MPLS - Multi-Protocol Label Switching (Többprotokollos címkekapcsolás) Számítógép-hálózatok 2009

Átírás

1 MPLS - Multi-Protocol Label Switching (Többprotokollos címkekapcsolás) Számítógép-hálózatok 2009

2 Összeköttetés-alapú hálózatok A csomópontok csomagtovábbítási tevékenysége (packet forwarding) egyszerű, ezáltal gyors működést tesznek lehetővé, és a csomagtovábbítási tevékenység teljesen független az útvonalirányítási (vezérlési) tevékenységtől. Az összeköttetés felépítése során sokféle szempont figyelembe vételével lehet az útvonalat kialakítani (csak egyszer kell megtenni, így viszonylag körültekintőbben járhatunk el, mintha minden csomagra meg kellene ismételni), így könnyen lehet forgalom- és hálózatmenedzsmentszempontokat is tekintetbe venni. Számítógép-hálózatok

3 Összeköttetésmentes hálózatok Nem kell várni az információtovábbításnál az összeköttetés kiépítésére Robusztusabb a hálózati meghibásodások kezelésben (útvonalváltozás) Hogyan lehetne egyesíteni a a két módszer jó tulajdonságait? Lehet-e csinálni egy olyan hálózatot, amely összeköttetés-alapú is meg nem is? Erre tesz kísérletet az MPLS! Számítógép-hálózatok

4 Hogyan működik a csomagkapcsolás? Összeköttetés-alapú módszer jelzés állapot jelzés jelzés állapot Összeköttetésmentes módszer adat adat adat Számítógép-hálózatok

5 Hogyan működik a két módszer? Az összeköttetés-alapú hálózati működés esetén: a felhasználó jelzési információt küld, amelyben benne van a partner globális azonosítója (címe), a csomópont az útvonaltábla segítségével továbbítja a jelzéscsomagot a következő lépést képviselő csomópontnak, feljegyzi saját magának a kiépülő csatornával kapcsolatos lokális azonosítókat (címke), tájékoztatja a következő csomópontot is arról, hogy milyen címkével fogja a vonatkozó adatcsomagokat küldeni a kommunikáció végén el kell bontani a csatornát Mi a helyzet az összeköttetésmentes hálózatban? Jön az adatcsomag (nem kell jelzés), továbbítjuk, de nem jegyzünk fel semmit, mert nem akarunk állapotnyilvántartást a csomópontokon (biztosítva ezzel a robusztusságot). Számítógép-hálózatok

6 A két módszer kombinálása? Amennyiben szükségünk van különböző QoS-igények teljesítésére, akkor elkerülhetetlen, hogy valamilyen állapotnyilvántartást alkalmazzunk Nem készíthetnének az összeköttetésmentes hálózatok is feljegyzéseket? Miért ne! Sőt, elkészíthetik akár az összes lehetséges csatorna (virtuális áramkör) feljegyzését, mielőtt bárki igényelte volna azokat! Nagyon fontos észrevenni, hogy ez nem jelent az összeköttetés-alapú esettel megegyező állapotnyilvántartást! Az útvonaltáblák bejegyzéseiben szereplő globális azonosítók helyett (mellett) most elhelyezünk lokális azonosítókat is. Ennek az előnye az, hogy a csomagok routolása helyett lehetséges azok kapcsolása. Számítógép-hálózatok

7 Egy kis történelem Cell Switching Router (Toshiba, 1994) IP Switching (Ipsilon, 1996) Tag-switching (Cisco Systems, 1996) Aggregate Route-based IP Switching (IBM, 1996) MPLS Working Group (IETF, 1997) GMPLS (Common Control and Measurement Plane, IETF) Számítógép-hálózatok

8 MPLS - az elnevezés magyarázata Multi-protocol: az elv bármilyen hálózati és adatkapcsolati rétegbeli protokoll esetén működhet IPv6 IPv4 IPX AppleTalk hálózati réteg Címkekapcsolás Ethernet FDDI ATM FR PPP adatkapcsolati réteg Label switching: Az összeköttetés-alapú csomagkapcsolásnál használt csomagtovábbítási módszer adatkapcsolati rétegbeli adategység tartalmazza a címkét (hogy milyen módon, meglátjuk később) Számítógép-hálózatok

9 Az IP, az ATM és az MPLS viszonya Az MPLS + IP egyesíti az IP és az összekötetés-alapú csomagkapcsolás legjobb tulajdonságait Az IP-továbbítás hatékonyságának javítása hibrid összeköttetésmentes továbbítás IP MPLS + IP ATM összeköttetésalapú továbbítás Számítógép-hálózatok

