Multiprotocol Label Switching (MPLS)

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1 Multiprotocol Label Switching (MPLS) Sistemi per la Codifica e la Trasmissione di Segnali Multimediali CdL Ing. TLC (INF) Specialistica L. A. Grieco 1

2 Il punto di partenza La capacità delle dorsali è in continua crescita Il modo di concepire la condivisione delle risorse in Internet ha pertanto subito forti mutamenti MPLS consente una graduale modificazione delle architetture delle dorsali nei sistemi autonomi MPLS si basa su un nuovo paradigma di forwarding rappresenta un radicale mutamento del funzionamento di Internet 2

3 Forwarding Equivalency Class (FEC) FEC: Insieme di datagram IP instradati lungo il medesimo path con lo stesso trattamento Nelle reti IP ogni datagram, ad ogni hop, viene analizzato per stabilire la FEC di apparteneza, in funzione del destinatario e del PHB Nelle reti MPLS l associazione FEC Datagram IP viene determinata, per ogni pacchetto, una volta sola dal nodo di accesso alla rete non è necessario ispezionare l header IP ad ogni hop L associazione è codificata per mezzo di una label a 32 bit La FEC può essere scelta in modo più generale rispetto alle reti IP 3

4 Concetti di Base Label ciascun pacchetto in una rete MPLS è marcato da una label che codifica informazioni su Path QoS VPN membership destinatario etc etc Le label possono essere inserite in campi pre-esistenti di protocolli di rete o data link utilizzando una semplice MPLS encapsulation (è definito un apposito layer intermedio tra il data-link e l IP) Sono necessari appositi protocolli per la distribuzione delle label Label Switched Router (LSR): per ciascun pacchetto sceglie hop successivo e trattamento in funzione della label Label Switched Patch (LSP): path costituito da una sequenza di LSR richiede appositi protocolli di set-up 4

5 MPLS: esempio A Label=23 C Label=42 E FEC 1 FEC 2 B Label=96 D A Edge LSR (Ingress): assegna la label ai pacchetti in ingresso in funzione della FEC B C LSR 1. scelgono l hop successivo e trattamento per ciascun pacchetto in D funzione della label 2. La label è cambiata prima di inoltrare il pacchetto E Edge LSR (Egress): rimuove la label ed inoltra il pacchetto a destinazione 5

6 Architettura di un nodo MPLS Control Plane IP Routing Protocols Routing Info Exchange Label Distribution Protocol Label Info Exchange Incoming IP packets Incoming labeled packets Forwarding Plane IP Routing Table LFIB (Label Forw. Info Base) Outgoing IP packets Outgoing labeled packets 6

7 Label Forwarding Information Base (LFIB) Next-hop labelforwarding entry Incoming Label Outgoing Label Next-hop Address Outgoing Interface 7

8 MPLS: Vantaggi Consente una facile integrazione tra reti IP e ATM (Asyncronous Transfer Mode) o FR (Frame Relay) Semplifica il forwarding dei pacchetti: più facile semplicità di classificazione dei pacchetti a spese dell overhead necessario al set-up dei Label Switched Path (LSP) Possibilità di scegliere la modalità di forwarding non solo in base all indirizzo del destinatario (forwarding granularity) Possibilità di ottimizzare l utilizzazione delle risorse di rete tramite traffic engineering MPLS consente di avere un maggiore controllo sui path da impiegare Possono essere impiegati i path più scarichi Per mezzo della label, il path può essere impostato dall ingress node per ciascun pacchetto Supporto alla QoS il controllo dei path e l uso di informazioni sulla priorità, codificate nella label, consentono di supportare la fornitura di servizi differenziati Differenti strategie di scheduling o algoritmi di AQM possono essere selezionati in funzione della label Possibilità di integrazione con IntServ si può associare una FEC ad una riserva RSVP Possibilità di integrazione con DiffServ il PHB può essere codificato direttamente nella label 8

9 Creazione LSP: approccio Data-driven Il set-up di un LSP è inizializzato dai datagram IP Gli LSP sono costituiti man mano che i datagram arrivano I primi datagram devono essere processati come semplici datagram IP sino a quando l LSP corrispondente non è pronto Il controllo dell LSP è meno forte che nell approccio control-driven: LSP riflette il path che sarebbe stato utilizzato utilizzando il classico IP forwarding 9

10 Creazione LSP: approccio Control-driven il setup degli LSP è effettuato tramite appositi messaggi di controllo Può avvenire secondo due modalità Independent Control LSP establishment ogni LSR associa ad ogni FEC nota una label le associazioni sono notificate ai router limitrofi I router limitrofi aggiornano la propria LFIB confrontando le info sulle FEC in loro possesso con le info ricevute Questo approccio consente una maggiore velocità nel set-up dei path a spese di una minore possibilità di prevenzione dei loop Ordered Control LSP establishment Il setup del path è inizializzato dal router di ingresso/uscita dalla rete MPLS L assegnazione delle label è gestita in modo ordinato dal nodo uscita sino al nodo di ingresso è più semplice prevenire i loop Le FEC da utilizzare sono selezionate dal nodo che inizializza la creazione del path 10

