του φοιτητή του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία του φοιτητή του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών Τολιά ηµητρίου του Κωνσταντίνου Αριθµός Μητρώου: 5897 Θέµα Κοινόχρηστη εργαστηριακή πλατφόρµα προσοµοίωσης δικτύων IP. Βέλτιστες πρακτικές και διαδικασίες µετάβασης σε IPv6 MPLS για παρόχους υπηρεσιών διαδικτύου. Επιβλέπων Μιχαήλ Κουκιάς Επίκουρος Καθηγητής Αριθµός ιπλωµατικής Εργασίας: Πάτρα, Μάρτιος

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η ιπλωµατική Εργασία µε θέµα Κοινόχρηστη εργαστηριακή πλατφόρµα προσοµοίωσης δικτύων IP. Βέλτιστες πρακτικές και διαδικασίες µετάβασης σε IPv6 MPLS για παρόχους υπηρεσιών διαδικτύου Του φοιτητή του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Τολιά ηµητρίου του Κωνσταντίνου Αριθµός Μητρώου: 5897 Παρουσιάστηκε δηµόσια και εξετάστηκε στο Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Ο Επιβλέπων Ο ιευθυντής του Τοµέα Μιχαήλ Κουκιάς Επίκουρος Καθηγητής Καθηγητής Νικόλαος Φακωτάκης 2

3 Αριθµός ιπλωµατικής Εργασίας: Θέµα: Κοινόχρηστη εργαστηριακή πλατφόρµα προσοµοίωσης δικτύων IP. Βέλτιστες πρακτικές και διαδικασίες µετάβασης σε IPv6 MPLS για παρόχους υπηρεσιών διαδικτύου Φοιτητής: Τολιάς ηµήτριος Επιβλέπων: Μιχαήλ Κουκιάς Επίκουρος Καθηγητής Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει το πρόβλημα της εξάντλησης των IPv4 διευθύνσεων καθώς και τη διαδικασία μετάβαση στο IPv6. Πιο συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τεχνολογίες και τεχνικές που έχουν προταθεί σε διεθνή forum για την μετάβαση από IPv4 σε IPv6 και αφορούν MPLS δίκτυα telecom provider. Στο 5 ο κεφάλαιο δημιουργείται ένα περιβάλλον εξομοίωσης δικτυακών συσκευών και προσομοιώνονται βέλτιστες πρακτικές. Πολλοί providers έχουν επενδύσει τα τελευταία χρόνια στην εγκατάσταση IPv4-MPLS για τα δίκτυα κορμού τους. Από μια τέτοια μακροχρόνια επένδυση είναι λογικό μία επιχείρηση να περιμένει οφέλη. Η υποστήριξη IPv6 πάνω από το ήδη υπάρχον IPv4-MPLS θα απέδιδε τα μέγιστα οφέλη για μια τέτοια επιχείρηση. Έτσι μια τέτοια μετάβαση αποτελεί στρατηγική κίνηση που ουσιαστικά σκοπεύει στην αύξηση των κερδών του καθώς και την προετοιμασία του για το μέλλον. 3

4 Abstract This thesis aims to present the issue of constantly-decreasing available IPv4 addresses as well as the related transition process to IPv6, before the fully elimination of IPv4. More specifically, in this thesis there will be presented technologies and techniques which have been recommended in several international forums in relation to transition from IPv4 to IPv6 and which concern the MPLS networks for telecom providers. In the fifth chapter, an emulation environment for network devices will be created, through which some of the most appropriate transition implementation practices will be simulated. During the last years several providers have invested in installing IPv4-MPLS for their core networks. From such a long-term investment is sensible that one business expects profits. According to Chapter 5, the transition to IPv6 in conjunction with the full utilization of existing IPv4-MPLS equipment would have significant benefits for any business decided to proceed with this option. In particular, such a transition (from IPv4 to IPv6) could be part of a business strategy since not only contributes to the technological upgrading of a company s systems and the production of more reliable services, but also to create synergies and economies of scale. 4

5 Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Μιχαήλ Κουκιά για την υποστήριξη που μου πρόσφερε κατά την διάρκεια της υλοποίησης. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον συνάδελφο και φίλο Γεώργιο Μπαλή για τη πολύτιμη βοήθεια του κατά την διάρκεια της συγγραφής της συγκεκριμένης διπλωματικής. Επίσης νιώθω την ανάγκη να ευχαριστήσω την σύζυγο μου Κατερίνα και τα παιδιά μου Κωνσταντίνο και Μαρία για την αμέριστη συμπαράσταση και στήριξη καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. 5

6 Περιεχόμενα Ευχαριστίες... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 9 Περιγραφή κεφαλαίων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: IP δίκτυα, IPv IP Δίκτυα Ρόλος της Δρομολόγησης (Routing) Ρόλος της Μεταγωγής (Switching) Ενοποίηση των τεχνολογιών Δρομολόγησης και Μεταγωγής Μέθοδοι Μεταγωγής Πολλαπλών Επιπέδων IP Μεταγωγή (IP Switching): Μεταγωγή Ετικέτας (Tag Switching): Δρομολογητής Μεταγωγής κελιού (Cell Switching Router-CSR): Μεταγωγή Δρομολόγησης Συνόλου Διαδρομών (Aggregate Route-based Switching-ARIS): Βασικό πρόβλημα των παραπάνω λύσεων Μεταγωγής Πολλαπλών Επιπέδων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: MPLS Τι είναι το MPLS Δομικά στοιχεία ενός MPLS δικτύου MPLS network Label Switch Router (LSR) Label Edge Router Forwarding Equivalent Class (FEC) Label Label Switching Path (LSP) Label Distribution Protocol Forwarding Information Base (FIB) NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) ILM (Incoming Label Map) ΑΡXITEKTONIKH TOY MPLS Δημιουργία Ετικέτας και ενσωμάτωση στα πακέτα Δομή της επικεφαλίδας του MPLS Στοίβα Ετικετών

7 3.3.2 LDP (Label Distribution Protocol)- Πρωτόκολλο Διανομής Ετικέτας Πρωτόκολλο Δέσμευσης Διαθέσιμων Πηγών (Resource Reservation Protocol-RSVP) RSVP-TE (Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering) πρωτόκολλο κατανομής ετικετών Προώθηση πακέτου Πλεονεκτήματα του MPLS Quality of Service: Ευελιξία: MPLS VPNs Customer Edge device (CE) Provider Edge device (PE) Provider device (P) Διευθύνσεις VPN-IP Any-to-any VPN Hub-and-Spoke VPN ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Μετάβαση στο IPv IPv6 Διευθύνσεις Unicast Agregatable global (equivalent to public IPv4 addresses) Link Local Διευθύνσεις Site Local Διευθύνσεις Πρόσθετα πλεονεκτήματα του IPv Μετάβαση στο IPv Αρχιτεκτονικές μετάβασης Προτεινόμενες τεχνολογίες για συνύπαρξη IPv6 και MPLS Πλεονεκτήματα από τη μετάβαση στο IPv Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Προσομοίωση δικτύων IP MPLS Περιβάλλον προσομοίωσης Εγκατάσταση FreeBSD Βήμα προς βήμα η διαδικασία εγκατάστασης FreeBSD Dynamips, Dynagen Προσομοίωση

8 MPLS: Carrier Supporting Carrier (CSC) Configuration [6] MPLS: Inter AS ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

9 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΕΙΣΑΓΩΓΗ 32 bits should be enough address space for Internet Vint Cerf, 1977 O χώρος διευθύνσεων του IPv4 αποτελείται από διευθύνσεις µεγέθους 32 bits και υποστηρίζει περίπου 4.2 δισεκατομμύρια συσκευών. Mία ειδική τεχνική ομάδα του διαδικτύου (Internet Engineering Task Force (IETF)) στις αρχές της δεκαετίας του 1990 ήταν οι πρώτοι που ανίχνευσαν ο ενδεχόμενο να παρατηρηθεί µια κατάσταση εξάντλησης των διαθέσιμων διευθύνσεων του IPv4. Η πρόβλεψη που έκαναν ήταν ότι αυτό θα συνέβαινε περίπου μετά από 10 χρόνια. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι η διαπίστωση αυτή έγινε πριν τη γιγάντωση του διαδικτύου κατά τη δεκαετία του Στις μέρες μας, ο αριθμός των διευθύνσεων που μπορεί να υποστηρίξει το πρωτόκολλο IPv4 δεν είναι ικανός για να υποστηρίξει την συνεχώς αυξανόμενη ανάγκη για σύνδεση στο διαδίκτυο[3] όλο και περισσότερων συσκευών όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Εικόνα 1 Συσκευές και Υπηρεσίες που/θα χρειάζονται πρόσβαση στο Internet [1] Τα τελευταία δέκα χρόνια σημαντικό ρόλο στην γιγάντωση του internet έχουν οι σελίδες κοινωνικής δικτύωσης που παρουσιάζουν συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό χρηστών. Η προαναφερθείσα αύξηση των χρηστών σελίδων 9

10 κοινωνική δικτύωσης φαίνεται στην «Εικόνα 2» που απεικονίζει τα αποτελέσματα έρευνας που έχει γίνει από αμερικανική εταιρεία. Εικόνα 3 Χρήση σελίδων κοινωνικής δικτύωσης ανά ηλικία. [2] Το IPv6 (η έκδοση Internet protocol 6) πλέον συμπεριλαμβάνεται σε όλα τα προϊόντα συμπεριλαμβανομένων των σημαντικότερων λειτουργικών συστημάτων υπολογιστών. Το IPv6 έχει κληθεί επίσης Ipng (επόμενη γενεά IP). Τυπικά, το IPv6 είναι ένα σύνολο προδιαγραφών από το Internet Engineering Task force (IETF). Σχεδιάστηκε ως ένα εξελιγμένο σύνολο βελτιώσεων στην υπάρχον έκδοση 4. Η προφανέστερη βελτίωση στο IPv6 έναντι του IPv4 είναι ότι το μέγεθος των διευθύνσεων IP αυξήθηκε από 32 σε 128 bit. Αυτή η επέκταση έγινε με γνώμονα την επικείμενη και αναμενόμενη μελλοντικά εκθετική αύξηση των χρηστών του διαδικτύου. Μια από τις προκλήσεις που έχει να αντιμετωπίσει το νέο πρωτόκολλο IPv6 είναι η ομαλή μετάβαση και η συμβατότητα µε το μεγάλο αριθμό ήδη 10

11 εγκατεστημένων δρομολογητών και διακοµιστών που λειτουργούν µε το προγενέστερο πρωτόκολλο IPv4. Η συμβατότητα αυτή θα διευκολύνει, θα εξομαλύνει και συνεπώς θα προωθήσει τις διεργασίες προς μετάβαση του ιαδικτύου προς το πρωτόκολλο IPv6. Οι περισσότεροι πάροχοι (provider) τηλεπικοινωνιακών λύσεων/συνδέσεων έχουν επενδύσει σε MPLS δίκτυα βασισμένα στο. Από μια τέτοια μακροχρόνια επένδυση είναι λογικό μία επιχείρηση να περιμένει οφέλη οπότε μια μετάβαση σε IPv6 πάνω από το ήδη υπάρχον IPv4-MPLS θα απέδιδε τα μέγιστα οφέλη για μια τέτοια επιχείρηση. Η μετάβαση αυτή δεν είναι κάτι απλό γιατί θα πρέπει ταυτόχρονα ο provider να συνεχίζει να υποστηρίζει και τα δύο πρωτοκόλλα. Το MPLS (Multiprotocol label Switching - Μεταγωγή Ετικετών Πολλαπλών Πρωτοκόλλων) είναι μία τεχνολογία που χρησιμοποιείται κυρίως από τους παρόχους τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών για να υλοποιούν διασυνδέσεις πολλαπλών σημείων χρησιμοποιώντας νοητά κυκλώματα (VPN virtual private networks) και ετικέτες για την πολυπλεξία τους. Συγκεκριμένα το MPLS καλύπτει ανάγκες διασύνδεσης γεωγραφικώς διεσπαρμένων σημείων για την εξυπηρέτηση της κίνησης data, φωνής και εικόνας από ένα ενιαίο δίκτυο. Με αυτό τον τρόπο μειώνεται σημαντικά το κόστος αφού χρειάζεται απλά μία σύνδεση ανά σημείο για την δρομολόγηση δεδομένων (data) εικόνας (video) ήχου (voice). Τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά των VPN MPLS συνδέσεων: Αξιοπιστία Διαθεσιμότητα Ασφάλεια Κεντρικός έλεγχος / υποστήριξη Δυνατότητα για υψηλές ταχύτητες Επεκτασιμότητα Δυνατότητα αξιοποίησης υφιστάμενου εξοπλισμού Η ευελιξία που παρέχει η τεχνολογία MPLS στην ανάπτυξη και διαχείριση IP VPN δικτύων, την καθιστά ως την πλέον ιδανική και οικονομική λύση για τη δημιουργία δικτύων τοπολογίας Full Mesh, όπου όλα τα σημεία επικοινωνούν μεταξύ τους χωρίς να χρειάζεται η μεσολάβηση κάποιου κεντρικού σημείου. Για τη συνύπαρξη IPv6 και MPLS καθώς και για το deployment IPv6 πάνω από core IP-MPLS δίκτυα έχουν προταθεί οι εξής τεχνολογίες: 1. IPv6 CE-to to-ce over IPv4 Tunnels 11

