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L. A. Grieco 1 Multiprotocol Label Switching (MPLS) Sistemi per la Codifica e la Trasmissione di Segnali Multimediali CdL Ing. TLC (INF) Specialistica

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L. A. Grieco 1

Multiprotocol Label Switching

(MPLS)

Sistemi per la Codifica e la Trasmissione di Segnali Multimediali

CdL Ing. TLC (INF) Specialistica

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Il punto di partenza

• La capacità delle dorsali è in continua crescita

• Il modo di concepire la condivisione delle risorse

in Internet ha pertanto subito forti mutamenti

• MPLS consente una graduale modificazione

delle architetture delle dorsali nei sistemi

autonomi

• MPLS si basa su un nuovo paradigma di

forwarding rappresenta un radicale

mutamento del funzionamento di Internet

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Forwarding Equivalency Class (FEC)

• FEC: Insieme di datagram IP instradati lungo il medesimo path con lo stesso trattamento

• Nelle reti IP ogni datagram, ad ogni hop, viene analizzato per stabilire la FEC di apparteneza, in funzione del destinatario e del PHB

• Nelle reti MPLS– l’associazione FEC – Datagram IP viene determinata,

per ogni pacchetto, una volta sola dal nodo di accesso alla rete non è necessario ispezionare l’header IP ad ogni hop

– L’associazione è codificata per mezzo di una label a 32 bit

– La FEC può essere scelta in modo più generale rispetto alle reti IP

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Concetti di Base

• Label

– ciascun pacchetto in una rete MPLS è marcato da una label che codifica informazioni su

• Path

• QoS

• VPN membership

• destinatario

• etc etc

– Le label possono essere inserite

• in campi pre-esistenti di protocolli di rete o data link

• utilizzando una semplice MPLS encapsulation (è definito un apposito layer intermedio tra il data-link e l’IP)

– Sono necessari appositi protocolli per la distribuzione delle label

• Label Switched Router (LSR): per ciascun pacchetto sceglie hop successivo e trattamento in funzione della label

• Label Switched Patch (LSP): path costituito da una sequenza di LSR richiede appositi protocolli di set-up

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MPLS: esempio

A

DB

EC

Label=23 Label=42

Label=96

AEdge LSR (Ingress): assegna la label ai pacchetti in ingresso in funzione

della FEC

E Edge LSR (Egress): rimuove la label ed inoltra il pacchetto a destinazione

D

B CLSR

1. scelgono l’hop successivo e trattamento per ciascun pacchetto in

funzione della label

2. La label è cambiata prima di inoltrare il pacchetto

FEC 1

FEC 2

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Architettura di un nodo MPLS

IP Routing Protocols

Label Distribution

Protocol

IP Routing Table

LFIB

(Label Forw. Info Base)

Control Plane

Forwarding Plane

Routing Info Exchange

Label Info Exchange

Outgoing IP packets

Outgoing labeled

packets

Incoming IP

packets

Incoming

labeled packets

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Label Forwarding Information Base (LFIB)

Incoming

Label

Outgoing

Label

Next-hop

Address

Outgoing

Interface

Next-hop label-

forwarding entry

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MPLS: Vantaggi

• Consente una facile integrazione tra reti IP e ATM (Asyncronous Transfer Mode) o FR (Frame Relay)

• Semplifica il forwarding dei pacchetti: più facile semplicità di classificazione dei pacchetti a spese dell’overhead necessario al set-up dei Label Switched Path (LSP)

• Possibilità di scegliere la modalità di forwarding non solo in base all’indirizzo del destinatario (forwarding granularity)

• Possibilità di ottimizzare l’utilizzazione delle risorse di rete tramite traffic engineering

– MPLS consente di avere un maggiore controllo sui path da impiegare

– Possono essere impiegati i path più scarichi

– Per mezzo della label, il path può essere impostato dall’ingress node per ciascun pacchetto

• Supporto alla QoS– il controllo dei path e l’uso di informazioni sulla priorità, codificate nella label,

consentono di supportare la fornitura di servizi differenziati

– Differenti strategie di scheduling o algoritmi di AQM possono essere selezionati in funzione della label

– Possibilità di integrazione con IntServ si può associare una FEC ad una riserva RSVP

– Possibilità di integrazione con DiffServ il PHB può essere codificato direttamente nella label

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Creazione LSP: approccio Data-driven

• Il set-up di un LSP è inizializzato dai datagram IP

• Gli LSP sono costituiti man mano che i datagram arrivano

• I primi datagram devono essere processati come semplici

datagram IP sino a quando l’LSP corrispondente non è

pronto

• Il controllo dell’LSP è meno forte che nell’approccio

control-driven: LSP riflette il path che sarebbe stato

utilizzato utilizzando il classico IP forwarding

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Creazione LSP: approccio Control-driven

• il setup degli LSP è effettuato tramite appositi messaggi di controllo

• Può avvenire secondo due modalità– Independent Control LSP establishment

• ogni LSR associa ad ogni FEC nota una label

• le associazioni sono notificate ai router limitrofi

• I router limitrofi aggiornano la propria LFIB confrontando le info sulle FEC in loro possesso con le info ricevute

• Questo approccio consente una maggiore velocità nel set-up dei path a spese di una minore possibilità di prevenzione dei loop

– Ordered Control LSP establishment

• Il setup del path è inizializzato dal router di ingresso/uscita dalla rete MPLS

• L’assegnazione delle label è gestita in modo ordinato dal nodo uscita sino al nodo di ingresso è più semplice prevenire i loop

• Le FEC da utilizzare sono selezionate dal nodo che inizializza la creazione del path