10 Milyen az IP-csomagtovábbítás és milyen az MPLS-é? Az IP-CSOMAGTOV. NEM ELÉG HATÉKONY! Az IP-ben az összeköttetésmentes működés miatt mindegyik router függetlenül végez lépésenkénti (hop-by-hop) csomagtovábbítási döntést Felhasználva az IP-fej címét (32 bit a v4-nél, 128 bit a v6-nál) A fej viszont sokkal több információt hordoz, amit nem használunk Az MPLS felosztja a címteret forward equivalence class (FEC)-ekre (a továbbítás szempontjából azonosan kezelendő csomagok osztályaira) Ezeknek megfelelő, rövid, helyi érvényű címeket, címkéket (label) használ a továbbításra Számítógép-hálózatok

11 Az MPLS alapvető jellemzői Mechanizmusokat határoz meg a különféle összefogottságú csomagfolyamok kezelésére Függetlenül működik a 2. és 3. rétegbeli protokolloktól Módszert biztosít az IP címeknek a leképezésére az egyszerű, fix hosszúságú címkékre Csatlakozik a használt protokollokhoz (pl. RSVP, OSPF) Együttműködik az IP-vel és az ATM-mel Számítógép-hálózatok

12 Hogyan működik az MPLS? A címkekapcsoló router (Label Switching Router = LSR) a csomagokat a rájuk ragasztott fix hosszúságú címkék alapján továbbítja Ez mutat a kimenő interfészre Az LSR átírja a címkét, mielőtt elküldi a csomagot Ugyanígy továbbítják az ATM kapcsolók a cellákat Lényegesen egyszerűbb, mint a leghosszabb egyezés az IP-csomagtovábbításnál Az LSR adott teljesítmény esetén olcsóbb a hagyományos routernél A csomagtovábbítási döntések összetettebbek lehetnek Csomagfolyamok összevont kezelése is lehetséges Számítógép-hálózatok

13 Az MPLS összetevői, elemei A csomagtovábbítás címkekapcsolt utakon (Label Switched Path = LSP) történik Az LSP-t LSR-ek és LER-ek alkotják Az LSR (Label Switching Router) egy gyors útvonalirányító az MPLS gerincében Az LER (Label Edge Router) egy útvonalirányító az MPLS és a hozzáférési hálózat határán: elsődleges eszköze a csomagok címkézésének Ingress (belépő) és egress (kilépő) router A címkék kiosztását külön protokoll végzi Az adatcsomagok végigviszik a címkéiket az útjukon Hardverből is megoldható a csomagok kapcsolása Számítógép-hálózatok

14 MPLS domain MPLS domain A MPLS domain B LSR 1 LSR 2 Non-MPLS IP domain Egy MPLS domain olyan MPLS node-ok egybefüggő hálózata, amelyek ugyanabban az adminisztratív domain-ben vannak Az MPLS domain-en belül az IP csomagok címkéjük alapján kerülnek továbbításra Egy MPLS domain másik MPLS vagy nem MPLS domain-hez kapcsolódhat Számítógép-hálózatok

15 Példa a címkekapcsolásra Útvonalirányítás a határon, kapcsolás a gerincben LSP LER LSR LSR LER IP #x IP #x L=7 IP #x L=6 IP #x L=3 IP #x IP cím KI BE KI BE KI BE IP cím / /16 kijelölés csere csere eltávolítás Számítógép-hálózatok

16 Az MPLS csomagtovábbítás előnyei Csomag FEC-be sorolása csak a belépésnél Buta, de gyors gépek a csomópontokon A besorolásnál IP fejen kívüli szempontok is Pl. melyik interfészen érkezett a csomag Ugyanaz a csomag eltérő módon sorolható be a belépő (ingress) routertől függően A besorolási procedúra bonyolultsága nincs hatással a csomópontokra Ha forrás általi útvonalat akarunk, akkor a csomagnak nem kell magával vinni azt Számítógép-hálózatok

17 Még egy példa a címke-kapcsolásra a IP#ac IP#ac L=2 IP#bc L=2 IP#ac L=3 IP#bc L=3 IP#ac IP#bc c IP#ac L=1 A LER IP#bc L=1 X LSR Y C LER b IP#bc B LER Z különböző felhasználók csomagjait az A és a B ugyanabba a FEC-be sorolta Számítógép-hálózatok

18 A FEC és a címkék FEC A forward equivalence class (FEC) a csomagoknak egy csoportját képviseli, amelyek továbbítása azonos A besorolás csak egyszer, a belépésnél Címkék A címkét a csomag magával viszi egy 2. réteg jelölésként A közbenső router a címke tartalma alapján határozza meg a csomag következő lépését Ha egyszer egy csomagot felcímkéztünk, akkor útjának hátralévő részén a csomópontok már ennek alapján kezelik A címkék értéke lokális jelentésű Számítógép-hálózatok

19 A címkék elhelyezése Közbeiktatott (ún. shim vagy generic) fejrész: adatkapcs. fej MPLS fej hálózati fej egyéb fej + adat Címke 20 bit Exp 3 bit S 1 bit TTL 8 bit Az MPLS fejben szerepel a címkén kívül Exp: experimental, jelenleg QoS prioritás jelzésére S: a címke-stack-re utal, több címkét is ragaszthatunk egy csomagra TTL: mint az IP-csomag fejében, de azt most nem nézzük a közbenső csomópontokban Ha az adatkapcsolati rétegbeli protokoll összeköttetés-alapú, akkor annak címkéjét lehet használni ATM cellák esetén a VPI/VCI Számítógép-hálózatok

