ТЕХНОЛОГИЯ mpls Учебное пособие

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕХНОЛОГИЯ MPLSMPLS

Учебное пособиеУчебное пособие

План учебного пособия

• ОбзорОбзор• Инкапсуляция меток

• Протоколы распределения меток

• MPLS и ATM

• Маршрутизация, основанная на ограничениях и CR-LDP

• Резюме

Возможные варианты архитектуры перспективной мультисервисной сети

Приложения: речь, данные, видео, мультимедиа

IP

ATM

SDH

DWDM

Верхниеуровни OSI

Уровень 3

Уровень 2

Уровень 1

DWDM [Dense Wavelength Division Multiplexing] – мультиплексирование по длине волны высокой плотности (технология передачи информации)

Базовые положения технологии MPLS

1. Протокол многопротокольной коммутации меток (MPLS) обеспечивает гарантированное качество обслуживания при передаче пакетов в сетях IP2. Вначале каждый маршрутизатор сети с технологией IP формирует маршрутные таблицы, используя стандартные протоколы маршрутизации (например, протокол OSPF [Open Shortest Path First]- первоочередное открытие кратчайших маршрутов)

3. Каждому маршруту ставится в соответствие (генерируется) метка (Label). Метка - это короткий кадр фиксированной длины, физически связанный с IP – пакетом и имеющий значение только для этого пакета.

4. Набор меток формирует определенный аналог виртуального соединения, называемый «путем, коммутируемым метками» (Label Switched Path)

5. Сформированный набор меток соответствует определенному набору маршрутных таблиц. При изменении топологии сети IP изменяются таблицы маршрутизации и должны быть изменены наборы меток (механизм, ориентированный на топологию)

Новое поколение маршрутизаторов IP

ТРЕБОВАНИЯ:

• ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ИЗ-ЗА БЫСТРО РАСТУЩЕЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МАГИСТРАЛЕЙ (СРЕДСТВ ДОСТАВКИ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ: SDH DWDM);

• ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГАРАНТИРОВАННОГО КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ (КЛАСС ОБСЛУЖИВАНИЯ – Class of Service, CoS)

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАРШРУТИЗАТОРОВ IP:

• ЗАМЕНА ПРОГРАММНОЙ ЛОГИКИ НА АППАРАТНУЮ;

• ИЗМЕНЕНИЕ АРХИТЕКТУРЫ (ДВУХУРОВНЕВАЯ:

1. ВЫЧИСЛЕНИЕ МАРШРУТА - ПРОГРАММНО;

2. УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕДАЧЕЙ ПАКЕТОВ - АППАРАТНО);

• УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОСХЕМ

DWDM DWDM

DWDMDWD

M

Concentrator

Оптический уровень транспортной сети

SDH

IP, ATM, Data SDH

SDHSDH

SDH

Data

Data

Data

IP

IP

IP

ATM

ATM

ATM

1310 nm1550 nm

SDH уровень

15xx nm

DWDM уровень

Оптический концентратор информационных потоков

N x STM-x

M x IP

N x Data

Нормированная длина волны

Составная часть

оборудования DWDM

Что такое “Коммутация по меткам”?

•Распределенная или Последовательная маршрутизация:

Пакет, полученный маршрутизатором, снабжается меткой и направляется к следующему маршрутизатору по маршруту, определяемому таблицей маршрутизации. Два пакета, переданные одним источником некоторому получателю, могут быть переданы по разным маршрутам.

Метка, приписанная к пакету, в каждом звене маршрута уникальна.

•Маршрутизация от источника:

Пограничный маршрутизатор (ПМ) домена MPLS устанавливает виртуальное соединение «из конца в конец», пользуясь базой данных о возможных маршрутах доставки информации к пункту назначения Б. Если в выбранном

маршруте имеется n звеньев, то ПМ формирует стек из n меток и передает

пакет по первому звену маршрута. После доставки пакета по звену i соответствующая метка стирается из стека.

Способы доставки информации из пункта А в пункт Б:

Вместо маршрутизации пакетов – коммутация ячеек в домене MPLS

Хост (любое устройство, подключенное к сети и использующее протоколы TCP/IP)

IP маршрутизаторы используют IP-адреса:> Повторно собирают IP- дейтаграммы из ячеек

IP коммутаторы используют номера виртуальных каналов АТМ: Коммутируются ячейки, переносящие сегменты IP-пакетов; Не нужно повторно собирать IP-дейтаграммы; Повышается скорость доставки информации.

Пограничные маршрутизаторы домена MPLS

Коммутация по меткам

• Для передачи информации от А к Б маршрутизатор резервирует ресурсы сети (виртуальные каналы между маршрутизаторами и коммутаторами в выбранном маршруте)

Маршрутизатор пакетов

IP IP #L1 IP #L2 IP #L3 IP

#L1= идентификатор виртуального канала

Коммутатор меток

Коммутатор меток

Маршрутизатор пакетов

O OB BO

Пример Стека Меток (Метки =явный или неявный заголовок Ур. 2)

1. Иерархия маршрутизации BGP/OSPF

B B

2. Частная виртуальная сеть (VPN): Верхняя метка используется в сети общего пользования (Public Net)

B B

Private

Net A

Private

Net B

Private

Net C

Private

Net D

Public/ISPNet

BGP (Border Gateway Protocol) - пограничный межсетевой протокол

OSPF (Open Shortest Path First) - открытый протокол «кратчайший путь первым»

Стек меток

Метки имеют локальное значение; метки изменяются на каждом участке маршрута

L2 Header Label 1 IPHeader

TCP/UDPHeader

UserPayload

… Label nLabel 2

Транспортировка пакета на канальном уровне с помощью меток

Метки, используемые в других технологиях доставки информации

Есть много примеров уже существующих протоколов коммутации по меткам.

• ATM – метка называется VPI/VCI (Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier) и передаётся вместе с ячейкой.

• Frame Relay - метка называется DLCI [Data-Link Connection

Identifier], передаётся вместе с кадром.

• TDM [Time-division Multiplex] - метка называется временным каналом.

• X.25 – меткой является номер логического канала LCN ([Logical Channel Number].

Так что же такое MPLS ?

Два варианта маршрутизации:

• Маршрутизация от источника;

• распределенная (последовательная) маршрутизация для расставления меток.

Для каждой технологии доставки информации применяются собственные метки.

Это многоуровневое средство коммутации по меткам.

ЯДРО СЕТИ

Маршрутизация на границе, коммутация в ядре

IP пересылкаКоммутация по меткамIP пересылка

IP IP #L1 IP #L2 IP #L3 IP

Пользователи LDP: LSR (Label Switch Router), которые обмениваются сообщениями LDP.

Используется сеанс связи (сессия) LDP.

Сообщения LDP:

o сообщения открытия / завершения сеанса связи

o сообщения обнаружения для извещения LSR (“Привет”)

o сообщения создания/удаления/изменения метки

o уведомления об ошибках и советы

Сообщения обнаружения (соседнего LSR) основаны на UDP. Все другие - на TCP.

Сообщения “Привет” посылаются на 646 порт UDP.

Сообщения открытия сеанса связи посылаются на 646 порт TCP.

В первой версии отсутствуют широковещание, доставка по нескольким путям и QoS.

Протокол распределения меток LDP

MPLS: как работает эта технология?