12 Εικόνα 4 - IPv6 CE-to-CE over IPv4 Tunnels[9] 2. IPv6 over Circuit_over_MPLS Εικόνα 5 - IPv6 over Circuit_over_MPLS [9] 3. Native IPv6 MPLS Εικόνα 6 Native IPv6 MPLS[9] 12

13 4. IPv6 Provider Edge Router (6PE) over MPLS Εικόνα 7 IPv6 Provider Edge Router (6PE) over MPLS [9] Στην συγκεκριμένη διπλωματική θα προσομοιωθεί σενάριο που είναι σύμφωνο με την προτεινόμενη τεχνολογία IPv6 Provider Edge Router (6PE) over MPLS η οποία έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα σε σχέση με όλες τις άλλες: IPv4/MPLS υποδομή συνεχίζουν να λειτουργούν ανεξάρτητα από την ύπαρξη του IPv6 Οι PEs (provider edge routers) δρομολογητές στα άκρα του MPLS δικτύου ενημερώνονται για την υποστήριξη IPv4 και IPv6 (Dual Stack/6PE) IPv6 μηνύματα επικοινωνίας μεταξύ των 6PEs μέσω του πρωτοκόλλου ibgp (MP-BGP) IPv6 πακέτα μεταφέρονται από 6PE σε 6PE μέσα MPLS Ουσιαστικά η παραπάνω υλοποίηση είναι ένα βήμα πριν την επιθυμητή τελική κατάσταση που πρέπει να είναι η Native IPv6 MPLS Περιγραφή κεφαλαίων Στο 2 ο κεφάλαιο γίνεται μία αναφορά στα IP δίκτυα και την ανάπτυξη τους. Επίσης παρουσιάζονται τα προβλήματα δρομολόγησης και μεταγωγής που δημιουργήθηκαν κατά την εξάπλωση τους. Στο 3 ο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τεχνολογία MPLS βασισμένη σε IPv4 και οι λύσεις που προσφέρει σε έναν telecom provider έτσι ώστε να μπορεί να παρέχει υψηλής ποιότητας υπηρεσίες. 13

14 Στο 4 ο κεφάλαιο γίνεται λεπτομερή αναφορά στο IPv6 και στις τεχνολογίες και στις τεχνολογίες που έχουν προταθεί για την μετάβαση από το IPv4 σε IPv6 για έναν telecom provider Στο 5 ο κεφάλαιο δημιουργούμε μια πλατφόρμα εξομοίωσης δικτυακών συσκευών και υλοποιούμε σενάρια που βοηθούν στην μετάβαση από IPv4 σε IPv6 14

15 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: IP δίκτυα, IPv4 2.1 IP Δίκτυα Τα δίκτυα τα οποία στηρίζονται πάνω στο πρωτόκολλο IP και η δημιουργία των οποίων, η οποία έγινε γύρω στο 1970, είχαν ως πρωταρχικό στόχο την αξιόπιστη ανταλλαγή πληροφορίας. Αυτό βέβαια στις αρχές δεν ήταν συνδεδεμένο με τις απαιτήσεις των χρηστών για μετάδοση πακέτων δεδομένων μέσα από γραμμές με καθορισμένο εύρος ζώνης (leased lines) ή ακόμα περισσότερο για απαιτήσεις καθυστέρησης(traffic delay). Αυτό το οποίο πρέπει να τονιστεί στο συγκεκριμένο σημείο είναι η δυνατότητα του IP ακόμα και από τα πρώτα βήματά του για την υποστήριξη της έννοιας της διαφοροποίησης στην μεταφορά των δεδομένων μέσα από την χρησιμοποίηση κατηγοριών τύπων εξυπηρέτησης, Type of Service(ToS), που όμως δεν χρησιμοποιήθηκε ποτέ αποτελεσματικά. Γεγονός λοιπόν παραδεκτό από όλους πλέον είναι ότι τα IP δίκτυα χρησιμοποιούν την μεταγωγή των πακέτων χωρίς σύνδεση και χωρίς την εγγύηση ποιότητας υπηρεσίας. Αυτό ίσως και να μην αποτελούσε σημαντικό ζήτημα αν η κατάσταση όσο αφορά το διαδίκτυο, το οποίο είναι εξολοκλήρου βασισμένο πάνω στο IP πρωτόκολλο, και με την τόση μεγάλη έκταση από πλευρά χρηστών που έχει πάρει δεν έδινε στο ίδιο πρωτόκολλο την ώθηση για την εισαγωγή του στον κόσμο των επικοινωνιών. Έτσι τόσο τα δημόσια δίκτυα όσο και τα εταιρικά ενδοδίκτυα (intranets) χρησιμοποιούν το IP ως θεμέλιο για την διεκπεραίωση της μεταφοράς των δεδομένων τους. Γενικότερα όλοι πλέον και κυρίως οι πάροχοι των υπηρεσιών τείνουν στην κατασκευή μιας υποδομής η οποία θα έχει το IP πρωτόκολλο ως θεμέλιο λίθο και η οποία θα παρουσιάζει σταθερότητα στο επίπεδο των δικτυακών λειτουργιών τους η οποία θα είναι σύμφωνη με τις απαιτήσεις για ποιότητα στις προσφερόμενες υπηρεσίες των πελατών τους. 2.2 Ρόλος της Δρομολόγησης (Routing ( Routing) Τα πακέτα IP εμπεριέχουν μια επικεφαλίδα (header) η οποία έχει όλη εκείνη την πληροφορία που χρειάζεται το δίκτυο για να προωθήσει το πακέτο στον προορισμό του. Αυτή η δρομολόγηση υλοποιήθηκε εξ αρχής ως προώθηση του αυτοδύναμου πακέτου και η οποία βασίστηκε στην πληροφορία που περιέχεται στην επικεφαλίδα του πακέτου και μας ενημερώνει για την διεύθυνση προορισμού. Συνεπώς η δρομολόγηση ενός IP πακέτου γίνεται με βάση την διεύθυνση του παραλήπτη. Ο μηχανισμός ο οποίος χρησιμοποιείται στα IP δίκτυα είναι η βήμα-προς προς-βήμα προώθηση που σημαίνει ότι το πακέτο κάθε φορά που θα εισέλθει σε έναν δρομολογητή θα εξεταστεί και θα ληφθεί η απόφαση για το που θα σταλεί. 15

16 Άρα ακολουθώντας αυτή την διαδικασία το πακέτο προωθείται μέσα στο δίκτυο βήμα-βήμα από τον αποστολέα προς τον παραλήπτη. Επίσης λόγω της ατομικής προώθησης κάθε πακέτου, η οποία δεν στηρίζεται σε κάποια προκαθορισμένη διαδρομή δίνει και μία άλλη ονομασία στο IP δίκτυο το οποίο ονομάζεται και χωρίς σύνδεση (connectionless). Υπάρχουν αρκετά πρωτόκολλα δρομολόγησης τα οποία έχουν κατασκευαστεί για να μπορούν οι δρομολογητές (routers) να αποφασίζουν ποιό θα είναι το επόμενο βήμα στην προώθηση του πακέτου. Ένα τέτοιο πρωτόκολλο είναι και το OSPF. Εικόνα 8 - ιασύνδεση ροµολογητών Όταν λοιπόν ένας δρομολογητής λάβει την πληροφορία από το πρωτόκολλο δρομολόγησης δημιουργεί πίνακες προώθησης (forwarding tables) ο οποίος περιέχει στοιχεία για την προώθηση ενός πακέτου προς όλες τις γνωστές, μέχρι τούδε, IP διευθύνσεις. Στην πραγματικότητα οι συγκεκριμένοι πίνακες δεν περιέχουν ολόκληρες IP διευθύνσεις αλλά προθέματα αυτών. 16

17 Εικόνα 9 - Πίνακας Προώθησης και Μηχανισµός ροµολόγησης 2.3 Ρόλος της Μεταγωγής (Switching ( Switching) Η ιδέα της μεταγωγής των πακέτων η οποία στηρίζεται ουσιαστικά στην προώθηση τους χρησιμοποιώντας έναν πολύ διαφορετικό αλγόριθμο από αυτόν του IP ήρθε ύστερα από την αντιμετώπιση ολοένα και περισσότερων προβλημάτων που παρουσίαζαν τα IP δίκτυα και που ήταν συνυφασμένα με την ραγδαία ανάπτυξή τους από τους παρόχους υπηρεσιών αλλά και των επιχειρήσεων. Τα προβλήματα αυτά σχετίζονταν κυρίως με το υψηλό κόστος των συστατικών στοιχείων των δρομολογητών υψηλών ταχυτήτων, την υλοποίηση των λειτουργιών προώθησης σε λογισμικό και το κυριότερο την δυσκολία πρόβλεψης της απόδοσης ενός τέτοιου δικτύου το οποίο χρησιμοποιεί κλασσικές μεθόδους δρομολόγησης. Ο αλγόριθμος αυτός έχει να κάνει με την ανταλλαγή πακέτων. Από την άλλη η απλότητα του συγκεκριμένου αλγορίθμου οδηγεί και στην εύκολη υλοποίηση του με hardware. Βέβαια το ζητούμενο πάντα σε αυτού του επιπέδου τα δίκτυα είναι το πηλίκο του κλάσματος τιμή/απόδοση σχετιζόμενο πάντα με την IP δρομολόγηση. Τεχνολογίες ευρέως διαδεδομένες οι οποίες έχουν να κάνουν με την μεταγωγή ετικετών είναι το Asynchronous Transfer Mode (ATM) και η Frame Relay (FR). Και οι δύο τεχνολογίες ονομάζονται και τεχνολογίες με σύνδεση (connection oriented) γιατί για να ανταλλαχθεί η πληροφορία μεταξύ 2 σημείων θα πρέπει πρωτίστως να έχει καθοριστεί το μονοπάτι. Είναι κατανοητό ότι από την στιγμή που το μονοπάτι μεταξύ αποστολέα και παραλήπτη είναι προκαθορισμένο τότε το δίκτυο γίνεται περισσότερο προβλέψιμο και 17

18 διαχειρήσιμο. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο τα περισσότερα δίκτυα είναι στημένα στον πυρήνα τους με τεχνολογίες βασισμένες σε μεταγωγή ετικέτας. 2.4 Ενοποίηση των τεχνολογιών Δρομολόγησης και Μεταγωγής Η μεταγωγή ετικέτας μπορεί να έχει αποδειχθεί πολύ σημαντική για το χτίσιμο του κορμού των μεγάλων δικτύων αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι το IP δεν είναι αυτό που πρωταγωνιστεί ακόμα στα εν λόγω δίκτυα, κυριαρχώντας στα άκρα του δικτύου μέσω της IP δρομολόγησης. Βέβαια η συνένωση των συγκεκριμένων τεχνολογιών οδηγεί στην κατασκευή σύνθετων δικτύων ο διαχωρισμός των οποίων δεν είναι και πολύ ευδιάκριτος. Το μοντέλο αυτό της επικάλυψης (overlay model) αυξάνει τα πλεονεκτήματα του όλου δικτύου όσο αφορά την τεχνολογία της μεταγωγής ετικέτας. Αυτό συμβαίνει γιατί η διασύνδεση των δρομολογητών επιτυγχάνεται μέσω των μεταγωγέων γεγονός που σημαίνει ότι όταν ένα IP δίκτυο επικάθεται πάνω από ένα ATM ή FR οι δρομολογητές του εμφανίζονται απευθείας συνδεδεμένοι με όλους τους άλλους σε επίπεδο δικτύου. Άρα το μοντέλο επικάλυψης απαιτεί την γειτνίαση κάθε δρομολογητή που ανήκει στο συγκεκριμένο δίκτυο. Όμως αυτή η διασύνδεση η απευθείας που ουσιαστικά πραγματοποιείται μέσω της σύνδεσης μεταγωγέων (π.χ για το ΑΤΜ τα VCs και για το FR τα DLCI s) απαιτεί ακριβώς κάθε μεταγωγέας να είναι συνδεδεμένος με όλους τους υπόλοιπους στον πυρήνα του δικτύου. Στην συγκεκριμένη περίπτωση οι δυνατότητες του δικτύου δεν είναι απεριόριστες. Έτσι όσο ο αριθμός των δρομολογητών αυξάνει, αυξάνει δυσανάλογα και ο αριθμός των απαιτούμενων VCs, για την περίπτωση του ΑΤΜ δικτύου, που χρειάζονται για διασυνδέσεις μεταξύ τους. Συγκεκριμένα ο ρυθμός αύξησης τους είναι n(n-1)/2. Αποτέλεσμα τούτου είναι η δυσκολία στην διαχείριση και στην επεκτασιμότητα του εν λόγω δικτύου εξαιτίας του μεγάλου αριθμού των VCs. Από τα πιο διαδεδομένα μοντέλα επικάλυψης (overlay model) των παραπάνω τεχνολογιών είναι το μοντέλο του IP πάνω από ATM (IP over ATM), το οποίο άρχισε να χρησιμοποιείται στα μέσα της δεκαετίας του 1990 από του Internet Service Providers (ISP) χρησιμοποιώντας την IP δρομολόγηση πάνω από ATM δίκτυα. Αυτή η αλλαγή των ISPs επήλθε ύστερα από την ανάγκη για αύξηση του εύρου ζώνης, ευκολία στον προσδιορισμό της απόδοσης του δικτύου όσο αφορά την προώθηση των πακέτων δεδομένων και τέλος στον έλεγχο της κυκλοφορίας της κίνησης η οποία είχε διαρκώς αυξυντικούς ρυθμούς. 18

