Учебное пособие по MPLS_BWJ

ТЕХНОЛОГИЯ MPLS
Учебное пособие
План учебного пособия
• Обзор
• Инкапсуляция меток
• Протоколы распределения меток
• MPLS и ATM
• Маршрутизация, основанная на
ограничениях и CR-LDP
• Резюме
Возможные варианты архитектуры
перспективной мультисервисной сети
Верхние
уровни OSI
Приложения: речь, данные, видео,
мультимедиа
Уровень 3
IP
Уровень 2
ATM
SDH
Уровень 1
DWDM
DWDM [Dense Wavelength Division Multiplexing] – мультиплексирование по
длине волны высокой плотности (технология передачи информации)
Базовые положения технологии MPLS
1. Протокол многопротокольной коммутации меток (MPLS)
обеспечивает гарантированное качество обслуживания при передаче
пакетов в сетях IP
2. Вначале каждый маршрутизатор сети с технологией IP формирует
маршрутные таблицы, используя стандартные протоколы
маршрутизации (например, протокол OSPF [Open Shortest Path First]первоочередное открытие кратчайших маршрутов)
3. Каждому маршруту ставится в соответствие (генерируется) метка
(Label). Метка - это короткий кадр фиксированной длины,
физически связанный с IP – пакетом и имеющий значение
только для этого пакета.
4. Набор меток формирует определенный аналог виртуального
соединения, называемый «путем, коммутируемым метками» (Label
Switched Path)
5. Сформированный набор меток соответствует определенному набору
маршрутных таблиц. При изменении топологии сети IP изменяются
таблицы маршрутизации и должны быть изменены наборы меток
(механизм, ориентированный на топологию)
Новое поколение маршрутизаторов IP
ТРЕБОВАНИЯ:
• ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ИЗ-ЗА БЫСТРО
РАСТУЩЕЙ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МАГИСТРАЛЕЙ
(СРЕДСТВ ДОСТАВКИ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ: SDH
DWDM);
• ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГАРАНТИРОВАННОГО КАЧЕСТВА
ОБСЛУЖИВАНИЯ (КЛАСС ОБСЛУЖИВАНИЯ – Class of Service, CoS)
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПОВЫШЕНИЕ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАРШРУТИЗАТОРОВ IP:
•
ЗАМЕНА ПРОГРАММНОЙ ЛОГИКИ НА АППАРАТНУЮ;
•
ИЗМЕНЕНИЕ АРХИТЕКТУРЫ (ДВУХУРОВНЕВАЯ:
1.
ВЫЧИСЛЕНИЕ МАРШРУТА - ПРОГРАММНО;
2.
УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕДАЧЕЙ ПАКЕТОВ - АППАРАТНО);
•
УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МИКРОСХЕМ
Оптический уровень транспортной сети
IP, ATM, Data
SDH
1310 nm1550 nm
SDH уровень
Data
SDH
Data
SDH
Data
SDH
IP
IP
IP
ATM
ATM
ATM
15xx nm
DWDM уровень
SDH
Оптический концентратор информационных потоков
Нормированная
длина волны 
N x STM-x
M x IP
N x Data
Составная часть
оборудования DWDM
Что такое “Коммутация по меткам”?
Способы доставки информации из пункта А в пункт Б:
•Распределенная или Последовательная
маршрутизация:
Пакет, полученный маршрутизатором, снабжается меткой и направляется к
следующему маршрутизатору по маршруту, определяемому таблицей
маршрутизации. Два пакета, переданные одним источником некоторому
получателю, могут быть переданы по разным маршрутам.
Метка, приписанная к пакету, в каждом звене маршрута уникальна.
•Маршрутизация от источника:
Пограничный маршрутизатор (ПМ) домена MPLS устанавливает виртуальное
соединение «из конца в конец», пользуясь базой данных о возможных
маршрутах доставки информации к пункту назначения Б. Если в выбранном
маршруте имеется n звеньев, то ПМ формирует стек из n меток и передает
пакет по первому звену маршрута. После доставки пакета по звену i
соответствующая метка стирается из стека.
Вместо маршрутизации пакетов – коммутация
ячеек в домене MPLS
IP маршрутизаторы используют IP-адреса:
> Повторно собирают IP- дейтаграммы из ячеек
Хост (любое устройство,
подключенное к сети и
использующее протоколы
TCP/IP)
IP коммутаторы используют номера виртуальных
каналов АТМ:
 Коммутируются ячейки, переносящие сегменты IPпакетов;
 Не нужно повторно собирать IP-дейтаграммы;
 Повышается скорость доставки информации.
Пограничные маршрутизаторы
домена MPLS
Коммутация по меткам
• Для передачи информации от А к Б маршрутизатор
резервирует ресурсы сети (виртуальные каналы между
маршрутизаторами и коммутаторами в выбранном маршруте)
Маршрутизатор
пакетов
IP
IP
Коммутатор
меток
#L1
IP
Коммутатор
меток
#L2
#L1= идентификатор виртуального канала
Маршрутизатор
пакетов
IP
#L3
IP
Пример Стека Меток (Метки =явный или неявный заголовок Ур. 2)
1. Иерархия маршрутизации BGP/OSPF
B
2.
B
B
O
O
Стек меток
O
B
B
B
Частная виртуальная сеть (VPN): Верхняя метка используется в сети
общего пользования (Public Net)
L2 Header
Label 1
Label 2
…
Label n
IP
Header
TCP/UDP
Header
User
Payload
Транспортировка пакета на канальном уровне с помощью меток
Privat
e
Net A
Privat
e
Net B
Public/IS
P
Net
Метки имеют локальное значение; метки
изменяются на каждом участке маршрута
Privat
e
Net C
Privat
e
Net D
BGP (Border Gateway
Protocol) - пограничный
межсетевой протокол
OSPF (Open Shortest Path
First) - открытый протокол
«кратчайший путь первым»
Метки, используемые в других технологиях
доставки информации
Есть много примеров уже существующих протоколов
коммутации по меткам.
• ATM – метка называется VPI/VCI (Virtual Path Identifier/Virtual Channel
Identifier) и передаётся вместе с ячейкой.
• Frame Relay - метка называется DLCI [Data-Link Connection
Identifier], передаётся вместе с кадром.
• TDM [Time-division Multiplex] - метка называется временным
каналом.
• X.25 – меткой является номер логического канала LCN ([Logical
Channel Number].
Так что же такое MPLS ?
 Два варианта маршрутизации:
• Маршрутизация от источника;
• распределенная (последовательная)
маршрутизация для расставления меток.
 Для каждой технологии доставки
информации применяются собственные
метки.
 Это многоуровневое средство
коммутации по меткам.
Маршрутизация на границе, коммутация в ядре
ЯДРО СЕТИ
IP
IP
IP пересылка
#L1
IP
#L2
Коммутация по меткам
IP
#L3
IP
IP пересылка
Протокол распределения меток LDP

Пользователи LDP: LSR (Label Switch Router), которые обмениваются
сообщениями LDP.
Используется сеанс связи (сессия) LDP.

Сообщения LDP:
o
сообщения открытия / завершения сеанса связи
o
сообщения обнаружения для извещения LSR (“Привет”)
o
сообщения создания/удаления/изменения метки
o
уведомления об ошибках и советы

Сообщения обнаружения (соседнего LSR) основаны на UDP. Все
другие - на TCP.

Сообщения “Привет” посылаются на 646 порт UDP.

Сообщения открытия сеанса связи посылаются на 646 порт TCP.

