2 Lo switch a valle di un collegamento associa alle etichette usate da quello a monte Porta di uscita " VCI/VPI (ATM) " LCI (Frame relay) Nuova etichetta Creazione degli LSP MPLS - 4 MPLS - 6

5 Label binding statico! Tramite management! Equivalente a PVC ATM! Non scalabile! No interoperabilità tra sistemi di gestione! Impossibile avere LSP tra gestori differenti Protocolli per la distribuzione delle etichette ue alternative (incompatibili)! Label distribution protocol (LP) " Progettato per lo scopo! Resource reservation protocol (RSVP) " Progettato per allocare risorse in reti a servizi integrati (lezione 2) MPLS - 7 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 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 - 8 MPLS - 2

6 Protocolli di routing I protocolli esistenti OSPF IS-IS BGP-4 portano informazioni topologiche Protocolli di routing estesi Constraint based routing è fondamentale per il supporto di traffic engineering OSPF TE IS-IS TE Nel contesto di MPLS sono potenziati per... MPLS - 2 MPLS - 23 Protocolli di routing Hop-by-hop routing... portare informazioni su vincoli per il routing (constraint data) Ogni switch decide il prossimo passo del percorso dell LSP Capacità dei collegamenti Utilizzo dei collegamenti ipendenze tra i collegamenti Usato per il recupero guasti! Gli switch si accordano su corrispondenze tra " Etichette di ingresso e uscita " Etichette e FEC! Simile al routing per pacchetti IP MPLS - 22 MPLS - 24

7 Explicit constraint based routing Nuove possibilità! Traffic engineering! Un singolo switch può scegliere il percorso di un LSP " Per esempio ingress LSR " Explicit routing! Qualità del servizio " Non realizzata attualmente! Classi di servizio differenziate! La scelta è basata sui vincoli " Constraint based routing! Recupero guasti veloce " In meno di 5 ms MPLS - 25 MPLS - 27 istribuzione delle etichette Piano di controllo e piano dati eve essere modificata Piano di controllo OSPF! CR-LP IP RIP IGRP " Constraint-based routing LP IS-IS BGP! RSVP-TE " RSVP for Traffic Engineering Abbinati a OSPF-TE e IS-IS-TE Aggiornamento continuo Piano dati Routing data base Routing table MPLS - 26 MPLS - 28

8 Piano di controllo e piano dati Piano di controllo Segnalazione OSPF (instaurazione LSP) RIP LP RSVP IS-IS IGRP BGP MPLS Routing IP tradizionale Congestione! Traffico per su 4 link sovraccarichi Instaurazione di LSP Piano dati Routing data base Forwarding table MPLS - 29 MPLS - 3 Routing IP tradizionale Aggregazione! Traffico per su Routing IP tradizionale Sottoutilizzo! Traffico per su 4 link sovraccarichi 9 link sottoutilizzati MPLS - 3 MPLS - 32

9 Traffic Engineering Permette di distribuire il traffico Non si può fare con il routing IP tradizionale? Traffico per su 4 link sovraccarichi 9 link sottoutilizzati MPLS - 33 MPLS - 35 Traffic Engineering No congestione Utilizzo uniforme Basta scegliere i percorsi in base al carico Traffico per su link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS - 34 MPLS - 36

10 Così però i link scarichi si caricano e viceversa... Traffico per su link sovraccarichi link sottoutilizzati...così come il carico dei link... Traffico per su link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS - 37 MPLS e le tabelle di routing cambiano... Traffico per su link sovraccarichi link sottoutilizzati... e i percorsi cambiano di nuovo!!! Instabilità! Traffico per su link sovraccarichi link sottoutilizzati MPLS - 38 MPLS - 4

11 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 Estensioni di MPLS!MP?S (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 - 4 MPLS - 43 Traffic Engineering con MPLS Aggiunta di CoS e QoS MPLS è IP aware Un solo piano di controllo che opera sulla topologia fisica! Più semplice! Maggiore scalabilità Si possono associare risorse ad una FEC all atto dell instaurazione degli LSP Occorre supporto esplicito nel piano dati e di controllo degli LSR MPLS - 42 MPLS - 44

12 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 Vantaggi della QoS in MPLS (slogan)! Rete unificata per il supporto di tutte le classi di servizio! Il supporto di QoS e servizi real-time su IP (per 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 - 45 MPLS - 47 Quality of service (QoS) Garanzie specifiche su!banda Label Stack gerarchia e scalabilità Intestazione Layer 2 Label 3 Label 2 Label Pacchetto IP!Ritardo!imensione dei burst Riduzione tabella di routing Riduzione tabella di forwarding MPLS omain MPLS omain 2 MPLS omain 3 MPLS - 46 MPLS - 48

13 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!ricerca esatta di etichette molto più semplice e veloce del longest prefix matching VPN basate su MPLS!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) MPLS - 49 MPLS - 5 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) Standardizzazione! IETF Internet Engineering Task Force " MPLS working group! MPLS Forum " Consorzio produttori " Velocizzare la diffusione " Aspetti tralasciati da IETF " VoMPLS, ASL MPLS - 5 MPLS - 52

14 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 Riferimenti bibliografici! T. Tofoni, MPLS Fondamenti e applicazioni alle reti IP, Hoepli, 23! IETF MPLS Working Group, pls-charter.html! E. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon, Multiprotocol Label Switching Architecture, RFC 33, Standards Track, Jan. 2! E. Rosen,. Tappan, G. Fedorkow, Y. Rekhter,. Farinacci, T. Li, A. Conta, MPLS Label Stack Encoding, RFC 332, Standards Track, Jan. 2 MPLS - 53 MPLS - 55 La storia di MPLS!G-MPLS (Generalized MPLS)!Packet switching!circuit switching (SONET/SH)!Lambda switching!anything switching Piano di controllo unificante Riferimenti bibliografici! F. Le Faucheur, et al., Multi-Protocol Label Switching (MPLS) Support of ifferentiated Services, RFC 37, Standards Track, May 22! avie, B., Lawrence, J., McCloghrie, K., Rekhter, Y., Rosen, E., Swallow, G. and P. oolan, "MPLS using LP and ATM VC Switching", RFC 335, January 2.! Andersson, L., oolan, P., Feldman, N., Fredette, A. and B. Thomas, "LP Specification", RFC 336, January 2. MPLS - 54 MPLS - 56