Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181) 15. Multi-Protocol Label Switching Lukovszki Csaba, lukovszki@tmit.bme.hu TÁVKÖZLÉSI ÉS MÉDIAINFORMATIKAI TANSZÉK BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM 2005. november 8. kedd 1 1 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
A hagyományos IP» Best effort jellegű működés» Hierarchikus útválasztás» Problémák:» Legrövidebb útválasztás esetén a sűrűn összekapcsolt topológiáknál egyenetlen terheléselosztás» A forgalommenedzsment hiánya:» Minden forgalmat a best effort szerint kezelnek» Nem alkalmas minőségi garanciák biztosítására» IP cím alapú, hop-by-hop útválasztás, ami lassú, számításigényes és redundáns 2 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Hogy lehet ebből mégis valami QoS-t kifacsarni? Rájöttek, hogy a feladat: gyorsan előredefiniált utak kihúzása Nem elég jó a hop-by-hop megoldás (legalábbis erre nem) 2 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
A hálózatok jövője H RSVP R Traffic classification R H LDAP AAA NHRP QoSR Forwarding Power Edge Radius CBR Traffic Engineering Servers 3 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Felhasználók (magán userekek, vállalalati felhasználók) kezdetben egy, egységes routinghoz tartoztak. Ebből létrejött egy gerinc hálózat Majd kialakult egy határfelület nem nagy a sávszélesség -> ez drága de sok a felhasználó, nagyok az igények Itt kell terhelés megosztás traffic enginering 3 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Mi az MPLS?» MultiProtocol Label Switching = többprotokollos címkekapcsolás» A kapcsolatok létrehozására útválasztási protokollok használata» Új protokoll a címkék elosztására» Az útválasztási és csomagtovábbítási funkciókat egymástól teljesen elválasztó eljárásmód 4 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd 4 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Definíció» Címke Rövid, adott hosszúságú és formátumú numerikus azonosító, amely az IP csomaghoz van rendelve, és amelyet a csomag továbbításához használ fel a hálózati csomópont.» Útválasztás Információ kezelése és nyilvántartása, hogy az IP csomagokat el tudjuk juttatni a forrástól a célig.» (Csomag)továbbítás A bemeneti portra érkező csomag kimeneti portra való továbbítása az útválasztási információk alapján 5 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Az MPLS a címke alapján választ útvonalat, utána pedig az útválasztás adatai alapján továbbít csomagokat. 5 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
MPLS minta» Címke (label) Csomagok link-lokális azonosítása» Címke csere (label swapping) Amint a csomag a kimenetre kerül, a továbbítás során más linkre kerül, más címkével azonosítjuk» Kimeneti port választása Útválasztási információk alapján 6 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Minden egyes linken egy azonosítónak unikálisnak kell lennie, azaz legfeljebb egy típusú forgalomhoz tartozhat. A címkecserére minden útválasztóban sor kerül. 6 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
MPLS terminológia» FEC: Forwarding Equivalence Class» LSR: Label Switching Router» LER: Label Edge Router» LSP: Label Switched Path» LDP: Label Distribution Protocol 7 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Az MPLS egy koncepció. Az egyes fogalmakat elég absztraktan definiálja FEC ~ közösen kezelt IP csomagok LSR: kapcsolás útvonal választás alapján LER: itt történik a címkekiosztás LSP: az útvonal, amit bejár a csomag LDP: ezen protokoll segítségével osztják ki a címkéket 7 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
MPLS architektúra» MPLS hálózat IP IP #L1 IP #L2 IP #L3 IP Label Edge Router (LER) Címke hozzárendelés Label Switching Router (LSR) Címke csere Label Switching Router (LSR) Címke csere Label Edge Router (LER) Label Címke Edge törlés Router 8 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd 8 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Multipont-pont fa (FEC) #216 #14 #99 #963 #311 #311 #311 #612 #5 #14 #99 #963 #311 #462 9 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd FEC: ~ IP cím tartomány csomagok egy csoportja, mely egyformán kezelendő 9 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Ekvivalens továbbítási osztály (FEC) LSR LSR LER LER LSP IP1 IP1 #L1 IP1 #L2 IP1 #L3 IP1 IP2 IP2 #L1 IP2 #L2 IP2 #L3 Különféle prefixszel rendelkező csomagok továbbítódhatnak ugyanazon az útvonalon (LSP, tehát ugyanazon címke halmazon) IP2 FEC = A csomagok egy halmaza, melyeket a LSR-ek ugyanúgy kezelnek A FEC koncepció nagy skálázhatóságot és rugalmasságot nyújt az MPLS alkalmazásához Hagyományos útválasztásnál minden útválasztóban FEC rendelődik a csomaghoz, MPLS-ben ez egyszer történik meg a hálózat határán 10 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Teljesen új síkon azonosítjuk a csomagjainkat így függetlenedünk az IP routingtól. 