Lekc29

1. Lekc29 Daudz protokolu iezīmju (birku) komutācijas (MPLS) arhitektūra

2. MPLS izstrādes mērķi un vēsture Šīs (Multi Protocol Label Switching – MPLS) arhitektūras izstrāde sākās 90-to gadu vidū sakarā ar centieniem apvienot IP un ATM. Tika izstrādātas vairākas tehnoloģijas, kuru mērķis bija QoS uzlabošana, t. i.,caurlaidspējas palielināšana un aizkaves raksturojumu samazināšana: • Cisco Systems – birku komutācija • IBM – IP-komutācija pēc agregētiem maršrutiem • Cascade – IP-navigators .

3. MPLS būtība Visās šajās tehnoloģijās tikai lietota viena un tā pati metode, kas sastāv no sekojošiem etapiem: • Maršrutu atrašana starp gala punktiem, lietojot standarta maršrutēšanas protokolu, piemēram, OSPF • Paketēm ienākot tīklā tai tiek piešķirti atbilstoši maršruti • Pakešu virzīšanai pa maršrutiem lieto ATM-komutatorus Kad šie produkti nonāca lietošana, tad ATM-komutatori vēl bija daudz ātrāki par IP-maršrutētājiem. Tagad to ātrumi kļuvuši aptuveni līdzīgi, taču metode joprojām ir aktuāla. Grupa IETF 1997. gadā apvienoja šīs iniciatīvas izveidojot MPLS darba grupu, lai izstrādātu kopēju standartu, kas tika izlaists 2001. gadā – RFC-3031

4. MPLS priekšrocības MPLS arhitektūrai piemīt svarīgas priekšrocības, kas dod iespējas samazināt katras paketes apstrādes laiku maršrutētājā. Bet vēl būtiskāk ir tas, ka MPLS arhitektūra sniedz jaunas iespējas 4 svarīgākās jomās: • Servisa kvalitātes (QoS) uzturēšana • Trafika konstruēšana • Virtuālo tīklu uzturēšana • Daudz protokolu lietojumu uzturēšana.

5. MPLS QoS uzturēšanas priekšnoteikumi orientējoties uz savienojumu QoS uzturēšanas sistēmas sekmīga darbība izvirza sekojošus priekšnoteikumus: • Fiksētas caurlaidspējas garantēta uzturēšana priekš konkrētiem lietojumiem, piem., audio- video- konferencēm • Aizkaves raksturojumu un to fluktuāciju pārvaldība, kā arī caurlaidspējas garantēšana balss pārraidei • Specifisku kvantitatīvu saskaņojumu nodrošināšana, ko izmanto pārrunām par trafika apkalpes līmeņiem • Dažādu QoS līmeņu konfigurēšana dažādiem lietotājiem.

6. MPLS orientācija uz plūsmu MPLS arhitektūras rīcībā ir ne vien informācija par atsevišķām paketēm, bet arī par to plūsmām. Tādēļ iespējams izvēlēties maršrutus, balstoties uz plūsmu parametriem. Jāņem vērā, ka: • dažādas plūsmas, kas saista vienus un tos pašus partnerus, var virzīties pa dažādiem maršrutiem. • Rodoties pārslodzēm tīklā, MPLS arhitektūras izvēlētie maršruti var tikt mainīti saskaņā ar plūsmas prasībām.

7. Dažādu QoS salīdzinājums ar MPLS Tīkls bez savienojumu nodibināšanas, kā tas ir IP-tīkla gadījumā, principā nevar sniegt QoS garantijas. Diferencēto servisu (DS) arhitektūra var darboties tikai ar noteiktiem avotiem. Bet integrēto servisu (IS) arhitektūra, kas lieto resursu rezervēšanas protokolu RSVP, atgādina pieeju ar savienojumu nodibināšanu, taču nepieļauj to parametru pārskaņošanu. Tādiem lietojumiem, kā balss un video ļoti noslogotos tīklos IS un DS pieejas var būt nelietderīgas. Uz savienojumiem orientētam tīklam piemīt labas trafika vadības īpašības, kā arī apkalpes nodrošināšanas iespējas ar dažādiem QoS līmeņiem. MPLS arhitektūra iekļauj apvienotā IP-tīklā uz savienojumu orientētu struktūru un līdz ar to dod iespējas pietiekoši detalizētai un drošai trafika prasību saskaņošanai (nolīgumam) pirms seansa uzsākšanas.