В первой версии отсутствуют широковещание, доставка по нескольким
путям и QoS.
MPLS: как работает эта технология?
Время
UDP [User Datagram
Protocol]- протокол
передачи дейтаграмм
пользователя
UDP-"Привет”
UDP обеспечивает обмен
дейтаграммами без подтверждения
доставки
UDP- ”Привет”
TCP- ”Открытие”
Инициализация
Запрос метки
IP
TCP [Transmission Control Protocol] протокол транспортного и сеансового
уровней в Internet, обеспечивающий
надежную доставку потока по
установленному соединению
#L2
Время
Присвоение метки
Граф мультисервисной сети
В узлах графа –
коммутирующие
маршрутизаторы
Мультисервисная сеть с пограничными и
коммутирующими маршрутизаторами
Коммутирующие
маршрутизаторы
Трафик от других
сетей (к другим
сетям)
Пограничный
маршрутизатор
Звено
маршрута
Особенности технологии MPLS
• Придание новых свойств существующему
оборудованию ATM (если оно уже используется)
• Сверхскоростная пересылка
• IP трафик-инжиниринг (управление трафиком)
— Маршрутизация, основанная на ограничениях
• Частные виртуальные сети (VPN)
— Управляемый механизм туннелирования для трафика,
пересылаемого между виртуальными частными сетями (VPN)
• Передача голоса/видео по IP
— Минимизация колебаний задержки + ограничения, основанные
на требованиях к QoS
Туннелирование – процесс инкапсуляции протокольных блоков данных (PDU)
верхних уровней и их передачи с помощью кадров канального уровня
Цели трафик-инжиниринга
1.
Оптимизация качества услуг для пользователя:
 повышение производительности средств доставки;
•
 минимизация задержки;
•
 минимизация потери информации;
 минимизация колебаний задержки.
Эффективное распределение ресурсов оператора связи:
2.
 эффективное использование всех линий;
 балансировка нагрузки на параллельных путях;
 минимизация использования буферов
Существующие протоколы маршрутизации (например, RIP и
OSPF)
o
обеспечивают поиск самого короткого пути, который может
оказаться перегруженным.
3. Гарантия QoS: выбор путей, которые обеспечивают QoS.
4.
5.
Выполнение соглашений по уровню обслуживания.
Проведение определённой политики: маршрутизация на основе
ограничений = маршрутизация на основе QoS
Компоненты трафик-инжиниринга
1
2
Сигнализация и управление доступом
Формирование трафика
3
Контроль трафика
4
Маршрутизация
5
Планирование
6
Управление буфером
7
Текущий контроль трафика и обратная связь
Компоненты трафик-инжиниринга
(продолжение)
1. Сигнализация: Информирует сеть о трафике и QoS.
Управление доступом: сеть может отказать в выполнении запроса.
2. Формирование трафика: сглаживание пиков нагрузки
3. Контроль трафика: контроль выполнения пользователями
установленных правил
4. Маршрутизация: выбор пути, система приоритетов запросов,
преимущества, повторная оптимизация/закрепление, устранение
повреждений
5. Планирование: важность, система приоритетов, преимущества
6. Управление буфером: пороги сброса, приоритет сброса
7. Обратная связь: явная, неявная, расчёт стоимости / формирование
счетов,
контроль функционирования / планирование пропускной
способности
Потоки, тракты, LSP и линии
• Путь, коммутируемый по меткам (LSP) - это путь для всех пакетов с
одной и той же меткой
• Линия (связи) [link]: Та же метка + Exp (CoS – класс обслуживания)
• Поток (flow): Тот же MPLS + заголовок IP + заголовок TCP
• Тракт (trunk): группа потоков
4 байта
Линия подобна виртуальному пути (VP) в технологии ATM
TTL (Time to Live) – Время
жизни метки, 8 бит;
SI (Stack Identifier) Индикатор стека, 1 бит
(SI=1 - последняя метка в
стеке)
Label – метка, 20 бит
Лучший из двух способов коммутации
Коммутация
пакетов
IP
Коммутация
каналов
Сочетани
е
MPLS
+IP
ATM
• Сочетание MPLS + IP составляет “золотую середину”, которая соединяет
лучшие качества IP и лучшие качества технологий коммутации каналов .
Терминология в технологии MPLS
• LDP: Label Distribution Protocol (протокол распределения
меток)
• LSP: Label Switched Path (путь, коммутируемый по меткам –
путь для всех пакетов с одной и той же меткой)
• FEC: Forwarding Equivalence Class (класс эквивалентности
при доставке)
• LSR: Label Switching Router (маршрутизатор,
коммутирующий с помощью меток или транзитный
маршрутизатор MPLS)
• LER: Label Edge Router (пограничный маршрутизатор
меток) – полезный, но не стандартизованный термин.
Классы эквивалентности при доставке
(FEC)
LSR
LER
LSR
LER
LSP
IP1
IP1
IP1
#L1
IP1
#L2
IP1
#L3
IP2
#L1
IP2
#L2
IP2
#L3
IP2
IP2
Пакеты, предназначенные для различных сетей (с различными
адресными префиксами), могут передаваться по одному
общему пути
• FEC = “Совокупность пакетов, которая обрабатывается маршрутизатором одним
и тем же образом”.
• FEC разработан для увеличения гибкости и масштабируемости.
• При обычной маршрутизации пакет приписывается к некоторому FEC на каждом
участке маршрута (т.е. это функция третьего уровня), в MPLS это делается
только один раз на входе в сеть.
Путь коммутации по меткам
(простой)
#216
#14
#311
#99
#311
#963
#311
#963
#14
#612
#5
#462
#99
#311
- Простой LSP – это фактически часть дерева от каждого источника до
определённого пункта назначения (он однонаправленный).
- Простой LDP создает это дерево на основе существующих таблиц
маршрутизации IP для передачи управляющей информации.
MPLS построена на основе стандарта
IP
Пунк т
назн.
Выход
47.1
47.2
47.3
1
2
3
Пунк т
назн.
Выход
47.1
47.2
47.3
1
2
3
Пунк т
назн.
Выход
47.1
47.2
47.3
1
2
3
1 47.1
3
1
2
3
2
1
47.2
47.3 3
2
• Таблицы маршрутизации строятся на основе адреса пункта назначения
также, как в протоколах состояния канала OSPF, IS-IS, RIP и др.
IP пересылка при распределенной
маршрутизации
Пунк т
назн.
Выход
47.1 1
47.2 2
47.3 3
Пунк т
назн.
Выход
47.1
47.2
47.3
1
2
3
Выход
47.1
47.2
47.3
1
2
3
1 47.1
1
IP 47.1.1.1
2
IP 47.1.1.1
3
2
IP 47.1.1.1
1
47.2
47.3 3
2
IP 47.1.1.1
Пунк т
назн.
Распределение меток MPLS
Вх.
инт.
Пункт
назн.
Вых.
инт.
3
47.1 1
Вх.
инт.
Вх.
метка
Пункт
назн.
Вых.
инт.
3
0.50
47.1 1
Исх.
метка
0.40
Вх.
инт.
Вх.
метка
Пункт
назн.
3
0.40
47.1 1
Запрос: 47.1
Исх.
метка
3
0.50
1
47.3 3
1
1
Вых.
инт.
47.1
3
2
Присвоение: 0.40
2
47.2
2
Путь коммутации по меткам
(LSP)
Вх.
инт.
Пункт
назн.
Вых.
инт.
3
47.1 1
Вх.
метка
Пункт
назн.
Вых.
инт.
