ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΕΤΙΚΕ T ΤΑΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ (MULTI-PROTOCOL LABEL SWITCHING)

1. ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΕΤΙΚΕTΤΑΣ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝΠΡΩΤΟΚΟΛΛΩΝ (MULTI-PROTOCOL LABEL SWITCHING)

2. Συμβατικά Δίκτυα IP • Δρομολογητές • Απόληξης • Πυρήνα • Δρομολόγηση • Hop-by-hop • Εξετάζει επικεφαλίδα επιπέδου 3 (IP) • Υπηρεσία χωρίς σύνδεση

3. Multi-Protocol Label Switching • Προσφέρει υποδομή δικτύου προσανατολισμένου στη σύνδεση • Τι είναι: τεχνολογία προώθησης πακέτων που κάνει χρήση ετικετών (labels) για να αποφασίσει που θα προωθήσει τα εισερχόμενα πακέτα • Σε ποιο σημείο εφαρμόζεται: μεταξύ επιπέδων 2 & 3 • Γιατί ‘multi-protocol’: είναι ανεξάρτητη από πρωτόκολλα του επιπέδου 2 ή 3.

4. Βασικές Αρχές MPLS (1) • Το MPLS χωρίζεται λογικά και λειτουργικά σε δύο κομμάτια ώστε να παρέχει την λειτουργικότητα της μεταγωγής ετικέτας σε ένα δίκτυο χωρίς σύνδεση. RIP OSPF IP Network Layer IS-IS BGP TE-RSVP LDP/CR-LDP MPLS Data Link Layer ATM (VPI/VCI)/ FRAME RELAY (DLCI)/ TDM (timeslot) / X25 (LCN) Η διαστρωμάτωση στο MPLS

5. Βασικές Αρχές MPLS (2) • Λειτουργία προώθησης πακέτων • γίνεται ανά πακέτο • απαιτητική ως προς υπολογιστική ισχύ  Για το λόγο αυτό η τεχνολογία MPLS απλουστεύει τη δρομολόγηση • Βασική ιδέα: • Οι δρομολογητές απόληξης εκτελούν κανονικά λειτουργία δρομολόγησης • οι δρομολογητές πυρήνα εκτελούν λειτουργία μεταγωγής, η οποία ως λειτουργία επιπέδου 2 είναι πιο γρήγορη

6. Βασικές Αρχές MPLS (3) • Οι δρομολογητές του δικτύου πυρήνα αναβαθμίζονται και γίνονται Δρομολογητές-Μεταγωγείς (Label-Switched Routers, LSRs). Δρομολογητής Ακμής Δρομολογητής - Μεταγωγέας με Ετικέτα Αρχιτεκτονική δικτύου μεταγωγής με ετικέτα

7. Βασική Λειτουργία MPLS • Μεταγωγή ετικέτας για προώθηση πακέτων • Ετικέτα (καθορισμένου μεγέθους) εισάγεται στο πακέτο όταν εισέρχεται σε δίκτυο MPLS • Σε κάθε LSR το πακέτο προωθείται με βάση την τιμή της ετικέτας • Το πακέτο αποστέλλεται με νέα τιμή στην ετικέτα • Label Information Base (LIB) • Αντιστοιχίζει τις ετικέτες εισόδου-εξόδου στον LSR • Label Switched Path (LSP) • Σταθερό μονοπάτι για δεδομένα που ορίζεται από την μεταβολή στις τιμές της ετικέτας • Το μονοπάτι καθορίζεται από την αρχική τιμή της ετικέτας • Forwarding Equivalence Class (FEC) • Το πλήθος των πακέτων που προωθούνται με τον ίδιο τρόπο • Μία ή περισσότερες FECs μπορεί αντιστοιχηθούν σε ένα LSP.

