MPLS JUN 2018

MULTIPROTOCOL LABEL
SWITCHING (MPLS)
DICIEMBRE 2018
INTRODUCCIÓN (1)
• La red Internet fue diseñada para transportar
aplicaciones tolerantes en el tiempo (e-mail, FTP,
Telnet, etc.)
• Internet no hace distinción entre cada aplicación.
Ofrece un servicio básico: “Best Effort”.
• La aparición de nuevas aplicaciones en tiempo real
(VoIP, teléfono móviles con acceso a Internet,
videoconferencia, e-learning, etc.) ha impulsado a
desarrollar nuevas arquitecturas para asegurar que
el Internet del futuro tenga buena QoS.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
2
INTRODUCCIÓN (2)
• Por ello se ha definido MPLS para no sólo ofrecer QoS
en redes IP, sino para optimizar la QoS en redes como
ATM y Frame Relay.
• El IETF (Internet Engineering Task Force) organizó el
grupo de trabajo MPLS en 1997.
• La primera serie de estándares apareció en el 2001.
• MPLS reduce la cantidad de procesamiento por
paquete, requerido en cada router en una red IP,
aumentando el desempeño del router.
• MPLS provee nuevas capacidades significativas en
cuatro áreas: QoS, Ingeniería de Tráfico (TE), Redes
Privadas Virtuales (VPNs) y un soporte multiprotocolo.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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INTRODUCCIÓN (3)
• Una tecnología previa a MPLS fue IP sobre ATM.
• Consistía en una superposición de una topología virtual de
ruteadores IP sobre una tecnología real de conmutadores
ATM.
• El backbone ATM se presenta como una nube central
rodeada por los ruteadores de la periferia.
• Cada ruteador se comunica con el resto mediante PVCs.
• Los PVCs actúan como circuitos lógicos y proporcionan la
conectividad necesaria entre los ruteadores de la periferia.
• Los ruteadores ven los PVCs como enlaces punto a punto
entre cada par.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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INTRODUCCIÓN (4)
• La idea de superponer IP sobre ATM es el aprovechar la
infraestructura ATM existente.
• VENTAJAS
– Gran ancho de banda a precios competitivos.
– Rapidez en el transporte de datos proporcionados por los
conmutadores ATM.
• DESVENTAJAS
– Hay que gestionar dos redes diferentes lo que genera mayores
costos de gestión.
– Un overhead aproximado del 20% debido al transporte de
datagramas IP sobre celdas ATM, lo que determina la reducción
del ancho de banda disponible en ese mismo porcentaje.
– Crecimiento exponencial al aumentar nodos IP sobre una
topología totalmente mallada.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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INTRODUCCIÓN (5)
CONCLUSIÓN
• El modelo IP/ATM si bien presenta ventajas
evidentes en la integración de los niveles 2 y 3, lo
hace de modo discontinuo, esto es, en base a
mantener dos redes separadas.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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QUÉ ES MPLS?
• Es una arquitectura que provee una eficiente designación,
enrutamiento, envío y conmutación de flujos de tráfico a través
de la red.
• Realiza las siguientes funciones:
– Especifica mecanismos para administrar flujos de tráfico de
diferentes tipos y requerimientos (diferentes máquinas o diferentes
aplicaciones).
– Permanece independiente de los protocolos de capa enlace y capa
red.
– Provee un medio para traducir las direcciones IP en etiquetas
simples de longitud fija utilizadas en diferentes tecnologías de envío
y conmutación de paquetes.
– Ofrece interfaces para diferentes protocolos como RSVP (Resource
ReSerVation Protocol) y OSPF (Open Shortest Path First).
– Soporte de protocolos de IP, ATM y Frame Relay.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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MÚLTIPLES SERVICIOS SOBRE UNA
INFRAESTRUCTURA CONVERGENTE
Frame
Relay
ATM
Frame Relay
Frame Relay
IP/MPLS
ATM
RPR
Ethernet
Internet
Many Services,
Many Networks
01/07/2019
IP VPN
PPP
Internet
IP/MPLS
ATM
Ethernet
Many Services,
One Network
Ing. Pablo Hidalgo L.
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MULTI-PROTOCOL:
BOTH ABOVE AND BELOW
Possibly several ways to
IPv6
set up Routing/Control
Single Forwarding Paradigm
based on Label Switching
AppleTalk
Point-to-Point
Ing. Pablo Hidalgo L.
Frame Relay
ATM
FDDI
01/07/2019
IPX
Network Layer
Protocols
Label Switching
Ethernet
Can run over different
Link Layer technologies
IPv4
Link Layer
Protocols
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QUÉ ES MPLS?
10.1.1.1
Label removal
and
routing lookup
L=3
10.1.1.1
Routing lookup
and
label assignment
10.0.0.0/8  L=5
Label
swapping
L=5  L=3
• Solamente los ruteadores de borde realizan procesamiento a
nivel de capa 3.
• Los ruteadores al interior de la nube MPLS conmutan paquetes
en base a una simple revisión y conmutación de etiquetas.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
10
QUÉ ES MPLS?
• Los conmutadores ATM deben hacer funcionar un
protocolo de enrutamiento cuando MPLS trabaja sobre
conmutadores ATM.
• No se necesita establecer circuitos virtuales manualmente.
Los conmutadores ATM automáticamente crean una red
completamente mallada basada en la información de
enrutamiento de capa 3.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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COMPONENTES DE MPLS (1)
• La arquitectura MPLS diferencia dos tipos de routers:
• LER (Label Edge Router)
– Routers situados en la periferia o frontera de la red MPLS, a los que
se pueden conectar diversas redes (Ethernet, Frame Relay, ATM).