19 Εικόνα 10 - ίκτυα επικάλυψης (overlay model) Το μοντέλο επικεντρώθηκε κυρίως γύρω από την λειτουργικότητα του ΑΤΜ δικτύου απαιτώντας ελέγχους για σηματοδοσία και δρομολόγηση μέσω ειδικού λογισμικού για ΑΤΜ δίκτυα, αλλά και δυνατότητες προώθησης (με ανταλλαγή ετικετών) με την χρήση ειδικού υλικού (hardware) σε κάθε σύστημα στον πυρήνα του δικτύου. Η γρήγορη μεταγωγή η οποία βασιζόταν στα Virtual Circuits (VCs) του ΑΤΜ στον πυρήνα του δικτύου ικανοποιούσε τις απαιτήσεις των χρηστών, μεγιστοποιώντας την απόδοση του. Η δρομολόγηση του IP περιορίστηκε στα άκρα του δικτύου επειδή το συμπέρασμα που υπήρχε μέχρι τότε ήταν ότι το IP οφειλόταν για την χαμηλή απόδοση των δικτύων εξαιτίας του ότι η λειτουργικότητα των δρομολογητών οφειλόταν κυρίως σε λογισμικό(software). Καθώς όμως στο εμπόριο άρχισε να εμφανίζεται εξειδικευμένος εξοπλισμός για δικτυακές εφαρμογές το μοντέλο IP over ATM έδειχνε ότι δεν είναι και η πιο αξιόπιστη λύση μελλοντική λύση. Σε αυτό συντελούσαν και τα προβλήματα επεκτασιμότητας όπως είναι οι περιορισμοί του εύρου ζώνης οι οποίοι οφείλονταν στο σύστημα διασύνδεσης ΑΤΜ SAR,η κατά 20% επιβάρυνση των κελιών, το n2 πρόβλημα των VCs, η αύξηση της εργασίας του IGP πρωτόκολλου και η αδυναμία της λειτουργίας του μοντέλου σε δικτυακές δομές πέραν της τεχνολογίας ΑΤΜ. Το σημαντικότερο όμως ζήτημα το οποίο σχετίζεται με την πολυπλοκότητα της λειτουργίας ενός δικτύου το οποίο προέρχεται από την συνένωση τεχνολογιών που είχαν σχεδιαστεί με διαφορετική φιλοσοφία και για διαφορετική αποστολή η καθεμία 19

20 Εικόνα 11 - Εικονικά κυκλώµατα (VCs) σε IP over ATM δίκτυα 2.5 Μέθοδοι Μεταγωγής Πολλαπλών Επιπέδων Η υλοποίηση των μέχρι τώρα δικτύων κυρίως από παρόχους υπηρεσιών αλλά και τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς (carriers) βασιζόταν στο μοντέλο της επικάλυψης (overlay model) σύμφωνα με το οποίο μια λογική τοπολογία με IP δρομολόγηση επικάθεται πάνω σε μία τοπολογία η οποία είναι βασισμένη σε μεταγωγή 2 ου επιπέδου (Layer 2 switching) όπως το ΑΤΜ και το FR αλλά είναι ανεξάρτητη από αυτή. Ο ρόλος των μεταγωγέων είναι η παροχή συνδέσεων με πάρα πολύ υψηλές ταχύτητες, ενώ από την άλλη ο ρόλος των IP δρομολογητών οι οποίοι είναι στα άκρα του δικτύου είναι να παρέχουν την προώθηση των IP πακέτων ενώ παράλληλα η διασύνδεσή τους στηρίζεται στα ιδεατά κυκλώματα του επιπέδου 2. Το συγκεκριμένο μοντέλο εκτός από το πρόβλημα της επεκτασιμότητας και της διαχείρησης που αναπτύχθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο παρουσιάζει και άλλα προβλήματα όπως της υψηλής πολυπλοκότητας αντιστοίχησης δύο διαφορετικών αρχιτεκτονικών, η οποία για να επιτευχθεί χρειάζεται τον ορισμό και την συντήρηση ξεχωριστών τοπολογιών, χώρων διευθυνσιοδότησης, πρωτοκόλλων δρομολόγησης και σηματοδοσίας αλλά και μεθόδων απότελεσματικής δέσμευσης πόρων. Η αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων έρχεται μέσω της εμφάνισης των τεχνικών μεταγωγής πολλαπλών επιπέδων στις οποίες ανήκει και το Multiprotocol Label Switching (MPLS) οι οποίες επιχειρούν να δώσουν μία ολοκληρωμένη λύση ότι αφορά το συνδυασμό της μεταγωγής (επίπεδο 2 στο OSI) και της δρομολόγησης (επίπεδο 3 στο OSI). Αντιπροσωπευτικότερες μέθοδοι είναι οι εξής: 20

21 IP Μεταγωγή (IP Switching): Με την συγκεκριμένη τεχνική δίνεται η δυνατότητα σε μια συσκευή που έχει την απόδοση ενός ΑΤΜ μεταγωγέα να συμπεριφέρεται ως δρομολογητής και άρα την δυνατότητα να ξεπερνά το πρόβλημα του περιορισμένου αριθμού πακέτων τα οποία δύναται να περάσουν από ένα παραδοσιακό δρομολογητή σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Συνεπώς η λύση που δόθηκε μέσω της τεχνικής αυτής είχε να κάνει με την απαλοιφή του επιπέδου ελέγχου των ATM δικτύων. Χρησιμοποιεί την παρουσία ροής δεδομένων για την καθοδήγηση την δημιουργία των ετικετών. Τα πρωτόκολλα δέσμευσης ετικέτας σε αυτή την περίπτωση είναι το Ipsilon Flow Management Protocol (IFMP) και διαχείρισης μεταγωγέα το General Switch Management Protocol (GSMP). Το τελευταίο μάλιστα συμμετέχει αποκλειστικά στον έλεγχο του ΑΤΜ μεταγωγέα και των ιδεατών κυκλωμάτων στα οποία συμμετέχει. Ροή κίνησης μεταξύ δύο hosts: Χρησιμοποιεί τις IP διευθύνσεις του δημιουργού της κίνησης και του προορισμού. Επίσης χρησιμοποιείται το Time to Live (TTL) πεδίο για να καθοριστεί το χρόνο που θα διαρκέσει η εν λόγω κίνηση. Αυτή η κίνηση ονομάζεται τύπου 2 ροή. Ροή κίνησης μεταξύ 2 συγκεκριμένων ports: Καθορίζει την ροή της κίνησης μεταξύ των ίδιων συγκεκριμένων πηγής και προορισμού ports, των ιδίων πηγής και προορισμού IP διευθύνσεων, του ίδιου κατηγορίας υπηρεσιών (ToS), του ίδιου πρωτοκόλλου ID και τέλος του ίδιου TTL. Η συγκεκριμένη ροή ονομάζεται τύπου 1. Το ερώτημα βεβαίως που γεννάται είναι γιατί χρησιμοποιούνται όλα αυτά τα πεδία και δεν χρησιμοποιούνται μόνο οι IP διευθύνσεις.h απάντηση έρχεται από το γεγονός του ότι καθορίζοντας ports, πρωτόκολλα, και όλα τα υπόλοιπα επιτρέπεται στην διεργασία της μεταγωγής να γίνεται με βάση τον τύπο της εκάστοτε κίνησης. Επί παραδείγματι έστω ότι σε ένα δίκτυο εισέρχονται δύο είδη κινήσεων την File Transfer traffic και την DNS traffic.με βάση την παραπάνω διαδικασία μπορεί να μεταγωγηθεί η FT traffic και να δρoμολογηθεί η DNS traffic. Μεταγωγή Ετικέτας (Tag ( Switching): Με αυτή την τεχνική επιχειρήθηκε προσέγγιση ανταλλαγής ετικετών και υλοποιήθηκε από την Cisco Systems. Η μεταγωγή ετικέτας βασίζεται σε διαδικασίες ελέγχου που είναι ανεξάρτητες από την ροή δεδομένων σε ένα δίκτυο για την ανανέωση των ετικετών στον πίνακα προώθησης ενός δρομολογητή. Ένα τέτοιο δίκτυο αποτελείται από δρομολογητές ετικέτας στα άκρα του δικτύου (Tag Edge Routers) και από ενδιάμεσους δρομολογητές μεταγωγής ετικέτας (Tag Switching Routers). Εξ αυτών την αποκλειστική ευθύνη για την 21

22 επισύναψη ετικέτας σε κάθε πακέτο την έχουν οι δρομολογητές στα άκρα του δικτύου. Οι ετικέτες σχετίζονται άμεσα με διαδρομές και διανέμονται στο δίκτυο μέσω ενός πρωτοκόλλου διανομής ετικετών (Tag Distribution Protocol). Η κυκλοφορία από την στιγμή της ανάθεσης των ετικετών στα πακέτα γίνεται μέσω των γνωστών IP πρωτόκολλων. Το Tag Switching αποτελεί μία φόρμα της μεταγωγής ετικέτας η οποία χρησιμοποιεί ετικέτες αντί IP διευθύνσεων και η οποία περιγράφεται στο RFC Συνίσταται από 2 συστατικά: την προώθηση (forwarding) και τον έλεγχο (control). Προώθηση πακέτων: Χρησιμοποιεί την πληροφορία που περικλείεται στο πεδίο του tag μέσα σε ένα πακέτο και η οποία διαβάζεται κατά την προσπέλαση του πακέτου από ένα tag μεταγωγέα και μας δίνει την προώθηση. Έλεγχος στην προώθηση των πακέτων: Με την διαδικασία αυτή επιχειρείται η σωστή και αποδοτική προώθηση των πακέτων μέσω δικτύου το οποίο αποτελείται από πολλούς μεταγωγείς. Δρομολογητής Μεταγωγής κελιού (Cell Switching Router-CSR): Με αυτή την τεχνική επιχειρήθηκε να χρησιμοποιηθεί το IP πρωτόκολλο για τον έλεγχο των δικτυακών εγκαταστάσεων της ΑΤΜ τεχνολογίας. Η CSR τεχνική προσπάθησε τελικά να συνενώσει λογικά IP υποδίκτυα μέσα σε ένα IP over ATM περιβάλλον. Οι μεταγωγείς ετικέτας επικοινωνούν μέσω γνωστών ιδεατών ΑΤΜ κυκλωμάτων. Η επισύναψη τους γίνεται με βάση την ροή των δεδομένων χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο Flow Attribute Notification Protocol (FANP) για την αναγνώριση των εμπλεκομένων CSR και την εγκαθίδρυση μεταξύ των διαφορετικών ροών πληροφορίας. Κύριος στόχος του CSR είναι να επιτρέψει την cut through προώθηση των διαφορετικών ροών πληροφορίας το οποίο ουσιαστικά σημαίνει ότι η μεταγωγή στη ροή των κελιών να γίνει προτού αυτά συναρμολογηθούν ξανά για την δημιουργία του IP πακέτου και εν συνεχεία την προωθησή του σε επίπεδο δικτύου. Μεταγωγή Δρομολόγησης Συνόλου Διαδρομών (Aggregate Route-based Switching-ARIS): Είναι παρόμοια τεχνική με την Tag Switching. Συνδέει ετικέτες με σύνολα διαδρομών, τα οποία είναι ομάδες προθεμάτων διευθύνσεων και όχι με ροή δεδομένων όπως συμβαίνει στα CSR και IP Switching. Την ευθύνη και σε αυτή την περίπτωση για την ανάθεση της ετικέτας έχει πάλι ο δρομολογητής εξόδου(egress router). Οι δρομολογητές που ακολουθούν αυτή τη τεχνολογία ονομάζονται ολοκληρωμένοι δρομολογητές μεταγωγής (Integrated Switch Routers, ISR). 22