UDP- ”Привет”

UDP-"Привет”

TCP- ”Открытие”

Время

Время

Запрос меткиIP

Присвоение метки#L2

Инициализация

UDP [User Datagram Protocol]- протокол передачи дейтаграмм

пользователя

UDP обеспечивает обмен дейтаграммами без подтверждения доставки

TCP [Transmission Control Protocol] - протокол транспортного и сеансового уровней в Internet, обеспечивающий надежную доставку потока по установленному соединению

Граф мультисервисной сети

В узлах графа – коммутирующие маршрутизаторы

Мультисервисная сеть с пограничными и коммутирующими маршрутизаторами

Пограничный маршрутизатор

Трафик от других сетей (к другим

сетям)

Коммутирующие маршрутизаторы

Звено маршрута

Особенности технологии MPLS

• Придание новых свойств существующему оборудованию ATM (если оно уже используется)

• Сверхскоростная пересылка

• IP трафик-инжиниринг (управление трафиком)— Маршрутизация, основанная на ограничениях

• Частные виртуальные сети (VPN)— Управляемый механизм туннелирования для трафика,

пересылаемого между виртуальными частными сетями (VPN)

• Передача голоса/видео по IP— Минимизация колебаний задержки + ограничения, основанные

на требованиях к QoSТуннелирование – процесс инкапсуляции протокольных блоков данных (PDU)

верхних уровней и их передачи с помощью кадров канального уровня

1. Оптимизация качества услуг для пользователя:

повышение производительности средств доставки; минимизация задержки; минимизация потери информации;

минимизация колебаний задержки.

2. Эффективное распределение ресурсов оператора связи:

эффективное использование всех линий;

балансировка нагрузки на параллельных путях;

минимизация использования буферов

o Существующие протоколы маршрутизации (например, RIP и OSPF)

обеспечивают поиск самого короткого пути, который может оказаться перегруженным.

3. Гарантия QoS: выбор путей, которые обеспечивают QoS.

4. Выполнение соглашений по уровню обслуживания.

5. Проведение определённой политики: маршрутизация на основе ограничений = маршрутизация на основе QoS

Цели трафик-инжиниринга

1 Сигнализация и управление доступом

2 Формирование трафика

3 Контроль трафика

4 Маршрутизация

5 Планирование

6 Управление буфером

7 Текущий контроль трафика и обратная связь

Компоненты трафик-инжиниринга

1. Сигнализация: Информирует сеть о трафике и QoS.

Управление доступом: сеть может отказать в выполнении запроса.

2. Формирование трафика: сглаживание пиков нагрузки

3. Контроль трафика: контроль выполнения пользователями установленных правил

4. Маршрутизация: выбор пути, система приоритетов запросов, преимущества, повторная оптимизация/закрепление, устранение повреждений

5. Планирование: важность, система приоритетов, преимущества

6. Управление буфером: пороги сброса, приоритет сброса

7. Обратная связь: явная, неявная, расчёт стоимости / формирование счетов,

контроль функционирования / планирование пропускной способности

Компоненты трафик-инжиниринга (продолжение)

• Путь, коммутируемый по меткам (LSP) - это путь для всех пакетов с одной и той же меткой

• Линия (связи) [link]: Та же метка + Exp (CoS – класс обслуживания)

• Поток (flow): Тот же MPLS + заголовок IP + заголовок TCP

• Тракт (trunk): группа потоков

Потоки, тракты, LSP и линии

4 байта

Линия подобна виртуальному пути (VP) в технологии ATM

TTL (Time to Live) – Время жизни метки, 8 бит;SI (Stack Identifier) -Индикатор стека, 1 бит (SI=1 - последняя метка в стеке)Label – метка, 20 бит

Лучший из двух способов коммутации

Коммутация пакетов

Коммутация каналов

• Сочетание MPLS + IP составляет “золотую середину”, которая соединяет лучшие качества IP и лучшие качества технологий коммутации каналов .

MPLS+IP

IP ATM

Сочетание

Терминология в технологии MPLS

• LDP: Label Distribution Protocol (протокол распределения

меток)

• LSP: Label Switched Path (путь, коммутируемый по меткам –

путь для всех пакетов с одной и той же меткой)

• FEC: Forwarding Equivalence Class (класс эквивалентности при

доставке)

• LSR: Label Switching Router (маршрутизатор, коммутирующий с помощью меток или транзитный маршрутизатор MPLS)

• LER: Label Edge Router (пограничный маршрутизатор меток) –

полезный, но не стандартизованный термин.

Классы эквивалентности при доставке (FEC)

• FEC = “Совокупность пакетов, которая обрабатывается маршрутизатором одним и тем же образом”.

• FEC разработан для увеличения гибкости и масштабируемости.

• При обычной маршрутизации пакет приписывается к некоторому FEC на каждом участке маршрута (т.е. это функция третьего уровня), в MPLS это делается только один раз на входе в сеть.

Пакеты, предназначенные для различных сетей (с различными адресными префиксами), могут передаваться по одному общему пути

Пакеты, предназначенные для различных сетей (с различными адресными префиксами), могут передаваться по одному общему пути

IP1

IP2

IP1

IP2

LSRLSRLER LER

LSP

IP1 #L1

IP2 #L1

IP1 #L2

IP2 #L2

IP1 #L3

IP2 #L3

#216

#612

#5#311

#14

#99

#963

#462

- Простой LSP – это фактически часть дерева от каждого источника до определённого пункта назначения (он однонаправленный).

- Простой LDP создает это дерево на основе существующих таблиц маршрутизации IP для передачи управляющей информации.

#963

#14

#99

#311

#311

#311

Путь коммутации по меткам (простой)

MPLS построена на основе стандарта IP

47.1

47.247.3

Пункт назн.

Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

1

23


Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3


Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

1

23

1

2

3

• Таблицы маршрутизации строятся на основе адреса пункта назначения также, как в протоколах состояния канала OSPF, IS-IS, RIP и др.

IP пересылка при распределенной маршрутизации

47.1

47.247.3

IP 47.1.1.1


Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

1

23


Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

1

2

1

2

3

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1Пункт

назн. Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

47.1

47.247.3

IP 47.1.1.1


Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

1

23


Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

1

2

1

2

3

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1IP 47.1.1.1Пункт

назн. Выход

47.1 1 47.2 2

47.3 3

Вх. инт.

Вх. метка


Вых. инт.

3 0.40 47.1 1

Вх. инт.

Вх. метка


Вых. инт.

Исх. метка

3 0.50 47.1 1 0.40

Распределение меток MPLS

47.1

47.247.3

1

2

3

1

2

1

2

3

3Вх. инт.


Вых. инт.

Исх. метка

3 47.1 1 0.50

Присвоение: 0.40

Запрос: 47.1

Присвоение: 0.50

Запрос: 47.1

Путь коммутации по меткам (LSP)

Вх. инт.

Вх. метка


Вых. инт.

3 0.40 47.1 1

Вх. инт.

Вх. метка


Вых. инт.

Исх. метка

3 0.50 47.1 1 0.40

47.1

47.247.3

1

23

1

2

1

2

3

3Вх. инт.


Вых. инт.

Исх. метка

3 47.1 1 0.50

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1

#216

#14

#462

- ER-LSP выбирает источник. Другими словами, управляющее сообщение создания LSP (запрос метки) посылается источником.

#972

#14 #972

A

B

C

Маршрут={A,B,C}

Явно проложенный маршрут или ER-LSP

Явный маршрут можно представить как список участков маршрута (группу узлов A,B,C).

Вх. инт.

Вх. метка


Вых. инт.