– Se los conoce también como PE Routers (Provider Edge Routers)
– Envía el tráfico entrante a la red MPLS utilizando un protocolo de
señalización de etiquetas y distribuye el tráfico saliente entre las
distintas redes.
– Se encarga de asignar y retirar las etiquetas a la entrada o salida de
la red MPLS.
– Su conmutación se basa en FECs (Forwarding Equivalence Classes)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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COMPONENTES DE MPLS (2)
• LSR (Label Switched Router)
– Son equipos de conmutación (routers IP, switches ATM)
habilitados para MPLS.
– Se los conoce también como P Routers (Provider Routers) ya
que son propiedad del proveedor de servicios.
– Es un router de gran velocidad que trabaja en el núcleo de la
red.
– Usan un protocolo de distribución de etiquetas (no
necesariamente el mismo en todos los LSRs) y su función es
encaminar los paquetes en base a la etiqueta de dicho paquete.
– Cuando los paquetes llegan a los LSRs, éstos intercambian las
etiquetas existentes por otras y envía el paquete al siguiente
LSR, y así sucesivamente (distribución de etiquetas).
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Conmutación de etiquetas en los LSRs
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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COMPONENTES DE MPLS (3)
• FEC (Forwarding Equivalence Class)
– La Clase Equivalente de Envío es una representación de un
grupo de paquetes que comparten los mismos atributos para
su transporte: el mismo destino, la misma VPN, etc; y/o
requieren el mismo servicio
– Paquetes de un mismo flujo de datos generalmente
pertenecen a una misma FEC.
– Todos los paquetes tienen similar tratamiento en la ruta al
destino.
– La asignación de un paquete particular a una determinada
FEC se hace sólo una vez, cuando el paquete ingresa a la
red.
– Una FEC es representada por una etiqueta en cada LSP
(Label Switched Path).
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
15
COMPONENTES DE MPLS (4)
20.1.0.0
LSR
LER
LSP-1
(1)
LER
(2)
(3)
LSR
LSP-2
(4)
20.2.0.0
LER
(5)
30.0.0.0
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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LABEL SWITCHED PATH (LSP)
• Un LSP es un camino específico unidireccional a través
de una red MPLS (equivalente a un circuito virtual).
• En MPLS la transmisión ocurre en caminos de etiquetas
conmutadas, que son secuencias de etiquetas en cada
nodo del camino, desde el emisor al receptor.
• Al recibir un paquete el LER verifica qué FEC le
pertenece y lo encamina por el LSP correspondiente.
• Se obtiene una gran rapidez en la conmutación gracias a
que las etiquetas son insertadas al principio del paquete
y son de longitud fija, lo que determina que la
conmutación pueda realizarse vía hardware.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Camino conmutado de etiquetas - LSP
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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ENRUTAMIENTO EN MPLS
• La arquitectura MPLS soporta 2 opciones para seleccionar
una ruta o LSP:
– Enrutamiento hop-by-hop
• Cada LSR independientemente escoge el próximo salto
para una FEC dada.
• Esta metodología es similar a la utilizada en redes IP.
• Hace uso de un protocolo de enrutamiento ordinario
como OSPF.
• Ventaja: conmutación rápida y tratamiento diferencial de
paquetes de diferentes FEC
• Desventaja: no soporta fácilmente Ingeniería de Tráfico
o políticas de enrutamiento (definición de rutas basadas
en algunas políticas relacionadas a QoS, seguridad)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
19
Enrutamiento hop by hop
172.190.0.0
E
B
172.191.0.0
if0
if1
C
Router del
Cliente
A
D
if2
G
F
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
Router del
Cliente
172.192.0.0
20
ENRUTAMIENTO EN MPLS
• La arquitectura MPLS soporta 2 opciones para seleccionar
una ruta o LSP:
– Enrutamiento explícito (ER-LSP)
• Similar a enrutamiento de fuente.
• Un LSR de ingreso (LSR donde empieza el flujo de
datos) especifica la lista de nodos a través del cual el
ER-LSP atraviesa.
• A lo largo del camino los recursos podrían ser
reservados para asegurar QoS al tráfico de datos.
• Esto facilita Ingeniería de Tráfico a través de la red, y se
puede proporcionar servicios diferenciados, usando
flujos basados en políticas o métodos de gestión de red.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Enrutamiento Explícito
172.190.0.0
E
B
Ruta: C, D, G
if0
172.191.0.0
if1
C
Router del
Cliente
A
D
if2
G
F
172.192.0.0
Router del
Cliente
ETIQUETAS (1)
• Una etiqueta es un conjunto pequeño de bits de longitud
fija que lleva el paquete para identificar una FEC.
• Identifican el camino que un paquete puede atravesar.
• Es análoga al identificador de conexión usado en ATM
(VPI/VCI) o los DLCI de Frame Relay.
• Su validez es local y solo entre un par de nodos, y es
reemplazada en cada salto en el LSP.
• Las etiquetas son asociadas a una FEC como resultado
de algún evento o política que indica una necesidad para
tal asociación.
• Estos eventos pueden ser vinculados por el flujo de datos
(data-driven bindings) o vinculados por el tráfico de
control (control-driven bindings).
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
23
ETIQUETAS (2)
• Para la asignación de etiquetas se tienen los siguientes
pasos:
– A cada paquete se le clasifica en una FEC nueva o una ya
existente.