23 Το πρωτόκολλο ARIS είναι πρωτόκολλο ομοτιμίας (peer-to-peer) το οποίο τρέχει μεταξύ ISR.ακριβώς κάτω από το IP πρωτόκολλο παρέχοντας το μέσο για την εγκαθίδρυση γειτονικών σχέσεων και ανταλλαγής πακέτων. Η διανομή ετικετών ξεκινά από τον δρομολογητή εξόδου και συνεχίζεται προς τα πίσω στο δρομολογητή εισόδου. Μια συνολική εκτίμηση των παραπάνω μεθόδων στην μεταγωγή πολλαπλών επιπέδων συνάγει ως συμπέρασμα ότι όλες συνδύασαν τα καλύτερα χαρακτηριστικά της IP δρομολόγησης και της ΑΤΜ μεταγωγής με ταυτόχρονη όμως προσπάθεια να προσεγγίσουν την όλη κατάσταση με πρωτόκολλο ανάλογο του IP. Η γενική φιλοσοφία στο όλο εγχείρημα ήταν να μετατοπίσουν τον έλεγχο από το λογισμικό των δρομολογητών και να το συνδυάσουν με την υψηλή ικανότητα προώθησης του ΑΤΜ μεταγωγέα δημιουργώντας με αυτό τον τρόπο ένα IP δρομολογητή με χαμηλό κόστος αλλά εξαιρετικά γρήγορο. Εικόνα 12 - Μεταγωγέας Πολλαπλών Επιπέδων Έτσι με την βοήθεια των πρωτοκόλλων δρομολόγησης σε συστήματα εντός του βασικού κορμού και όχι μόνο στα άκρα του δικτύου δόθηκαν λύσεις σε αρκετά από τα προβλήματα του αρχικού μοντέλου επικάλυψης (overlay model) όπως: Το πρόβλημα με την επεκτασιμότητα των VCs εξαλείφθηκε, Ο φόρτος εργασίας του IGP μειώθηκε γιατί ελαττώθηκε ο αριθμός των ομότιμων κόμβων που έπρεπε να διατηρεί ο κάθε δρομολογητής. Αφαιρώντας τα ΑΤΜ πρωτόκολλα σηματοδοσίας και δρομολόγησης η μεταγωγή πολλαπλών επιπέδων μείωσε την πολυπλοκότητα της λειτουργίας αφού ουσιαστικά εξάλειψε την ανάγκη για συνεργασία και αντιστοίχηση μεταξύ των δύο διαφορετικών αρχιτεκτονικών πρωτοκόλλων (IP vs ATM). Και αυτό παρόλο που η μεταγωγή των ετικετών γίνεται πάλι με την χρησιμοποίηση των VCs από την πλευρά του ATM ως ετικέτες οι οποίες όμως εκχωρούνταν και διανέμονταν από πρωτόκολλα βασισμένα στο IP. Το κρίσιμο σημείο το οποίο καλούταν να ξεπεράσει σε αυτό το σημείο η μεταγωγή ετικετών σε πολλαπλά επίπεδα ήταν το ότι έπρεπε να τρέχουν πάνω από μια δικτυακή υποδομή βασισμένη σε κελιά τη στιγμή που όλο το 23

24 Διαδίκτυο προσανατολιζόταν στη χρήση των πακέτων για την διακίνηση της πληροφορίας. 2.6 Βασικό πρόβλημα των παραπάνω λύσεων Μεταγωγής Πολλαπλών Επιπέδων Οι λύσεις που προβλήθηκαν περιληπτικά στα προηγούμενα και οι οποίες ήταν όλες κάτω από την σκέπη της Μεταγωγής πολλαπλών επιπέδων είχαν ως κοινή αφετηρία την διατήρηση του επιπέδου ελέγχου από το IP πρωτόκολλο ενώ η αντικατάσταση της ετικέτας ανατέθηκε στο ATM με σκοπό την προώθηση των πακέτων. Το πρόβλημα που δημιουργήθηκε σε αυτή την περίπτωση για τους παρόχους δικτυακών υπηρεσιών ήταν η κάθε μία από αυτές τις λύσεις αποτελούσε μια μεμονωμένη πρόταση η οποίο αδυνατούσε να σταθεί σε ένα οποιοδήποτε δίκτυο δημιουργώντας θέτοντας τελικά ζήτημα συμβατότητας. Από την άλλη η υποδομή που απαιτούνταν για την μεταγωγή πολλαπλών επιπέδων ήταν ΑΤΜ και μόνο με αποτέλεσμα να θέτει εκτός παιχνιδιού ένα πλήθος άλλων επιπέδου διασύνδεσης τεχνολογιών, που πολλές από αυτές μάλιστα ήταν και ευρέως διαδεδομένες (π.χ. Frame Relay, PPP, SONET και LANS). Έπρεπε λοιπόν να δημιουργηθεί ένα ενιαίο πρότυπο για τους κατασκευαστές το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί πάνω από οποιαδήποτε τεχνολογία επιπέδου διασύνδεσης (Layer 2). Έτσι το 1997 ο IETF δημιούργησε την ομάδα εργασίας Multiprotocol Label Switching (MPLS MPLS) ) με στόχο την δημιουργία ενός ενοποιημένου και αλληλεπιδραστικού πρωτοκόλλου Μεταγωγής Ετικέτας Πολλαπλών Πρωτοκόλλων. 24

25 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: MPLS 3.1 Τι είναι το MPLS ( Το MPLS είναι μια τεχνολογία που έχει καθοριστεί από την IETF (Internet Engineering Task Force) με βασικό στόχο την βέλτιστη δρομολόγηση, προώθηση, και μεταγωγή της ροής της κυκλοφορίας μέσα στο δίκτυο. Το MPLS έχει προτυποποιηθεί στην IETF μέσω διαφόρων RFC με κυριότερα: RFC 3031 MPLS Architecture RFC 3032, Label Stack encoding, RFC 3036 LDP specification Το MPLS ξεκίνησε με σκοπό να επιταχύνει την δρομολόγηση όταν το Internet είχε μεγαλώσει πολύ, αλλά σήμερα περισσότερο χρησιμοποιείται για: την επίτευξη ρητής δρομολόγησης (explicit routing), τον σχεδιασμό κίνησης (traffic engineering) και την δημιουργία Ιδιωτικών Νοητών δικτύων (Virtual Private Networks) Την υποστήριξη κλάσεων υπηρεσίας (Class of Service and Quality of Service) Ουσιαστικά έρχεται να δώσει μία λύση στα σημερινά δίκτυα παρόχων που υστερούν στην διαχείριση ταχύτητας, επεκτασιμότητας, ποιότητας υπηρεσιών και δρομολόγησης. Το βασικό του πλεονέκτημα (Multiprotocol) είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί με όλες τις γνωστές τεχνολογίες (ATM, FR, IP). Το Multiprotol Label Switching Πρωτόκολλο (MPLS) με απλά λόγια, επιτρέπει σε πάροχους υπηρεσιών (SP - Service Providers) να προσφέρουν λύσεις διαδικτύωσης μεταξύ σημείων που βρίσκονται σε διαφορετικές θέσεις γεωγραφικά. Διασφαλίζοντας ταυτόχρονα την υψηλή ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών και την επεκτασιμότητα για τους πελάτες τους. Εκτός από την επεκτασιμότητα, το MPLS προσφέρει Traffic Engineering (ΤΕ) και Quality of Service (QoS). Το Traffic Engineering (ΤΕ) η επεκτασιμότητα και τα χαρακτηριστικά QoS ωφελούν τόσο τους SP στην διαχείριση και σωστή διαστασιοποίηση του δικτύου, όσο και τους πελάτες τους αφού απολαμβάνουν υπηρεσίες σε χαμηλό κόστος σε σχέση με τα point to point μισθωμένα κυκλώματα ανά υπηρεσία. 25

26 3.2 Δομικά στοιχεία ενός MPLS δικτύου Στην συνέχεια θα δώσω τους βασικότερους ορισμούς ενός δικτύου MPLS. MPLS network δίκτυο το οποίο αποτελείται από δρομολογητές που υποστηρίζουν MPLS Label Switch Router (LSR) είναι ο δρομολογητής που δρομολογεί με βάση τις ετικέτες. Τέτοιου τύπου δρομολογητές είναι στο μέσο ενός MPLS δικτύου και είναι υπεύθυνος για την αλλαγή των ετικετών που χρησιμοποιούνται για τη δρομολόγηση πακέτων. Όταν ένας LSR λαμβάνει ένα πακέτο, χρησιμοποιεί την ετικέτα που περιλαμβάνεται στην κεφαλίδα πακέτου ως δείκτη για τον προσδιορισμό του επόμενου βήματος και προσθέτει μία αντίστοιχη ετικέτα για το πακέτο από έναν πίνακα δρομολόγησης. Η παλαιά ετικέτα στη συνέχεια απομακρύνεται από την επικεφαλίδα και αντικαθίσταται με τη νέα ετικέτα πριν το πακέτο δρομολογηθεί στο επόμενο σημείο (next hop). Label Edge Router (γνωστός ως edge LSR) είναι δρομολογητής που ενώνεται με δρομολογητές που δεν υποστηρίζουν MPLS. Είναι ένας δρομολογητής που λειτουργεί στην άκρη ενός δικτύου MPLS και δρα ως σημείο εισόδου και εξόδου για το δίκτυο. Κατά τη δρομολόγηση IP κίνησης προς το MPLS, ένας LER (Ingress Router ter) χρησιμοποιεί πληροφορίες δρομολόγησης για να καθορίσει τις κατάλληλες ετικέτες που πρέπει να προστεθούν στο πακέτο, και στη συνέχεια προωθεί τα πακέτα στην περιοχή MPLS. Ομοίως, κατά τη λήψη ενός πακέτου που προορίζεται για έξοδο από την περιοχή MPLS, ο LER (Egress Router) αφαιρεί τις ετικέτες και προωθεί το προκύπτον πακέτο IP χρησιμοποιώντας συνήθεις κανόνες δρομολόγησης IP. Forwarding Equivalent Class (FEC) Η δημιουργία της συγκεκριμένης ομάδας πακέτων γίνεται από Ingress LERs. Όταν ένα μη σημειωμένο πακέτο εισέρχεται στο δρομολογητή εισόδου και πρέπει να περάσει μέσα από το MPLS, ο δρομολογητής καθορίζει/υπολογίζει πως θα πρέπει να δρομολογηθεί (FEC) το πακέτο και στη συνέχεια, εισάγει μία ή περισσότερες ετικέτες στην νέα MPLS label του πακέτου. Στην συνέχεια το πακέτο δρομολογείται στο επόμενο σημείο με βάση την MPLS label. Ένας σημαντικός λόγος που χρησιμοποιείται η FEC είναι επειδή επιτρέπει την ομαδοποίηση των πακέτων σε κλάσεις. Μέσω λοιπόν αυτής της ομαδοποίησης η αντιστοίχηση της FEC σε ένα πακέτο χρησιμεύει για να θέσει προτεραιότητες για την διαχείριση τους δίνοντας μεγαλύτερη προτεραιότητα σε κάποιες FEC έναντι κάποιων άλλων. Η FEC ουσιαστικά χρησιμεύει για την υποστήριξη ποιοτικών υπηρεσιών. Το ταίριασμα μιας FEC σε ένα πακέτο επιτυγχάνεται με την χρησιμοποίηση ετικετών οι οποίες μεταφέρονται στο πακέτο και αναγνωρίζουν τη FEC. 26

27 Διαφορετικές κλάσεις υπηρεσιών (Class of Services-CoS) χρησιμοποιούν διαφορετικά FECs με τις αντίστοιχες ετικέτες τους. Όσο αφορά την κίνηση η οποία σχετίζεται με το διαδίκτυο για τον καθορισμό των FECs χρησιμοποιούνται αρκετοί αναγνωριστές όπως: Η IP διεύθυνση προορισμού ή πηγής Οι θύρες (ports) για τις εκάστοτε εφαρμογές Η ID του πρωτοκόλλου IP Ipv4 DiffServ codepoint Ipv6 flow label Όσο αφορά τα ports και την ID του πρωτοκόλλου IP αυτά τα 2 συγκεκριμένα πεδία έχουν να κάνουν με τον καθορισμό του τύπου κίνησης ο οποίος διακινείται στο IP payload datagram. Επί παραδείγματι, μια θύρα μπορεί να κωδικοποιηθεί από τον εκπομπό του αρχικού πακέτου για να καθορίσει ότι το payload είναι OSPF κίνηση. Ανάλογα λοιπόν ο δρομολογητής μπορεί να προγραμματιστεί με τέτοιο τρόπο ώστε η αντιμετώπιση του στην συγκεκριμένη κίνηση να είναι διαφορετική από άλλων ειδών κινήσεις όπως TCP ή UDP. Έτσι εάν στο payload εμπεριέχεται TCP ή UDP κίνηση οι πόρτες για τους συγκεκρμένες επικεφαλίδες αποτελούν ένδειξη του τύπου κίνησης που βρίσκεται στο πακέτο. Έτσι η πόρτα προορισμού μπορεί να κωδικοποιηθεί για να καθορίσει ότι η κίνηση είναι φωνή, κ.τ.λ. Η χρησιμότητα λοιπόν των συγκεκριμένων πεδίων για τα δίκτυα κορμού είναι ιδιαίτερα σημαντική για την υποστήριξη διαφορετική ποιότητα υπηρεσιών για διαφορετικά είδη κίνησης. Label Είναι μία ετικέτα που αντιστοιχεί σε μία FEC. Εικόνα 13 MPLS ετικέτα Η ετικέτα στην περίπτωση του MPLS χρησιμοποιείται ουσιαστικά για τον καθορισμό του μονοπατιού που θα διασχίσει το πακέτο μέχρις ότου φτάσει στον προορισμό του. Η μεταφορά της γίνεται στην επικεφαλίδα του επιπέδου 2 μαζί με το πακέτο. Κατά την ταξινόμηση ενός πακέτου σε μία καινούρια ή 27

