MPLS Multiprotocol Label Switching

1. MPLSMultiprotocol Label Switching Projektování distribuovaných systémů Lekce 2 Ing. Jiří Ledvina, CSc

2. MLPSMultiprotocol Label Switching • MLPS vznikl jako reakce na nové změny ve využití IP (přenos zvuku, dat, multimédia současně i zvlášť) • Tendence budování VPN (Virtual Private Networks) – využití veřejných IP sítí pro realizaci podnikových sítí. • Základem je Label Switching – označkování paketů a řízení jejich přenosu sítí • Label Switching se snaží řešit spektrum problémů, jako je • Integrace IP a ATM • Mapování IP a ATM modelů přenosu Projektování distribuovaných systémů

3. Pokusy o spojení ATM přepínání s procesem směrování v IP sítích • CSR – Cell Switching Router (Toshiba 1994) • Směrovač pro propojení IP subsítí v prostředí Clasical IP over ATM • IP switching (Ipsilon, nyní část Nokia 1996) • Cílem je integrace ATM přepínačů a IP směrování • Aggregate Route-based IP Switching (ARIS) – (IBM) • Obdoba Tag Switching (Cisco Systems) Projektování distribuovaných systémů

4. Pokusy o spojení ATM přepínání s procesem směrování v IP sítích • Tag Switching (Cisco Systems) • Technika, která nezávisí na toku dat • Vytváření forwardovacích tabulek ve směrovači • Tag switching network obsahuje • Tag edge routers – hranová zařízení • Tag switching routers – zařízení mimo hrany sítě • Standardní IP směrování (protokoly) se používají pro určení následujícího uzlu pro přenosy. • Tag – značky jsou spojeny s cestami ve směrovacích tabulkách • Tagy jsou přenášeny pomocí Tag Distribution Protocol Projektování distribuovaných systémů

5. Trendy vývoje sítí • Velký nárůst podsítí i systémů • Výkonnost směrovačů nelze zvyšovat do nekonečna – omezení propustnosti sítí • Nutno přejít z metody tradičního směrování na využití metod přepínání – jednodušší, vyšší rychlost, menší režie • Směrovače narazily na technologický limit. Projektování distribuovaných systémů

6. Důvody zavádění Label Switching • Nejen rychlost, ale i zajištění specifických služeb pro přenos během celé cesty v síti. • Robustní síť s možností efektivního řízení zdrojů. • Funkcionalita – zavádění nových funkcí • Skalabilita – možnost rozšiřování do virtuálně neomezených rozměrů • Evolvability (další rozvinutelnost) • Integrace dalších služeb Projektování distribuovaných systémů

7. Nové vlastnosti • Funkcionalita • zavádění nových funkcí, které nejsou v klasických sítích dostupné – explicitní směrování, volba cesty podle QoS. • Skalabilita • možnost rozšiřování do virtuálně neomezených rozměrů • Směrovací informace narůstá velmi rychle – může zahltit samotné směrovače • MLPS využívá L2 zařízení (ATM přepínače) schopné zpracovat řízení na IP úrovni. Projektování distribuovaných systémů

8. Nové vlastnosti • Evolvability (další rozvinutelnost) • Nedeterministické IP sítě • Akceptace mnoha IP typů přenosů • Vytváření a rušení VPN • Tyto služby jsou zajišťovány hranovými zařízeními (edge devices) • Integrace • Integrace dalších služeb (např. IP telefonie) • Síťová integrace (přenos IP nad ATM) • Cílem je integrace na všech úrovních – požadavek na efektivní sítě. Projektování distribuovaných systémů

9. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Směrování • Přepínání (switching) • Řídicí komponenta • Forwardovací komponenta • Forwardovací tabulka • Forwarding Equivalence Class (FEC) • Label (návěští) Projektování distribuovaných systémů

10. Projektování distribuovaných systémů

11. Projektování distribuovaných systémů

12. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Směrování – termín spojený s pohybem paketů v síti • Směrovače používají směrovací protokoly ke konstrukci směrovacích tabulek • Podle směrovacích tabulek jsou přenášeny datové pakety • Přepínání (switching) • Přenos ze vstupu na výstup založený na informaci úrovně L2 Projektování distribuovaných systémů

13. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Řídicí komponenta • Vytváří a udržuje forwardovací tabulku • Využívá řídicí komponenty ostatních uzlů pro konzistentní distribuci směrovací informace • Pro přenos směrovací informace jsou použity standardní směrovací protokoly (OSPF, RIP, BGP). Tím je zajištěna návaznost na klasickou IP síť. • Není uzpůsobena pro zpracování datových paketů – dochází k oddělení funkce vytváření směrovacích tabulek a funkce přehazování paketů. • Musí reagovat na změny v síti. Projektování distribuovaných systémů

14. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Forwardovací komponenta • Zajišťuje forwardování paketů. • Využívá směrovací tabulky pro forwardování • Používá tzv. Label Swapping Algorithm (algoritmus pro záměnu návěští) pro určení nového návěští paketu a výstupního rozhraní na základě návěští příchozího paketu. Projektování distribuovaných systémů

15. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Forwardovací tabulka • Tabulka obsahující informaci pro přepínání • V tabulce existuje položka pro každý paket, který může do přepínače vstoupit Projektování distribuovaných systémů

16. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Forwarding Equivalence Class (FEC) • Definován jako skupina paketů, které mohou být považovány pro potřeby forwardování jako ekvivalentní. • Např. soubor unicast paketů se stejným IP prefixem, soubor paketů se shodnými zdrojovými a cílovými adresami. • Úrovně ekvivalence (rozlišení) jsou • Cílová podsíť • Cílový hostitelský systém • Cílové aplikace. Projektování distribuovaných systémů

17. IP1 IP1 IP1 IP2 IP1 IP2 IP1 IP2 #L2 #L3 #L3 #L1 #L2 #L1 IP2 IP2 Forwarding Equivalence Class LSR LSR LER LER LSP Packets are destined for different address prefixes, but can be mapped to common path Projektování distribuovaných systémů

18. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Label (návěští) • Položka v paketu s relativně krátkou, pevnou délkou, nestrukturovaný, používaná forwardovacím procesem. • Návěští jsou spojovány s FEC (Forwarding Equivalence Class) při procesu označovaném binding (vázání) • Návěští jsou svazována s datovou linkou a nemají globální význam (na rozdíl od adresy) • Návěští jsou analogií DLCI u sítí typu Frame Relay nebo VPI/VCI u sítí ATM. • Label switching se očekává jako efektivní cesta pro realizaci IP over ATM. Projektování distribuovaných systémů

19. MPLSkoncepce směrování a přepínání • Svazování FEC a návěští • Svazování ovládané daty (data-driven binding) • Začátek toku dat • Návěští přiřazeno toku dat, ne jednotlivým paketům • Vytvoří se, je-li to považováno za vhodné. • Svazování ovládané řízením (control-driven binding) • Nezávislé na datech • Úprava směrování, RSVP zprávy – lepší než předchozí, použito v MLPS Projektování distribuovaných systémů