– Se asigna una etiqueta a cada paquete. Los valores de las
etiquetas se derivan de los identificadores de capa 2; los
DLCI o VPI/VCI se pueden usar directamente como
etiquetas. Para redes Ethernet y PPP, la etiqueta se añade
en una cabecera shim, esto es entre las cabeceras de la
capa enlace y la de la capa red.
• Los paquetes son enviados basados en su valor de
etiqueta.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
24
FORMATO DE LA CABECERA MPLS (1)
• La cabecera MPLS es un identificador de 32 bits que
consiste de los siguientes campos:
– Etiqueta: 20 bits. Valor de la etiqueta que localmente
representa a la FEC durante el envío. Existen valores de
etiquetas que se encuentran reservados.
– EXP: 3 bits. Identifica la clase de servicio mediante el campo
EXP o experimental (anteriormente llamado CoS) o Clase de
Servicio.
– S (Stack): 1 bit. Indica una pila de etiquetas jerárquica. Toma el
valor de 1 en la etiqueta que se encuentra en la cima de la pila
y 0 en todas las etiquetas restantes.
– TTL: 8 bits para indicar el TTL (Time To Live), con el mismo
significado que en IP. El campo es decrementado en cada
router y el paquete será excluido si la cuenta cae a 0. Permite
evitar lazos.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
25
FORMATO DE LA CABECERA MPLS (2)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
26
FORMATO DE LA CABECERA MPLS (3)
• Son insertadas entre la cabecera de capa 2 (trama) y la
cabecera de capa 3 (paquete)
• Puede haber más de una etiqueta (Stack de etiquetas)
• El bit S (bottom of de stack) indica si la etiqueta es la
última en el stack de etiquetas.
• El campo TTL se usa para prevenir lazos infinitos de los
paquetes.
• Los bits experimental (EXP) se usan para llevar valores
de preferencia (CoS)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
27
STACK DE ETIQUETAS
• El identificador de protocolo de la cabecera de capa 2
especifica que el payload comienza con una etiqueta
(etiquetas) y a continuación viene la cabecera IP
• El bit bottom of stack indica si el siguiente campo es otra
etiqueta o la cabecera IP.
• El router de recepción sólo utiliza la etiqueta top.
• Generalmente se asigna solo una etiqueta al paquete.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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ASIGNACIÓN E INTERCAMBIO DE ETIQUETAS
• Un ruteador puede realizar las siguientes funciones:
– Insertar (push) una etiqueta o stack de etiquetas al ingreso.
– Intercambiar (swap) una etiqueta con la etiqueta del siguiente
salto o con un stack de etiquetas dentro de la nube MPLS.
– Remover (pop) una etiqueta a la salida o un salto antes.
• En el ingreso una etiqueta es asignada y colocada por
el proceso de enrutamiento IP (push).
• Los LSR en la nube intercambian las etiquetas
basados en el contenido de la LFIB.
• En la salida la etiqueta es removida (pop) y se realiza
una revisión de enrutamiento para reenviar el paquete
al destino.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
29
ASIGNACIÓN E INTERCAMBIO DE ETIQUETAS
MPLS Domain
10.1.1.1
3 10.1.1.1
5 10.1.1.1
10.1.1.1
IP Lookup
10.0.0.0/8  label 3
IP Lookup
10.0.0.0/8  label 5
IP Lookup
10.0.0.0/8  next hop
LFIB
label 8  label 3
LFIB
label 3  label 5
LFIB
label 5  pop
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
30
APILAMIENTO DE ETIQUETAS
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
31
APILAMIENTO DE ETIQUETAS
• Las etiquetas en el dominio MPLS B forman un túnel
• Al final del túnel, el LER puede conocer hacia donde reenvía el
paquete
• Esto se resuelve fácilmente usando el stack
• El stack de etiquetas permite la implementación de aplicaciones como
VPN e Ingeniería de Tráfico (TE)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
32
UBICACIÓN DE LA CABECERA MPLS
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
33
Túnel LSP transportando múltiples LSPs
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
34
Utilización del stack de etiquetas
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
35
LFIBs en los LSRs del Túnel LSP
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
36
Stack de Etiquetas con PHP
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
37
LFIBs en LSRs con Previous Hop Popping
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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CÓMO TRABAJA MPLS?
1a. Existing Routing Protocols (e.g. OSPF, IS-IS)
Establish Reachability to Destination Networks
1b. Label Distribution Protocol (LDP)
Establishes Label to Destination
Network Mappings
4. Edge LSR at
Egress Removes
Label and
Delivers Packet
LSP
2. Ingress Edge LSR Receives Packet,
Performs Layer 3 Value-Added Services,
and Labels Packets
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
3. LSR Switches Packets
Using Label Swapping
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CÓMO TRABAJA MPLS?
1. Establecimiento de rutas y asignación de etiquetas - Antes de transferir los paquetes
• Cada LSR elige el siguiente salto para una FEC y le asigna una etiqueta de entrada
(enrutamiento salto por salto o explícito). Es decir ésta es la etiqueta con la que llegan los
paquetes de esa FEC
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
40
CÓMO TRABAJA MPLS?
2. Distribución de etiquetas y Creación de Tablas
• Cada LSR distribuye las etiquetas asignadas (distribución no solicitada o bajo demanda)
• El LSR localizado en el sentido opuesto al flujo de datos registra la etiqueta en su LFIB
(tabla de conmutación de etiquetas)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
41
CÓMO TRABAJA MPLS?