8. Παράδειγμα Λειτουργίας Δικτύου MPLS 1 0 0 1 2

9. Παράδειγμα Λειτουργίας Δικτύου MPLS • Δυο ροές δεδομένων από το τερματικό X, μια προς τον Y, και μια προς τον Z που αποτελούν τα δυο LSPs. • Ο LSR A είναι το σημείο εισόδου στο δίκτυο MPLS για τα δεδομένα από το τερματικό X. Όταν αυτός λάβει πακέτα από τον X, ο LSR A προσδιορίζει την FEC για κάθε πακέτο, συμπεραίνει ποιο LSP να χρησιμοποιήσει και προσθέτει μια ετικέτα στο πακέτο. Ο LSR A τότε προωθεί το πακέτο στο κατάλληλο σημείο προσαρμογής (interface) για το LSP. • O LSR B είναι ένας ενδιάμεσος LSR. Αυτός παίρνει κάθε πακέτο με ετικέτα που λαμβάνει και χρησιμοποιεί το ζευγάρι {εισερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} για να αποφασίσει για το ζευγάρι {εξερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} με το οποίο θα προωθήσει το πακέτο. • Οι LSR C και LSR D λειτουργούν σαν δρομολογητές εξόδου από το δίκτυο MPLS. Εκτελούν το ίδιο ψάξιμο όπως οι ενδιάμεσοι LSRs, αλλά το ζευγάρι {εξερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} μαρκάρει το πακέτο σαν να εξέρχεται από το LSP. Αφαιρούν τις ετικέτες από τα πακέτα και τα προωθούν χρησιμοποιώντας δρομολόγηση επιπέδου 3.

10. Κατανομή Ετικέτας (Label Distribution) • Πίνακες LIB σε κάθε LSR γεμίζουν με αντιστοιχίσεις {εισερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} προς {εξερχόμενο σημείο προσαρμογής, τιμή ετικέτας} • Δύο τεχνικές: • downstream unsolicited • LDP • downstream on-demand • CR-LDP, RSVP-TE • Είναι πιθανό και τα δυο να γίνουν ταυτόχρονα και το LSP να συναντηθεί στη μέση του δικτύου • Σε όλες τις περιπτώσεις, οι ετικέτες κατανέμονται αντίθετα από τη διεύθυνση της ροής δεδομένων • Παράδειγμα: • Ο LSR D ειδοποιεί τον LSR B ότι ο LSR B πρέπει να χρησιμοποιήσει την ετικέτα 47 για όλα τα πακέτα για τον Host Z. Ο LSR B διαθέτει μια καινούργια ετικέτα (21), εισάγει την αντιστοίχιση στον πίνακα προώθησης που έχει και ειδοποιεί τον LSR A πως πρέπει να χρησιμοποιήσει την ετικέτα 21 για όλα τα πακέτα για τον Host Z.

11. Συγκεκριμένες Διαδρομές(Explicit Routes) • Συγκεκριμένη ακολουθία βημάτων από είσοδο προς έξοδο δικτύου • Αυστηρός έλεγχος • Κάθε διαδρομή που εγκαθίσταται στο δίκτυο γίνεται με χρήση σηματοδοσίας • Διαδρομή: Αυστηρή / Χαλαρή • Σκοποί: • Κατανομή κίνησης σε δίκτυο με πολύ κίνηση • Δρομολόγηση σε περίπτωση βλάβης (ή για υποστήριξη ενάντια σε βλάβες)

12. Το Πρωτόκολλο Κατανομής Eτικετών (Label Distribution Protocol, LDP) • Καθορίζει σύνολο από διεργασίες και μηνύματα με τα οποία οι LSRs εγκαθιδρύουν LSPs • Δύο LSR που χρησιμοποιούν LDP για να ανταλλάξουν πληροφορίες για συνδεδεμένες ετικέττες ονομάζονται ομότιμα και η σύνδεση μεταξύ τους ονομάζεται συνεδρία • Για την εγκαθίδρυση συνεδριών χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο TCP, το οποίο εγγυάται την αξιόπιστη μεταφορά των μηνυμάτων κάθε συνεδρίας • Μηχανισμός εύρεσης ομότιμων LSRs • Δύο μέθοδοι κατανομής ετικετών • Downstream Unsolicited • Downstream On demand • Παράδειγμα ...