28 υπάρχουσα FEC ανατίθεται σε αυτό μια ετικέτα στον egress LSR. Οι τιμές προέρχονται από το επίπεδο της διασύνδεσης των δεδομένων. Το ίδιο το MPLS ως πρωτόκολλο καθορίζει τους κανόνες-διαδικασίες ανάθεσης μιας ετικέτας σε ένα συγκεκριμένο FEC(η ορολογία που χρησιμοποιείται για αυτή την διαδικασία είναι γνωστή και ως binding).υπάρχουν δύο ειδών τοπολογίες για τέτοια bindings: Τοπική Ανάθεση (Local ( Binding):Κατά την συγκεκριμένη λειτουργία ο δρομολογητής τοπικά, θέτει την συσχέτιση ανάμεσα στην ετικέτα και σε μία FEC. Αυτή την συσχέτιση την πραγματοποιεί ύστερα από την λήψη κίνησης ή πληροφορίας ελέγχου από ένα upstream or downstream γειτονικό του LSR. Απομακρυσμένη Ανάθεση (Remote ( Binding): Σε αυτή την περίπτωση η ανάθεση πραγματοποιείται από κάποιο γειτονικό LSR o οποίος δίνει την ανάθεση στον τοπικό κόμβο. Αυτό πραγματοποιείται με ανταλλαγή μηνυμάτων ελέγχου όπως είναι τα μηνύματα διανομής ετικέτας (Label Distribution Messages). Αυτή η ανάθεση μπορεί να γίνει είτε από τους downstream LSRs (όπου ο όρος downstream αναφέρεται στην κατεύθυνση κατά την οποία στέλνεται το πακέτο του χρήστη) μέσω του οποίου ενημερώνεται ο upstream LSR για αυτή την ανάθεση. Για επίπεδα διασύνδεσης δεδομένων (όπως στο ΑΤΜ και το Frame Relay), οι αναγνωριστές του επιπέδου 2 όπως οι DLCIs (Data Link Connection Identifiers) για την περίπτωση του FR ή τις τιμές των VPΙs/VCΙs (Virtual Paths Identifiers και Virtual Circuits Identifiers) στην περίπτωση των ΑΤΜ δικτύων δύναται να χρησιμοποιηθούν ως ετικέτες. Η πολιτική της αντιστοίχησης ετικετών με FECs είναι αποτέλεσμα γεγονότων τα οποία βασίζονται σε μοντέλα δεδομένων ή μοντέλα ελέγχου. Σε αυτή την περίπτωση το μοντέλο ελέγχου είναι προτιμότερο εξαιτίας της επεκτασιμότητας του. Έτσι έχουμε: Η αντιστοίχηση ετικετών με FECs στο MPLS και οι οποίες πηγάζουν από τις τοπολογίες ανάθεσης που προαναφέρθηκαν, επιτυγχάνεται μέσω δύο μεθόδων: Μέθοδος του ανεξάρτητου ελέγχου: Η συγκεκριμένη μέθοδος απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα στο οποίο ο LSR A χρησιμοποιεί OSPF για να αποστείλει την IP address /19 στον LSR B. Με την λήψη του μηνύματος ο SLR B ανεξάρτητα, δίνει μια ετικέτα σε αυτή τη FEC και την οποία διαφημίζει στους γειτονικούς LSR ότι έχει κατοχυρωθεί. Η σειρά με την οποία γίνεται η διαφήμιση για την απεικόνιση και κατοχύρωση της ετικέτας ποικίλλει και βασίζεται σε κανόνες οι οποίοι θα αναλυθούν αργότερα. Το πλεονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι ότι η διαδικασία της απεικόνισης της ετικέτας συμβαίνει ακριβώς μετά την στιγμή της κοινοποίησης κάποιας IP 28

29 διεύθυνσης. Σύμφωνα με αυτό λοιπόν και υποθέτοντας το ότι οι πίνακες δρομολόγησης όλων των δρομολογητών που συμμετέχουν στο MPLS δίκτυο είναι σταθεροί και συγχρονισμένοι, οι ετικέτες οι οποίες χρησιμοποιούνται είναι ήδη γνωστές με αποτέλεσμα να επιτρέπουν την γρήγορη και την πιο αποτελεσματική απεικόνιση των εναπομείναντων από αυτές. Ωστόσο το μειονέκτημα της εν λόγω μεθόδου είναι ότι θα πρέπει να σεταριστεί στο δίκτυο ουτώς ώστε οι γειτονικοί LSRs να βρίσκονται σε συμφωνία με τα FECs διαφορετικά αν η ανάθεσή τους δεν στηρίζεται πάνω σε μια κοινή γραμμή τότε ενδέχεται τα LSPs που συνδέονται με αυτές να παρουσιάσουν ασυμβατότητες. Μέθοδος του κατά παραγγελία ελέγχου: Στην συγκεκριμένη μέθοδο η απεικόνιση των ετικετών γίνεται βάση ενός προαποφασισμένου τρόπου-σειράς τον οποίο έχει αναλάβει είτε ο ingress είτε ο egress LSR ενός LSP. Σε αντίθεση με την πρώτη μέθοδο σε αυτή επιτυγχάνεται το γεγονός του ότι όλοι οι εμπλεκόμενοι LSRs στo LSP χρησιμοποιούν το ίδιο FEC ως το αρχικό αναγνωριστή. Έτσι μέσω αυτής της μεθόδου ο διαχειριστής του δικτύου κατορθώνει να έχει πλήρη εποπτεία από την εγκαθίδρυσή του LSP. Αυτό συμβαίνει γιατί στον egress LSR δημιουργούνται λίστες οι οποίες δείχνουν ποιά LSPs συνδέονται με ποιά FEC και κατά συνέπεια με ποιές ετικέτες μεταγωγής. Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι το ότι χρειάζεται περισσότερο χρόνο από αυτή του ανεξάρτητου ελέγχου, για την εγκαθίδρυση ενός LSP. Τα κριτήρια προώθησης στα οποία στηρίζεται η ανάθεση της ετικέτας ποικίλουν. Έτσι έχουμε: Unicast δρομολόγηση με βάση τον προορισμό Έλεγχος κυκλοφορίας Multicast Ιδιωτικά Ιδεατά Δίκτυα (Virtual Private Networks) Ποιότητα Υπηρεσίας (Quality of Service) Label Switching Path (LSP) Είναι ένας δρόμος μέσα από ένα MPLS δίκτυο που έχει δημιουργηθεί με βάση τη FEC. Το μονοπάτι ξεκινά από έναν Ingress LER και καταλήγει σε έναν Egress LER. Label Distribution Protocol το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή των labels μεταξύ των LER/LSR. Forwarding Information Base (FIB FIB) είναι ένας πίνακας που χρησιμοποιείται για την εύρεση από το Interface εισόδου ποιο είναι τι κατάλληλο interface εξόδου για να δρομολογήσει το πακέτο που εισέρχεται. 29

30 NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) περιέχει πληροφορίες σχετικά με την δρομολόγηση ενός πακέτου στο MPLS όπως: Η πραγματική IP του next hop για το πακέτο Αλλαγές που πρέπει να γίνουν στην label. ILM (Incoming Label Map) αντιστοιχίζει εισερχόμενα πακέτα που έχουν ήδη label σε ένα NHLFE. Γενικά σε ένα MPLS δίκτυο οι router που βρίσκονται στο άκρο του δικτύου και έχουν το ρόλο του LER ingress/egress είναι επίσης γνωστοί και ως PE routers (Provider Edge). Ενώ οι LSR routers που βρίσκονται εντός του δικτύου MPLS είναι επίσης γνωστοί ως P routers. Εικόνα 14 - ροµολογητές του MPLS 3.3 ΑΡXITEKTONIKH TOY MPLS Δημιουργία Ετικέτας και ενσωμάτωση στα πακέτα Οι MPLS routers προσθέτουν μια ή περισσότερες ετικέτες που παρεμβάλλονται μεταξύ του Layer 2 header και Layer 3 σε ένα πακέτο. Έτσι μία πρόσθετη ετικέτα στο πακέτο προσφέρει την δυνατότητα ενός επιπλέον τρόπου προώθησης εκτός από την παραδοσιακή δρομολόγηση IP. 30

31 Εικόνα 15 MPLS ετικέτα και αρχικό πακέτο Πριν ξεκινήσει η μεταφορά πακέτων, οι δρομολογητές κάνουν τους ανάλογους υπολογισμούς και παίρνουν την απόφαση να δεσμεύσουν μια ετικέτα και να δημιουργήσουν τους πίνακες τους. Η ετικέτα που δημιουργούν/δεσμεύουν συνδέεται με ένα συγκεκριμένο FEC. Στην παρακάτω εικόνα υπάρχει παράδειγμα MPLS μεταγωγής πακέτων καθώς και τα αντίστοιχα labels και FEC που δημιουργούνται. Εικόνα 16 MPLS FEC Δομή της επικεφαλίδας του MPLS 31

32 Αποτελείται από ένα πεδίο, εντός του πακέτου, το οποίο έχει μέγεθος 32 bit και δημιουργείται, στον πρώτο δρομολογητή που συναντά το πακέτο κατά την εισοδό του στο MPLS δίκτυο (ingress LSR). Κατά την δημιουργία του, τοποθετείται μεταξύ των επικεφαλίδων (headers) του επιπέδου διασύνδεσης και του επιπέδου δικτύου. Η επικεφαλίδα τουip datagram ή οποιαδήποτε επικεφαλίδα επιπέδου 4 (layer 4) χρησιμοποιούνται από τον ingress LSR για τον καθορισμό ενός FEC και τελικά την απεικόνιση μιας ετικέτας σε αυτό. Εν συνεχεία αυτή η ετικέτα χρησιμεύει στους επόμενους transit LSRs για την ακριβή και έγκυρη προώθηση του πακέτου στον επόμενο κόμβο και στον τελικό του προορισμό. Η μορφή ενός πακέτου που εμπεριέχει και επικεφαλίδα MPLS φαίνεται στο επόμενο σχήμα: Εικόνα 17 - Γενική µορφή της επικεφαλίδας του MPLS Από το σχήμα καθορίζονται και τα πεδία τα οποία συνιστούν την συγκεκριμένη επικεφαλίδα και είναι τα εξής: Το πεδίο του αριθμού της ετικέτας (Label ( Label),το οποίο συνίσταται από 20 bits και το οποίο εμπεριέχει την MPLS ετικέτα. Το πεδίο του experimental (Exp Exp), ),το οποίο έχει μήκος 3 bits και το οποίο δεν έχει πλήρως ακόμα καθοριστεί. Το πεδίο της στοίβαξης των ετικετών (Stacking bit), και το οποίο χρησιμεύει για να κάνει την στοίβαξη των εκάστοτε ετικετών (θα δούμε στην συνέχεια τι εννοείται με την έννοια της στοίβας) Το πεδίο του προκαθορισμένου χρόνου ζωής του πακέτου (Time ( to Live-TTL TL), που έχει μήκος 8 bits και το οποίο όπως και στο IP πακέτο καθορίζει το όριο στο οποίο θα ταξιδέψει το MPLS πακέτο και στην συνέχεια θα απορριφθεί αν δεν έχει φτάσει στον προορισμό του. (Το εν λόγω πεδίο υπάρχει και στο MPLS πακέτο γιατί όπως έχει ήδη αναφέρθει εντός του MPLS δικτύου, στους transit LSRs δεν εξετάζεται καθόλου το IP πακέτο). 32