3. Recepción del paquete e inserción de etiqueta
• El LSR de ingreso recibe el paquete, examina su cabecera IP, lo asocia a una FEC
(172.191.0.0), le inserta la etiqueta de salida (62) y lo reenvía a la interfaz de salida (if1).
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
42
CÓMO TRABAJA MPLS?
4. Conmutación de etiquetas y reenvío del paquete
• Los LSRs examinan la etiqueta del paquete recibido y la buscan en su LFIB, la reemplazan
con la etiqueta de salida y reenvían el paquete a la interfaz de salida.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
43
CÓMO TRABAJA MPLS?
5. Extracción de etiqueta y entrega del paquete
• El LSR de egreso (LER) examina la etiqueta del paquete recibido y la busca en su LFIB,
retira la etiqueta (sale de la nube MPLS) y entrega el paquete a la red destino.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (1)
• La implementación de MPLS en los routers se divide
en dos planos:
– Plano de Control, denominado también componente de
control
– Plano de Datos, denominado también componente de
envío.
El Plano de Control
• Intercambia información de enrutamiento de capa 3 y de
etiquetas
• Responsable de la generación y mantenimiento de las tablas
de enrutamiento que establecen los LSP, así como de la
distribución de la información sobre las etiquetas a los LSRs.
• Contiene complejos mecanismos para intercambiar
información de enrutamiento, tales como OSPF, EIGRP, IS-IS
y BGP; y para intercambiar etiquetas tales como: TGP (Tag
Distribution Protocol), LDP (Label Distribution Protocol), BGP
y RSVP.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
45
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (2)
• El plano de control
información:
utiliza dos fuentes de
– RIB (Routing Information Base/ Base de información de
Enrutamiento): Esta tabla proporciona información sobre
la red destino y los prefijos de subred que se utiliza para
la asociación de etiquetas, aquí se encuentran todas las
rutas aprendidas por cada uno de los nodos de la red
MPLS.
– LIB (Label Information Base/ Base de información de
Etiquetas): En esta tabla se encuentran todas las
etiquetas asignadas por el nodo MPLS local (etiquetas
locales) y las asignaciones de dichas etiquetas a las
etiquetas recibidas de los vecinos.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
46
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (3)
– Los LSRs requieren un protocolo de distribución de
etiquetas (LDP, RSVP-TE, CR-LDP o BGP) para
dar a conocer a otros routers que se ha realizado
la asociación de etiquetas.
Cada LSR crea una asignación local y distribuye
esta asignación a todos sus vecinos LDP. Para los
vecinos LDP estas asignaciones son consideradas
como remotas y también las almacena junto con
las asignaciones locales en su tabla LIB.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
47
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (4)
Plano de Datos
• Tiene como función conmutar los paquetes MPLS
entrantes, basándose en las tablas de enrutamiento
ofrecidas por el plano de control. Utiliza dos fuentes
de información.
– FIB (Forwarding Information Base/ Base de Información
de Envío): es una tabla que se utiliza para definir a qué
interfaz se debe reenviar el paquete.
– LFIB (Label Forwarding Information Base/ Base de
Información de reenvío de Etiquetas): utilizada para la
conmutación de etiquetas.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
48
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (5)
– La LFIB usa un subconjunto de etiquetas
contenidas en la LIB para el envío del paquete y
almacena solo las etiquetas que en ese momento el
plano de datos está usando, contiene la
información de etiquetas e interfaces entrantes y
salientes, y la dirección del próximo salto.
• Los nodos MPLS por lo tanto son responsables
del reenvío de paquetes mediante el plano de
datos, y de construir y mantener las tablas de
envío mediante el plano de control
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
49
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (6)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
50
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (7)
Control Plane
OSPF: 10.0.0.0/8
LDP: 10.0.0.0/8
Label 17
OSPF
LDP
OSPF: 10.0.0.0/8
LDP: 10.0.0.0/8
Label 4
Data Plane
Labeled packet
Label 17
01/07/2019
LFIB
417
Ing. Pablo Hidalgo L.
Labeled packet
Label 4
51
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (8)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
52
ARQUITECTURA DE LSRs
• Los LSR, independiente de su tipo, realizan las siguientes
tres funciones:
– Intercambian información de enrutamiento.
– Intercambian etiquetas
– Reenvían paquetes (LSRs y LERs) y celdas (ATM LSRs y
ATM LERs)
• Las primeras dos funciones son parte del plano de
control.
• La tercera función es parte del plano de datos
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
53
ARQUITECTURA DE LSRs
LSR
Exchange of
routing information
Exchange of
labels
Incoming
labeled packets
Control Plane
Routing Protocol
IP Routing Table
Label Distribution Protocol
Data Plane
Outgoing
labeled packets
Label Forwarding Table
Los LSR principalmente reenvían paquetes
o celdas etiquetados.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
54
ARQUITECTURA DE LERs
Edge LSR
Exchange of
routing information
Control Plane
Routing Protocol
Exchange of
labels
Incoming
IP packets
Incoming
labeled packets
01/07/2019
IP Routing Table
Label Distribution Protocol
Data Plane
IP Forwarding Table
Label Forwarding Table
Ing. Pablo Hidalgo L.