3
0.50
47.1 1
Исх.
метка
Вх.
инт.
Вх.
метка
Пункт
назн.
0.40
3
0.40
47.1 1
1
Исх.
метка
Вых.
инт.
47.1
3
0.50
1
3
1
47.3 3
2 IP 47.1.1.1
2
47.2
2
IP 47.1.1.1
Вх.
инт.
Маршрут=
{A,B,C}
Явно проложенный маршрут или ERLSP
#14
#972
#216
B
#14
A
C
#972
#462
Явный маршрут можно представить как
список участков маршрута (группу узлов
A,B,C).
- ER-LSP выбирает источник. Другими словами,
управляющее сообщение создания LSP (запрос метки)
посылается источником.
Явно проложенный LSP (ER-LSP)
Вх.
инт.
Пункт
назн.
Вых.
инт.
3
3
47.1.1 2
47.1
1
Вх.
инт.
Вх.
метка
Пункт
назн.
Вых.
инт.
3
0.50
47.1 1
Исх.
метка
Вх.
инт.
Вх.
метка
Пункт
назн.
0.40
3
0.40
47.1 1
Исх.
метка
Вых.
инт.
1
47.1
3
1.33
0.50
1
3
ER2
1
2
IP 47.1.1.1
47.3 3
47.2
2
IP 47.1.1.1
Альтернативный
маршрут
ER [Evident Route] – явный маршрут (выбираемый источником)
Достоинства ER-LSP
•Оператор получает гибкость маршрутизации
(на основе правил, на основе QoS);
•Кроме кратчайшего пути, могут использоваться
и другие (альтернативные) маршруты;
•Можно определять маршруты на основе
ограничений, точно таким же образом, как это
делается в АТМ на основе распределённой
базы данных топологии (трафик-инжиниринг)
Два варианта маршрутизации
В стандартах предложены два варианта
маршрутизации:
• CR-LDP;
• дополнения RSVP.
— CR-LDP = LDP + Явный маршрут
— Дополнения RSVP = Обычный RSVP + Явный
маршрут + Дополнения для масштабируемости.
CR = “Constraint” based “Routing”(маршрутизация на
основе ограничений)
RSVP [ReSerVation Protocol] – протокол
резервирования (ресурсов) был расширен, чтобы
обеспечить возможность запроса метки и ответа
План учебного пособия
• Обзор
• Инкапсуляция меток
• Протоколы распределения меток
• MPLS и ATM
• Маршрутизация, основанная на
ограничениях и CR-LDP
• Резюме
Инкапсуляция меток
Ур.2
ATM
Метка VPI VCI
FR
Ethernet
DLCI
“Промежуточная метка”
Ур.3
PPP
“Промежуточная
метка”
…….
IP | Полезная информация
Инкапсуляция MPLS определена для различных
технологий доставки. Верхние метки могут
использовать существующий формат, нижняя метка (и)
использует (ют) новый “промежуточный” формат
метки.
Протоколы канального уровня
MPLS
• MPLS предназначена для работы с множеством протоколов канального уровня
• В настоящее время существуют спецификации для следующих протоколов
канального уровня:
• ATM: метка содержится в полях VCI/VPI заголовка ячейки ATM
• Frame Relay: метка содержится в поле DLCI заголовка кадра FR
• PPP/LAN: используется “промежуточная” метка,
которая вставляется между заголовками Ур. 2 и Ур. 3
Необходимо обеспечить согласование между различными протоколами
канального уровня
MPLS разработана для обеспечения “многопротокольности”
как на нижних, так и на верхних уровнях
PPP (Point-to-Point Protocol) – протокол двухточечной передачи (входит в стек
TCP/IP и обеспечивает установление соединения, дуплексный обмен данными и
завершение связи; применяется для передачи IP-пакетов по коммутируемым и
выделенным каналам)
Инкапсуляция меток MPLS - ATM
ATM LSR ограничены форматом ячейки, установленным существующими стандартами AT
5 байт
Формат
заголовка
ячейки ATM
VPI
Вариант 1
Вариант 2
VCI
PT
CLP
HEC
Метка
Метка
Объединённая Метка
Вариант 3 ATM VPI (Туннель)
Метка
AAL 5 Кадр PDU(nx48 байт)
n
•••
1
SAR
Групповая инкапсуляция меток
(формат PPP/LAN)
Заголовок сетевого уровня
и пакет (например, IP)
Концевик AAL5
ATM
48 байт
48 байт
Заголовок ATM
Полезная информация ATM
SAR [Segmentation and Reassembly] – подуровень
сегментации и сборки технологии ATM
• 1 или 2 верхние метки содержаться в полях VPI/VCI заголовка ATM
- по одной в каждом поле или единственная метка в объединённом поле, образованном
протоколом LDP;
• Следующие поля в стеке меток кодируются с помощью промежуточного заголовка в формате
PPP/LAN:
- должен быть по крайней мере один такой заголовок,
при этом нижняя метка отмечается с помощью “явного нуля”;
• Время жизни метки (TTL) переносится в верхней метке стека, в качестве “доверенности” для
заголовка ячейки ATM (который не имеет TTL).
•••
Инкапсуляция MPLS - Frame Relay
Заголовок
Q.922
Групповая инкапсуляция меток
(формат PPP/LAN)
n
DLCI
C/ E
R A
DLCI
•••
FE BE D E
CN CN E A
Заголовок уровня 3 и пакет
1
Размер DLCI = 10, 16, 23 бит
• Текущее значение метки переносится в поле DLCI заголовка Frame
Relay;
• Можно использовать либо 3-х, либо 4-х байтовый адрес Q.922 (поле
DLCI- 16 либо 23 бит);
• Групповая инкапсуляция содержит n меток для стека глубиной n
- верхняя метка содержит TTL (которое отсутствует в заголовке
DLCIFR),
[Data Link Connection Identifier]-идентификатор виртуального канала
значение метки – “явный ноль”.
С/R-команда/ответ
EA [Extended Address] – расширенный адрес
DE, FECN, BECN – используются протоколом для управления трафиком и поддержки
качества обслуживания по ВК
Инкапсуляция меток MPLS –
Каналы LAN и PPP
“Промежуточные” заголовки MPLS (1-n)
n
•••
1
Заголовок Ур. 2
(напр., PPP, 802.3)
Заголовок Ур.3
и пакет (напр., IP)
4 байта
Формат
метки стека меток
Label
Label:
Exp.:
SI:
TTL:
Exp.
SI
TTL
Значение метки, 20 бит (0-16 зарезервированы);
Experimental – Экспериментальное поле, 3 бита (CoS – класс обслуживания);
Индикатор стека, 1 бит (SI=1 - последняя метка в стеке);
Time to Live – Время жизни метки, 8 бит
• Сетевой уровень должен вытекать из значения нижней метки стека;
• Когда пакету впервые присваивается метка, то TTL присваивается значение поля TTL IP;
• Когда последняя метка покидает стек, поле TTL MPLS копируется в поле TTL IP;
• Передача множества меток может привести к тому, что длина кадра превысит максимальный
размер передаваемого кадра уровня 2;
- LSR должен контролировать такой параметр, как “Максимальный размер IP–дейтаграммы при
присвоении меток”;
- любая непомеченная дейтаграмма большего размера, чем этот параметр, должна быть разбита на
части (фрагментирована).