14. Δρομολόγηση με περιορισμούς • Για καλύτερη και πιο αποδοτική εκμετάλλευση των πόρων ενός δικτύου είναι επιθυμητό ένα πακέτο να περάσει από μια συγκεκριμένη διαδρομή LSP σύμφωνα με κάποια κριτήρια-περιορισμούς. • Για να επιτευχθεί αυτό έχουν προταθεί δύο πρωτόκολλα: • Constraint Routed LDP, CR-LDP Πρωτόκολλο Κατανομής ετικέτας με περιορισμούς • RSVP με επεκτάσεις, RSVP-TE Πρωτόκολλο Δέσμευσης Πόρων με επεκτάσεις

15. CR-LDP • Χρησιμοποιεί μηνύματα απλού LDP • Εισάγει και επιπλέον δεδομένα για να καθορίζει υποχρεωτικά μονοπάτια ή άλλους περιορισμούς. • Χρησιμοποιεί συνεδρίες TCP μεταξύ ομότιμων LSRs και στέλνει μηνύματα για κατανομή ετικέτας κατά την διάρκεια των συνόδων • Τα επιπλέον μηνύματα που εισάγει το CR-LDP είναι • LSPID: επιτρέπει τον χαρακτηρισμό μιας μοναδικής κλειστής διαδρομής (τούνελ-tunnel) • ER: καθορίζει ακριβώς τον κάθε κόμβο μιας διαδρομής (στην ουσία είναι ένας αριθμός από διευθύνσεις IP που πρέπει να ακολουθήσει το πακέτο) • Resource Class (ή Color): περιορίζει το μονοπάτι σε κόμβους με συγκεκριμένο επίπεδο ποιότητας υπηρεσίας • παράμετροι κίνησης που καθορίζουν την μεταχείριση του πακέτου και την κράτηση πόρων στο δίκτυο • Peak Rate, Committed rate, Excess Burst size, Variable Delay

16. Χρήση CR-LDP για εγκατάσταση LSP • LSP από τον LSR A στον LSR C • Οι παράμετροι κίνησης απαιτούν το LSP να περάσει μέσω του LSR B. • O LSR A στέλνει LABEL_REQUEST με μια συγκεκριμένη διαδρομή (B, C). Ο LSR A δεσμεύει τους πόρους που χρειάζεται για το καινούργιο LSP, και μετά προωθεί το μήνυμα στον LSR B μέσω της συνόδου TCP. • O LSR B δεσμεύει τους πόρους, τροποποιεί το LABEL_REQUEST και το προωθεί στον LSR C. • Ο LSR C διαπιστώνει ότι είναι ο κόμβος εξόδου για το νέο LSP. Εκτελεί οποιαδήποτε τελική διαπραγμάτευση για τους πόρους και δεσμεύει μια ετικέτα για το νέο LSP • Η ετικέτα προωθείται στον LSP B μέσω του LABEL_MAPPING που περιέχει τις τελικές παραμέτρους κίνησης • Ο LSR B το αντιστοιχεί στην αρχική αίτηση, οριστικοποιεί την δέσμευση, δεσμεύοντας μια νέα τιμή ετικέτας για το LSP, ενημερώνει την LIB του και στέλνει την τιμή της ετικέτας στον LSR Α μέσω ενός LABEL_MAPPING • Η επεξεργασία στον LSR A είναι παρόμοια, αλλά ο LSR A δεν δεσμεύει ετικέττα ούτε προωθεί το μήνυμα σε έναν επόμενο LSR επειδή αυτός είναι ο LSR εισόδου για το νέο LSP

17. RSVP-TE • Απλό RSVP : για δέσμευση πόρων. Δύο βασικά μηνύματα: PATHκαι RESV • Λειτουργικά αντίστοιχο με LDP • Το μήνυμα PATH επεκτείνεται με παραμέτρους: • LABEL_REQUEST & EXPLICIT_ROUTE • Το μήνυμα RESV επεκτείνεται με παράμετρο: • LABEL_MAPPING • Παράδειγμα: εγκατάσταση LSP από τον LSR A στον LSR C • Διαφορά με CR-LDP: η κράτηση πόρων γίνεται με το μήνυμα RESV

18. CR-LDP RSVP Επίπεδο μεταφοράς TCP IP Ασφάλεια Ναι Ναι Υποστήριξη πολλαπλών προορισμών Όχι Όχι Συγχώνευση LSP Ναι Ναι Κατάσταση LSP Σκληρή Απαλή Ανανέωση LSP (Refresh) Δεν χρειάζεται Περιοδική, βήμα-βήμα Διαθεσιμότητα Όχι Ναι Επαναδρομολόγηση Ναι Ναι Συγκεκριμένη δρομολόγηση Αυστηρή και χαλαρή Αυστηρή και χαλαρή Pinning της διαδρομής Ναι Ναι, μετά από καταγραφή της διαδρομής Προ-εγκατάσταση LSP Ναι, βάση προτεραιοτήτων Ναι, βάση προτεραιοτήτων Προστασία LSP Ναι Ναι Έλεγχος Κίνησης Forward Path Reverse Path Αστυνόμευση Έμμεση Ρητή Layer 3 Protocol Indicated Όχι Ναι Περιορισμός ResourceClass Ναι Όχι Διαφορές CR-LDP και RSVP-TE