20 Emlékeztető: az ATM cella fejrészének felépítése Kétféle van: kicsit különbözik a felhasználó-hálózat közötti (UNI) ill. a hálózaton belüli (NNI) interfészen GFCVPI VCI PT CLP HEC bit UNI fejrész hasznos rész (48 byte) bit VPI VCI PT CLP HEC NNI GFC: általános áramlásvezérlés VPI: virtuálisútvonal-azonosító VCI: virtuális csatorna azonosító PT : hasznos rész típusa CLP: cellavesztési prioritás HEC: fejrész-hibaellenőrzés UNI: felhaszn.-hálózat interfész NNI: hálózat-hálózat interfész Számítógép-hálózatok

21 Címkeverem LSR 2 LSR 3 LSR 4 LSR 5 LSR 1 LSR MPLS domain A MPLS domain B MPLS domain C Címkeverem a közbeiktatott (shim) fejrészben szint 2. szint 1. szint Művelet LSR2: Címkecsere, Új címke beszúrása LSR 3 - LSR 4 Címkecsere LSR 4: Címke eltávolítása LSR 5: Címkecsere Számítógép-hálózatok

22 Címkeverem használata: LSP alagút A címkék a B MPLS domain-ban alagutat (tunnel) alkotnak. Az alagút végén az LSR gondban lehet, merre is továbbítsa a csomagot. Ilyen esetben a címkeverem használata segíthet MPLS domain A MPLS domain B MPLS domain C Számítógép-hálózatok

23 A címkék kiosztása Honnan tudja egy küldő, hogy milyen címkét használjon? Az MPLS-ben több protokoll is használható erre a célra A BGP-t kibővítették, így címkeinformációt is szállíthat a saját adatok mellett Ugyanez történt az RSVP-vel is Az IETF azért kidolgozott egy új protokollt is a címkék szétosztására és karbantartására LDP (Label Distribution Protocol) Az LDP-nek kidolgozták egy kiterjesztését is, hogy képes legyen a forgalommenedzsment és a szolgáltatási minőség igényeinek is megfelelni Számítógép-hálózatok

24 A címkekiosztás szabályai Az MPLS két módot határoz meg LSP képzésére Lépésenkénti: mindegyik LSR függetlenül választ következő lépést egy adott FEC számára. Az LSR bármilyen routing protokollt használhat Explicit: forgalommenedzsment vagy szolgáltatási minőség szempontjai szerint létrehozott LSP-k A címkék kiosztása történhet kéretlenül vagy kérésre Számítógép-hálózatok

25 A címkekiosztás szabályai (Csomag)fogadó kijelöli, (csomag)küldőnek továbbítja L1 to F1 x L2 to F1 Számítógép-hálózatok

26 MPLS összefoglaló Az IP hálózat csomópontjai a routing révén rendelkeznek valamennyi lehetséges útra vonatkozó információval A lehetséges utakat rögzíthetjük, mielőtt bármelyik felhasználó igényelné azokat Különböző minőségű utak igény szerint is kialakíthatók A hálózati rétegben kialakított utakon (LSP) a csomagtovábbítás az adatkapcsolati rétegben történik (címkekapcsolás) Számítógép-hálózatok

27 A GMPLS (általánosított MPLS) Lehet, hogy az MPLS-nek nem is a csomagtovábbítási módszer a lényege? Az LSP-k létrehozása a jelentős dolog! GMPLS: címkekapcsolt utak létrehozása nem csak csomagkapcsolt hálózatokban PSC (Packet Switch Capable interfaces) L2SC (Layer-2 Switch Capable interfaces) TDM (Time-Division Multiplex Capable intrfs) LSC (Lambda Switch Capable interfaces) FSC (Fiber-Switch Capable interfaces) Számítógép-hálózatok

28 Példa GMPLS útra PSC TDM TDM PSC LSR_1 LSR_2 OC-12 DCS-1 OC-48 UPSR DCS-i OC-48 OXC-1 OC-192 LSP λ OXC-2 OC-48 DCS-e OC-48 UPSR DCS-2 OC-12 LSR_3 LSR_4 LSP tdi LSP tdm LSP pi LSP pc Számítógép-hálózatok

29 GMPLS összefoglaló A csomaghálózat címkekapcsolt útjai (LSP) a csomaghálózat csomópontjait összekötő linkeken jönnek létre Ezeknek a linkeknek a kialakítása idő-, hullámhossz-, és térosztású fizikai hálózatokon történik A fizikai átviteli utak vezérlése (jelzése) történhet meg a GMPLS révén a csomaghálózat hálózati szintjéről Számítógép-hálózatok