3 0.40 47.1 1

Вх. инт.

Вх. метка


Вых. инт.

Исх. метка

3 0.50 47.1 1 0.40

47.1

47.247.3

123

1

2

1

2

3

3

Вх. инт.


Вых. инт.

Исх. метка

3 47.1.1 2 1.33 3 47.1 1 0.50

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1

Явно проложенный LSP (ER-LSP)

ER [Evident Route] – явный маршрут (выбираемый источником)

ER

Альтернативный маршрут

Достоинства ER-LSP

•Оператор получает гибкость маршрутизации (на основе правил, на основе QoS);

•Кроме кратчайшего пути, могут использоваться и другие (альтернативные) маршруты;

•Можно определять маршруты на основе ограничений, точно таким же образом, как это делается в АТМ на основе распределённой базы данных топологии (трафик-инжиниринг)

Два варианта маршрутизации

В стандартах предложены два варианта маршрутизации:

• CR-LDP;

• дополнения RSVP.

— CR-LDP = LDP + Явный маршрут

— Дополнения RSVP = Обычный RSVP + Явный маршрут + Дополнения для масштабируемости.

CR = “Constraint” based “Routing”(маршрутизация на

основе ограничений)RSVP [ReSerVation Protocol] – протокол резервирования (ресурсов) был расширен, чтобы обеспечить возможность запроса метки и ответа


• ОбзорОбзор

• Инкапсуляция метокИнкапсуляция меток• Протоколы распределения меток

• MPLS и ATM


• Резюме

Инкапсуляция меток

ATM FR Ethernet PPP

Инкапсуляция MPLS определена для различных технологий доставки. Верхние метки могут использовать существующий формат, нижняя метка (и) использует (ют) новый “промежуточный” формат метки.

VPI VCI DLCI “Промежуточная метка”

Ур.2

Метка

“Промежуточная метка” …….

IP | Полезная информацияУр.3

Протоколы канального уровня MPLS

• MPLS предназначена для работы с множеством протоколов канального уровня

• В настоящее время существуют спецификации для следующих протоколов канального уровня:

• ATM: метка содержится в полях VCI/VPI заголовка ячейки ATM

• Frame Relay: метка содержится в поле DLCI заголовка кадра FR

• PPP/LAN: используется “промежуточная” метка, которая вставляется между заголовками Ур. 2 и Ур. 3

Необходимо обеспечить согласование между различными протоколами канального уровня

MPLS разработана для обеспечения “многопротокольности” как на нижних, так и на верхних уровнях

MPLS разработана для обеспечения “многопротокольности” как на нижних, так и на верхних уровнях

PPP (Point-to-Point Protocol) – протокол двухточечной передачи (входит в стек TCP/IP и обеспечивает установление соединения, дуплексный обмен данными и завершение связи; применяется для передачи IP-пакетов по коммутируемым и выделенным каналам)

Инкапсуляция меток MPLS - ATM

ATM LSR ограничены форматом ячейки, установленным существующими стандартами ATMATM LSR ограничены форматом ячейки, установленным существующими стандартами ATM

VPI PT CLP HEC

5 байтФормат заголовка

ячейки ATMVCI

Концевик AAL5

•••Заголовок сетевого уровня

и пакет (например, IP)

1n

AAL 5 Кадр PDU(nx48 байт)

Групповая инкапсуляция меток(формат PPP/LAN)

SAR

Заголовок ATMПолезная информация ATM • • •

• 1 или 2 верхние метки содержаться в полях VPI/VCI заголовка ATM - по одной в каждом поле или единственная метка в объединённом поле, образованном протоколом LDP;• Следующие поля в стеке меток кодируются с помощью промежуточного заголовка в формате PPP/LAN: - должен быть по крайней мере один такой заголовок, при этом нижняя метка отмечается с помощью “явного нуля”; • Время жизни метки (TTL) переносится в верхней метке стека, в качестве “доверенности” для заголовка ячейки ATM (который не имеет TTL). TTL [Time to Live] (предписанное) время жизни (пересылаемого пакета)

48 байт

48 байт

Метка МеткаВариант 1

Вариант 2 Объединённая Метка

Вариант 3 МеткаATM VPI (Туннель)

SAR [Segmentation and Reassembly] – подуровень сегментации и сборки технологии ATM

ATM

Инкапсуляция MPLS - Frame Relay

•••n 1

DLCIC/R

EA

DLCIFECN

BECN

DE

EA

ЗаголовокQ.922

Групповая инкапсуляция меток(формат PPP/LAN) Заголовок уровня 3 и пакет

Размер DLCI = 10, 16, 23 бит

• Текущее значение метки переносится в поле DLCI заголовка Frame Relay;

• Можно использовать либо 3-х, либо 4-х байтовый адрес Q.922 (поле DLCI- 16 либо 23 бит);

• Групповая инкапсуляция содержит n меток для стека глубиной n - верхняя метка содержит TTL (которое отсутствует в

заголовке FR), значение метки – “явный ноль”.

DLCI [Data Link Connection Identifier]-идентификатор виртуального каналаС/R-команда/ответEA [Extended Address] – расширенный адресDE, FECN, BECN – используются протоколом для управления трафиком и поддержки качества обслуживания по ВК

Инкапсуляция меток MPLS – Каналы LAN и PPP

Label Exp. SI TTL

Label: Значение метки, 20 бит (0-16 зарезервированы);Exp.: Experimental – Экспериментальное поле, 3 бита (CoS – класс обслуживания);SI: Индикатор стека, 1 бит (SI=1 - последняя метка в стеке);TTL: Time to Live – Время жизни метки, 8 бит

Заголовок Ур. 2(напр., PPP, 802.3)

•••Заголовок Ур.3и пакет (напр., IP)

4 байта

“Промежуточные” заголовки MPLS (1-n)

1n

• Сетевой уровень должен вытекать из значения нижней метки стека;• Когда пакету впервые присваивается метка, то TTL присваивается значение поля TTL IP;• Когда последняя метка покидает стек, поле TTL MPLS копируется в поле TTL IP;• Передача множества меток может привести к тому, что длина кадра превысит максимальный

размер передаваемого кадра уровня 2; - LSR должен контролировать такой параметр, как “Максимальный размер IP–дейтаграммы при

присвоении меток”; - любая непомеченная дейтаграмма большего размера, чем этот параметр, должна быть разбита

на части (фрагментирована).

MPLS на каналах PPP и LAN использует “промежуточный” заголовок, который вставляется между заголовками Ур. 2 и Ур. 3

MPLS на каналах PPP и LAN использует “промежуточный” заголовок, который вставляется между заголовками Ур. 2 и Ур. 3

Форматметки стека меток



• Инкапсуляция метокИнкапсуляция меток


• MPLS и ATM

• Статус IETF

• Резюме

Протоколы распределения меток• Обзор последовательной и явной

маршрутизации

• Протокол распределения меток (LDP)

• LDP для маршрутизации основанной на ограничениях (CR-LDP)

• Дополнения к RSVP (протоколу резервирования ресурсов)

• Дополнения к BGP (Border Gateway Protocol) - усовершенствованный межсетевой протокол, основанный на опыте использования протокола EGP в магистральной сети NSFNET

Сравнение последовательной и явной маршрутизации (от источника)

Последовательная маршрутизация Явная маршрутизация• Управляющие сообщения маршрутизации

генерируются источником.

• Путь прокладывается от источника до пункта назначения.

• Требуется ручной ввод маршрута или механизмы автоматического задания маршрута.