MPLS на каналах PPP и LAN использует “промежуточный” заголовок,
который вставляется между заголовками Ур. 2 и Ур. 3
План учебного пособия
• Обзор
• Инкапсуляция меток
• Протоколы распределения
меток
• MPLS и ATM
• Статус IETF
• Резюме
Протоколы распределения
меток
• Обзор последовательной и явной
маршрутизации
• Протокол распределения меток (LDP)
• LDP для маршрутизации основанной на
ограничениях (CR-LDP)
• Дополнения к RSVP (протоколу резервирования
ресурсов)
• Дополнения к BGP (Border Gateway Protocol) усовершенствованный межсетевой протокол,
основанный на опыте использования протокола EGP
в магистральной сети NSFNET
Сравнение последовательной и явной
маршрутизации (от источника)
Последовательная маршрутизация
• Распределённое управление
маршрутизацией.
• Создаётся список деревьев, состоящих из
различных участков маршрута, который
упорядочивается либо случайным
образом, либо по убыванию, либо по
возрастанию приоритета.
• Перемаршрутизация при повреждениях
зависит от времени сходимости
протокола маршрутизации
• Существующие протоколы
маршрутизации базируются на префиксе
пункта назначения.
• Трудно осуществлять трафик-инжиниринг
и маршрутизацию, учитывающую QoS.
Явная маршрутизация
• Управляющие сообщения маршрутизации
генерируются источником.
• Путь прокладывается от источника до
пункта назначения.
• Требуется ручной ввод маршрута или
механизмы автоматического задания
маршрута.
• Для скорейшего восстановления LSP могут
ранжироваться, что обеспечивает очень
быструю перемаршрутизацию и/или
предварительно могут задаваться
резервные пути.
• Оператор имеет гибкость маршрутизации (на
основе правил, на основе QoS)
• Хорошо подходит для трафик-инжиниринга
Явная маршрутизация открывает огромные перспективы для
трафик-инжиниринга
Сравнение явной маршрутизации MPLS и
обычной маршрутизации
• IP по своей природе не требует установления соединения, так как маршрутизация
осуществляется на основе информации, содержащейся в заголовке каждого
пакета.
• Маршрутизация от источника возможна, но путь должен быть указан в заголовке
каждого IP пакета.
• Протяжённые пути увеличивают длину заголовка IP, делают эту длину
переменной, увеличивают соотношение служебной и полезной информации.
• Маршрутизация от источника не адоптирована для IP и трудно реализуема на
практике.
• Некоторые операторы сетей могут отфильтровывать пакеты, маршрутизируемые
от источника, в целях безопасности.
• MPLS допускает использование маршрутизации от источника (Source Routing)
благодаря своим возможностям установления соединений
- соединения могут быть явно установлены через всю сеть
- при этом метки обозначают явно проложенный путь
• Может поддерживаться распределенная и строгая маршрутизация от источника
Технология MPLS позволяет использовать маршрутизацию от источника
для информационного обмена в Internet
Протоколы распределения
меток
• Обзор последовательной и явной
маршрутизации
• Протокол распределения
меток (Label Distribution
Protocol, LDP)
• LDP для маршрутизации, основанной на
ограничениях (“Constraint” based
“Routing”, CR-LDP)
• Дополнения к RSVP
• Дополнения к BGP
Протокол распределения меток (LDP) назначение
Распределение
меток обеспечивает наличие у смежных маршрутизаторов
общего отображения привязки меток к FEC (классу эквивалентности при доставке)
Таблица маршрутизации:
Таблица маршрутизации:
Адр. префикс След.
участок
47.0.0.0/8
LSR2
Адр. префикс След. участок
47.0.0.0/8
LSR3
LSR1
IP пакет
LSR2
LSR3
47.80.55.3
Информационная база
меток:
Вх. метка FEC Исх.
метка
XX
47.0.0.0/8 ‘17‘
Шаг3: LSR помещает значение
метки в базу пересылки
Для 47.0.0.0/8
используй метку ‘17’
Информационная база
меток :
Вх. метка FEC Исх.
метка
Шаг 2: LSR сообщает об этой 17
XX
Шаг47.0.0.0/8
1: LSR привязывает
значение
привязке смежному LSR
метки к FEC
Все должны понимать, к какому FEC относится данная метка!
Процедура распределения меток может функционировать либо поверх существующих
протоколов маршрутизации, либо на основе протокола распределения меток (LDP),
которому и посвящён данный раздел.
Способы распределения меток
Распределение меток может осуществляться одним из двух возможных способов
Нисходящее распределение меток
LSR1
Привязка: Метка-FEC
LSR2
Нисходящее распределение
меток
по требованию LSR2
LSR1
Запрос привязки метки к FEC
• Говорят, что LSR2 и LSR1 имеют “Смежность
Привязка: Метка-FEC
LDP” (LSR2 является “нижним” LSR);
• LSR1 определяет, что LSR2 является
• LSR2 определяет ‘ближайший
ближайшим маршрутизатором для
маршрутизатор’
некоторого FEC;
для каждого FEC;
• Посылается запрос в сторону LSR2 для
• LSR2 генерирует метку для FEC и сообщает о
привязки метки к FEC;
данной привязке LSR1;
• Если LSR2 распознаёт этот FEC и знает для
• LSR1 помещает эту привязку в свои таблицы
него ближайший маршрутизатор, то он
маршрутизации;
создаёт привязку и посылает её LSR1;
• Если LSR2 является ближайшим
• После этого оба LSR достигают полного
маршрутизатором для данного FEC, то LSR1
взаимопонимания.
может использовать эту метку, зная , что её
значение известно.
Оба способа могут применяться одновременно в одной и той же сети.
Для каждых двух смежных маршрутизаторов протокол LDP производит согласование
способов распределения меток с целью определения одного общего способа.
Создание копии дерева кратчайших
путей в аппаратуре в нисходящем
режиме
#216
D
#963
#14
#612
D
#5
D
#14
#311
#99
#311
#963
#311
D
D
D
D
D
#99
#311
#462
Создание копии дерева кратчайших путей в
аппаратуре в нисходящем режиме по
требованию
#216
D
#14
#311
#99
#311
#963
#311
D?
#963
D?
#14 D
D?
#612
D
D?
#5
D
D?
D
#99
D
D?
D?
D?
D
#311
D
#462
Управление распределением:
независимое или упорядоченное
Соединение MPLS устанавливается в виде соответствия,
установленного между FEC соседних участков маршрута и
входящими и исходящими метками
Входящая
метка
Независимое управление
LSP
Определение
•
Сравнение
•
•
•
• Каждый LSR принимает независимое
решение о том, когда генерировать метки и
когда их передавать “верхним”
маршрутизаторам;
• Передача привязки “Метка-FEC”
осуществляется один раз для ближайшего
маршрутизатора, который был определён;
• LSP устанавливается по входящей и
исходящей меткам.
