Multiprotocol Label Switching (MPLS)

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Multiprotocol Label Switching
(MPLS)
Prinzipip - Technik - Anwendung - Gremien
Harald Orlamünder
Alcatel SEL AG
Alcatel SEL AG, Stuttgart, Germany
28.11.01 - NS/NC - MPLS_ITG.PPT
Chart No. 1
Protokolle
für Qualität und Echtzeit im Internet
Echtzeit
Echtzeit und
und Qualität
Qualität für
für IP-Netze
IP-Netze
Protokollle
Protokollle im
im Datenstrom
Datenstrom der
der Sessions
Sessions
auf
auf der
der
IP-Ebene
IP-Ebene
INTSERV
DIFFSERV
INTSERV DIFFSERV
RSVP
RSVP
Protokolle
Protokolle zur
zur Steuerung
Steuerung der
der Sessions
Sessions
oberhalb
oberhalb der
der
IP-Ebene
IP-Ebene
MPLS
MPLS
RTP
RTP
RTCP
RTCP
H.323
H.323
.....
SIP
SIP
Chart No. 2
Prinzip
von MPLS
t Multiprotocol Label Switching (MPLS) wurde zwar im
Kontext von "IP over ATM" entwickelt, ist aber nicht auf
ATM als Schicht 2 und IP als Schicht 3 festgelegt.
t Prinzip ist, daß den Layer 2 PDUs kurze Kennzeichnungen
("Lables") zugewiesen werden, die im MPLS-Netz
umgewertet werden (so wie es ein ATM-Knoten mit
VPIs/VCIs macht).
t Normale Schicht-3-Routingprotokolle (wie OSPF und BGP)
können in der ersten Phase der Session verwendet werden.
Die gewonnenen Routing-Informationen werden verwendet
um Labels zuzuweisen. Dann wird eine direkte Schicht-2Verbindung für die Kommunikation benutzt.
t Im Falle von ATM können direkt VPI/VCI-Werte als Label
eingesetzt werden - es wird kein separates
Zeichengabeprotokoll wie Q.2931 / UNI 4.1 benötigt.
Chart No. 3
MPLS Protokollstack
mit und ohne ATM
a) MPLS mit ATM
TCP
TCP
UDP
UDP
IP
IP (Schicht
(Schicht 3)
3)
b) MPLS als Schicht
TCP
TCP
MPLS
MPLS
(Verfahren)
(Verfahren)
Netz-Schicht
Netz-Schicht (Schicht
(Schicht 2),
2), hier:
hier: ATM
ATM
physikalische
physikalische Schichten
Schichten (Schicht
(Schicht 1)
1)
UDP
UDP
IP
IP (Schicht
(Schicht 3)
3)
MPLS
MPLS
(Verfahren)
(Verfahren)
MPLS
MPLS als
als Schicht
Schicht (2b)
(2b)
Framing
Framing (Schicht
(Schicht 2a)
2a)
physikalische
physikalische Schichten
Schichten (Schicht
(Schicht 1)
1)
Die MPLS-Schicht bietet nur einen
Protokollkopf, keine Rahmenbildung.
Chart No. 4
MPLS-Netze
Architektur
Layer-3-Router
zu anderen
MPLS-Domains
oder der
nicht-MPLSWelt
C
C
Core-LSR
Switch-Controller
Layer-2-Switch
C
Label
Switch
Router
(LSR)
C
Core-LSR
Edge-LSR
Edge-LSR
MPLS
Domain
Chart No. 5
MPLS-Netze
Kommunikationspfade
MPLS
Domain
C
C
normaler
Weg über
Router
interne
Kommunikation
C
Shortcut direkt durch Switch
Chart No. 6
Shortcuts
Allgemeines
t Intelligente Integration der Routingfunktionalität
der Schicht 3 mit der Switchingfunktionalität der
Schicht 2.
t Dadurch aufwendiger Prozeß der Bearbeitung
jedes einzelnen Datenpaketes minimiert.
t Der besondere Vorteil ist jetzt, daß die Information
auf kurzem Wege durch das Schicht-2-Netz
durchgeschaltet werden kann - man spricht hier
von einem „Shortcut“ bzw. von „ShortcutRouting“.