• Для скорейшего восстановления LSP могут ранжироваться, что обеспечивает очень быструю перемаршрутизацию и/или предварительно могут задаваться резервные пути.

• Оператор имеет гибкость маршрутизации (на основе правил, на основе QoS)

• Хорошо подходит для трафик-инжиниринга

• Распределённое управление маршрутизацией.

• Создаётся список деревьев, состоящих из различных участков маршрута, который упорядочивается либо случайным образом, либо по убыванию, либо по возрастанию приоритета.

• Перемаршрутизация при повреждениях зависит от времени сходимости протокола маршрутизации

• Существующие протоколы маршрутизации базируются на префиксе пункта назначения.

• Трудно осуществлять трафик-инжиниринг и маршрутизацию, учитывающую QoS.

Явная маршрутизация открывает огромные перспективы для трафик-инжиниринга

Явная маршрутизация открывает огромные перспективы для трафик-инжиниринга

Сравнение явной маршрутизации MPLS и обычной маршрутизации

• IP по своей природе не требует установления соединения, так как маршрутизация осуществляется на основе информации, содержащейся в заголовке каждого пакета.

• Маршрутизация от источника возможна, но путь должен быть указан в заголовке каждого IP пакета.

• Протяжённые пути увеличивают длину заголовка IP, делают эту длину переменной, увеличивают соотношение служебной и полезной информации.

• Маршрутизация от источника не адоптирована для IP и трудно реализуема на практике.

• Некоторые операторы сетей могут отфильтровывать пакеты, маршрутизируемые от источника, в целях безопасности.

• MPLS допускает использование маршрутизации от источника (Source Routing) благодаря своим возможностям установления соединений

- соединения могут быть явно установлены через всю сеть

- при этом метки обозначают явно проложенный путь

• Может поддерживаться распределенная и строгая маршрутизация от источникаТехнология MPLS позволяет использовать маршрутизацию от источника

для информационного обмена в InternetТехнология MPLS позволяет использовать маршрутизацию от источника

для информационного обмена в Internet

Протоколы распределения меток

• Обзор последовательной и явной маршрутизации

• Протокол распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP)

• LDP для маршрутизации, основанной на ограничениях (“Constraint” based “Routing”, CR-LDP)

• Дополнения к RSVP

• Дополнения к BGP

Протокол распределения меток (LDP) - назначениеРаспределение меток обеспечивает наличие у смежных маршрутизаторов

общего отображения привязки меток к FEC (классу эквивалентности при доставке)

Таблица маршрутизации:Адр. префикс След. участок47.0.0.0/8 LSR2

Таблица маршрутизации:Адр. префикс След. участок47.0.0.0/8 LSR2

LSR1 LSR2 LSR3

IP пакет 47.80.55.3

Таблица маршрутизации:

Адр. префикс След. участок47.0.0.0/8 LSR3

Таблица маршрутизации:

Адр. префикс След. участок47.0.0.0/8 LSR3

Для 47.0.0.0/8используй метку ‘17’

Информационная база меток :Вх. метка FEC Исх. метка17 47.0.0.0/8 XX

Информационная база меток :Вх. метка FEC Исх. метка17 47.0.0.0/8 XX

Информационная база меток:Вх. метка FEC Исх. меткаXX 47.0.0.0/8 ‘17‘

Информационная база меток:Вх. метка FEC Исх. меткаXX 47.0.0.0/8 ‘17‘

Шаг 1: LSR привязывает значение метки к FEC

Шаг 2: LSR сообщает об этой привязке смежному LSR

Шаг3: LSR помещает значение метки в базу пересылки

Все должны понимать, к какому FEC относится данная метка!

Процедура распределения меток может функционировать либо поверх существующих протоколов маршрутизации, либо на основе протокола распределения меток (LDP),

которому и посвящён данный раздел.

Процедура распределения меток может функционировать либо поверх существующих протоколов маршрутизации, либо на основе протокола распределения меток (LDP),

которому и посвящён данный раздел.

Способы распределения меток

LSR1 LSR2

Распределение меток может осуществляться одним из двух возможных способовРаспределение меток может осуществляться одним из двух возможных способов

Нисходящее распределение меток

Привязка: Метка-FEC

• Говорят, что LSR2 и LSR1 имеют “Смежность LDP” (LSR2 является “нижним” LSR);

• LSR2 определяет ‘ближайший маршрутизатор’

для каждого FEC;• LSR2 генерирует метку для FEC и сообщает о

данной привязке LSR1;• LSR1 помещает эту привязку в свои таблицы

маршрутизации;• Если LSR2 является ближайшим

маршрутизатором для данного FEC, то LSR1 может использовать эту метку, зная , что её значение известно.

LSR1 LSR2

Нисходящее распределение меток

по требованию

Привязка: Метка-FEC

• LSR1 определяет, что LSR2 является ближайшим маршрутизатором для некоторого FEC;

• Посылается запрос в сторону LSR2 для привязки метки к FEC;

• Если LSR2 распознаёт этот FEC и знает для него ближайший маршрутизатор, то он создаёт привязку и посылает её LSR1;

• После этого оба LSR достигают полного взаимопонимания.

Запрос привязки метки к FEC

Оба способа могут применяться одновременно в одной и той же сети.Для каждых двух смежных маршрутизаторов протокол LDP производит согласование

способов распределения меток с целью определения одного общего способа.

#963

#14

#99

#311

#311

#311

Создание копии дерева кратчайших путей в аппаратуре в нисходящем

режиме

#462

D

#311

D

#963D

#14 D

#99D

#216

D

#612 D

#5 D

#963

#14

#99

#311

#311

#311

Создание копии дерева кратчайших путей в аппаратуре в нисходящем режиме по требованию

#462

D

#311

D

#963D#14 D

#99D

#216

D

#612 D

#5 D

D?

D? D?D?

D?

D?

D?

D?

Управление распределением: независимое или упорядоченное

Независимое управление LSPНезависимое управление LSP

Упорядоченное управление LSPУпорядоченное управление LSP

Соседний участок маршрута (для FEC)

Исходящая метка

Входящая метка

Соединение MPLS устанавливается в виде соответствия, установленного между FEC соседних участков маршрута и входящими и исходящими метками

• Каждый LSR принимает независимое решение о том, когда генерировать метки и когда их передавать “верхним” маршрутизаторам;

• Передача привязки “Метка-FEC” осуществляется один раз для ближайшего маршрутизатора, который был определён;

• LSP устанавливается по входящей и исходящей меткам.