33 Στοίβα Ετικετών Ο μηχανισμός της στοίβας των ετικετών επιτρέπει την ανταλλαγή της πληροφορίας στους LSRs ενώ παράλληλα κάποιοι από αυτούς δρουν ως συνοριακοί σύνδεσμοι σε καθένα από τα διαφορετικά domains που υπάρχουν εντός του MPLS δικτύου επιτρέποντας έτσι την ιεραρχική λειτουργία στο MPLS. Κάθε ένα από αυτά τα επίπεδα σε αυτή την στοίβα σχετίζεται με ένα ιεραρχικό επίπεδο. Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να ξεκαθαριστεί ότι η επεξεργασία των πακέτων (labeled) είναι εντελώς ανεξάρτητη από τα παραπάνω επίπεδα ιεραρχίας γιατί ακριβώς αυτά δεν σχετίζονται με τον εκάστοτε LSR. Η επεξεργασία λοιπόν βασίζεται πάντα στο πάνω επίπεδο της στοίβας στο υψηλότερο ουσιαστικά επίπεδο (ουσιαστικά δηλαδή το τελευταίο από τα domains) που βρίσκεται στον πυρήνα του MPLS δικτύου χωρίς να αναμιγνύεται σε αυτή, η πιθανότητα του να επεξεργάζονται και κάποιοι αριθμοί κάποιων άλλων ετικετών που μπορεί να είχαν προϋπάρξει πάνω από το εν λόγω επίπεδο ή κάτω από αυτό. Η χρήση του tunneling (θα εξηγηθεί στην συνέχεια) διευκολύνεται με την στοίβα των ετικετών στη λειτουργία του MPLS. Αν λοιπόν έχει σχηματιστεί μια στοίβα ετικετών η οποία έχει βάθος στοίβαξης μ τότε η ετικέτα στην αρχή αυτής είναι επιπέδου 1, η επόμενη είναι επιπέδου 2 και τελικά η ετικέτα στην κορυφή αυτής της στοίβας είναι επιπέδου μ. Το πεδίο της στοίβαξης των ετικετών εμφανίζεται στο πακέτο μετά από τις επικεφαλίδες του επιπέδου 2 (data link layer) και πριν από οποιαδήποτε επικεφαλίδα επιπέδου 3 (network layer). H μεγαλύτερη επιπέδου ετικέτα εμφανίζεται πρώτα στο πακέτο και η μικρότερου επιπέδου εμφανίζεται τελευταία. Το πακέτο του επιπέδου ακολουθεί την εγγραφή για την στοίβα της ετικέτας η οποία έχει το S bit σε λειτουργία. Όταν ένα πακέτο λαμβάνεται από ένα LSR η τιμής της ετικέτας του πρώτου ιεραρχικά επιπέδου της στοίβας εξετάζεται και ύστερα από αυτό ο δρομολογητής ξέρει σε ποιό επόμενο hop να προωθήσει το πακέτο και τις διεργασίες πρέπει να γίνουν σε αυτό όπως το pushing or popping. Από τις τιμές των ετικετών οι οποίες διαχειρίζονται από το MPLS κάποιες είναι εξαρχής δεσμευμένες με συνέπεια να μην μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους LSRs. Μερικές από αυτές είναι: H τιμή 0, 0 η οποία αναπαριστά την τιμή της ετικέτας για το IPv4 και η οποία δίνεται όταν η στοίβα περιέχει μία και μοναδική τιμή. Αποτελεί δηλαδή ένδειξη ότι η στοίβα πρέπει να Pop και η προώθηση του πακέτου πρέπει να βασιστεί στην επικεφαλίδα του IPv4 33

34 H τιμή 1, 1 η οποία αναπαριστά την τιμή της ετικέτας για να υποδηλώσει στον δρομολογητή κάποιο πρόβλημα στο πακέτο. Μπορεί να εμπεριέχεται σε οποιαδήποτε θέση της στοίβας εκτός από την τελευταία. Κατά την λήψη ενός πακέτου το οποίο έχει αυτή την τιμή της ετικέτας στην κορυφή της στοίβας τότε αυτό μεταφέρεται σε ένα λογισμικό το οποίο βρίσκεται εσωτερικά του δρομολογητή για περαιτέρω επεξεργασία. H τιμή 2, 2 η οποία αναπαριστά την τιμή ετικέτας για το IPv6 και η οποία δίνεται όταν η στοίβα περιέχει μία και μοναδική τιμή. Αποτελεί δηλαδή ένδειξη ότι η στοίβα πρέπει να Pop και η προώθηση του πακέτου πρέπει να βασιστεί στην επικεφαλίδα του IPv6 Η τιμή 3, 3 η οποία είναι μια τιμή που ένας LSR μπορεί να δώσει και να διανείμει αλλά που ποτέ να εμφανιστεί στην διαδικασία της ενθυλάκωση (encapsulation). Έτσι εάν ένας LSR αντικαταστήσει την ετικέτα που βρίσκεται στην κορυφή της στοίβας με μία νέα, η οποία έχει τιμή 3 αυτός θα αποσυμπιέσει την στοίβα αντί να κάνει την αντικατάσταση. Παρόλα αυτά δύναται η συγκεκριμένη τιμή να μην εμφανιστεί στην διαδικασία της ενθυλάκωσης και αυτό γιατί για να γίνει χρειάζεται να καθοριστεί από το πρωτόκολλο διανομής ετικετών, συνεπώς η τιμή δεσμεύεται. Το πεδίο τιμών 4 έως και 15 είναι επίσης δεσμευμένο LDP (Label ( Distribution Protocol)- Πρωτόκολλο Διανομής Ετικέτας Η Internet Engineering Task Force (IETF) η οποία δημιούργησε και ανέπτυξε το MPLS για την καλύτερη και πιο αξιόπιστη διαχείριση των πόρων όσο αφορά το διαδίκτυο δεν θα μπορούσε να μην δημιουργήσει και ένα πρωτόκολλο στο οποίο να βασίζεται η διανομή της ετικέτας πάνω στην οποία στηρίζεται η μεταγωγή των πακέτων σε ένα δίκτυο. Αυτό το πρωτόκολλο δεν είναι άλλο από το Label Distribution Protocol (LDP). Επέκταση του συγκεκριμένου πρωτοκόλλου αποτελεί το Constraint Based LDP (CR-LDP) το οποίο επιτρέπει στον διαχειριστή του δικτύου να στήσει ρητά μονοπάτια μεταγωγής LSPs, λειτουργώντας ανεξαρτήτως οποιουδήποτε Internal Gateway Protocol (IGP). To CR-LDP χρησιμοποιείται για κίνηση η οποία έχει απαιτήσεις όσο αφορά την ποιότητα της γραμμής μεταφοράς και προσομοιώνει δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος. 34

35 Το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή των labels μεταξύ των LER/LSR είναι το LDP. Για το «μοίρασμα» των labels το LDP πρωτόκολλο αποκαθιστά TCP σύνδεση. Στο διπλανό σχήμα υπάρχει μία ενδεικτική επικοινωνία μεταξύ δύο LSR καθώς και των KeepAlives που υπάρχουν στην συνέχεια έτσι ώστε η σύνδεση να είναι λειτουργική μεταφέροντας καινούργιες labels. Εικόνα 18 LDP protocol [9] Πρωτόκολλο Δέσμευσης Διαθέσιμων Πηγών (Resource ( Reservation Protocol-RSVP RSVP) To Resource Reservation Protocol (RSVP) κάνει αυτό που λέει και το όνομά του. Δεσμεύει διαθέσιμων πηγών του δικτύου με στόχο την πραγματική σύγκλιση σε αυτό που ονομάζεται ποιότητα υπηρεσίας (QoS). Έτσι το RSVP ορίζει μια σύνοδο (session) ως μια ροή δεδομένων με συγκεκριμένο προορισμό και πρωτόκολλο επιπέδου μεταφοράς. To RSVP σχεδιάστηκε για να δημιουργήσει ένα αξιόπιστο και εξασφαλισμένο από πλευράς ποιότητας μονοπάτι (LSP) αφού κάνει αποθήκευση των αναγκαίων πηγών που χρειάζονται για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Αυτή η αποθήκευση συμβαίνει στα στοιχεία που συμμετέχουν στην υποστήριξη της ροής της κίνησης (όπως οι εφαρμογές video) Εν αντιθέσει με το IP το οποίο είναι connectionless πρωτόκολλο γεγονός που σημαίνει ότι δεν χρειάζεται να στηθεί ένα συγκεκριμένο μονοπάτι για να υπάρξει ροή της κίνησης το RSVP είναι σχεδιασμένο κατά τέτοιο τρόπο ώστε όχι μόνο να δημιουργεί το μονοπάτι αλλά συνάμα να διατηρείται και η απαιτούμενη ποιότητα η οποία πηγάζει από το εύρος ζώνης (bandwidth) το οποίο είναι εξασφαλισμένο για την συγκεκριμένη σύνδεση. Επίσης το RSVP δεν δρομολογεί τα πακέτα. Επιπλέον απαιτεί από τους αποδέκτες της κίνησης να καθορίσουν τις απαιτήσεις τους για ποιότητα της προσφερόμενης υπηρεσίας (QoS) κατά την ροή της κίνησης. 35

36 Αφού λοιπόν ο αποδέκτης της κίνησης καθορίσει τις απαιτήσεις του δημιουργώντας ένα QoS προφίλ το RSVP αναλαμβάνει από κει και έπειτα αφού αναλύσει την συγκεκριμένη απαίτηση να στείλει σε όλες τις εμπλεκόμενες συνδέσεις μηνύματα με τα οποία να απαιτεί την δέσμευση των απαραίτητων πόρων για να ανοιχτεί η συγκεκριμένη σύνοδος. Τα μηνύματα στέλνονται εξαρχής από τους αποδέκτες της κίνησης οι οποίοι επιτρέπουν μέσω αυτών να μαθευτεί και από το δημιουργό αλλά και τα ενδιάμεσα στοιχεία (components) όπως π.χ οι δρομολογητές του δικτύου τις απαιτήσεις του. Το RESV ως reservation έρχεται ως η απάντηση του δικτύου στο αρχικό μήνυμα που έγινε η αφορμή για την διάνοιξη του συγκεκριμένου μονοπατιού. Οι απαιτήσεις τις οποίες ζητά ο εκάστοτε χρήστης για την καλύτερη ποιότητα της προσφερόμενης υπηρεσίας έχουν να κάνουν με peak rate για την ροή της κίνησης, με το burst size αλλά και με το token bucket rate. Συνδυάζεται με το MPLS μια «σύνοδος» ή ροή μπορεί να οριστεί με πιο γενικό και ευέλικτο τρόπο. Ο δρομολογητής εισόδου σε ένα μονοπάτι μεταγωγής ετικέτας (LSP) μπορεί να αποφασίσει με διάφορους τρόπους σε ποια πακέτα θα συνάψει μια συγκεκριμένη ετικέτα. Από τη στιγμή που μια ετικέτα ανατίθεται σε ένα σύνολο πακέτων, η ετικέτα ορίζει μια «ροή» δια μέσου του μονοπατιού (LSP). Το LSP τότε αναφέρεται σαν μία LSP σήραγγα (tunnel) διότι η ροή κυκλοφορίας μέσα σε αυτό είναι αδιαφανής στους ενδιάμεσους κόμβους κατά μήκος του μονοπατιού. Η πληροφορία αναζήτησης ετικετών για ετικέτες που σχετίζονται με ροές RSVP μεταφέρεται σαν μέρος των RSVP Path μηνυμάτων και η πληροφορία αντιστοίχησης ετικετών σαν μέρος των RSVP και RESV μηνυμάτων. Εικόνα 19 - ηµιουργία Μονοπατιού µε RSVP 36

37 Εικόνα 20 - Αποστολή RESV µηνύµατος για εγκαθίδρυση συνόδου Σε αυτό το σχήμα η λειτουργία του συγκεκριμένου μηνύματος ροής είναι να συμπληρώσει την MPLS δρομολόγηση μεταξύ των χρηστών. Οι ετικέτες αντιστοιχίζονται και οι αντίστοιχοι πίνακες δημιουργούνται σε κάθε LSR RSVP-TE (Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering) πρωτόκολλο κατανομής ετικετών Το RSVP-TE πρωτόκολλο είναι μία προσθήκη στο πρωτόκολλο RSVP (Resource Reservation Protocol) και υποστηρίζει την εγκαθίδρυση των MPLS label switched paths (LSP) σε MPLS δίκτυο. Υποστηρίζει την εγκαθίδρυση συγκεκριμένων διαδρομών, με ή χωρίς κράτηση πόρων.το RSVP-TE καθορίζει ένα session ως μια ροή δεδομένων με ένα συγκεκριμένο προορισμό και πρωτόκολλο επιπέδου δικτύου. Ο κόμβος εισόδου του LSP χρησιμοποιεί ένα αριθμό από μεθόδους για να διαπιστώσει ποια πακέτα προσδιορίζουν μια συγκεκριμένη ετικέτα. Όταν μια ετικέτα ανατίθεται σε ένα σύνολο από πακέτα, τότε η ροή του LSP καθορίζεται αποδοτικά Προώθηση πακέτου Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται όλη η διαδικασία που ακολουθείται για την δρομολόγηση ενός πακέτου από την εισαγωγή σε ένα MPLS δίκτυο μέχρι την έξοδο του από αυτό. 37

38 Εικόνα 21 MPLS Προώθηση πακέτου Αρχικά ο Router B (ingress LSR) λαμβάνει ένα πακέτο χωρίς καμία ετικέτα (label). Καθορίζει το FEC του πακέτου, σύμφωνα με τη διεύθυνση προορισμού, και αναζητά στον πίνακα FIB για την τιμή Token. Στην συνέχεια αναζητά στο NHLFE την αντίστοιχη καταχώριση που περιέχει την τιμή Token. Σύμφωνα με την καταγραφή NHLFE του παραδείγματος, ο Router B εισάγει στο πακέτο την ετικέτα 40 και προωθεί το πακέτο στο επόμενο LSR hop που είναι o router C (IP ) μέσω του interface GE3/0/2. Με την παραλαβή του πακέτου με την label 40 από τον router C εξετάζεται αν στο ILM υπάρχει καταχώρηση για την ετικέτα 40 και αναζητά την αντίστοιχη τιμή του token. Επειδή υπάρχει τιμή για το token αναζητά στο NHLFE εγγραφή που να αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο token. Όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα ο Router C σύμφωνα με τη NHLFE εγγραφή, αλλάζει την αρχική label σε 50. Στην συνέχεια προωθεί το πακέτο στον επόμενο LSR (Router D) από το interface GE3/0/2. Με την παραλαβή του πακέτου με την label 50 από τον router D εξετάζεται αν στο ILM υπάρχει καταχώρηση για την ετικέτα 50 και αναζητά την αντίστοιχη τιμή του token. Επειδή δεν υπάρχει τιμή για το token ο Router D αφαιρεί την ετικέτα από το πακέτο. Αν υπάρχει εγγραφή στο ILM ο Router προωθεί το πακέτο αντίστοιχα, αν όχι δρομολογεί το πακέτο με βάση την IP διεύθυνση του πακέτου. 38