Обмен метками происходит с меньшими
задержками
Не зависит от выходного узла
Степень детализации может меняться от узла к
узлу
Может потребоваться отдельный метод
обнаружения/уменьшения петель
Соседний участок маршрута
(для FEC)
Исходящая
метка
Упорядоченное управление LSP
• Привязка “Метка-FEC” передаётся, если:
- LSR является выходным LSR для данного
FEC
- привязка метки была получена от”верхнего”
LSR
• Установление LSP происходит от выхода к входу
• Требуется большая задержка перед началом
передачи пакетов по LSP
• Зависит от выходного узла
• Механизм обеспечения постоянной степени
детализации и устранения петель
• Используется для явной маршрутизации и
широковещания
Оба метода стандартизованы и полностью совместимы
Независимый режим
#216
D
#963
#14
#612
D
D
#5
D
#99
D
#14
#311
#99
#311
#963
#311
D
D
D
#311
#462
Методы сохранения меток
Один LSR может принимать
привязки меток от множества LSR
LSR1
Привязка
для LSR5
LSR5
Привязка для LSR5
Некоторые привязки могут
поступать от LSR , которые не являются
ближайшими для данного FEC
Привязка
для LSR5
Либеральное сохранение меток
Привязки меток
для LSR5
Метки LSR4
Метки LSR3
Метки LSR2
LSR2
LSR2
LSR3
LSR4
Консервативное сохранение меток
Привязки меток
для LSR5
LSR1
LSR3
LSR4
Действующий
ближайший маршрутизатор
• LSR сохраняет привязки, полученные от
действующего ближайшего маршрутизатора и от
других LSR
• При потере ближайшего маршрутизатора LSR1
может немедленно начать использование привязок
от других LSR
• Обеспечивает более быструю адаптацию к
изменениям маршрутов
• LSR должен хранить гораздо больше меток
LSR2
LSR1
Метки LSR4
Метки LSR3
Метки LSR2
LSR3
LSR4
Действующий
ближайший маршрутизатор
• LSR сохраняет только привязку, полученную от
действующего ближайшего маршрутизатора
• При потере ближайшего маршрутизатора
необходимо запрашивать привязку у нового
ближайшего маршрутизатора
• Ограничивает возможности адаптации к
изменениям маршрутов
• LSR должен хранить меньше меток
Использование определённого метода сохранения меток зависит от того, что требуется – экономия
или быстрая адаптация к изменениям маршрутов
Режим либерального сохранения
меток
Эти метки сохраняются на
случай, если они
понадобятся в аварийной
ситуации
#216
D
D
#422
#622
#963
#14
#612
D
D
#5
D
#99
D
D
D
D
#311
D
#462
Режим консервативного сохранения
меток
Эти метки
уничтожаются в
момент их приёма
#216
D
D
#422
#622
#963
#14
#612
D
D
#5
D
#99
D
D
D
D
#311
D
#462
Протоколы распределения
меток
• Обзор последовательной и явной
маршрутизации
• Протокол распределения меток (LDP)
• LDP для маршрутизации,
основанной на ограничениях
(CR-LDP)
• Дополнения к RSVP
Установление LSP с учётом
ограничений при использовании LDP
• При установлении LSP используются сообщения LDP
(запрос, присвоение, уведомление);
• В одном интерфейсе совместно используются соединения
TCP и LDP;
• LSP может сосуществовать с простым LDP и
взаимодействовать с ним, или может существовать
самостоятельно;
• При установлении LSP вводятся дополнительные
данные в сообщения простого LDP для сигнализации
при создании явного маршрута (ER).
Установление соединения ERLSP с использованием CR-LDP
2. Запрос обработан и определён
1.
6. После принятия LER A
5. LSR C принимает метку для
сообщения ”Присвоение
метки” – соединение по ER
установлено .
LER A
Входной
маршрутизатор
3. Окончание
запроса
следующий узел. Список
маршрута изменён до <C,D>
Сообщение“Запрос
метки”. Оно содержит
явный маршрут (ER)
< B,C,D>
использования при передаче
данных к LER D. Таблица
меток обновлена.
LSR B
4. Генерируется
сообщение
”Присвоение метки”.
LSR C
Путь, коммутируемый по меткам,
установленный по явному маршруту (ER-LSP)
LER D
Выходной
маршрутизато
р
Взаимодействие LDP/CR-LDP
Вставка {A,B,C} пограничного маршрутизатора (ER)
#216
#99
A
#311
B
C
#14
#612
#462
#5
LDP
CR-LDP
- Можно взять запрос метки простого LDP, позволить ему
дойти до границы ядра, затем на границе ядра вставить
список участков маршрута пограничного маршрутизатора
(A,B,C). Далее, до дальней границы ядра, будет действовать
CR-LDP.
Дополнения к основным сообщениям
LDP
• LSPID: Уникальный идентификатор туннеля (пути)
внутри сети с технологией MPLS.
• ER: Явный маршрут. Как правило, список адресов IPv4
формируется с помощью сообщения “Запрос метки”
(при маршрутизации от источника [Source Routing]).
• Класс ресурса (цвет): для того, чтобы привязать
маршрут только к линиям определённого цвета. Как
правило, для расчёта характеристик маршрута с учётом
ограничений используется 32-х битная маска.
• Параметры трафика: определяют обработку и
резервирование ресурсов, как и при установлении
соединения в сети с технологией ATM.
Параметры трафика CR-LDP
U F
Флаги
Параметры
трафика TLV
Частота
Длина
Резерв
Вес
Пиковая скорость передачи данных (PDR)
Флаги обеспечивают согласование
параметров.
Частота ограничивает возможные
колебания задержки.
Согласованная скорость передачи данных
(CDR)
Вес – относительный вес (доля) CRLDP
при совместном
использовании канала.
Согласованный размер пакета (CBS)
(PDR +PBS) – характеризуют
Избыточный размер пакета (EBS)
максимальную скорость, с которой
трафик может передаваться по CRLSP.
Пиковый размер пакета (PBS)
32-х битные поля – короткие числа с
плавающей запятой, установленные IEEE
Путём выбора соответствующих значений
можно задействовать или не задействовать
любой параметр
TLV (Type, Length, Value) – тип, длина, значение
Согласованные параметры
(CDR+CBS) – определяют скорость,
установленную в домене MPLS для
передачи информации по CR-LSP.
Избыточный размер пакета (EBS) –
определяет размер пакета, при котором
трафик, передаваемый по CR-LSP,
превышает согласованную скорость
Дифференцированные услуги (DS) в Internet
• Концепция предоставления дифференцированных услуг
(Differentiated Services, DS) состоит в долговременной поддержке
передачи трафика с предсказуемыми параметрами (задержкой,
пропускной способностью, потерями пакетов)
• Отличие в предоставлении DS от интегрированных услуг (Integrated
Services, IS) состоит в том, что при предоставлении DS обеспечивается
масштабируемое разделение трафика без необходимости выделения
потоков и обмена сигнальными сообщениями при каждом переходе из
одного домена сети в другой (домен – одна или несколько сетей с
единым административным управлением)
• Центральный компонент DS – соглашение об уровне услуги (Service
Level Agreement, SLA)
• При работе с DS трафик Internet разбивается на различные классы
обслуживания с различными требованиями к QoS, группы пользователей
закрепляются за соответствующими классами
Дифференцированные услуги (DS) в Internet
•Для использования DS, предусмотренных SLA, в сети
должны быть реализованы механизмы:
- установки битов в байте DS (поле TOS [Type of Service] в
заголовке протокола IPv4 или поле класса трафика в IPv6),
на основании которых в сети определяются
административные границы;
- использования битов DS для определения способа
обработки этих пакетов маршрутизаторами внутри сети;
- создания условий для прохождения отмеченных пакетов в
заданных сетевых границах в соответствии с
требованиями QoS для каждого класса обслуживания.
Характеристика CR-LSP: Пиковая скорость
• Это максимальная скорость, с которой трафик
может передаваться по CR-LSP.
• Определяется “ведром с жетонами” с помощью
параметров:
— Пиковая скорость передачи данных (Peak Data Rate, PDR)
— Пиковый размер пакета (Peak Burst Size, PBS)
• Эта характеристика полезна при распределении
ресурсов.
• Если в сети для распределения ресурсов
используется пиковая скорость, то пограничная
функция сети должна регулировать эту пиковую
скорость.