• Привязка “Метка-FEC” передаётся, если: - LSR является выходным LSR для данного

FEC - привязка метки была получена от”верхнего”

LSR

• Установление LSP происходит от выхода к входу

ОпределениеОпределение

СравнениеСравнение

• Обмен метками происходит с меньшими задержками

• Не зависит от выходного узла• Степень детализации может меняться от узла к

узлу• Может потребоваться отдельный метод

обнаружения/уменьшения петель

• Требуется большая задержка перед началом передачи пакетов по LSP

• Зависит от выходного узла• Механизм обеспечения постоянной степени

детализации и устранения петель• Используется для явной маршрутизации и

широковещания

Оба метода стандартизованы и полностью совместимы

#963

#14

#99

#311

#311

#311

Независимый режим

#462

D

#311

D

#963D

#14 D

#99D

#216

D

#612 D

#5 D

Методы сохранения меток

LSR1

LSR2

LSR3

LSR4

LSR5

Привязкадля LSR5

Привязка для LSR5

Привязкадля LSR5

Один LSR может принимать привязки меток от множества LSR

Некоторые привязки могут поступать от LSR , которые не являются

ближайшими для данного FEC

Либеральное сохранение меток Консервативное сохранение меток

LSR1

LSR2

LSR3

LSR4

Привязки метокдля LSR5

Действующий ближайший маршрутизатор

Метки LSR4Метки LSR3Метки LSR2

LSR1

LSR2

LSR3

LSR4

Привязки метокдля LSR5

Действующий ближайший маршрутизатор

Метки LSR4Метки LSR3Метки LSR2

• LSR сохраняет привязки, полученные от действующего ближайшего маршрутизатора и от других LSR

• При потере ближайшего маршрутизатора LSR1 может немедленно начать использование привязок от других LSR

• Обеспечивает более быструю адаптацию к изменениям маршрутов

• LSR должен хранить гораздо больше меток

• LSR сохраняет только привязку, полученную от действующего ближайшего маршрутизатора

• При потере ближайшего маршрутизатора необходимо запрашивать привязку у нового ближайшего маршрутизатора

• Ограничивает возможности адаптации к изменениям маршрутов

• LSR должен хранить меньше меток

Использование определённого метода сохранения меток зависит от того, что требуется – экономия памяти или быстрая адаптация к изменениям маршрутов

Режим либерального сохранения меток

#462

D

#311

D

#963D

#14 D

#99D

#216

D

#612 D

#5 D

#422D

#622 D

Эти метки сохраняются на случай, если они понадобятся в аварийной ситуации

Режим консервативного сохранения меток

#462

D

#311

D

#963D

#14 D

#99D

#216

D

#612 D

#5 D

#422D

#622 D

Эти метки уничтожаются в момент их приёма




• LDP для маршрутизации, основанной на ограничениях (CR-LDP)


Установление LSP с учётом ограничений при использовании LDP

• При установлении LSP используются сообщения LDP (запрос, присвоение, уведомление);

• В одном интерфейсе совместно используются соединения TCP и LDP;

• LSP может сосуществовать с простым LDP и взаимодействовать с ним, или может существовать самостоятельно;

• При установлении LSP вводятся дополнительные данные в сообщения простого LDP для сигнализации при создании явного маршрута (ER).

Установление соединения ER-LSP с использованием CR-LDP

LSR B LSR C LER DLER A

Путь, коммутируемый по меткам, установленный по явному маршруту (ER-LSP)

Входной

маршрутизатор

Выходноймаршрутизатор

4. Генерируется сообщение

”Присвоение метки”.

3. Окончание запроса

2. Запрос обработан и определён следующий узел. Список

маршрута изменён до <C,D>1. Сообщение“Запрос

метки”. Оно содержит явный маршрут (ER)

< B,C,D>5. LSR C принимает метку для

использования при передаче данных к LER D. Таблица

меток обновлена.

6. После принятия LER A сообщения ”Присвоение

метки” – соединение по ER установлено .

#216

#14

#612

#5

#311

#462

- Можно взять запрос метки простого LDP, позволить ему дойти до границы ядра, затем на границе ядра вставить список участков маршрута пограничного маршрутизатора (A,B,C). Далее, до дальней границы ядра, будет действовать CR-LDP.

A

B

C

LDP CR-LDP

#99

Вставка {A,B,C} пограничного маршрутизатора (ER)

Взаимодействие LDP/CR-LDP

Дополнения к основным сообщениям LDP• LSPID: Уникальный идентификатор туннеля (пути)

внутри сети с технологией MPLS.

• ER: Явный маршрут. Как правило, список адресов IPv4 формируется с помощью сообщения “Запрос метки” (при маршрутизации от источника [Source Routing]).

• Класс ресурса (цвет): для того, чтобы привязать маршрут только к линиям определённого цвета. Как правило, для расчёта характеристик маршрута с учётом ограничений используется 32-х битная маска.

• Параметры трафика: определяют обработку и резервирование ресурсов, как и при установлении соединения в сети с технологией ATM.

Параметры трафика CR-LDP

U F Параметры трафика TLV

Длина

Флаги Частота Резерв Вес

Пиковая скорость передачи данных (PDR)

Пиковый размер пакета (PBS)

Согласованная скорость передачи данных (CDR)

Согласованный размер пакета (CBS)

Избыточный размер пакета (EBS)

Флаги обеспечивают согласование параметров.

Частота ограничивает возможные колебания задержки.

Вес – относительный вес (доля) CR-LDP при совместном использовании канала.

(PDR +PBS) – характеризуют максимальную скорость, с которой трафик может передаваться по CR-LSP.

Согласованные параметры (CDR+CBS) – определяют скорость, установленную в домене MPLS для передачи информации по CR-LSP.

Избыточный размер пакета (EBS) – определяет размер пакета, при котором трафик, передаваемый по CR-LSP, превышает согласованную скорость передачи.

32-х битные поля – короткие числа с плавающей запятой, установленные IEEE

Путём выбора соответствующих значений можно задействовать или не задействовать любой параметр

TLV (Type, Length, Value) – тип, длина, значение

Дифференцированные услуги (DS) в Internet

• Концепция предоставления дифференцированных услуг (Differentiated Services, DS) состоит в долговременной поддержке передачи трафика с предсказуемыми параметрами (задержкой, пропускной способностью, потерями пакетов)

• Отличие в предоставлении DS от интегрированных услуг (Integrated Services, IS) состоит в том, что при предоставлении DS обеспечивается масштабируемое разделение трафика без необходимости выделения потоков и обмена сигнальными сообщениями при каждом переходе из одного домена сети в другой (домен – одна или несколько сетей с единым административным управлением)

• Центральный компонент DS – соглашение об уровне услуги (Service Level Agreement, SLA)

• При работе с DS трафик Internet разбивается на различные классы обслуживания с различными требованиями к QoS, группы пользователей закрепляются за соответствующими классами

Дифференцированные услуги (DS) в Internet

•Для использования DS, предусмотренных SLA, в сети должны быть реализованы механизмы:

- установки битов в байте DS (поле TOS [Type of Service] в заголовке протокола IPv4 или поле класса трафика в IPv6), на основании которых в сети определяются административные границы;

- использования битов DS для определения способа обработки этих пакетов маршрутизаторами внутри сети;

- создания условий для прохождения отмеченных пакетов в заданных сетевых границах в соответствии с требованиями QoS для каждого класса обслуживания.

Характеристика CR-LSP: Пиковая скорость

• Это максимальная скорость, с которой трафик может передаваться по CR-LSP.

• Определяется “ведром с жетонами” с помощью параметров: — Пиковая скорость передачи данных (Peak Data Rate, PDR)

— Пиковый размер пакета (Peak Burst Size, PBS)

• Эта характеристика полезна при распределении ресурсов.

• Если в сети для распределения ресурсов используется пиковая скорость, то пограничная функция сети должна регулировать эту пиковую скорость.

Характеристика CR-LSP: Согласованная скорость

• Это скорость, установленная в домене MPLS для передачи информации по CR-LSP.

• Определяется “ведром с жетонами” с помощью параметров: — Согласованная скорость передачи данных (Conform Data Rate,

CDR);

— Согласованный размер пакета (Conform Burst Size, CBS).

• Согласованная скорость – это полоса пропускания, которая должна быть зарезервирована для CR-LSP.