39 3.4 Πλεονεκτήματα του MPLS Γενικά το MPLS χαρακτηρίζεται για τις δυνατότητες επεκτασιμότητας και τη αξιοπιστία των υπηρεσιών που παρέχει. Μερικές από τις ποιο σημαντικές είναι: Quality of Service: Στις μέρες μας οι περισσότερες εφαρμογές πολυμέσων βασίζονται σε IP τεχνολογία για την μετάδοση της φωνής και της εικόνας. Είναι πολύ σημαντικό να έχουμε QoS στη διαχείριση των IP πακέτων έτσι ώστε υπηρεσίες φωνής και εικόνας να έχουν μεγαλύτερη προτεραιότητα, δεδομένου ότι είναι πολύ ευαίσθητες στην καθυστέρηση, jitter, κλπ. Επίσης, όλο και περισσότερες εφαρμογές βίντεο εισάγονται σε εταιρικά δίκτυα, όπως τηλεδιασκέψεις, μειώνοντας το κόστος του ταξιδιού και την εξοικονόμηση χρόνου αλλά ταυτόχρονα χρειάζονται QoS στις δικτυακές συνδέσεις για να μπορούν να λειτουργήσουν. Το MPLS με το QoS που μπορεί να παρέχει στις δικτυακές συνδέσεις δίνει λύσεις στις σύγχρονες απαιτήσεις Ευελιξία: Ως τεχνολογία, το MPLS δεν επιβάλλει περιορισμούς σχετικά με τη διαλειτουργικότητα με άλλες τεχνολογίες. Ας υποθέσουμε, για έναν πελάτη που έχει παγκόσμια παρουσία ότι πρέπει να συνδέσει διάφορες υπηρεσίες του σε όλη την υδρόγειο. Οι περισσότεροι από τους παρόχους στη Βόρεια Αμερική θα προσφέρει SONET/ATM συνδεσιμότητα, ενώ οι ευρωπαίοι ομόλογοί τους μπορεί να χρησιμοποιούν SDH. Πολλές χώρες στην Ασία, με τη χρήση Ethernet ως προτιμώμενη τεχνολογία για WAN σύνδεση. Σε τέτοιες περιπτώσεις, είναι πολύπλοκο όλες αυτές τις τεχνολογίες να συνεργαστούν χρησιμοποιώντας απλό IP VPN. Αλλά το MPLS απλοποιεί τα πράγματα έχοντας την δυνατότητα να συνεργαστεί με τις περισσότερες διαθέσιμες τεχνολογίες. 3.5 MPLS VPNs Ένα μοναδικό χαρακτηριστικό του MPLS είναι ότι μπορεί να ελέγχει ολόκληρο το μονοπάτι ενός πακέτου χωρίς να καθορίζει ρητώς τους ενδιάμεσους δρομολογητές. Αυτό το κάνει δημιουργώντας tunnels διαμέσου των ενδιάμεσων δρομολογητών οι οποίοι μπορούν να συνδέουν πολλαπλά τμήματα. Αυτή η θεώρηση χρησιμοποιείται στην δημιουργία ιδιωτικών ιδεατών δικτύων (VPNs) που βασίζονται σε MPLS 39

40 Εικόνα 22 Tunneling στο MPLS Η υλοποίηση MPLS VPNs σήμερα έχει βρει λύση στην συνεργασία δύο γνωστών τεχνολογιών MPLS και BGP όπου το MPLS χρησιμοποιείται για την προώθηση των πακέτων στο δίκτυο και το BGP για την διανομή των διαδρομών (κατ επέκταση των ετικετών). Γενικά για να γίνει αυτό εφικτό απαιτούνται Ελεγχόμενη διανομή των πληροφοριών δρομολόγησης (Constrained distribution) Πολλαπλοί πίνακες προώθησης Νέοι τύποι διευθύνσεων, οι VPN-IP Οι μηχανισμοί προώθησης του MPLS Μία σχετική ορολογία που χρησιμοποιείται της τεχνολογίας MPLS VPNs Customer Edge device (CE). Πρόκειται για την ακραία συσκευή ενός πελάτη που ανήκει σε ένα VPN και συνδέεται σε ένα η περισσότερες συσκευές του παρόχου. Θεωρητικά μπορεί να είναι ένας μεμονωμένος εξυπηρετητής, ένας μεταγωγέας ή στη συνηθέστερη και μια πρακτική μορφή ένας δρομολογητής. Provider Edge device (PE). Είναι ο ακραίος δρομολογητής του δικτύου του παρόχου στον οποίο συνδέονται οι CE δρομολογητές. Provider device (P). Κάθε ενδιάμεσος δρομολογητής του δικτύου του παρόχου. 40

41 Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι το σχήμα MPLS VPNs δεν ταυτίζεται με κάποιο είδος overlay στο δίκτυο του παρόχου, συνεπώς δεν υπάρχει κάποια έννοια ιδεατού δικτύου κορμού για τον πελάτη. Κάθε CE δρομολογητής ενός πελάτη έχει μία ομότιμη σχέση διασύνδεσης με τον PE δρομολογητή του παρόχου και όχι με κάποιον άλλον CE δρομολογητή του σε ένα άλλον σημείο παρουσίας, ουσιαστικά δεν γνωρίζει όσο αφορά την δρομολόγηση, την ύπαρξη άλλων CE δρομολογητών. Διευθύνσεις VPN-IP Το πρωτόκολλο δρομολόγησης BGP, όπως και τα υπόλοιπα, προϋποθέτουν για να λειτουργήσουν, χρήση μοναδικών IP διευθύνσεων. Αντίθετα στα MPLS VPNs μπορούν να συνυπάρχουν τόσο επικαλύψεις διευθύνσεων μεταξύ διαφορετικών VPNs όσο και χρήση των ιδιωτικών διευθύνσεων (π.χ. διευθύνσεις ). Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με τη δημιουργία ενός νέου τύπου διευθύνσεων, των IP-VPNS. Μία IP-VPN διεύθυνση κατασκευάζεται με την παράθεση ενός πεδίου με σταθερό μήκος, Route Distinguisher, και μιας συνηθισμένης IP διεύθυνσης. Το πεδίο Route Distinguisher παράγεται μοναδικά από το VPN πάροχο, ακόμα και για VPNs που κατανέμονται μεταξύ διαφορετικών παροχών, και περιλαμβάνει τρία πεδία: Type (2 octets), Autonomous System Number (4 octets), Assigned Number (4 octets). Το πεδίο Autonomous System Number περιέχει τον AS Number του παρόχου του VPN και το Assigned Number ένα μοναδικό αριθμό για αυτό το VPN που εκχωρείται από τον πάροχο. Συνεπώς ο Route Distinguisher είναι όχι μόνο τοπικά μοναδικός, στα πλαίσια του παρόχου, αλλά και καθολικά. Κατά συνέπεια οι IP-VPN διευθύνσεις είναι καθολικά μοναδικές, αφού φέρουν μοναδικό Route Distinguisher έστω και αν χρησιμοποιούν κοινές ή ιδιωτικές απλές IP διευθύνσεις. Η διαχείριση των διευθύνσεων αυτών από το BGP είναι εφικτή λόγω τις ικανότητας του multiprotocol BGP να χειρίζεται δρομολογήσεις για multiple-address families. Η χρήση των διευθύνσεων αυτών, IP-VPNs, περιορίζεται αποκλειστικά στους PE δρομολογητές του παρόχου, ο πελάτης, CE δρομολογητής, είναι άσχετος με αυτό το σχήμα. Σημειώστε ότι οι IP-VPNs διευθύνσεις χρησιμοποιούνται και μεταφέρονται μόνο από τα πρωτόκολλα δρομολόγησης (εδώ το BGP) και όχι στο header του πακέτου IP. Η υλοποίηση VPN επάνω από ένα MPLS δίκτυο επιτρέπει σε έναν πάροχο να χωρίσει το δίκτυο σε διάφορα ιδεατά ιδιωτικά δίκτυα. Η βασική μονάδα της διασύνδεσης είναι μια περιοχή (site). Κάθε περιοχή (site) μπορεί να ανήκει σε περισσότερα από ένα VPN, παρέχοντας έτσι στον πάροχο καλύτερο έλεγχο στη διασύνδεση μεταξύ των περιοχών (sites). Στις τοπολογίες VPN περιλαμβάνονται: 41

42 Any to any connectivity VPN HUB & SPOKE VPN Όλες οι VPN υπηρεσίες διαχειρίζονται από το σύστημα παρακολούθησης και ελέγχου (NMS) παρόχου Any-to to-any VPN Στο σενάριο αυτό, κάθε περιοχή (site) ενός πελάτη συνδέεται με όλες τις άλλες περιοχές (sites) που ανήκουν στο VPN του συγκεκριμένου πελάτη. Εικόνα 23 - Any-to-any VPN[4] Κάθε περιοχή (site) έχει πληροφορία δρομολόγησης για όλες τις άλλες περιοχές (sites) που ανήκουν στο ίδιο VPN. Hub-and and-spoke VPN Σε μία hub-and-spoke τοπολογία, η hub περιοχή (site) εξυπηρετεί σαν το κεντρικό σημείο διακίνησης ανάμεσα στις spoke περιοχές (sites). Οι spoke περιοχές (sites) στέλνουν κίνηση για όλους τους προορισμούς στην hub περιοχή (site). Η hub περιοχή (site) γνωρίζει όλους τους προορισμούς. 42

43 Εικόνα 24 - Hub-and-Spoke VPN[4] Στο παραπάνω σχήμα, κάθε spoke μπορεί να επικοινωνήσει απευθείας μόνο με την hub περιοχή (site) και όχι με τις άλλες spoke περιοχές (sites). 43

44 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: Μετάβαση στο IPv6 4.1 IPv6 Διευθύνσεις Το IPv6 (η έκδοση Internet protocol 6) είναι το πιο πρόσφατο Internet protocol και συμπεριλαμβάνεται σε όλα τα προϊόντα συμπεριλαμβανομένων των σημαντικότερων λειτουργικών συστημάτων υπολογιστών. Το IPv6 έχει ονομαστεί ως Ipng (επόμενη γενεά IP). Τυπικά, το IPv6 είναι ένα σύνολο προδιαγραφών από το Internet Engineering Task force (IETF). Σχεδιάστηκε ως ένα εξελιγμένο σύνολο βελτιώσεων στην υπάρχον έκδοση 4. Η προφανέστερη βελτίωση στο IPv6 έναντι του IPv4 είναι ότι το μέγεθος των διευθύνσεων IP αυξήθηκε από 32 σε 128 bit. Αυτή η επέκταση έγινε με γνώμονα την επικείμενη και αναμενόμενη μελλοντικά εκθετική αύξηση των χρηστών του διαδικτύου. Μία από τις αλλαγές που εισάγει το IPv6 είναι ο τρόπος αναπαράστασης της διεύθυνσης από δεκαδικό (dot decimal format) σε δεκαεξαδικό. (π.χ. 1080:0:FF:0:8:800:200C:417A). Ουσιαστικά πλέον υπάρχουν τρεις τύποι διευθύνσεων: Unicast (one-to-one) ένας κόμβος σε έναν άλλο κόμβο global...prefix: 001 link-local...prefix: site-local...prefix: compatible (IPv4)...prefix: (96 zero bits) Multicast (one-to-many) ένας κόμβος σε πολλούς κόμβους prefix: Anycast (one-to-nearest) ένας κόμβος στον κοντινότερο κόμβο prefix: Προέρχεται από το αντίστοιχο unicast prefix Reserved (περίπου 7/8 των συνολικών διευθύνσεων) Unicast Agregatable global (equivalent to public IPv4 addresses) TLA ID Top-Level Aggregation Identifier. Είναι το υψηλότερο επίπεδο level στη routing ιεραρχία. Ελέγχεται από την IANA. Res Bits reserved για μελλοντική χρήση για την επέκταση του μεγέθους του TLA ID ή του NLA ID. 44