8. Daudzu protokolu savietojamība MPLS arhitektūru var lietot tīklos, kuros darbojas dažādas tehnoloģijas, piemēram, ATM, Frame Relay un citas. Šim nolūkam jāapmaina esošie IP-maršrutētāji ar MPLS-komutatoriem, lai gan tos var lietot arī kopā. MPLS arhitektūru var lietot arī ATM un Frame Relay tīklos, kur MPLS-komutatori var sadarboties ar citiem. Šāds MPLS arhitektūras universālums ir lietderīgs lietotājiem, kas meklē līdzekļus kā optimizēt tīklu un nodrošināt tajā dažādus QoS līmeņus.

9. MPLS arhitektūras pamata termini (1) • Ekvivalentā datu virzības klase(Forvarding Equivalence Class --FEC) - IP-adrešu grupa, kas virzās vienā veidā (pa vienu maršrutu un ar vienādu apkalpošanu. • Kadru apvienošana(frame merge) - iezīmju apvienošana datus raidot kadros. • Iezīme (label) -īss fiksēta garuma identifikators, ko lieto FEC- klašu identificēšanai; • Iezīmju apvienošana(label merge) - vairāku konkrētas FEC-klases ieejas iezīmju aizstāšana ar vienu izejas iezīmi. • Iezīmju apmaiņa(label swap) - galvenā virzības operācija, kas ietver ieejas iezīmes meklēšanu, lai noteiktu izejas iezīmi, inkapsulāciju, portu u. c. informāciju, kas attiecas uz datu apstrādi. • Pēc iezīmēm komutējams maršrutētajs(label switced router -LSR) - MPLS-mezgls, kas virza L3-paketes • Pēc iezīmēm komutējams ceļš(label switched path) - maršruts, kas iziet caur vienu vai vairākiem MPLS-mezgliem vienā hierarhiskā slānī un pa kuru virzās konkrētas FEC-klases paketes.

10. MPLS arhitektūras pamata termini (2) • Iezīmju steks(label stack) - sakārtota iezīmju kopa. • Apvienojuma punkts(merge point) - mezgls, kurā notiek iezīmju apvienošana. • MPLS-domēns(MPLS domain) - nepārtraukta mezglu kopa, kas nodrošina MPLS-maršrutēšanu un virzību un atrodas vienā maršrutēšanas vai administrēšanas domēnā. • MPLS-mezgls (MPLS node) - mezgls, kurā realizēta - MPLS-arhitektūra, kam ir informācija par MPLS protokoliem, kas uztur vienu no maršrutēšanas protokoliem L3 un kas spēj virzīt paketes pēc iezīmēm. • Robežas MPLS-mezgls(MPLS edge node) - MPLS-mezgls, kas savieno MPLS-domēnu ar mezglu ārpus tā vai nu tādēļ, ka tas nelieto MPLS-arhitektūru, vai ka tas atrodas citā domēnā. • Izejas MPLS-mezgls(MPLS egress node) - robežas MPLS-mezgls, kas vada izejošo no MPLS-domēna trafiku. • ieejas MPLS-mezgls(MPLS ingress node) - robežas MPLS-mezgls, kas vada ienākošo MPLS-domēna trafiku.

11. MPLS arhitektūras darbība Apvienotais MPLS-tīkls sastāv no mezgliem -LSR-maršrutētājiem (Label Switching Router –LSR). Tie komutē un maršrutē paketes ar to iezīmju palīdzību, ko pievieno katrai paketei. Iezīmes noteic pakešu plūsmu starp 2 gala punktiem - grupas apraides gadījumā, starp avotu un grupas saņēmēju gala punktiem. Katrai atsevišķai plūsmai, ko sauc par ekvivalentās datu virzības klasi, vai FEC-klasi, noteic maršrutu caur LSR-maršrutētāju tīklu. Tātad MPLS-arhitektūra ir tehnoloģija, kas orientēta uz savienojuma nodibināšanu. Katra FEC-klase asociējas ar tās plūsmas raksturojumiem, kas nosaka tas QoS prasības. Tas nozīmē, ka LSR-maršrutētājiem nevajag apstrādāt IP-galveni (precīzāk, tās ToS lauku) un tie tikai virza katru paketi, ņemot vērā tās iezīmes vērtības. Tātad pakešu virzības process ir vienkāršāks un līdz ar to arī ātrāks.