Outgoing
IP packets
Outgoing
labeled packets
55
PLANOS DE CONTROL Y DE DATOS (6)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
56
OPERACIÓN DE MPLS (1)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
57
OPERACIÓN DE MPLS (2)
In
39
IP Packet
Dest: 20.2.1.17
Out
17
Next Hop
(3)
In
17
LSR
LER
Out
Next Hop
Do IP routing
20.1.0.0
39
(1)
LER
LSP-1
(2)
FEC a = 20.x.x.x
FEC b = 30.x.x.x
In
Out
FEC a 39
FEC b 16
(3)
LSR
Next Hop
(2)
(4)
LSP-2
(4)
In
16
Out
65
20.2.0.0
LER
Next Hop
(5)
In
65
(5)
Out
Next Hop
Do IP routing
30.0.0.0
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
58
PROTOCOLOS DE DISTRIBUCIÓN DE
ETIQUETAS (1)
• Se encargan de propagar de router a router la
información necesaria para establecer el LSP. Se
establece un conjunto de procedimientos por el que
un LSR informa a otros que ha realizado una
asociación “Etiqueta/FEC”.
• Las tablas (creadas por estos protocolos) permiten
que un paquete etiquetado pueda avanzar por los
LSRs.
• Dos LSRs que utilizan conjuntamente un protocolo
LDP se denominan “LDP peers”
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
59
PROTOCOLOS DE DISTRIBUCIÓN DE
ETIQUETAS (2)
• La arquitectura MPLS no asume la existencia de un protocolo
específico, por lo que diferentes protocolos de distribución de
etiquetas han comenzado a ser estandarizados:
• Protocolos existentes:
– De enrutamiento con nuevas funciones:
• BGP (Border Gateway Protocol)
• PIM (Protocol Independent Multicast)
– De señalización
• RSVP-TE: RSVP con ingeniería de tráfico.
• Nuevos Protocolos:
– LDP (Label Distribution Protocol)
– CR-LDP (Constraint Routing): LDP con ingeniería de tráfico
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
60
LABEL DISTRIBUTION PROTOCOL (LDP)
• Define una serie de procedimientos y mensajes por los cuales
un LSR informa a otro de la asociación Etiqueta/FEC, y que
será utilizado para el establecimiento de un LSP.
• Dos LSRs que utilizan LDP para intercambiar la información
de label mapping (LDP peers), tienen una sesión LDP entre
ellos.
• LDP permite a un LSR distribuir etiquetas a sus “LDP peers”
usando el puerto TCP 646.
• En una sola sesión, cada par o vecino es capaz de aprender
sobre otros label mappings; es decir el protocolo es
bidireccional.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
61
LABEL DISTRIBUTION PROTOCOL (LDP)
• LDP provee varios mensajes LDP:
– Descubrimiento (Discovery): utilizados para anunciar y mantener la
presencia de un LSR en la red. Usa mensajes Hello por difusión
para aprender sobre otros LSRs con los cuales tiene una conexión
LDP directa
– Sesión (Session): Para que dos LDP peers intercambien
información, ellos tienen que primero establecer una sesión LDP.
Los mensajes sesión son utilizados para establecer, mantener y
terminar sesiones LDP entre LDP peers.
– Anuncio (Advertisement): Para crear, cambiar y borrar las
asociaciones Etiqueta/FEC.
– Notificación (Notification): Provee información de asesoría e
información de indicación de errores.
• LDP corre sobre TCP por confiabilidad, con excepción de los
mensajes Discovery que corren sobre UDP.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
62
MECANISMO LDP
• Establece las siguientes etapas:
– Descubrimiento LDP: permite a un LSR descubrir “LDP peers”
potenciales.
– Establecimiento de la Sesión LDP: El intercambio de mensajes Hello
entre dos LSRs activa el establecimiento de la sesión LDP.
Establece dos pasos:
• Establecimiento de la conexión TCP: llevado a cabo por el LSR “activo”
(identificador LSR más alto)
• Inicialización de la Sesión: se negocian los parámetros de la sesión
intercambiando mensajes Initialization. Dos LSRs pueden enviar
mensajes de Inicialización; el LSR que recibe el mensaje, contesta con
un mensaje KeepAlive si los parámetros son aceptados, caso contrario
se envía un mensaje de notificación de error, rechazando la sesión.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Intercambio de mensajes de LDP
LSR/LER
LSR/LER
Discovery
Transport
Connection
Establishment
Session
Initialization
Label Distribution
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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DISTRIBUCIÓN DE ETIQUETAS
• Para cada prefijo IP de la tabla de enrutamiento, cada LSR
crea una asociación (binding) local, esto es asocia una
etiqueta al prefijo IPv4.
• Luego los LSR distribuyen esta asociación a sus LDPs
vecinos.
• Las etiquetas recibidas llegan a ser etiquetas remotas.
• Las etiquetas locales y remotas son almacenadas en una
tabla especial (LIB - Label Information Base).
• Cada LSR tiene solamente una etiqueta local por prefijo, pero
los LSR consiguen más de una etiqueta remota, porque
usualmente tienen más de un LSR adyacente.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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DISTRIBUCIÓN DE ETIQUETAS
• De todas las etiquetas remotas, el LSR solo escoge una y la usa
para determinar la etiqueta de salida asociada al prefijo IP.
• La etiqueta remota escogida depende de cuál camino es el mejor;
este camino se encuentra en la tabla de enrutamiento (RIB)
• La RIB determina el siguiente salto para el prefijo IPv4.
• El LSR usa esta información para establecer la LFIB, en la que la
etiqueta local sirve como etiqueta de entrada y la etiqueta remota
escogida sirve como etiqueta de salida.