• CDR = 0 - имеет смысл; CDR = + - нет

• CBS описывает пакетные данные , которые могут передаваться по CR-LSP

Характеристика CR-LSP: Избыточный размер пакета (EBS)• Характеризует величину пакета, при которой

трафик, передаваемый по CR-LSP, превышает согласованную скорость передачи.

• Определён в качестве дополнительного предела для согласованной скорости “ведра с жетонами”.

• Может быть полезен при резервировании ресурсов.

• Если в сети для распределения ресурсов используется параметр «избыточный размер пакета», то пограничная функция сети должна регулировать этот параметр и, возможно, маркировать или сбрасывать пакеты. EBS (Excess Burst Size) – избыточный размер пакета

Характеристика CR-LSP: Частота

• Устанавливает, как часто необходимо задавать согласованную скорость для CR-LSP.

• Определяется с учётом “степени детализации” распределения скорости.

• Ограничивает колебания задержки, которую может вносить сеть.

• Ограничивает размер буфера, который может использовать LSR.

• Значения частоты:— Очень часто: в буфере может находиться не более одного

пакета

— Часто: в буфере могут находиться только несколько пакетов

— Не определено: допускается любой объём буферизации

Характеристика CR-LSP: Вес

• Определяет вес CR-LSP в “алгоритме относительной доли” полосы пропускания

• CR-LSP с бóльшим весом получают бóльшую относительную долю “избыточной полосы пропускания”.

• Значения:— 0 — вес не определён;

— 1-255 — веса; чем больше число, тем больше вес.

• “Относительная доля” – это специальный сетевой термин.

Флаги согласования

Резерв Ф6 Ф5 Ф4 Ф3 Ф2 Ф1

Ф6 - Флаг согласования весаФ5 - Флаг согласования EBSФ4 - Флаг согласования CBSФ3 - Флаг согласования CDRФ2 - Флаг согласования PBSФ1 - Флаг согласования PDR

Если параметр отмечен флагом, как предназначенный для согласования, то LSR могут заменить значение этого параметра меньшим значением в сообщении запроса метки. LSR узнают эти согласованные значения из сообщения присвоения метки

Запрос метки – возможное нисходящее согласование

Присвоение метки – без согласования

Приоритет CR-LDP

CR-LSP несёт в себе приоритет LSP. Этот приоритет может использоваться для того, чтобы позволить новым LSP ”выталкивать” существующие LSP с более низким приоритетом, чтобы завладеть их ресурсами.

Это особенно полезно во время неисправностей и позволяет ранжировать LSP таким образом, что наиболее важные из них получают ресурсы раньше, чем менее важные LSP.

Различают Приоритет установления и Приоритет удержания, предусмотрено 8 уровней приоритета.

Использование приоритета CR-LDP

После установления LSP его Приоритет установления сравнивается с Приоритетом удержания существующих LSP, любые из них с меньшим Приоритетом удержания “выталкиваются”, в случае необходимости, чтобы захватить их ресурсы.

Этот процесс продолжается по принципу домино, пока LSP с самым низким Приоритетом удержания не разрушаются или не получают самые плохие маршруты.

#216

#14

#462

#972A

B

C

Маршрут =

{A,B,C}

Пример Приоритетного выталкивания

БД топологии для выталкивания

Низкий приоритет

Высокий приоритет База данных топологии позволяет “видеть” до 8 уровней

полосы пропускания, в зависимости от приоритета установления LSP. Используется вся “видимая” полоса пропускания.

Самый высокий приоритет “видит” всю полосу пропускания и освобождает все нижележащие уровни до самого низкого приоритета, который “видит” только неиспользуемую полосу пропускания.

Неиспользуемая полоса

Вся

пол

оса

в и

нте

рф

ейсеИспользуемая

полоса

полоса

Состояние CR-LDP

• Возможность взаимодействия продемонстрирована в ноябре 1998 г. фирмамиNortel Networks, Ericsson, GDC

• Дополнения к CR-LDP в настоящее время предложены для:

- Регулирования полосы пропускания (AT&T) пришироковещании

• Исходный код для PDU (протокольных блоков данных) общедоступен по адресу: www.NortelNetworks.com/mpls

CR = “Constraint” based “Routing”(маршрутизация на основе ограничений)




• LDP для маршрутизации, основанной на ограничениях (CR-LDP)


Установление ER-LSP при использовании протокола RSVP

LSR B LSR C LER DLER A

1. Сообщение о пути (Path). Содержит путь между LER <

B,C,D>

2. Установление нового пути. Сообщение о пути посылается к

следующему узлу

3. Генерируется сообщение резервирования (Resv). Содержит

метку и требуемые параметры трафика/QoS.

4. Новое резервирование. Сообщение Resv

распространяется в обратном направлении

5. Соединение между LER устанавливается после

получения LER A сообщения Resv.

Сообщения Path и Resv на каждом участке

регенерируются, если они не подавлены







• ИИнкапсуляциянкапсуляция меток меток


• MPLS MPLS ии ATM ATM• Маршрутизация, основанная на

ограничениях и CR-LDP

• Резюме

MPLS и ATM

• Различные режимы работы:

—Управляемый метками ATM

—Туннелирование в ATM

—Работа с ATM в режиме “Корабли в ночи”

• Объединение в ATM:

—Объединение VC

—Объединение VP

MPLS и ATM

Различные модели реализации MPLS поверх ATM:

1. Управляемый метками ATM:•Для коммутации по меткам используется оборудование ATM•Программное обеспечение ATM Форума заменяется на

IP/MPLS

IP маршрутизацияMPLS

Оборудование ATM

1. Управляемый метками ATM• Коммутация по меткам используется для пересылки пакетов сетевого уровня

• Достигается сочетание быстрого, простого способа пересылки ячеек ATM с маршрутизацией сетевого уровня и управлением средствами стека протоколов TCP/IP

IP пакет 17

IP пакет 05

B

A

D

C

Маршрутная таблица

B 17 C 05•••

Порт

Маршрутизатор с функциями коммутации по меткам

Маршрутная таблица

Маршрутизация сетевого уровня

(напр. OSPF, BGP4)

Метка

Пакеты передаютсяпри помощи коротких меток

фиксированной длины,(т.е. применяется ATM)

Пакеты передаютсяпри помощи коротких меток

фиксированной длины,(т.е. применяется ATM)

Топология коммутируемого

пути создаётся с помощью маршрутизации сетевого

уровня(т.е. применяется TCP/IP)

Топология коммутируемого

пути создаётся с помощью маршрутизации сетевого

уровня(т.е. применяется TCP/IP)

Метка

Коммутация по меткам в ATM – это сочетание маршрутизации (Ур.3) и коммутации ATM (Ур.2)Коммутация по меткам в ATM – это сочетание маршрутизации (Ур.3) и коммутации ATM (Ур.2)

BGP [Border Gateway Protocol] пограничный межсетевой протокол (усовершенствованный внешний шлюзовой протокол, основанный на опыте использования протокола EGP в магистральной сети NSFNET)

Коммутационное поле

2. MPLS поверх ATM

MPLSСеть с

технологией ATM

MPLS

LSR

LSR

VCVP

Две модели

Интернет-проект:<Передача номера VC по звену ATM>

3. Корабли в ночи

• Обе плоскости управления (ATM Форума и MPLS) функционируют, используя одни и те же аппаратные средства, но они не взаимодействуют.

• Это позволяет одному устройству одновременно управлять и LSR MPLS и коммутатором ATM.