12. MPLS arhitektūras darbības procesa galvenie etapi (1) • Pirms pakešu plūsmas virzības (maršrutēšanas) uzsākšanas tīklā jānoteic maršruts, ko sauc par LSP-ceļu, arī jābūt noteiktiem apkalpes parametriem caur visu šo ceļu. QoS parametri noteic: • Resursu apjomu, kas jāizdala šajā ceļā. • Rindu organizācijas politiku un pakešu atmešanas politiku, kas jāuzstāda dotajai FEC-klasei viscaur ceļā, t. i. katrā caur ejošā LSR-maršrutētājā. Lai atrisinātu šos uzdevumus, nepieciešami 2 protokoli, kas veic informācijas apmaiņu starp maršrutētājiem: • Iekšējās maršrutēšanas protokols OSPF, ko lieto, lai apmainītos ziņām par sasniedzamību • Paketēm piešķir noteiktas FEC-klases iezīmes, kam ir tikai lokāla nozīme. Iezīmes piešķir tīkla operators vai arī protokols LDS (LDS – Label Distribution Protocol)

13. MPLS arhitektūras darbības procesa galvenie etapi (2) 2. Pakete ieiet MPLS-domēnā caur LSR-robežmaršrutētāju, kas piešķir tai FEC-klasi un līdz ar to arī LSP-ceļu. Ja ceļa vēl nav, tad LSR-maršrutētājam, sadarbojoties ar citiem, jāatrod jauns LSP-ceļš. 3. Saņemot iezīmēto paketi, katrs LSR-maršrutētājs • Noņem ieejas iezīmi un piešķir izejas iezīmi • Nosūta paketi nākošajam LSR-maršrutētājam 4. Izejas LSR-robežumaršrutētāji • Noņem iezīmi • Lasa IP-galveni un nosūta paketi gala saņēmējam.

14. MPLS arhitektūras darbības īpašības Jāņem vērā, ka: • pakete MPLS domēnā var ienākt arī no parastā maršrutētāja • FEC-klasi paketei var noteikt pēc viena vai vairākiem parametriem (tas ir administratora ziņā). Iespējami sekojoši parametri: • Avota un/vai saņēmēja IP-adreses • Avota un/vai saņēmēja portu numuri • IP-protokola identifikators • Diferencētā servisa identifikators • IPv6 protokola iezīme • Katrā retranslācijas posmā nav jāapstrādā IP-galvene, pietiek ar iezīmi • Paketes, kas tiek sūtītas starp 2 gala punktiem, var piederēt dažādām FEC-klasēm

15. MPLS arhitektūras darbības shēma

16. MPLS arhitektūras darbības shēma

17. MPLS pakešu virzība

18. Iezīmju steka organizēšana MPLS arhitektūras svarīgākā īpašība, kas piešķir tai lielas iespējas, ir iezīmju steks. Katrai iezīmētai paketei var būt vairākas iezīmes, kas organizētas pēc LIFO (Last inFirst out – LIFO) (pēdējais iekšā – pirmais ārā) principa. Paketes steka apstrādes kārtību vienmēr noteic augstākā (pēdējā) iezīme. Iezīmju glabāšana stekā ļauj agregēt (apvienot) vairākus LSP-ceļus vienā LSP-ceļā maršrutu posmā caur tīklu veidojot tuneli. Tuneļa sākumā LSR-maršrutētājs piešķir paketēm no dažādiem LSP-ceļiem vienādu iezīmi, ieliekot to katras paketes iezīmju stekā. Tuneļa galā cits LSR-maršrutētājs izņem augstāko iezīmi un atklāj iekšējo iezīmi. Tam ir analoģija ar ATM tehnoloģiju, kur lieto viena līmeņa steku (virtuālie kanāli (VC) iekš virtuāliem ceļiem (VP)), taču MPLS arhitektūra pieļauj vairāk kārtēju neierobežotu steka apjomu.

19. Iezīmju formāts • MPLS-iezīme ir 32-kārtu lauks, kas sastāv no sekojošiem elementiem: • Biti 20 3 1 8 • Iezīmes vērtība Exp S Dzīves ilgums • Iezīmes vērtība - 20 bitu • Exp (eksperimentālie biti) – tos var lietot, piemēram, diferenciāla servisa vadībai • S – steka biti, kam uzstāda 1 augstākai iezīmei un 0 citām • Dzīves ilgums (TTL) – 8 biti retranslācijas posmu kodēšanai. Iezīmju steks • To parasti ievieto pēc datu posma galvenēm, bet pirms tīkla slāņa galvenes. • Dažādām tehnoloģijām to izvietojums redzams zīmējumā.

20. MPLS-iezīmju izvietojums dažādos kadros

21. MPLS-iezīmju sadale Maršruta izvēle nozīmē LSP-ceļa noteikšanu priekš FEC-klases un ietver: • Nozīmē LSP-ceļu, lai atpazītu FEC-klases • Informē visus mezglus par iezīmi • Atpazīst nākošo posmu LSP-ceļā un iezīmi, lai ļautu ieejas iezīmi pārveidot izejas iezīmē Protokola būtība – tas ļauj LSR-M informēt pārējos LSR-M par atbilstību starp birkām (iezīmēm) un FEC-klasēm.