• Con ello cuando un LSR recibe un paquete etiquetado, éste es
capaz de intercambiar la etiqueta de entrada que él asignó por la
etiqueta remota que recibió del LSR adyacente del siguiente salto.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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DISTRIBUCIÓN DE ETIQUETAS
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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DISTRIBUCIÓN DE ETIQUETAS
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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MODOS DE DISTRIBUCIÓN DE ETIQUETAS
• Se tienen dos modos de distribución:
– Downstream no solicitado (UD)
– Downstream Bajo Demanda (DoD)
• En el modo UD cada LSR distribuye una etiqueta a sus LSRs
adyacentes, sin que éstos LSRs lo hayan pedido. En este
modo un LSR recibe una etiqueta remota de cada LSR
adyacente.
• En el modo DoD cada LSR solicita a su LSR del siguiente salto
de su LSP una etiqueta asociada al FEC.
• En el caso de DoD la LIB muestra solamente una asociación
remota, mientras que en UD se podría mostrar mas de una.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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DISTRIBUCIÓN DE ETIQUETAS
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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No solicitada Downstream
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Bajo demanda Downstream
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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MODOS DE RETENCIÓN DE ETIQUETAS
• Son posible dos modos de retención de etiquetas:
– Modo Liberal (Liberal Label Retention – LLR)
– Modo Conservativo (Conservative Label Retention - CLR)
• En el modo LLR un LSR guarda todas las etiquetas remotas
recibidas en la LIB. Una de ellas corresponderá a la etiqueta
del siguiente salto para una FEC particular. Esa etiqueta se
utilizará en la LFIB.
• En el modo CLR solo almacena en la LIB la etiqueta que
corresponde al siguiente salto para una determinada FEC.
• LLR tiene ventaja de adaptarse mas rápido a cambio de
enrutamiento y por tanto se debe escoger otro siguiente salto.
• CLR en cambio al almacenar menos etiquetas hace una mejor
utilización de la memoria en el LSR.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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ETIQUETAS DESCONOCIDAS Y
RESERVADAS
• Debido a que el campo etiqueta de una etiqueta MPLS tiene
20 bits, teóricamente se disponen de 220 – 1 (1’048.575)
valores.
• Si un paquete llega con una etiqueta desconocida para el
LSR (lo cual normalmente no ocurre), éste no encontraría
esta etiqueta en la LFIB y debería descartar el paquete.
• No todos los valores de etiquetas son utilizados para el
reenvío de paquetes.
• Las primeras 16 etiquetas (0 a 15) están reservadas.
• Un LSR no puede utilizar una etiqueta reservada para el
reenvío de paquetes.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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ETIQUETAS RESERVADAS
• Implicit NULL
– Tiene el valor 3 en el campo etiqueta.
– Su uso se limita a PHP
– El router de salida de un LSP envía una etiqueta Implicit NULL
al router upstream cuando desea que este no le asigne
etiqueta alguna a una FEC.
– Equivale a pedir al LSR previo que retire (POP) la etiqueta
top.
– Con ello se evita que el LER de salida haga dos búsquedas
(en la LFIB y en la RIB) y mejora su perfomance.
– Su uso no está limitado a paquetes con una sola etiqueta. Se
puede emplear con un stack de etiquetas. Se evita que se
haga la búsqueda de 2 etiquetas.
– La etiqueta Implicit NULL no formará parte del stack.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Implicit NULL
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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ETIQUETAS RESERVADAS
• Explicit NULL
– Tiene el valor 0 en el campo etiqueta.
– Si bien el uso de la etiqueta Implicit NULL aumenta la
eficiencia en el reenvío de paquetes, los bits EXP de la
etiqueta retirada también se los pierde.
– Con ello se perderá información de la QoS de ese
paquete, la cual puede ser de interés informar a la
salida.
– Se soluciona el problema utilizando la etiqueta Explicit
NULL.
– Esta etiqueta envía el penúltimo router al router de
salida.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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ETIQUETAS RESERVADAS
• Explicit NULL
– Si bien esta etiqueta no permitirá reenviar los paquetes
buscando el valor 0 en la LFIB, porque puede ser
asignada a múltiples FECs.
– El router de salida retirará esta etiqueta, por lo que deberá
ocurrir una nueva búsqueda, pero deduce la información
de QoS del paquete recibido, revisando los bits EXP de
Explicit NULL.
– La etiqueta Explicit NULL para IPv6 tiene el valor 2
• El valor de 1 es para la etiqueta Router Alert.
• El valor 14 es para la etiqueta de alerta de Operación y
Mantenimiento (OAM).
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Comportamiento del campo TTL de la
etiqueta MPLS
• Entre paquetes IP y etiquetas MPLS
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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Comportamiento del campo TTL de la
etiqueta MPLS
• Entre etiquetas MPLS
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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FORMATO DE PDU - LDP
• Consiste de una cabecera LDP seguida por uno o más
mensajes LDP, los cuales no necesariamente podrían estar
relacionados.
• La cabecera LDP consiste de los campos:
– Versión: campo de 16 bits que contiene la versión del protocolo
– PDU lenght: campo de 16 bits que indica la longitud total del PDU –
LDP, excluyendo los campos de versión y de longitud de la
cabecera.
– LDP id: Campo de 48 bits que identifica el espacio de etiquetas del
LSR. Las etiquetas utilizadas por un LSR para la asociación
etiqueta/FEC son asignadas de un conjunto de posibles etiquetas
denominado espacio de etiqueta (label space). Los primeros 4
octetos identifican el LSR y debe ser globalmente de un único valor.