Характеристика CR-LSP:
Согласованная скорость
• Это скорость, установленная в домене MPLS
для передачи информации по CR-LSP.
• Определяется “ведром с жетонами” с
помощью параметров:
— Согласованная скорость передачи данных (Conform Data Rate,
CDR);
— Согласованный размер пакета (Conform Burst Size, CBS).
• Согласованная скорость – это полоса
пропускания, которая должна быть
зарезервирована для CR-LSP.
• CDR = 0 - имеет смысл; CDR = + - нет
• CBS описывает пакетные данные , которые
могут передаваться по CR-LSP
Характеристика CR-LSP:
Избыточный размер пакета
(EBS)
• Характеризует величину пакета, при которой
трафик, передаваемый по CR-LSP, превышает
согласованную скорость передачи.
• Определён в качестве дополнительного предела
для согласованной скорости “ведра с жетонами”.
• Может быть полезен при резервировании
ресурсов.
• Если в сети для распределения ресурсов
используется параметр «избыточный размер
пакета», то пограничная функция сети должна
регулировать этот параметр и, возможно,
EBSмаркировать
(Excess Burst Size) –или
избыточный
размер пакета
сбрасывать
пакеты.
Характеристика CR-LSP: Частота
• Устанавливает, как часто необходимо задавать
согласованную скорость для CR-LSP.
• Определяется с учётом “степени детализации”
распределения скорости.
• Ограничивает колебания задержки, которую
может вносить сеть.
• Ограничивает размер буфера, который может
использовать LSR.
• Значения частоты:
— Очень часто: в буфере может находиться не более одного
пакета
— Часто: в буфере могут находиться только несколько пакетов
— Не определено: допускается любой объём буферизации
Характеристика CR-LSP: Вес
• Определяет вес CR-LSP в “алгоритме
относительной доли” полосы пропускания
• CR-LSP с бóльшим весом получают бóльшую
относительную долю “избыточной полосы
пропускания”.
• Значения:
— 0 — вес не определён;
— 1-255 — веса; чем больше число, тем больше вес.
• “Относительная доля” – это специальный
сетевой термин.
Флаги согласования
Резерв
Ф6
Ф5
Ф4
Ф3
Ф2
Ф6 - Флаг согласования веса
Ф5 - Флаг согласования EBS
Ф4 - Флаг согласования CBS
Ф3 - Флаг согласования CDR
Ф2 - Флаг согласования PBS
Ф1 - Флаг согласования PDR
Ф1
Если параметр отмечен флагом, как
предназначенный для согласования, то
LSR могут заменить значение этого
параметра меньшим значением в
сообщении запроса метки. LSR узнают
эти согласованные значения из
сообщения присвоения метки
Запрос метки – возможное нисходящее согласование
Присвоение метки – без согласования
Приоритет CR-LDP
CR-LSP несёт в себе приоритет LSP. Этот
приоритет может использоваться для того, чтобы
позволить новым LSP ”выталкивать”
существующие LSP с более низким приоритетом,
чтобы завладеть их ресурсами.
Это особенно полезно во время неисправностей и
позволяет ранжировать LSP таким образом, что
наиболее важные из них получают ресурсы
раньше, чем менее важные LSP.
Различают Приоритет установления и Приоритет
удержания, предусмотрено 8 уровней приоритета.
Использование приоритета CR-LDP
После установления LSP его Приоритет
установления сравнивается с
Приоритетом удержания существующих
LSP, любые из них с меньшим
Приоритетом удержания
“выталкиваются”, в случае
необходимости, чтобы захватить их
ресурсы.
Этот процесс продолжается по принципу
домино, пока LSP с самым низким
Приоритетом удержания не разрушаются
или не получают самые плохие
Пример Приоритетного выталкивания
Маршрут =
{A,B,C}
#216
B
#14
A
C
#972
#462
Низкий
приоритет
БД топологии для выталкивания
Используемая
полоса
полоса
Неиспользуемая
полоса
Вся полоса в интерфейсе
Высокий
приоритет
База данных топологии позволяет “видеть” до 8 уровней
полосы пропускания, в зависимости от приоритета
установления LSP. Используется вся “видимая” полоса
пропускания.
Самый высокий приоритет “видит” всю полосу
пропускания и освобождает все нижележащие уровни до
самого низкого приоритета, который “видит” только
неиспользуемую полосу пропускания.
Состояние CR-LDP
• Возможность взаимодействия
продемонстрирована в ноябре 1998 г.
фирмами
Nortel Networks, Ericsson, GDC
• Дополнения к CR-LDP в настоящее время
предложены для:
- Регулирования полосы пропускания (AT&T)
при
широковещании
• Исходный код для PDU (протокольных блоков
данных) общедоступен по адресу:
www.NortelNetworks.com/mpls
CR = “Constraint” based “Routing”(маршрутизация на основе ограничений)
Протоколы распределения
меток
• Обзор последовательной и явной
маршрутизации
• Протокол распределения меток (LDP)
• LDP для маршрутизации, основанной на
ограничениях (CR-LDP)
• Дополнения к RSVP
Установление ER-LSP при использовании
протокола RSVP
2. Установление нового пути.
Сообщение о пути посылается к
следующему узлу
1. Сообщение о пути (Path).
Содержит путь между LER
<
B,C,D>
4. Новое резервирование.
Сообщение Resv
распространяется в обратном
направлении
5. Соединение между LER
устанавливается после
получения LER A
сообщения Resv.
LER A
LSR B
Сообщения Path и Resv
на каждом участке
регенерируются, если
они не подавлены
LSR C
Сообщения Path и Resv
на каждом участке
регенерируются, если
они не подавлены
3. Генерируется сообщение
резервирования (Resv). Содержит
метку и требуемые параметры
трафика/QoS.
Сообщения Path и Resv
на каждом участке
регенерируются, если
они не подавлены
LER D
План учебного пособия
• Обзор
• Инкапсуляция меток
• Протоколы распределения меток
• MPLS и ATM
• Маршрутизация, основанная на
ограничениях и CR-LDP
• Резюме
MPLS и ATM
• Различные режимы работы:
—Управляемый метками ATM
—Туннелирование в ATM
—Работа с ATM в режиме “Корабли
в ночи”
• Объединение в ATM:
—Объединение VC
—Объединение VP
MPLS и ATM
Различные модели реализации MPLS поверх ATM:
1. Управляемый метками ATM:
•Для коммутации по меткам используется оборудование ATM
•Программное обеспечение ATM Форума заменяется на
IP/MPLS
IP маршрутизация
MPLS
Оборудование
ATM
1. Управляемый метками ATM
• Коммутация по меткам используется для пересылки пакетов сетевого уровня
• Достигается сочетание быстрого, простого способа пересылки ячеек ATM с
маршрутизацией сетевого уровня и управлением средствами стека протоколов
TCP/IP
Топология
коммутируемого
пути создаётся с помощью
маршрутизации сетевого
уровня
(т.е. применяется TCP/IP)
BGP [Border Gateway Protocol] пограничный
межсетевой протокол (усовершенствованный
внешний шлюзовой протокол, основанный на
опыте использования протокола EGP в
магистральной сети NSFNET)
Маршрутизация
сетевого
уровня
(напр. OSPF, BGP4)
Маршрутная таблица Маршрутная
таблица
B 17
Порт
A
Маршрутизатор с функциями
коммутации по меткам
C 05
•
•
•
Метка
C
Метка
IP пакет
17
B
D
IP пакет
05
Пакеты передаются
при помощи коротких меток
фиксированной длины,
(т.е. применяется ATM)
Коммутационное поле
Коммутация по меткам в ATM – это сочетание маршрутизации (Ур.3) и коммутации ATM (Ур
2. MPLS поверх ATM
MPLS
MPLS
L
S
R
Сеть с
технологией
ATM
L
S
R
Две модели
VP
VC
Интернет-проект:
<Передача номера VC по звену ATM>
3. Корабли в ночи
Ур. 3
L
S
R
Ур. 2
ПО
ATM
MPLS
• Обе плоскости управления (ATM
Форума и MPLS) функционируют,
используя одни и те же аппаратные
средства, но они не взаимодействуют.