Chart No. 7
Shortcuts
Auslöser
t Durch den Datenverkehr selbst ausgelöst
(„Data driven“, „Traffic driven“ oder „Flow driven“);
ý Analyse des aktuelle Verkehr, Verbindungen in der
Schicht 2 erst bei tatsächlichem Bedarf.
t Durch die Topologie bestimmt
(übliche Bezeichnung dazu ist „Topology driven“);
ý Durch IP-Routing-Protokolle wird TopologieInformationen gewonnen und aufgrund dieser wiederum
in der Schicht-2 Verbindungen fest eingerichtet,
unabhängig vom Verkehr.
t Durch ein spezielles Anforderungs-Signal bzw. Protokoll ausgelöst
ý Derzeit gibt es in der Internet-Welt nur ein Protokoll, das
dieses leisten kann: das Resource Reservation Protocol
(RSVP).
Chart No. 8
MPLS-Ablauf
Schritt 1
LSR
Router
Controller
LSR
Router
Router
L2Switch
Controller
L2Switch
IP-Paket
IP-Paket
LSR
Controller
MPLS
Domain
L2
L2 PDU
PDU
L2Switch
L2
L2 PDU
PDU
IP-Paket
IP-Paket
Pakete
Pakete werden
werden durch
durch Router
Router weitergeleitet
weitergeleitet
Chart No. 9
MPLS-Ablauf
Schritt 2
LSR
Router
LSR
Router
Controller
L2Switch
Kommunikation
Kommunikation der
der
Controller
Controller untereinander
untereinander
Controller
L2Switch
MPLS
Domain
LSR
Router
Controller
L2Switch
Kommunikation
Kommunikation der
der Controller
Controller
mit
mit den
den L2-Switches
L2-Switches
Chart No. 10
MPLS-Ablauf
Schritt 3
Operationen
Operationen
in
in den
den
MPLSMPLSKnoten
Knoten
Label
Label zuweisen
zuweisen
== label
label push
push
Label
Label ändern
ändern
== label
label swap
swap
Label
Label entfernen
entfernen
== label
label pop
pop
LSR
Router
LSR
Router
Controller
L2Switch
IP-Paket
IP-Paket
Controller
Router
L2Switch
Controller
MPLS
Domain
L2
L2 PDU
PDU Label
Label
LSR
L2Switch
L2
L2 PDU
PDU Label
Label
IP-Paket
IP-Paket
Pakete
Pakete werden
werden mit
mit einem
einem “Label”
“Label” versehen
versehen und
und nur
nur noch
noch im
im L2-Switch
L2-Switch geschaltet.
geschaltet.
Chart No. 11
MPLS-Label
wo untergebracht
t Als Label wird verwendet:
ý im Falle einer vorhandenen Schicht 2 deren "Label":
• bei ATM das VPI/VCI-Feld,
• bei FR das DLCI-Feld
ý in Falle eines eigenen MPLS-Headers ein 20-Bit-Label.
t Der spezielle MPLS-Header wird folgende Felder
umfassen:
ý
ý
ý
ý
ý
Label (20 Bit)
Lebensdauer - TTL (8 Bit)
Stack-Bit (1 Bit)
experimentelle Bits, evtl. Class of Service (3 Bit)
evtl.:
• next Header-Type
• Prüfsumme
Chart No. 12
MPLS-Label
wo untergebracht (2)
MPLS mit ATM
ATML
Zellen
L
L
VPI/VCI-Wert
direkt als
Label genutzt
Schicht 1
(Transport)
L
IP-Paket
IP-Paket
LL
IP-Paket
IP-Paket
ZellKopf
Protocol Control Information
(PCI) der jeweiligen Schicht
LL Label für MPLS
L
eigener MPLSHeader mit Label
"MPLS"
IP-Paket
IP-Paket
Schicht
2
Schicht 2
(mit MPLS)
IP-Paket
IP-Paket
AAL-5
IP-Paket
IP-Paket
ATM
Schicht 3
(IP)
MPLS als Schicht
Da MPLS kein Framing liefert, muß
zumindest eine einfache Schicht-2
unterlegt werden (z.B. HDLC).