Los últimos dos octetos identifican un espacio de etiquetas dentro
del LSR.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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FORMATO DE PDU - LDP
Versión
Longitud PDU
Identificador LDP
Formato del mensaje LDP
01/07/2019
Formato de la cabecera LDP
Ing. Pablo Hidalgo L.
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FORMATO DE PDU - LDP
• El mensaje LDP consiste de una cabecera seguida por
parámetros obligatorios y opcionales. Se definen los
siguientes campos:
– Bit U: 1 bit. Define la acción a ser tomada después de recibir un
mensaje desconocido. Si U=0 una notificación se devuelve al
creador del mensaje. Si U=1 el mensaje desconocido se ignora.
– Tipo de Mensaje: Campo de 15 bits que permite identificar el tipo de
mensaje.
– Longitud del Mensaje: Campo de 16 bits que especifica la longitud
total (en bytes) de los campos Message id, y de parámetros
obligatorios y opcionales.
– ID de Mensaje: Campo de 32 bits que se emplea para identificar el
mensaje.
– Parámetros: Campo de longitud variable. Los parámetros son
codificados empleando un esquema TLV (Tipo – Longitud – Valor).
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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MENSAJE LDP
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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CODIFICACIÓN TLV (1)
• Todos los mensajes LDP tienen una estructura común
que usa un esquema de codificación TLV.
• TLV es usado para codificar mucha de la información
transportada en los mensajes LDP.
• El campo Valor de un objeto codificado TLV, puede
contener por sí mismo uno o más TLVs.
• Tiene los siguientes campos:
– U (bit TLV desconocido): Utilizado cuando un TLV
desconocido es recibido. Si U=0, se retorna una
notificación al originador del mensaje y todo el mensaje se
ignora. Si U=1, entonces el TLV es ignorado y el resto del
mensaje es procesado como si el TLV no existiere.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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CODIFICACIÓN TLV (2)
• Campos TLV (cont):
– F (bit TLV de desvío desconocido): Este bit se aplica
solamente cuando U=1 y el mensaje LDP que contiene el
TLV desconocido ha sido desviado. Si F=0, el TLV
desconocido no es desviado con el resto del mensaje. Si
F=1, el TLV es desviado con el resto del mensaje.
– Tipo: Campo de 14 bits que describe cómo el campo Valor
es interpretado.
– Longitud: Campo de 16 bits que especifica la longitud del
campo valor en bytes.
– Valor: Campo de longitud variable. Contiene información
que es interpretada tal como es especificada en el campo
Tipo. Podría contener codificación TLV por sí mismo.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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CODIFICACIÓN TLV (3)
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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TIPO DE MENSAJES LDP
• Los siguientes mensajes LDP han sido definidos:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Notification
Hello
Initialization
keepAlive
Address
Address withdraw
Label mapping
Label request
Label abort request
Label withdraw
Label release
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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INGENIERÍA DE TRÁFICO
• Proceso que mejora la utilización de la red mediante la
distribución de tráfico en ella de acuerdo con la disponibilidad de
los recursos, así como el tráfico actual y el esperado.
• La CoS y QoS pueden ser factores a tener en cuenta en este
proceso.
• Con ingeniería de tráfico se evita la congestión en cualquier
camino.
• La mejora de la utilización de la red no implica necesariamente
que se obtenga el mejor camino, pero si el mejor camino para un
determinado tipo de tráfico.
• La ingeniería de tráfico permite al proveedor hacer un mejor uso
de los recursos y reservar enlaces para determinadas clases de
servicios o clientes.
• Dos protocolos que hacen ingeniería de tráfico son CR-LDP y TERSVP. Ellos usan encaminamiento explícito para crear los LSPs.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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CONSTRAINED – BASED ROUTING LABEL
DISTRIBUTION PROTOCOL (CR - LDP)
• Existen algunos casos en los que hay necesidad de
crear LSPs de enrutamiento explícito a través de un
dominio MPLS.
• Hay también necesidad de asegurar que los LSPs
puedan soportar CoS (Clase de Servicio) y
requerimientos de Ingeniería de Tráfico.
• Para estas situaciones se crearon protocolos como:
CR-LDP y RSVP-TE.
• CR-LDP es un protocolo de distribución de etiquetas
basado en LDP.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
90
CR - LDP
• CR-LDP se emplea para establecer un LSP explícitamente
ruteado punto a punto unidireccional denominado CR-LSP.
• Un LSP se establece como resultado de la información de
ruteo de una red IP que usa el algoritmo del camino más
corto.
• Un CR-LSP se calcula en el LSR origen basado en criterios
de información de enrutamiento y de QoS.
• Un CR-LSP bidireccional entre los LSRs 1 y 2 se puede
solamente crear estableciendo un CR-LSP desde el LSR1
al LSR2 y un CR-LSP separado desde el LSR2 al LSR1.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
91
CR - LDP
• Se pueden utilizar los CR-LSPs de diferentes formas.
• Por ejemplo se pueden utilizar en una red IP para
hacer balanceo de carga. Esto es, el tráfico entre sus
enlaces puede ser igualmente distribuidos, forzando
a que el tráfico pase a través de los enlaces menos
utilizados.