11 Label Distribution Protocol (LDP) Consente la richiesta e lo scambio di corrispondenze FEC-label tra LSR limitrofi Un insieme di label riferite alla medesima FEC, dal ingress LSR all egress LSR definisce un LSP Definisce 4 classi di messaggi Discovery: per scoprire gli LSR limitrofi mediante messaggi di Hello inviati in multicast con UDP Adjacency: per inizializzare sessioni di negoziazione tra LSR limitrofi (TCP) Label Advertisment: per scambiare/rimuovere corrispondenze FEClabel. Lo scambio può avvenire secondo 4 modalità: Downstream-on-Demand mode: un LSR richiede esplicitamente le informazioni su una corrispondenza FEC-label indicando la FEC Unsolicited Downstream Mode: un LSR distribuisce info su corrispondenze FEC-label anche ad LSR che non hanno fatto esplicita richiesta Liberal (Conservative) Label Retention Mode: (non) consente ad un LSR di memorizzare corrispondenze FEC-label inviate da un LSR che non è il next hop per la FEC considerata la modalità Liberal consente di ottenere un più veloce adattamento in caso di modifica del path la modalità Conservative consente di memorizzare meno corrispondenze FEClabel Notification: per segnalare condizioni critiche o errori/anomalie di funzionamento 11

12 Altri Protocolli per la distribuzione delle label Constraint-based LSP Setup using LDP (CR-LDP): Estensioni di LDP per Ordered Control LSP establishment le caratteristiche del path sono espresse in termini di Peak data rate Committed data rate Peak burst size Committed Burst Size Path Preemption: utilizzata nel caso in cui le risorse richieste siano superiori a quelle disponibili (sono stabiliti 8 livelli di priorità tra i path) Extensions to RSVP for LSP Tunnels (RSVP-TE): estende il protocollo RSVP per supportare Ordered Control LSP establishment 12

13 Loop in reti MPLS Tutti i gli algoritmi di routing possono generare loop durante i transitori La presenza di un loop genera il looping dei Control packet per il set up degli LSP gli LSP non sono creati correttamente Data Packet Tecniche per il controllo dei loop Loop survival Loop detection Loop prevention 13

14 Loop Survival Gli LSP possono contenere loop Si utilizzano tecniche per arginare l effetto dei loop: TTL segment: nella label è presente un campo TTL Non-TTL segment: il campo TTL non è presente nelle PDU del protocollo ATM l effetto dei loop viene controllato limitando le risorse assegnate a ciascun circuito virtuale (buffer space per vc) 14

15 Loop Detection Gli LSP possono contenere loop I loop una volta rivelati vengono disconnessi Le tecniche di loop survival sono utilizzate per rivelare la presenza dei loop Una ulteriore tecnica per la rivelazione dei loop prevede l impiego di un campo apposito (hop count) nei messaggi LDP hop count viene utilizzato come il campo TTL dei datagram IP 15

16 Loop Prevention Previene la formazione di un looping path prima che i dati vengano trasmessi attraverso Gli LSP sono classificati in due categorie Nonstate merging LSP: creati mediante CR-LDP o RSVP ogni volta che un LSR inoltra un messaggio di controllo esso aggiunge il proprio indirizzo al messaggio quando un messaggio di controllo è ricevuto, ogni LSR controlla che il proprio indirizzo non sia presente nell elenco degli LSR attraversati dal messaggio per prevenire la formazione del loop State merging LSP: creati mediante LDP. Esistono due tecniche di prevenzione dei loop Path vector diffusion: simile alle tecniche impiegate per gli LSP di tipo nonstate merging Colored thread method: impiegato nel caso in cui si utilizzino tecniche ordered control per il set up degli LSR. L ingress node trasmette speciali pacchetti di controllo per colorare il path. Quando un LSR riceve due volte un pacchetto dello stesso colore allora rivela il loop e ne previene la formazione 16

17 Label Stacking MPLS consente di definire uno stack di label all interno del medesimo pacchetto In questo modo si crea una gerarchia di LSP in cui in un tunnel LSP possono essere aggregati molteplici LSP La gerarchia di LSP consente ai nodi più interni di una backbone di non dover gestire il set-up dei singoli LSP utilizzati dai nodi terminali 17

18 Gerarchia di LSP: esempio Nested LSP E F G H A B F e G non devono gestire tutte le informazioni sugli LSP che transitano attraverso E ed H 18

19 Label stack entry format 20 bit 3 bit 1 bit 8 bit Label CoS S TTL Class of Service: Utilizzato per integrazione con DiffServ Se posto a 1 indica che la label è l ultima dello stack E utilizzato in modo simile al campo TTL dei datagram IP 19

20 Virtual Private Networks (VPNs) Connection-oriented Layer2: il service provider stabilisce dei circuiti logici o virtuali tra gli apparati di accesso delle utenze Layer 3: vengono instaurati dei tunnel in una rete IP pubblica o privata Connectionless: non richiedono l instaurazione di circuiti logici o virtuali VPN IP convenzionali: è necessario che i router del service provider siano in grado di gestite molteplici algoritmi e protocolli di routing per mettere in comunicazione le differenti reti afferenti a ciascuna VPN supportata MPLS: i membri della VPN sono facilmente identificabili mediante le label 20