• Это важно для миграции технологии MPLS в сеть с технологией ATM.

ПОATM

LSR ATM

MPLS

ПОATM

LSR

Ур. 3Ур. 3

Ур. 2Ур. 2

AAL5

ATM

PL

LSR (A)

AAL5

ATM

PL

Сеть LSR (B)

Сетевые протоколы

Требования, предъявляемые к варианту “кораблей в ночи”

• Управление ресурсами:—Разбиение пространства VPI,VCI

—Управление трафиком:–Резервирование полосы пропускания –Управление доступом–Формирование очередей и

управление очередями–Формирование/контроль трафика

— Производительность обработки (управление пропускной способностью)

Управление пропускной способностью

• ГарантииГарантии предоставленияпредоставления полосы пропускания полосы пропускания

• ГибкостьГибкость

A.A. Полное разделениеПолное разделение

Про

изво

дит

ельн

ос

Про

изво

дит

ельн

ос

ть п

орто

вть

пор

тов

ПулПул 1 1 •MPLSMPLS•ATMATM

MPLSMPLS

ATMATM

ДоступноДоступно

B. B. Протокольное разделениеПротокольное разделение

ПулПул 2 2 •50%50%•rt-VBRrt-VBR

ПулПул 1 1 •50%50%•ATMATM

MPLSMPLS

ATMATM



C. C. Разделение по услугамРазделение по услугам

ПулПул 2 2 •50%50%•nrt-VBRnrt-VBR•CoS1CoS1

ПулПул 1 1 •50%50%•rt-VBRrt-VBR•CCooS2S2

MPLSMPLS

ATMATM


MPLSMPLS

ATMATM


CoS (Class of Service)– класс обслуживания (вид услуг, предоставляемых пользователю)

Объединение потоков ячеек ATM в одном LSP• Возможность соединения “многоточка-точка”.

• Мотивация:—Объединение потоков для достижения

масштабируемости MPLS: – S(n) виртуальных каналов (VC) при Объединении

в противоположность S(n2) при полной сетке;– Требуется меньше меток, чем K=216(VCI) 212(VPI)

при “чистой” ATM—Уменьшается количество входящих VC в оконечных

устройствах

1

2 7

3

111

222

3 3

7 7 7 7 7 77 7

Объединение потоков

111

2 2 2

3 3

111

2 2 2

3 3

Входящие потоки ячеек

Входящие потоки ячеек

Входы Выходы

1

2

3

7

6

9

12

3

77

7

Входы Выходы

ОбъединениеVC отсутствует (Nвх--Nвых)

Объединение VC: (от Nвходов – к Одному выходу)

7

7 7 7 7 7 777

6

9 9

7 7 7 7 7 77

Без чередования ячеек

7

Проблема чередования ячеек AAL5

Коммутатор

7 7

6 6

Объединение VC с помощью выходного буфера

Объединение

Буферы сборки

Выходной буфер

VCi

VCj

VCk

VCm

Объединение VP

VPI=3

VPI=2

VCI=1

VPI=1

VCI=2

VCI=3

VCI=1VCI=2

VCI=3

– Множество виртуальных путей (VP) объединяются в один VP

– Для распознавания кадров используются разные VCI внутри VP

– Пространство VPI/VCI используется менее эффективно

Проблема чередования ячеек отсутствует, так как VCI уникален

Вариант 1: Динамическое присвоение VCI

Вариант 2: Изначально присвоенный VCI



• Инкапсуляция меток


• MPLS и ATM


• Резюме

- Протокол IP будет перегружать лучшие пути и плохо использовать менее выгодные пути.

Пунктназначения = a.b.c.d



Поток пакетов IP движется по дереву до пункта назначения при использовании обычной

маршрутизации

#216

#14

#612

#5 #99 #311

#963

#462

- Сверхскоростная коммутация с простой пересылкой

- Поток, коммутируемый метками, движется по тому же маршруту, что и обычный поток IP

- Так же, как и IP, простой LDP будет перегружать лучшие пути и плохо использовать менее выгодные пути.

Простой LDP

Два типа путей, коммутируемых по меткам:• Путь, проложенный с использованием распределенной (последовательный) маршрутизации (“простой” LDP)

• маршрутизация от источника (LDP+”ER”)

#18

#427

#819

#216

#14

#612

#5 #99 #311

#963

#462

#77

Путь коммутируемый по меткам (два типа)

• CR = “Constraint” based “Routing”(маршрутизация на основе ограничений)

• Например, используются :

(линии с достаточными ресурсами) И

(“разноцветные” линии) И

(линии с задержкой менее 200 мс)

Маршрутизация CR-LDP

ИИ

=

1) Распределённая база данных, в которой содержатся характеристики линий.

2) Протокол распределения меток (LDP), который идёт по указанному пути.

z

{a,b,c}

zmyx

ОТВЕТ : LDP + Явный маршрут{x,y,m,z}

z{a,b,c}

Требуемые составные части для маршрутизации на основе ограничений

abc

ОТВЕТ: OSPF/IS-IS + хар-ки {a,b,c}


• Инкапсуляция меток


• MPLS и ATM

• Маршрутизация основанная на ограничениях и CR-LDP

• Резюме


Резюме о мотивации в пользу MPLS• Упрощённая пересылка, основанная на использовании меток фиксированной

длины

- толчком для разработки MPLS послужило наличие экономичных, быстрых коммутаторов ATM • Разделение маршрутизации и пересылки в IP сетях - способствует развитию методов маршрутизации (Ур. 3) путём установления метода пересылки (Ур. 2) - новые функциональные возможности маршрутизации могу быть внедрены без изменения методов пересылки в каждом маршрутизаторе Internet• Способствует интеграции ATM и IP - позволяет операторам сохранить их огромные инвестиции в оборудование ATM - решает проблему смежности в сетке VC в ATM• Позволяет использовать в IP сетях явную маршрутизацию/маршрутизацию от источника - может быть использована для управления трафиком, маршрутизация с гарантированным QoS

• Способствует разделению выполняемых функций внутри сети - обеспечивает детальную обработку пакетов до границы; ограничивает пересылку пакетов через ядро - способствует поддержанию масштабируемости IP протоколов в больших сетях

• Повышает масштабируемость маршрутизации за счёт создания стека меток - снимает необходимость в наличии полных таблиц маршрутизации во внутренних маршрутизаторах транзитной области; обязательными остаются только маршруты до пограничных маршрутизаторов

• Совместима с протоколами канального уровня, основанными как на передаче ячеек, так и на передаче пакетов - может быть развёрнута как в среде ячеек (напр., ATM), так и в пакетной среде (напр. , FR, Ethernet) - общее управление и методы доставки упрощают разработку

Существует много средств для скоростной и сверхскоростной пересылки по технологии MPLS Существует много средств для скоростной и сверхскоростной пересылки по технологии MPLS

Интеграция IP и ATM

IP по VC ATMIP по VC ATM

• Облако сети ATM невидимо для маршрутизации 3 уровня

• Полная сетка VC внутри облака ATM

• Возможно много путей между пограничными маршрутизаторами

• Изменение топологии приводит к обновлению многих маршрутов

• Алгоритм маршрутизации стал более сложным

• Сеть ATM видима для маршрутизации 3 уровня

• Возможен только один путь между пограничными маршрутизаторами

• Возможна разработка иерархической сети

• Уменьшается трафик обновления маршрута и затраты производительности на его обработку