Chart No. 13
MPLS-Header
ohne ATM
Label
Label Paket-Typ
Paket-Typ
Wert
Wert
00
IPv4
IPv4 NULL
NULL
11
Router
Router Alert
Alert
22
IPv6
IPv6 NULL
NULL
Aktion
Aktion
Label
Label entfernen
entfernen und
und IPv4
IPv4 Paket
Paket routen
routen
Paket
Paket zur
zur lokalen
lokalen SW-Instanz
SW-Instanz routen
routen
Label
Label entfernen
entfernen und
und IPv6
IPv6 Paket
Paket routen
routen
33 General
General NULL
NULL Label
Label entfernen
entfernen und
und Paket
Paket routen
routen
4...15
reserved
reserved
4...15
reserved
reserved
0
4
8
12
Label
Label
"unterstes"
Label
16
20
24
Exp
Exp S
S
Label 3
Label 2
Label 1
00
00
11
28
31
TTL
TTL
Stack-Bit
Layer-3-Paket
Layer-3-Paket
Chart No. 14
Label-Stacking
in MPLS
MPLS-Domain 1
22
11
66
44
33
1 Label
88
77
55
12
12
99
11
11
MPLSDomain 2
10
10
13
13
2 Label
"unterstes" Label
mit Stack-Bit markiert
11
Edge-LSR ( arbeitet intern im Interior Routing Protokoll, z.B. OSPF,
nach extern mit Exterior Routing Protokoll, z.B. BGP)
66
normaler LSR (arbeitet im Interior Routing Protokoll, z.B. OSPF)
Chart No. 15
TTL-Behandlung
in MPLS
MPLS-Domain
LSR
LSR
LSR
TTL
-1
TTLMPLS
MPLS - 1
TTL
-1
TTLMPLS
MPLS - 1
Router
Router
TTL
TTLIPIP-- 11
TTL
= TTL IP
TTLMPLS
MPLS = TTLIP
TTL
-1
TTLMPLS
MPLS - 1
TTL
TTLIPIP == TTL
TTLMPLS
MPLS
TTL
TTLIPIP-1
-1
TTL-Wert wird kopiert
Chart No. 16
"Merging"
in MPLS
Bessere statistische Ausnutzung
des Summenverkehrs gegenüber
den zwei Einzel-Verkehren.
11
11
44
MPLSDomain
22
55
4
55
MPLSDomain
33
ohne Merging
22
33
mit Merging
Chart No. 17
Label Distribution Protocol (LDP)
Grundlagen
t Zum Austausch von Informationen über Bedeutung
und Benutzung der Labels zwischen den beteiligten
Netzelementen wird ein eigenes Protokoll eingesetzt.
Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:
ý ein spezielles Protokoll, z.B. das sich gerade in der
Spezfikation befindliche „Label Distribution Protocol“
(LDP), oder
ý Huckepack auf einem anderen Protokoll, z.B. RSVP.
t Entsprechend der Methode, wie der Weg bestimmt
wird, unterschiedet man zwei LSPs:
ý Hop-by-hop LSP (oder Control-driven LSP);
ý Constraint-based routed LSP (oder explicitely routed
LSP).
Chart No. 18
LDP
Nachrichtenklassen
t Discovery-Nachrichten
ý kündigen bestehende LSPs an
t Session-Nachrichten
ý generieren und unterhalten LDP-Sessions
t Advertisements-Nachrichten
ý generieren, ändern und löschen Label-Zuordnungen
zu FECs
t Notification-Nachrichten
ý tragen Fehlermeldungen und Sonstiges.