10 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Címke kapcsolt útvonal (LSP) #216 #14 #99 #963 #311 #311 #311 #612 #5 #14 #99 #963 #311 #462 -Az LSP a fa egy egyirányú útja -LDP fát épít fel az IP továbbítási táblák alapján 11 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd LSP: a fán létező egy db egyirányú útvonal az első címke hozzárendeléskor egyértelműen meghatározzuk az LSP-k összege fát alkot 11 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Címke szétosztás» Kérelem alapján» Explicit címkehozzárendeléssel Downstream Label Distribution Downstream-on-Demand Label Distribution LSR1 LSR2 LSR1 LSR2 Label-FEC Binding LSR2 és LSR1 LDP szomszédosság -ot alakítanak Request: ki(lsr2 IP address az LSR prefix lefelé irányába esik) LSR2 felderíti a következő csomópontot az adott FEC-hez IP address prefix Mapping: label LSR2 címkét hoz létre az adott FEC-hez és elküldi az összerendelést LSR1-nek LSR1 bejegyzi a címkét a továbbítási táblájába Ha az LSR2 ugyancsak következő csomópont az adott FEC-hez, akkor ezt a kötést elfogadja Request for Binding Label-FEC Binding LSR1 LSR2-t az adott FEC következő csomópontjának IP address tekinti prefix Mapping: label LSR1 kötési kérést küld az LSR2-nek Az LSR2 észreveszi a kérést, címkét hoz létre és visszaküldi az LSR1-nek Mindketten ugyanazon adatokat tárolják 12 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd DLD: az kezdeményezi a címke hozzárendelést, aki a hálózathoz csatlakozik DDLD: csak kérésre történik meg az összeköttetés itt nincs fa kialakítás 12 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
MPLS címke kiosztás Intf Label Dest Intf Label In In Out Out 3 0.50 47.1 1 0.40 Intf Label Dest Intf In In Out 3 0.40 47.1 1 47.3 3 1 2 3 Request: 47.1 Mapping: 0.50 2 1 Request: 47.1 3 Mapping: 0.40 2 1 47.1 47.2 13 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd A requestek egy alsóbb szint útvonal-választási protokollja (jelen esetben az IP útvonal-választási protokollja) alapján történik. Az MPLS nem határoz meg, csak regisztrál útvonalakat. 13 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Címke kapcsolt útvonal (LSP) Intf Label Dest Intf Label In In Out Out 3 0.50 47.1 1 0.40 Intf Label Dest Intf In In Out 3 0.40 47.1 1 Intf Dest Intf Label In Out Out 3 47.1 1 0.50 47.3 3 1 2 3 2 1 3 IP 47.1.1.11 47.1 2 47.2 IP 47.1.1.1 14 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Egy tartományon belül címkék alapján továbbítjuk a csomagokat Teljesen transzparens 14 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
MPLS architektúra» Hálózati blokkdiagram 15 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Bármilyen adatkapcsolati protokollal tud kommunikálni. LER: sorolni őket.) LSR: első MPLS címke hozzárendelése a kiküldött adat már tartalmazza a címkét (megj.: ez a hálózati elem fogja később azonosítani az egyes bejövő csomagokat, és a megfelelő FEC-be IP Control-szinten osztják meg az információkat (Standard IP routing Protocol) (megj.: a későbbiekben kizárólag a címke alapján döntenek a routingról.) 15 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
MPLS architektúra» Címke:» ISO-OSI 2. rétegbeli fejrész valamely mezőjében (ATM->VPI, VCI)» Alátét fejrészként (shim header), beékelve az IP és Ethernet közé» Formátuma:» Az MPLS specifikáció erről nem rendelkezik» Az alátét fejrész felépítése: Layer 2 header 20 bits 3 bits 1 bit 8 bits Label CoS S TTL... MPLS Shim Headers IP packet 32 bits or 4 bytes? The Label field (20-bits) carries the actual value of the MPLS label.? The CoS field (3-bits) can affect the queuing and discard algorithms applied to the packet as it is transmitted through the network.? The Stack (S) field (1-bit) supports a hierarchical label stack.? The TTL (time-to-live) field (8-bits) provides conventional IP TTL functionality 16 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd (OSI 2. réteg = adatkapcsolati réteg) ATM: azonosítókat első QoS megvalósítás virtual connection: e2e (end-to-end), felhasználó alkalmazásonként (IntServ) virtual path: egy tartományon belül, közösen kezelendő folyam (DiffServ) a csomagok tartalmaznak (VCI Virtual Connection Identifier, VPI Virtual Path Identifier) ezekre vonatkozó az MPLS-nél ezeket a mezőket használjuk fel Az MPLS címkéket lehet stackelni, azaz egymásba ágyazhatóak erre szolgál az S bit, azon keretben van beállítva, mely a stack alja, vagyis amely lebontása után már a következő protokoll kerete következik CoS: milyen DiffServ osztályba tartozzon TTL: mint az IP-nél S-bit: a stack alját jelenti 16 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Címkeverem» LIFO szervezés» Címkéket tárol» Műveletek:» Címkecsere» Pop» Push» Használata:» Címkekapcsolt utak és alagutak létrehozása MPLS Packet Label Stack Level m.. Level 2. Level 1. 