45 NLA ID Next-Level Aggregation Identifier. Χρησιμοποιείται για να καθορίσει ένα customer site. Επιτρέπει σε έναν ISP να δημιουργήσει πολλαπλά επίπεδα ιεράρχησης διευθύνσεων μέσα σε ένα δίκτυο. Η δομή του δικτύου του ISP δεν είναι ορατή στους top-level Internet backbone routers. SLA ID Site-Level Aggregation Identifier. Χρησιμοποιείται από έναν οργανισμό για τον καθορισμό των subnets του. Το μέγεθος του είναι αντίστοιχο με ένα IPv4 Class A network ID. Η δομή του δικτύου του customer δεν είναι ορατή στον ISP. Interface ID Indicates the interface on a specific subnet Link Local Διευθύνσεις Χρησιμοποιείται από nodes όταν επικοινωνούν με γειτονικά nodes στο ίδιο link. Η link-local διεύθυνση απαιτείται για το Neighbor Discovery και καθορίζεται πάντα αυτόματα ακόμα και αν δεν υπάρχουν άλλες unicast διευθύνσεις Το prefix για τις link-local διευθύνσεις είναι FE80::/64. Ένας IPv6 router ποτέ δεν δρομολογεί link-local traffic πέρα από το τοπικό link. Site Local Διευθύνσεις Αντιστοιχούν στις IPv4 RFC1918 private διευθύνσεις ( /8, /12, /16). Σε αντίθεση με τις link-local διευθύνσεις, οι site-local δεν γίνονται configured αυτόματα και πρέπει να καθοριστούν μέσω stateless ή stateful configuration. Τα πρώτα 48-bits είναι fixed για τις site-local διευθύνσεις, οι οποίες αρχίζουν με FEC0::/48. Ένας IPv6 router ποτέ δεν δρομολογεί sitelocal traffic πέρα από το τοπικό link. Όπως φαίνεται οι site-local και οι unicast global έχουν την ίδια δομή μετά τα 48 πρώτα bits, έτσι ένας οργανισμός 45

46 μπορεί να φτιάξει μια κοινή routing υποδομή τόσο για τις unicast global όσο και για τις site-local διευθύνσεις. 4.2 Πρόσθετα πλεονεκτήματα του IPv6 Τα πρόσθετα πλεονεκτήματα του IPv6 είναι: Τα IP options καθορίζονται σε extension headers που εξετάζονται μόνο στον προορισμό, επιταχύνοντας κατά συνέπεια τη γενική απόδοση ενός δικτύου. Η εισαγωγή των διευθύνσεων anycast παρέχει τη δυνατότητα αποστολής ενός μηνύματος στον κοντινότερο από τους διάφορους πιθανούς δρομολογητές με την υπόθεση ότι οποιοσδήποτε από αυτούς μπορεί να διαχειριστεί την αποστολή του πακέτου. Τα μηνύματα anycast μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ενημερώσουν τους πίνακες δρομολόγησης όλων των δρομολογητών της διαδρομής. Τα πακέτα μπορούν να προσδιοριστούν ότι ανήκουν σε μια συγκεκριμένη ροή έτσι ώστε πακέτα που είναι μέρος μιας παρουσίασης πολυμέσων και πρέπει να φθάσουν σε πραγματικό χρόνο στον προορισμό τους μπορούν να έχουν μια υψηλότερη προτεραιότητα σχετικά με άλλα. Ο header του IPv6 περιλαμβάνει τώρα επεκτάσεις που επιτρέπουν να διευκρινιστούν μηχανισμοί για την επικύρωση της προέλευσής τους, για την εξασφάλιση ακεραιότητας τους καθώς και για την εξασφάλιση μυστικότητας. 4.3 Μετάβαση στο IPv6 Ίσως η σημαντικότερη περιοχή μελέτης για το IPv6, πέρα από τις προδιαγραφές των διαφόρων πρωτοκόλλων, είναι ο τρόπος μετάβασης από ένα IPv4 δίκτυο σε έναν IPv6 χωρίς τη διακοπή των παρεχόμενων υπηρεσιών από τον πάροχο προς τον πελάτη. Έτσι η βασική σκέψη κατά τη σχεδίαση του IPv6 ήταν ότι δικτυακοί καθώς και ενδιάμεσοι κόμβοι που υποστηρίζουν είτε IPv4 είτε IPv6 να μπορούν να χειριστούν πακέτα οποιουδήποτε από τα δύο. Επίσης τόσο οι χρήστες όσο και οι φορείς παροχής υπηρεσιών θα πρέπει να μπορούν να μεταβούν στο IPv6 ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλον. Βάση της ανάγκης αυτής σχεδιάστηκαν διάφορες αρχιτεκτονικές μετάβασης. 46

47 4.3.1 Αρχιτεκτονικές μετάβασης Μετάδοση IPv6 over IPv4 domains χωρίς explicit tunnels (6over4) RFC2529: Λύση για connectivity απομονωμένων IPv6 hosts. Χρησιμοποιεί IPv4 multicasting για το tunneling. Stateless IP/ICMP translation algorithm (SIIT) RFC2765: Μετάφραση μεταξύ IPv4 και IPv6 headers (και ICMP). Απώλεια πληροφορίας κατά τη μετάφραση. Flow info, traffic class, routing header, hop-by-hop, destination options δεν μεταφράζονται. Προβλήματα στη χρήση IPSEC. Σύνδεση IPv6 domains μέσω IPv4 clouds χωρίς explicit tunnels (6to4): Τεχνική encapsulation IPv6 πακέτων πάνω από IPv4, χρησιμοποιώντας το IPv4 σαν unicast point-to-point link layer. Network address translation - Protocol translation (NAT-PT) RFC2766: NAT- PT host σε ρόλο BR μεταξύ IPv4, IPv6 δικτύων. SOCKS based IPv6/IPv4 gateway (SOCKS64): IPv6/IPv4 ALG βασισμένο στο πρωτόκολλο SOCKS. Dual stack hosts που χρησιμοποιούν την τεχνική Bump-in-the-stack (BIS) RFC2767: Διαφορά με το NAT-PT στα functions τα οποία βρίσκονται στο end host και όχι στο network boundary. Το BIS host είναι dual stack. Dual stack transition mechanism (DSTM): Επιτρέπει την ύπαρξη dual stack hosts σε LAN που επικοινωνούν μέσω και IPv4 και IPv6 χωρίς μόνιμη IPv4 διεύθυνση. IPv6 tunnel broker (TB): Επιτρέπει σε dual stack host σε IPv4 LAN πρόσβαση μέσω tunnel σε native IPv6 (π.χ. 6bone). Στοχεύει σε add-hoc IPv6 connectivity Προτεινόμενες τεχνολογίες για συνύπαρξη IPv6 και MPLS Για τη συνύπαρξη IPv6 και MPLS καθώς και για το deployment IPv6 πάνω από core IP-MPLS δίκτυα έχουν προταθεί οι εξής τεχνολογίες: 1. IPv6 CE-to to-ce over IPv4 Tunnels 47

48 Εικόνα 25 - IPv6 CE-to-CE over IPv4 Tunnels[9] o Καμία επίπτωση σε υπάρχοντα IPv4 or MPLS Core (IPv6 unaware) o Μόνο οι CEs IPv6-aware (Dual stack) o Mesh of IPv6 over IPv4 Tunnels CE-to-CE o Overhead: IPv4 header + MPLS header o MPLS/VPN υποστηρίζουν IPv4-native and IPv6 tunnels o Service Provider δεν μπορεί να αντιστοιχίσει δικά του IPv6 prefix στους δρομολογητές του πελάτη (CE routers) 2. IPv6 over Circuit_over_MPLS Εικόνα 26 - IPv6 over Circuit_over_MPLS [9] o Καμία επίπτωση σε υπάρχοντα IPv4 or MPLS Core (IPv6 unaware) o Οι ακραίοι MPLS Routers χρειάζεται να υποστηρίζουν Circuit_over_MPLS o Mesh of Circuit_Over_MPLS PE-to-PE o Οι PE (provider edge) δρομολογητές μπορεί να είναι IPv6 Routers (IPv6 over ATM, IPv6 over FR, IPv6 over Ethernet, ) και να συγκεντρώνουν τις συνδέσεις με IPv6 δρομολογητές των πελατών (Customer s IPv6 routers) 48

49 3. Native IPv6 MPLS Εικόνα 27 Native IPv6 MPLS[9] o Core υποδομή χρειάζεται πλήρης αναβάθμιση του Control Plane σε IPv6 o IPv6 δρομολόγηση στην Core υποδομή o IPv6 LDP (Label Distribution Protocol) στην Core υποδομή o Control Plane για IPv4 και IPv6 υπηρεσίες. 4. IPv6 Provider Edge Router (6PE) over MPLS Εικόνα 28 IPv6 Provider Edge Router (6PE) over MPLS [9] o IPv4/MPLS υποδομή συνεχίζουν να λειτουργούν ανεξάρτητα από την ύπαρξη του IPv6 o Οι PEs (provider edge routers) δρομολογητές στα άκρα του MPLS δικτύου θα πρέπει να αναβαθμιστούν για την υποστήριξη IPv4 και IPv6 (Dual Stack/6PE) o IPv6 μηνύματα επικοινωνίας μεταξύ των 6PEs μέσω του πρωτοκόλλου ibgp (MP-BGP) o IPv6 πακέτα μεταφέρονται από 6PE σε 6PE μέσα MPLS 49

50 4.4 Πλεονεκτήματα από τη μετάβαση στο IPv6 Το transition του IPv6 πάνω από core IP-MPLS δίκτυα θα μπορέσει να χρησιμοποιηθεί από έναν telecom provider για την υποστήριξη: o Wireless 2.5G/3G mobile phone, PDAs o Academic and Research Networks o QoS/PIM/RSVP/Integrated services o IPsec over QoS o IPv6 Telephony o Mobile Terminals o VoIPv6 o Estlander & Rönnlund Direct Online Trading (erdot) o Multimedia News on Demand (NoD) o Car networks 4.5 Συμπεράσματα Πολλοί providers έχουν επενδύσει τα τελευταία χρόνια στην εγκατάσταση IP- MPLS για τα δίκτυα κορμού τους. Από μια τέτοια μακροχρόνια επένδυση είναι λογικό μία επιχείρηση να περιμένει οφέλη. Συνεπώς μια μετάβαση σε IPv6 πάνω από το ήδη υπάρχον IPv4-MPLS θα απέδιδε τα μέγιστα οφέλη για μια τέτοια επιχείρηση. Επίσης η κίνηση της μετάβασης με τη χρήση IPv6 Provider Edge Router (6PE) over MPLS θα είναι εντελώς διαφανή στο χρήστη στον οποίο οι υπηρεσίες θα παρέχονται αυτόματα και στο διάστημα που ο provider θα υποστηρίζει IPv6 και αργότερα που ο πελάτης θα μεταβεί σε αυτό. Έτσι μια τέτοια μετάβαση αποτελεί στρατηγική κίνηση που ουσιαστικά σκοπεύει στην αύξηση των κερδών του καθώς και την προετοιμασία του για το μέλλον. 50

51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: Προσομοίωση δικτύων IP MPLS 5.1 Περιβάλλον προσομοίωσης Για την προσομοίωση θα χρησιμοποιηθούν τεχνικές virtualization που θα δίνουν τη δυνατότητα να δημιουργούν ιδεατά IP δίκτυα με χρήση εικονικών δρομολογητών Cisco. Τα πλεονεκτήματα είναι: Χαμηλό κόστος (αφού για τη υλοποίηση μπορεί να χρησιμοποιηθεί χαμηλού κόστους υλικό και λογισμικό ανοικτού κώδικα. Ευελιξία (δεν απαιτούνται δικτυακές/it υποδομές όπως καλωδιώσεις, ικριώματα, δικτυακές συσκευές) Δυνατότητα εύκολης μεταφοράς Για την υλοποίηση θα χρησιμοποιηθούν τα κάτωθι λογισμικά: Λειτουργικό σύστημα FreeBSD dynamips για την εξομοίωση των δικτυακών συσκευών Εγκατάσταση FreeBSD Το λειτουργικό σύστημα που θα χρησιμοποιηθεί είναι το FreeBSD. Το FreeBSD είναι ένα προηγμένο λειτουργικό σύστημα που χρησιμοποιείται σε εξυπηρετητές αλλά και σε απλούς σταθμούς εργασίας. Μια μεγάλη κοινότητα συμμετέχει στην ανάπτυξη του για περισσότερα από 30 χρόνια. Οι προηγμένες δυνατότητες δικτύωσης, ασφάλειας και αποθήκευσης που παρέχει το έχουν κάνει μία πλατφόρμα που επιλέγεται για πολλά από τα πιο πολυσύχναστα web sites. Στην διεύθυνση υπάρχει ελεύθερη για κατέβασμα και εγκατάσταση η τελευταία έκδοση του λειτουργικού Βήμα προς βήμα η διαδικασία εγκατάστασης FreeBSD 51

52 Αφού αρχικά «κατέβασα» την τελευταία έκδοση του FreeBSD από την διεύθυνση και την αποθήκευσα σε ένα DVD ξεκίνησα την εγκατάσταση σε ένα απλό desktop PC[5]. Εκκίνηση συστήματος από το DVD με το FreeBSD. Εμφανίζονται στην οθόνη οι παρακάτω επιλογές: Εικόνα 29 Εκκίνηση µε FreeBSD Στις δύο επόμενες επιλογές προχωράμε με την εγκατάσταση (install) και ρυθμίζουμε και το πληκτρολόγιο. Στην συνέχεια ρυθμίζουμε το όνομα του συστήματος (hostname) και επιλέγουμε επιπλέον δυνατότητες που θα θέλαμε να εγκατασταθούν. Στα επόμενα βήματα πρέπει να επιλέξουμε το partition 52

53 Ξεκινάει η εγκατάσταση και μετά την ολοκλήρωση εισάγουμε το επιθυμητό password Παραμετροποιούμε την δικτυακή σύνδεση του μηχανήματος Κάνουμε επανεκκίνηση και το σύστημα είναι έτοιμο προς χρήση 53