• Это позволяет одному устройству
одновременно управлять и LSR MPLS
и коммутатором ATM.
• Это важно для миграции технологии
MPLS в сеть с технологией ATM.
ATM
LSR (A)
L
S
R
Ур. 3
ПО
ATM
Ур. 2
Сеть
LSR (B)
AAL5
AAL5
ATM
ATM
PL
PL
Сетевые протоколы
Требования, предъявляемые к
варианту “кораблей в ночи”
• Управление ресурсами:
—Разбиение пространства VPI,VCI
—Управление трафиком:
–Резервирование полосы пропускания
–Управление доступом
–Формирование очередей и
управление очередями
–Формирование/контроль трафика
— Производительность обработки
(управление пропускной способностью)
Управление пропускной
способностью
A. Полное разделение
B. Протокольное разделение C. Разделение по услугам
MPLS
Производительност
ь портов
Пул 1
•MPLS
•ATM
Пул 1
•50%
•ATM
MPLS
Доступно
ATM
Доступно
Пул 2 ATM
•50%
•rt-VBR
Доступно
MPLS
Пул 1
•50%
•rt-VBR ATM
•CoS2
Доступно
MPLS
Пул 2
•50%
•nrt-VBR ATM
•CoS1
Доступно
CoS (Class of Service)– класс
обслуживания (вид услуг,
предоставляемых
пользователю)
• Гарантии предоставления полосы пропускания
• Гибкость
•
Объединение потоков ячеек ATM в одном
LSP
Возможность соединения “многоточка-точка”.
• Мотивация:
—Объединение потоков для достижения
масштабируемости MPLS:
– S(n) виртуальных каналов (VC) при Объединении
в противоположность S(n2) при полной сетке;
– Требуется меньше меток, чем K=216(VCI) 212(VPI)
при “чистой” ATM
—Уменьшается количество входящих VC в оконечных
устройствах
1 1 1
2 2 2
3 3
1
2
3
7
7 7 7 7 7 7 7 7
Объединение потоков
Коммутатор
Входящие потоки ячеек
1 1 1
2 2 2
3 3
Входы Выходы
1
2
3
7
6
9
7 7 7
6 6 6
9 9
ОбъединениеVC отсутствует (Nвх--Nвых)
Входящие потоки ячеек
1 1 1
2 2 2
3 3
Входы Выходы
1
2
3
7
7
7
7 7 7 7 7 7 7 7
Проблема чередования ячеек AAL5
7 7 7 7 7 7 7 7
Без чередования
ячеек
Объединение VC: (от Nвходов – к Одному выходу)
Объединение VC с помощью
выходного буфера
Буферы сборки
VCi
Выходной буфер
VCj
Объединение
VCk
VCm
Объединение VP
Вариант 1: Динамическое присвоение VCI
VCI=1
VCI=2
VPI=1
Проблема чередования ячеек
отсутствует, так как VCI уникален
VCI=1
VCI=2
VPI=2
VCI=3
VPI=3
Вариант 2: Изначально
присвоенный VCI
VCI=3
– Множество виртуальных путей (VP) объединяются в один VP
– Для распознавания кадров используются разные VCI внутри VP
– Пространство VPI/VCI используется менее эффективно
План учебного пособия
• Обзор
• Инкапсуляция меток
• Протоколы распределения меток
• MPLS и ATM
• Маршрутизация,
основанная на
ограничениях и CR-LDP
• Резюме
Поток пакетов IP движется по дереву до пункта
назначения при использовании обычной
маршрутизации
Пункт
назначени
я = a.b.c.d
Пункт
назначени
я
= a.b.c.d
Пункт
назначени
я
= a.b.c.d
- Протокол IP будет перегружать лучшие пути и
плохо использовать менее выгодные пути.
Простой LDP
#216
#963
#14
#612
#5
#462
#99
#311
- Сверхскоростная коммутация с простой пересылкой
- Поток, коммутируемый метками, движется по тому же маршруту,
что и обычный поток IP
- Так же, как и IP, простой LDP будет перегружать лучшие пути
и плохо использовать менее выгодные пути.
Путь коммутируемый по меткам (два типа)
#216
#427
#819
#77
#18
#963
#14
#612
#5
#462
#99
#311
Два типа путей, коммутируемых по меткам:
• Путь, проложенный с использованием распределенной
(последовательный) маршрутизации (“простой” LDP)
• маршрутизация от источника (LDP+”ER”)
Маршрутизация CR-LDP
•
CR = “Constraint” based “Routing”(маршрутизация на основе ограничений)
•
Например, используются :
(линии с достаточными ресурсами) И
(“разноцветные” линии) И
(линии с задержкой менее 200 мс)
И
=
И
Требуемые составные части для
маршрутизации на основе
ограничений
1) Распределённая база данных, в которой содержатся характеристики линий
ОТВЕТ: OSPF/IS-IS + хар-ки {a,b,c}
{a,b,c}
z
c
b
a
{a,b,c}
z
2) Протокол распределения меток (LDP), который идёт по указанному пути.
ОТВЕТ : LDP + Явный маршрут{x,y,m,z}
x
y
m
z
План учебного пособия
• Обзор
• Инкапсуляция меток
• Протоколы распределения меток
• MPLS и ATM
• Маршрутизация основанная на
ограничениях и CR-LDP
• Резюме
Резюме о мотивации в пользу
• Упрощённая MPLS
пересылка, основанная на использовании меток фиксированной
длины
- толчком для разработки MPLS послужило наличие экономичных, быстрых коммутаторов ATM
• Разделение маршрутизации и пересылки в IP сетях
- способствует развитию методов маршрутизации (Ур. 3) путём установления метода
пересылки (Ур. 2)
- новые функциональные возможности маршрутизации могу быть внедрены без изменения
методов
пересылки в каждом маршрутизаторе Internet
• Способствует интеграции ATM и IP
•
- позволяет операторам сохранить их огромные инвестиции в оборудование ATM
- решает проблему смежности в сетке VC в ATM
Позволяет использовать в IP сетях явную маршрутизацию/маршрутизацию от источника
- может быть использована для управления трафиком, маршрутизация с гарантированным QoS
• Способствует разделению выполняемых функций внутри сети
- обеспечивает детальную обработку пакетов до границы; ограничивает пересылку пакетов
через ядро
- способствует поддержанию масштабируемости IP протоколов в больших сетях
• Повышает масштабируемость маршрутизации за счёт создания стека меток
- снимает необходимость в наличии полных таблиц маршрутизации во внутренних
маршрутизаторах
транзитной области; обязательными остаются только маршруты до пограничных
маршрутизаторов
Существует много средств для скоростной и сверхскоростной пересылки по технологии MPLS
• Совместима с протоколами канального уровня, основанными как на передаче
Интеграция IP и ATM
IP по VC ATM
• Облако сети ATM невидимо для маршрутизации 3 уровня
IP по MPLS
• Сеть ATM видима для маршрутизации 3 уровня
• Полная сетка VC внутри облака ATM
• Возможен только один путь между пограничными
маршрутизаторами
• Возможно много путей между пограничными маршрутизаторами
• Возможна разработка иерархической сети
• Изменение топологии приводит к обновлению
многих маршрутов
• Уменьшается трафик обновления маршрута и
затраты производительности на его обработку
• Алгоритм маршрутизации стал более сложным
MPLS устраняет “n 2 ” - проблему IP с помощью VC ATM
Трафик-инжиниринг
B
C
Требование
A
D
Трафик-инжиниринг - это процесс отображения требований на передачу трафика на топологии се
B
Топология
сети
A
C
D
Цель трафик-инжиниринга:
•
•
•
•
•
Максимальное использование линий и узлов во всей сети
Управление линиями для достижения требуемой задержки, качества обслуживания
Распределение трафика по линиям сети, минимизация влияния повреждений на отдельных участках се
Создание достаточного количества резервных линий для перемаршрутизации трафика при поврежден
Выполнение правил, установленных оператором сети
Трафик-инжиниринг  ключ к оптимизации затрат/эксплуатационных показателей
Варианты трафик-инжиниринга
Существующие методы трафик-инжиниринга:
• Управление метрикой маршрутизации
Трудно управлять
• Использование PVC (постоянных
виртуальных каналов) на магистрали ATM
Не масштабируемый
• Избыточная полоса пропускания
Неэкономичный
MPLS предоставляет новый метод трафик- инжиниринга (управления трафиком)
Пример сети:
Входной узел
явно прокладывает маршрут
по незагруженному пути
Выбран при трафик инжиниринге.