• CR-LSPs también se pueden utilizar para crear
túneles en MPLS, e introducir rutas basadas en
criterios de QoS, tales como la minimización del
retardo total extremo a extremo, y maximización del
throughput.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
92
CR - LDP
• En el ejemplo asumamos que el camino entre el LSR A (de ingreso) y
el LSR G (de salida), que se ha calculado utilizando OSPF pasa a
través de E y F.
• Si se usa CR-LDP se puede establecer un CR-LSP que satisface un
criterio de QoS, tal como minimizar el retardo extremo – extremo. Por
ejemplo si los LSRs B, C y D no están muy utilizados, enrutando el
CR - LSP a través de estos LSRs reducirá el retardo, a pesar de que
el número de saltos sea mayor que a través de E y F.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
93
QoS y CoS (1)
• QoS es un mecanismo que satisface los requisitos exigidos por los
usuarios para determinadas aplicaciones que circulan por la red.
• La QoS permite garantizar en caso de congestión que las
aplicaciones más críticas dispongan de mayor prioridad que otras
menos críticas.
• Al establecer una red con QoS los enlaces son controlados y el
tráfico priorizado, de manera que se pueda distinguir entre
diferentes tipos de tráfico, y asignar recursos en función de
parámetros como: ancho de banda, retardo, jitter y pérdida de
paquetes.
• El cumplimiento de los servicios ofrecidos por las diferentes
empresas portadoras, se lo realiza mediante los Service Level
Agreement (SLAs).
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
94
QoS y CoS (2)
• CoS se utiliza para diferenciar el tráfico de una red, es decir para
gestionar de forma eficaz diferentes clases de flujos de datos.
• MPLS permite ofrecer CoS ya que las etiquetas MPLS permiten
propagar la CoS en el correspondiente LSP.
• Una red MPLS puede transportar distintas clases de tráfico,
debido a que el tráfico que fluye a través de un determinado LSP,
se puede asignar a diferentes colas de salida en los diferentes
saltos LSR, de acuerdo con la información contenida en la
etiqueta.
• Se tendrán especificaciones para cada LSP. Por ejemplo, si se
requiere videoconferencia sobre una red MPLS, el LSP tendrá
mayor ancho de banda y se dirigirá por la ruta más corta, lo que
permitirá reducir la latencia y entregar una imagen de mayor
calidad.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
95
QoS y CoS (3)
• El campo EXP de 3 bits ubicado en la cabecera MPLS fue
originalmente considerado de uso experimental.
• Con el propósito de especificar la CoS a la que pertenece un
paquete, se utiliza el soporte de MPLS para DiffServ, donde
se redefine este campo para especificar dicha CoS.
• Las clases de servicio que se proporcionan en la nueva
arquitectura son las mismas que en el modelo DiffServ, ya
que la integración de DiffServ con MPLS no modifica su
filosofía ni su funcionamiento.
• Para soportar DiffServ sobre MPLS con la gran variedad de
valores DSCP (DiffServ Code Point - 6 bits redefinidos del
campo ToS del paquete IP), es necesario configurar la
apropiada QoS en cada LSR de la red.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
96
QoS y CoS (4)
• Ya que las etiquetas fueron definidas antes que los valores
DSCP, el campo EXP sólo tiene tres bits en correspondencia a
los tres bits del campo Precedencia del paquete IP.
• El problema es que IP puede soportar hasta 64 posibles valores
DSCP y las etiquetas MPLS admiten solo 8 posibles valores de
PHB (Per-Hop Behaviors - tratamiento de retransmisión de un
paquete en DiffServ), por lo que fue necesario redefinir métodos
que cubran esta necesidad.
• El RFC 3270 describe una solución flexible para el soporte de la
arquitectura DiffServ sobre redes MPLS.
• Cuando paquetes marcados con valores DSCP llegan a una red
MPLS, se necesita de un método para transferir la información
proporcionada por estos valores a las etiquetas MPLS.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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QoS y CoS (5)
• Los paquetes no pueden ser diferenciados basados en los
valores DSCP, ya que éstos son parte de la cabecera IP.
• DiffServ debe proveer de una vía diferente para hacer viable la
arquitectura DiffServ/MPLS.
• El RFC 3270 describe dos métodos para transmitir información
de la CoS de la cabecera IP a los LSRs en la cabecera MPLS:
– EXP-inferred-PHB Scheduling Class LSP (E-LSP)
– Label-only-inferred LSP (L-LSP)
• Si una red soporta hasta ocho PHBs entonces los bits EXP son
suficientes para esa red, permitiendo utilizar E-LSP.
• Si una red tiene más de ocho PHBs entonces los bits EXP no
son suficientes para cubrir todos los PHBs a LSP, por lo que se
utilizará L- LSP.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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QoS y CoS (6)
• Los bits EXP se pueden usar de la misma forma que los 3 bots
de precedencia de la cabecera IP.
• Si se usa estos 3 bits para QoS, el LSP se denomina E-LSP
para indicar que el LSR utilizará los bits EXP para planificar la
clase y la prioridad de descarte.
• Cuando un paquete IP con QoS del tipo DiffServ, los 6 bits
DSCP no podrán ser copiados al campo EXP para mantener la
calidad de servicio.
• Por ello se deberán utilizar parte de los bits del campo etiqueta
para una parte de la calidad de servicio. En ese caso el LSP se
denominará L-LSP. Los bits EXP mantienen una parte de la QoS
(solamente la probabilidad de descarte) en tanto que los bits de
la etiqueta indicarán la clase.
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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DIFERENCIAS ENTRE E-LSP Y L-LSP
01/07/2019
Ing. Pablo Hidalgo L.
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