19. Επαναδρομολόγηση & Προστασία • Επαναδρομολόγηση LSP • Εξασφάλιση μιας καινούργιας διαδρομής για ένα LSP μετά από γνωστοποίηση βλάβης ή αλλαγής στην τοπολογία του δικτύου. • Μια αυστηρήσυγκεκριμένη διαδρομή (explicit route) μπορεί να επαναδρομολογηθεί μόνο από τον LSR εισόδου. • βλάβη σε κάποιο σημείο ενός LSP πρέπει να αναφερθεί σε αυτόν • θα καταστρέψει ολόκληρο το LSP • Η επαναδρομολόγηση υποστηρίζεται από το CR-LDP και από το RSVP με μικρές διαφορές • Με RSVP: ανανέωση (refresh) του Path για ένα LSP. Παλιά διαδρομή τερματίζει με time-out (μειονέκτημα: σπαταλούνται πόροι από την παλιά διαδρομή) • Με CR-LDP & RSVP: μέθοδος Make–before–break: η παλιά διαδρομή χρησιμοποιείται κατά την εγκατάσταση της νέας διαδρομής. Μετά ο LSR χρησιμοποιεί τη νέα διαδρομή και καταστρέφει την παλιά (πλεονέκτημα: αποφεύγεται διπλή κράτηση πόρων) • Προστασία LSP • Προγραμματισμός εναλλακτικών διαδρομών από την αρχή με αυτόματη μεταγωγή εάν η αρχική διαδρομή καταστραφεί • Μεταγωγή στην νέα διαδρομή στον ελάχιστο χρόνο

20. Ανακεφαλαίωση Πλεονεκτημάτων MPLS • Αλλάζει το μοντέλο δρομολόγησης στο IP από connectionless σε connection-oriented • Βελτιώνει την απόδοση προώθησης πακέτων στο δίκτυο • Χρησιμοποιεί τεχνικές μεταγωγής επιπέδου 2 • Είναι απλό και εύκολα υλοποιήσιμο • Είναι πιο γρήγορο • Υποστηρίζει ποιότητα υπηρεσίας • Χρησιμοποιεί τεχνικές εγκατάστασης LSP με βάση την ποιότητα υπηρεσίας • Είναι κλιμακώσιμο (scalable) • Συμβάλλει στη διαλειτουργικότητα δικτύων • Αποτελεί γέφυρα μεταξύ IP και ATM • Διευκολύνει την συνεργασία IP-over-SONET για την κατασκευή δικτύων οπτικής μεταγωγής • Διευκολύνει τη δημιουργία VPNs

21. Ανακεφαλαίωση Περιγραφής Λειτουργίας • Ένας LSR Απόληξης κάνει τις παρακάτω λειτουργίες: • Αναγνωρίζει την κλάση ισοδύναμης προώθησης βάσει της διεύθυνσης προορισμού και ίσως και την ποιότητα υπηρεσίας (η ποιότητα υπηρεσίας μπορεί να αναγνωρισθεί κοιτάζοντας την οκτάδα TOS της επικεφαλίδας του πακέτου IP) • Βρίσκει την κατάλληλη ετικέτα από το πίνακα δρομολόγησης ετικέτας • Τοποθετεί την ετικέττα στο πακέτο και το προωθεί στον επόμενο κόμβο • Ένας ενδιάμεσος LSR κάνει τις εξής λειτουργίες: • Χρησιμοποιεί την ετικέτα (εισόδου) ως δείκτη στον πίνακα δρομολόγησης ετικέτας για να βρει τη θύρα εξόδου και τη ετικέτα εξόδου. • Ανταλλάσσει την ετικέτα εισόδου με την ετικέτα εξόδου • Προωθεί το πακέτο στον επόμενο κόμβο