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Label Distribution Protocol (LDP)

• Consente la richiesta e lo scambio di corrispondenze FEC-label tra LSR limitrofi

• Un insieme di label riferite alla medesima FEC, dal’ingress LSR all’egress LSR definisce un LSP

• Definisce 4 classi di messaggi– Discovery: per scoprire gli LSR limitrofi mediante messaggi di Hello

inviati in multicast con UDP

– Adjacency: per inizializzare sessioni di negoziazione tra LSR limitrofi (TCP)

– Label Advertisment: per scambiare/rimuovere corrispondenze FEC-label. Lo scambio può avvenire secondo 4 modalità:

• Downstream-on-Demand mode: un LSR richiede esplicitamente le informazioni su una corrispondenza FEC-label indicando la FEC

• Unsolicited Downstream Mode: un LSR distribuisce info su corrispondenze FEC-label anche ad LSR che non hanno fatto esplicita richiesta

• Liberal (Conservative) Label Retention Mode: (non) consente ad un LSR di memorizzare corrispondenze FEC-label inviate da un LSR che non è il next hop per la FEC considerata

– la modalità Liberal consente di ottenere un più veloce adattamento in caso di modifica del path

– la modalità Conservative consente di memorizzare meno corrispondenze FEC-label

– Notification: per segnalare condizioni critiche o errori/anomalie di funzionamento

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Altri Protocolli per la distribuzione delle label

• Constraint-based LSP Setup using LDP (CR-LDP):

– Estensioni di LDP per Ordered Control LSP establishment

– le caratteristiche del path sono espresse in termini di

• Peak data rate

• Committed data rate

• Peak burst size

• Committed Burst Size

– Path Preemption: utilizzata nel caso in cui le risorse richieste

siano superiori a quelle disponibili (sono stabiliti 8 livelli di

priorità tra i path)

• Extensions to RSVP for LSP Tunnels (RSVP-TE):

estende il protocollo RSVP per supportare Ordered

Control LSP establishment

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Loop in reti MPLS

• Tutti i gli algoritmi di routing possono generare

loop durante i transitori

• La presenza di un loop genera il looping dei

– Control packet per il set up degli LSP gli LSP non

sono creati correttamente

– Data Packet

• Tecniche per il controllo dei loop

– Loop survival

– Loop detection

– Loop prevention

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Loop Survival

• Gli LSP possono contenere loop

• Si utilizzano tecniche per arginare l’effetto dei

loop:

– TTL segment: nella label è presente un campo TTL

– Non-TTL segment: il campo TTL non è presente nelle

PDU del protocollo ATM l’effetto dei loop viene

controllato limitando le risorse assegnate a ciascun

circuito virtuale (buffer space per vc)

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Loop Detection

• Gli LSP possono contenere loop

• I loop una volta rivelati vengono disconnessi

• Le tecniche di loop survival sono utilizzate per

rivelare la presenza dei loop

• Una ulteriore tecnica per la rivelazione dei loop

prevede l’impiego di un campo apposito (hop

count) nei messaggi LDP hop count viene

utilizzato come il campo TTL dei datagram IP

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Loop Prevention

• Previene la formazione di un looping path prima che i dati

vengano trasmessi attraverso

• Gli LSP sono classificati in due categorie

– Nonstate merging LSP: creati mediante CR-LDP o RSVP

• ogni volta che un LSR inoltra un messaggio di controllo esso aggiunge il

proprio indirizzo al messaggio

• quando un messaggio di controllo è ricevuto, ogni LSR controlla che il

proprio indirizzo non sia presente nell’elenco degli LSR attraversati dal

messaggio per prevenire la formazione del loop

– State merging LSP: creati mediante LDP. Esistono due tecniche di

prevenzione dei loop

• Path vector diffusion: simile alle tecniche impiegate per gli LSP di tipo

nonstate merging

• Colored thread method: impiegato nel caso in cui si utilizzino tecniche

ordered control per il set up degli LSR. L’ingress node trasmette speciali

pacchetti di controllo per colorare il path. Quando un LSR riceve due

volte un pacchetto dello stesso colore allora rivela il loop e ne previene

la formazione

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Label Stacking

• MPLS consente di definire uno stack di label all’interno del medesimo pacchetto

• In questo modo si crea una gerarchia di LSP in cui in un tunnel LSP possono essere aggregati molteplici LSP

• La gerarchia di LSP consente ai nodi più interni di una backbone di non dover gestire il set-up dei singoli LSP utilizzati dai nodi terminali

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Gerarchia di LSP: esempio

E HGF

Nested LSP

AB

F e G non devono gestire tutte le

informazioni sugli LSP che

transitano attraverso E ed H

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Label stack entry format

Label CoS S TTL

20 bit 3 bit 1 bit 8 bit

Class of Service:

Utilizzato per integrazione con

DiffServ

Se posto a 1 indica che la

label è l’ultima dello stack

E’ utilizzato in

modo simile al

campo TTL dei

datagram IP

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Virtual Private Networks (VPNs)

• Connection-oriented

– Layer2: il service provider stabilisce dei circuiti logici o virtuali tra

gli apparati di accesso delle utenze

– Layer 3: vengono instaurati dei tunnel in una rete IP pubblica o

privata

• Connectionless: non richiedono l’instaurazione di circuiti

logici o virtuali

– VPN IP convenzionali: è necessario che i router del service

provider siano in grado di gestite molteplici algoritmi e protocolli

di routing per mettere in comunicazione le differenti reti afferenti

a ciascuna VPN supportata

– MPLS: i membri della VPN sono facilmente identificabili

mediante le label