Chart No. 19
LDP
Nachrichtenformat
0
U
4
8
12
16
Message
Message Type
Type
20
24
28
31
Message
Message Length
Length
Message
Message ID
ID
Parameters
Parameters (mandatory)
(mandatory)
Parameters
Parameters (optional)
(optional)
U F
Parameter
Parameter Type
Type
Parameter
Parameter Length
Length
Parameter
Parameter Value
Value
TLVFormat
Chart No. 20
LDP
Nachrichtenelemente
Feld
Beschreibung
Unknown Message Kennzeichnet, daß der Empfänger, so er die Nachricht nicht versteht, den
Sender informieren soll
Message Type
Typ der Nachricht, folgende Typen sind definiert:
Hello
für LDP-Discovery
Initialization
Aufbau der LDP-Session
Keep Alive
hält eine LDP-Session aktiv, auch wenn kein
Nachrichtenaustausch stattfindet
Address
teilt Schnittstellen-Adressen zu
Address Withdraw löscht Schnittstellen-Adressen wieder
Label Mapping
teilt eine Label-Zuordnung mit
Label Request
fordert für eine FEC eine Label-Zuordnung an
Label Withdraw
fordert die Löschung eine Label-Zuordnung
Label Release
löscht eine Label-Zuordnung
Notification
Fehler- und sonstige Meldungen
Message Length
Gesamtlänge der Nachricht in Oktett
Message ID
Eindeutige Identifizierung, dient zur Korrelation von Anfragen und
Antworten, bzw. Fehlermeldungen
Parameters
Parameter für die Nachricht
Chart No. 21
MPLS
in einer ATM-Umgebung (1)
a) Direkte Verbindung
non-MPLS-Verbindung
VCI/VPI als Label
ATMLSR
ATMLSR
nur
VCI als
Label
b) Verbindung über
VP-Cross-Connect
ATMLSR
ATM-VPCross-Connect
ATMLSR
ATMLSR
ATMSwitch (VC)
ATMLSR
c) Verbindung über
VC-Switch
VCID als Label
Chart No. 22
MPLS
in einer ATM-Umgebung (2)
ATM-Netz
VC-VSt.
VP-XC
LSR
nur VPI wird
umgewertet
VCID = 1: VPI=11
VCI= 4711
LSR
VPI und VCI werden
umgewertet
VPI=99
VCI= 4711
VCID = 1: VPI=30
VCI=1234
VCID stellt die Relation her
Chart No. 23
Einsatz
von MPLS
t Eine Mischung von Routern ohne MPLS und MPLSKnoten ist möglich, allerdings können nur MPLSKnoten Label-Information austauschen. Auch Schicht2-Knoten können dazwischen liegen, die dann aber
einen transparenten Pfad zwischen MPLS-Knoten
schalten müssen.
t Es gibt Fälle, in denen MPLS nicht eingesetzt werden
kann:
ý Wenn eine kleinere Granularität benötigt wird, als sie
MPLS bieten kann.
ý Aus Sicherheits-Gründen, wenn z.B. ein Paketfilter
eingesetzt wird (Firewall).
ý Im ersten Router, wenn der Host keinen MPLS kann.
Chart No. 24
Anwendungen
von MPLS
t Bereitstellen einer definierten Qualität
Manche sehen aber eine Überdimensionierung und/oder
eine Priorisierung wie DIFFSERV als ausreichend an.
t Realisierung von VPNs
Striktere Trennung der VPNs gegeneinander als mit
reinem IP-VPN. Erstes MPLS-Dokument war zu VPN !
t Verkehrssteuerung (TE - Traffic Engineering)
Als Maßnahme des Netzbetreibers erlaubt MPLS eine
bessere Verteilung des Verkehrs als IP.
Chart No. 25
Weiterentwicklungen
von MPLS
t Voice over MPLS (VoMPLS)
ý als Voice over IP over MPLS oder
ý als Voice over ??? over MPLS
t Generalised MPLS (GMPLS)
ý Paket/Rahmen/Zell-Ebene (seitheriger Einsatz von MPLS),
ý Zeitschlitz-Ebene (TDM), z.B. Einrichten von Virtual
Containers in einem SDH-System,
ý Wellenlängen-Ebene (Lambda), z.B. Einrichten einer
Wellenlänge in einem WDM-System („light path“)
ý Schnittstellen-Ebene (räumlich), z.B. Einrichten von Ports
in einem System.
t OAM für MPLS
ý vergleichbar den OAM-Funktionen im ATM ?
Chart No. 26
Gremien und
Dokumentation
t IETF
ý 10 RFCs: RFC2547, RFC2702, RFC2917, RFC3031
(Architecture), RFC3032, RFC3035, RFC3036, RFC3037,
RFC3038, RFC3063
ý 163 "Internet Drafts" (IDs) enthalten die Begriffe
MPLS oder LDP ! (Stand: 11/2001)
t MPLS-Forum
ý Implementation Agreement
ý VoMPLS
t ATM-Forum
ý ATM-MPLS Interworking
t ITU und ETSI sind "Follower"
Chart No. 27

Multiprotocol Label Switching (MPLS)

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