17 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd LIFO: Last In First Out Hierarchikusan egymásba ágyazhatóak 17 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Csomagtovábbítás Labeled Packet ILM Incoming label NHLFE no. LFIB 13 456 25 13 IV I NHLFE no. Next hop Layer assign Label place in header Operation to perform in label stack New label 1 6543 33 FEC CCI NHLFE no. I II III 1. 2. 5. A B B ATM VCI New header New header pop swap; 44 push; 34 (19) FTN Y III IP address FEC MCMII 12. C New header swap; 27 152.66.130.2 152.66 Y Packet without label FEC assignment IP packet 18 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd A fenti ábra egy LER, valamint egy LSR címkekezelését mutatja be (mint látható J). 18 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Vezérlési komponens» Topológia vezérelt (topology driven) címkeszétosztás:» A teljes hálózat topológiáját ismerve az összes lehetséges végpont között előre létrejönnek a címkekapcsolt útvonalak» Forgalomvezérelt (traffic driven) címkeszétosztás:» Ha az MPLS tartomány határához érkező forgalom igényli, akkor jön csak létre az LSP. 19 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd Forgalom vezérelt = on-demand 19 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Címkeszétosztás (Label Distribution)» Explicit útválasztás (Explicit Routed, ER-LSP)» ER-LSP a forrás által előre meghatározott útvonalat használja. Másképpen, az LSP-t felépítő vezérlési üzenetek forrás útválasztást használnak.» Hop-by-hop útválasztás» A címkekiosztás útválasztása csomópontonként történik» BGP segítségével» RSVP segítségével» Explicit útvonal megadásával» LDP segítségével» Címkék szétosztása» CR-LDP segítségével 20 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd A forrás útválasztás gyakran IP routing. Az RSPV is az MPLS-sel van definiálva, explicit útválasztással használják együtt. CR-LDP: Constraint-base Routing LDP folyamatosan működhet <-> RSVP: mindig ugyanaz az útvonal. Az RSVP-nél segíthetünk explicit útvonalat kijelölni. 20 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Explicit útválasztás» Az LSP azt az útvonalat követi, amit a forráscsomópont határoz meg» Az LSP létrehozását szolgáló vezérlőüzenetek a forráscsomópont által irányítottak» Előnyök:» Az operátor nagyfokú útvonalirányítási flexibilitással rendelkezik» A legrövidebb útvonaltól eltérő utak is használhatók» Bizonyos megszorításoknak eleget tevő útvonalak határozhatók meg (traffic engineering)» Jelzési protokollok:» RSVP 21 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd 21 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Hop-by-hop vs. explicit útválasztás» Hop-by-hop:» Vezérlőforgalom csomópontonként irányítható» Lépésről lépésre történik az útvonal kijelölése, minden egyes csomagra külön-külön» Hiba esetén a konvergenciaidő függ a routing protokolltól» Traffic engineering-re, QoS alapú útválasztásra nem alkalmas» Explicit:» A vezérlőforgalom a forrás által irányított» A forrás és a célállomás között útvonal épül ki» Manuális vagy automatikus mechanizmusokat igényel» Az LSP-k előre létrehozhatóak, sorrendbe állíthatóak, hiba esetén gyors a konvergencia» Alkalmas jogosultság és QoS alapú útválasztásra, valamint Traffic engineerig-re 22 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd 22 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd
Mire használjuk az MPLS-t» IP TE» Kényszer alapú útválasztás (Constraint-based Routing)» Virtuális magánhálózatok kialakítása» Alagútazás (címkeverem)» Hang/Videó átvitele IP-n» Kontrollálható késleltetés és ingadozás 23 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd TE = Traffic Enginering Kontrollálható a késleltetés valamint a késleltetés ingadozás: fixen kihúzott LSP-n. Ez is volt az egyik elsődleges célja. 23 Minőségbiztosítás IP hálózatokon (vitt9181), Multi-Protocol Label Switching (15.) 2005. november 8. kedd