IP по MPLSIP по MPLS

MPLS устраняет “ ” - проблему IP с помощью VC ATMMPLS устраняет “ ” - проблему IP с помощью VC ATM2n

Трафик-инжиниринг

A

B C

D

Трафик-инжиниринг - это процесс отображения требований на передачу трафика на топологии сетиТрафик-инжиниринг - это процесс отображения требований на передачу трафика на топологии сети

Требование

Топологиясети

Цель трафик-инжиниринга:

• Максимальное использование линий и узлов во всей сети• Управление линиями для достижения требуемой задержки, качества обслуживания• Распределение трафика по линиям сети, минимизация влияния повреждений на отдельных участках сети• Создание достаточного количества резервных линий для перемаршрутизации трафика при повреждениях• Выполнение правил, установленных оператором сети

Трафик-инжиниринг ключ к оптимизации затрат/эксплуатационных показателей

A

B C

D

Варианты трафик-инжиниринга

Существующие методы трафик-инжиниринга:

• Управление метрикой маршрутизации

• Использование PVC (постоянных

виртуальных каналов) на магистрали ATM

• Избыточная полоса пропускания

Трудно управлять

Не масштабируемый

Неэкономичный

MPLS сочетает преимущества ATM и IP трафик-инжиниринга

Выбран протоколом маршрутизации(наименее затратный)

Выбран при трафик инжиниринге.(наименее загруженный)

Пример сети:MPLS предоставляет новый метод трафик- инжиниринга (управления трафиком)

Входной узел явно прокладывает маршрут

по незагруженному пути

Потенциальные выгоды от трафик инжиниринга MPLS: - обеспечивает явную маршрутизацию путей - отсутствует проблема “ “ - контроль трафика в каждом FEC - можно конфигурировать резервные пути

Контроль со стороны оператора масштабируемостьстепень детализации обратной связирезервирование/восстановление

Перегруженный узел

2n

Методы трафик инжиниринга MPLS• MPLS может использовать способность маршрутизации от источника и направлять трафик

по нужному пути• Оператор может вручную конфигурировать маршруты в каждом LSR по нужному пути - аналогично установлению PVC в коммутаторах ATM

• Входной LSR может быть сконфигурирован в зависимости от определённого пути, при использовании RSVP для установления LSP

- некоторые производители дополнили RSVP для установления соединения MPLS

• Входной LSR может быть сконфигурирован в зависимости от определённого пути, при использовании LDP для установления LSP

- многие производители считают, что RSVP не подходит для этого

• Входной LSR может быть сконфигурирован в зависимости от одного или нескольких LSR, расположенных на нужном пути, для установления остальных путей может использоваться распределëнная (последовательная) маршрутизация

• При необходимости контроля маршрут, найденный при распределëнной маршрутизации, может быть зафиксирован

- “закрепление маршрута”

• В будущем маршрутизация на основе ограничений переложит ряд задач трафик-инжиниринга с оператора на саму сеть

MPLS: Масштабируемость благодаря иерархии маршрутов

ПМ1

ПМ2

ПМ3

ПМ4

ТМ1 ТМ2

ТМ3ТМ4

АС1АС2 АС3

• Пограничные маршрутизаторы ПМ 1- 4 функционирует по протоколу EGP(протокол внешней маршрутизации), обеспечивая междоменную маршрутизацию

• Внутренние транзитные маршрутизаторы ТМ 1- 4 функционирует по протоколу IGP(протокол внутреннего шлюза), обеспечивая внутридоменную маршрутизацию

• Обычная пересылка Ур.3 требует наличия во внутренних маршрутизаторах полных таблиц маршрутизации - транзитный маршрутизатор должен уметь определять верный ПМ автономной системы (АС),

которому предназначен пакет (ПМ 1- 4)• Наличие полных маршрутных таблиц во всех маршрутизаторах ограничивает масштабируемость

внутренней маршрутизации - медленнее сходимость, больше маршрутные таблицы, хуже локализация неисправностей• MPLS позволяет входному узлу определять выходной маршрутизатор, метки расставляются на

внутреннем маршруте• Внутренним ТМ требуется только достаточное количество информации для пересылки пакетов к выходу

Входящий маршрутизатор

принимает пакет

Входящий маршрутизатор

принимает пакет

Пакет помечен выходным

маршрутизатором

Пакет помечен выходным

маршрутизатором

Пересылка внутри доменана основе маршрута IGP

Пересылка внутри доменана основе маршрута IGP

Выходной пограничный маршрутизатор выдаёт

метку и данные

Выходной пограничный маршрутизатор выдаёт

метку и данные

MPLS повышает масштабируемость за счёт разделения внешней и внутренней маршрутизации

MPLS: Разделение маршрутизации и пересылкиМаршрутизация

Пересылка

OSPF, IS-IS, BGP, RIP

MPLS

Таблица маршрутизации

Основана на:Классовый адр. префикс?Бесклассовый адр. префикс?Широковещательный адр..?№ порта?Поле ToS (Type of Service)?

Основана на: Точном соответствии меток фиксированной длины

• Существующие сети имеют несколько принципов пересылки - совпадение самых длинных классовых префиксов (границы классов A,B,C) - совпадение самых длинных бесклассовых префиксов (переменные границы) - широковещание (точное совпадение источника и пункта назначения) - тип обслуживания (ToS) (совпадение самых длинных адресных префиксов + точное

совпадение ToS)• Т.к. новые методы маршрутизации изменяются, то требуются новые алгоритмы поиска маршрута - предисловие к CIDR (бесклассовой междоменной маршрутизации)• Маршрутизаторы следующего поколения будут базироваться на аппаратных средствах для поиска

маршрутов - эти изменения потребуют нового оборудования с новым алгоритмом• MPLS располагает алгоритмом, совместимым со всеми типами пересылки; разделение маршрутизации и пересылки - минимизирует потрясение от введения новых методов пересылки

MPLS вводит гибкость за счёт принципа совместимой пересылкиMPLS вводит гибкость за счёт принципа совместимой пересылки

Совместимость с протоколом верхнего уровня через протоколы канального

уровня

Ethernet PPP(SONET, DS-3 и т.д.)

ATM FrameRelay

• MPLS является “многопротокольной” как на канальном уровне, так и на сетевом уровне• Предусматривает совместную работу и разработку множества технологий

• Позволяет операторам усилить существующую инфраструктуру

• Предусмотрена совместная работа с другими протоколами - например, при работе с ATM в режиме “Корабли в ночи”, мультиплексирование осуществляется по протоколу PPP

MPLS основан на принципе пересылки “из конца в конец”MPLS основан на принципе пересылки “из конца в конец”

Сравнение методов обеспечения QoS

Результат ATM IntServ DiffServ MPLS IEEE 802.3D

Цельная или управляемая полоса пропускания

Управляемая Управляемая Цельная Управляемая Цельная

Разделение или объединение потоков

Оба Разделение на потоки

Объедине-ние

Оба Объединение

Контроль отправителем или получателем

При однонаправ-ленной передаче контроль отправите-лем, при широкове-щании – оба метода

Контроль

получателемКонтроль на входе

Оба метода Контроль отправителем

Резюме

• MPLS – это новая интересная многообещающая технология.

• Основные выполняемые функции (инкапсуляция и основы распределения меток) определены IETF.

• Трафик-инжиниринг на основе MPLS/IP уже совсем близко.

• Ещё на один шаг ближе к конвергенции …...

ТЕХНОЛОГИЯ mpls Учебное пособие

Documents