(наименее загруженный)
Перегруженный узел
Выбран протоколом маршрутизации
(наименее затратный)
Потенциальные выгоды от трафик инжиниринга MPLS:
- обеспечивает явную маршрутизацию путей
Контроль со стороны оператора
2
масштабируемость
- отсутствует проблемаn“ “
- контроль трафика в каждом FEC
- можно конфигурировать резервные пути
степень детализации обратной связи
резервирование/восстановление
MPLS сочетает преимущества ATM и IP трафик-инжиниринга
Методы трафик инжиниринга
MPLS
• MPLS может использовать способность
маршрутизации от источника и направлять трафик
по нужному пути
• Оператор может вручную конфигурировать маршруты в каждом LSR по нужному пути
- аналогично установлению PVC в коммутаторах ATM
• Входной LSR может быть сконфигурирован в зависимости от определённого пути, при
использовании RSVP для установления LSP
- некоторые производители дополнили RSVP для установления соединения MPLS
• Входной LSR может быть сконфигурирован в зависимости от определённого пути, при
использовании LDP для установления LSP
- многие производители считают, что RSVP не подходит для этого
• Входной LSR может быть сконфигурирован в зависимости от одного или нескольких LSR,
расположенных на нужном пути, для установления остальных путей может использоваться
распределëнная (последовательная) маршрутизация
• При необходимости контроля маршрут, найденный при распределëнной маршрутизации,
может быть зафиксирован
- “закрепление маршрута”
• В будущем маршрутизация на основе ограничений переложит ряд задач трафикинжиниринга с оператора на саму сеть
MPLS: Масштабируемость благодаря
иерархии маршрутов
АС1
ПМ2
АС2
ПМ1
ТМ1
АС3
ТМ2
ПМ3
ТМ4
Входящий
маршрутизатор
принимает пакет
Пакет помечен
выходным
маршрутизатором
ТМ3
Пересылка внутри домена
ПМ4 на основе маршрута IGP
Выходной пограничный
маршрутизатор выдаёт
метку и данные
• Пограничные маршрутизаторы ПМ 1- 4 функционирует по протоколу EGP(протокол внешней
маршрутизации), обеспечивая междоменную маршрутизацию
• Внутренние транзитные маршрутизаторы ТМ 1- 4 функционирует по протоколу IGP(протокол внутреннего
шлюза), обеспечивая внутридоменную маршрутизацию
• Обычная пересылка Ур.3 требует наличия во внутренних маршрутизаторах полных таблиц маршрутизации
- транзитный маршрутизатор должен уметь определять верный ПМ автономной системы (АС),
которому предназначен пакет (ПМ 1- 4)
• Наличие полных маршрутных таблиц во всех маршрутизаторах ограничивает масштабируемость
внутренней маршрутизации
- медленнее сходимость, больше маршрутные таблицы, хуже локализация неисправностей
• MPLS позволяет входному узлу определять выходной маршрутизатор, метки расставляются на внутреннем
маршруте
• Внутренним ТМ требуется только достаточное количество информации для пересылки пакетов к выходу
MPLS повышает масштабируемость за счёт разделения внешней и внутренней маршрутизаци
MPLS: Разделение маршрутизации и
пересылки
Маршрутизация
Основана на:
OSPF, IS-IS, BGP, RIP
Таблица маршрутизации
Пересылка
Классовый адр. префикс?
Бесклассовый адр. префикс?
Широковещательный адр..?
№ порта?
Поле ToS (Type of Service)?
Основана на:
MPLS
Точном соответствии меток
фиксированной длины
• Существующие сети имеют несколько принципов пересылки
- совпадение самых длинных классовых префиксов (границы классов A,B,C)
- совпадение самых длинных бесклассовых префиксов (переменные границы)
- широковещание (точное совпадение источника и пункта назначения)
- тип обслуживания (ToS) (совпадение самых длинных адресных префиксов + точное
совпадение ToS)
• Т.к. новые методы маршрутизации изменяются, то требуются новые алгоритмы поиска маршрута
- предисловие к CIDR (бесклассовой междоменной маршрутизации)
• Маршрутизаторы следующего поколения будут базироваться на аппаратных средствах для поиска
маршрутов
- эти изменения потребуют нового оборудования с новым алгоритмом
• MPLS располагает алгоритмом, совместимым со всеми типами пересылки;
разделение маршрутизации и пересылки
- минимизирует потрясение от введения новых методов пересылки
MPLS вводит гибкость за счёт принципа совместимой пересылки
Совместимость с протоколом верхнего
уровня через протоколы канального
уровня
Ethernet
PPP
(SONET, DS-3 и т.д.)
ATM
Frame
Relay
• MPLS является “многопротокольной” как на канальном уровне,
так и на сетевом уровне
• Предусматривает совместную работу и разработку множества техноло
• Позволяет операторам усилить существующую инфраструктуру
• Предусмотрена совместная работа с другими протоколами
- например, при работе с ATM в режиме “Корабли в ночи”,
мультиплексирование осуществляется по протоколу PPP
MPLS основан на принципе пересылки “из конца в конец”
Сравнение методов обеспечения QoS
Результат
ATM
IntServ
DiffServ
Цельная или
управляемая
полоса
пропускания
Управляемая
Управляемая
Цельная
Разделение или
объединение
потоков
Оба
Разделение
на потоки
Объединение
Контроль
отправителем или
получателем
При
однонаправленной
передаче
контроль
отправителем, при
широковещании – оба
метода
Контроль
получателем
Контроль
на входе
MPLS
Управляемая
Оба
Оба метода
IEEE 802.3D
Цельная
Объединение
Контроль
отправителем
Резюме
• MPLS – это новая интересная
многообещающая технология.
• Основные выполняемые функции
(инкапсуляция и основы распределения
меток) определены IETF.
• Трафик-инжиниринг на основе MPLS/IP уже
совсем близко.
• Ещё на один шаг ближе к конвергенции …...