Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων Ενότητα 9: MPLS

Transcript

1 Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων Ενότητα 9: MPLS Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα του ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας και της Ανώτατης Εκκλησιαστικής Ακαδημίας Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 MPLS - Multiprotocol Label Switching

5 Σκοποί ενότητας Σκοπός της ενότητας είναι η περιγραφή του MPLS. 5

6 Περιεχόμενα (1/5) Δρομολόγηση στα δίκτυα Internet protocol - IP. Δρομολόγηση σε δίκτυο Automated Teller Machine ΑΤΜ. Εισαγωγή στο MPLS. Μεταγωγή δεδομένων στο MPLS. Σύγκριση απαιτήσεων για υπολογιστική ισχύ. Είδη δρομολογητών. 6

7 Περιεχόμενα (2/5) Αρχιτεκτονική δικτύου μεταγωγής με ετικέτα. Παράδειγμα Προώθησης Πακέτων. Βασικές Έννοιες. Δομή ετικέτας MPLS. Στοίβα ετικετών. Η θέση της ετικέτας του MPLS. 7

8 Περιεχόμενα (3/5) LDP (Label Distribution Protocol) και LIB (Label Information Base). LSP (Layered Service Provider). Μεταβολή τιμής ετικέτας. Κατανομή Ετικέτας. Τεχνικές Κατανομής Ετικέτας. Πρωτόκολλο Κατανομής Eτικετών. 8

9 Διαδρομές. Περιεχόμενα (4/5) Συγκεκριμένες Διαδρομές. Δρομολόγηση με περιορισμούς. Το πρωτόκολλο CR-LDP (Constraint-based Routing Label Distribution Protocol). Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP. Το πρωτόκολλο RSVP TE (Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering). 9

10 Περιεχόμενα (5/5) Επαναδρομολόγηση LSP. Πλεονεκτήματα του MPLS. 10

11 Δρομολόγηση στα δίκτυα IP (1/2) Δρομολογητές. Εξετάζουν επικεφαλίδα IP (επίπεδο Δικτύου) για τη δρομολόγηση. Υπηρεσία χωρίς σύνδεση. Σχήμα 1. Υπηρεσία χωρίς σύνδεση. 11

12 Δρομολόγηση στα δίκτυα IP (2/2) Σχήμα 2. Δρομολόγηση σε δίκτυο IP. 12

13 Δρομολόγηση σε δίκτυο ΑΤΜ Σχήμα 3. Δρομολόγηση σε δίκτυο ΑΤΜ. 13

14 Εισαγωγή στο MPLS Μεταγωγή Ετικέτας Πολλαπλών Πρωτόκολλων. Multi-Protocol Label Switching. Υπηρεσία προσανατολισμένη στη σύνδεση. Σε ένα MPLS δίκτυο έχουμε μεταγωγή δεδομένων αντί για δρομολόγηση. Χρησιμοποιούνται ετικέτες για την μεταγωγή των πακέτων. 14

15 Μεταγωγή δεδομένων στο MPLS (1/4) Η μεταγωγή στο MPLS χαρακτηρίζεται ως μεταγωγή πολλαπλών πρωτόκολλων διότι. Εφαρμόζεται μεταξύ των επιπέδων Ζεύξης και Δικτύου (επίπεδα 2 και 3). Είναι ανεξάρτητη από πρωτόκολλα που λειτουργούν σε αυτά τα επίπεδα. 15

16 Μεταγωγή δεδομένων στο MPLS (2/4) Το MPLS παρέχει την λειτουργικότητα της μεταγωγής ετικέτας σε ένα δίκτυο χωρίς σύνδεση. Χωρίζεται σε δύο τμήματα. 16

17 Μεταγωγή δεδομένων στο MPLS Τα επίπεδα του MPLS. (3/4) Σχήμα 4. Τα επίπεδα του MPLS. 17

18 Μεταγωγή δεδομένων στο MPLS (4/4) Σχήμα 5. Μεταγωγή δεδομένων στο MPLS. 18

19 Σύγκριση απαιτήσεων για υπολογιστική ισχύ Σε ένα δίκτυο ΙΡ η προώθηση των πακέτων πραγματοποιείται για κάθε πακέτο ξεχωριστά. Αυξημένες απαιτήσεις για υπολογιστική ισχύ. Το MPLS απλουστεύει την προώθηση των πακέτων. Μειώνει τις απαιτήσεις για υπολογιστική ισχύ. 19

20 Είδη δρομολογητών (1/2) Δρομολογητές απόληξης. Βρίσκονται στα άκρα του δικτύου. Εκτελούν λειτουργία δρομολόγησης επιπέδου 3. Δρομολογητές πυρήνα. Βρίσκονται στον κορμό του δικτύου και όχι στα άκρα. Στο MPLS αναφέρονται ως δρομολογητές- μεταγωγείς πυρήνα Label-Switching Routers (LSRs). 20

21 Είδη δρομολογητών (2/2) Δρομολογητές πυρήνα (Συνέχεια). Εκτελούν λειτουργία μεταγωγής. Πραγματοποιείται στο επίπεδο 2. Είναι ταχύτερη από τη λειτουργία δρομολόγησης που ανεβαίνει στο επίπεδο 3. 21

22 Αρχιτεκτονική δικτύου μεταγωγής με ετικέτα Σχήμα 6. Αρχιτεκτονική δικτύου μεταγωγής με ετικέτα, διαφάνεια 9, προσπελάστηκε 16/12/

23 Παράδειγμα Προώθησης Πακέτων Σχήμα 7. Παράδειγμα Προώθησης Πακέτων, διαφάνεια 10, προσπελάστηκε 16/12/

24 Βασικές Έννοιες (1/4) Forwarding Equivalence Class (FEC). Ροή πακέτων που προωθούνται με τον ίδιο τρόπο. Label. Ετικέτα που τοποθετείται σε ένα πακέτου. Χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει ένα FEC. 24

25 Βασικές Έννοιες (2/4) Label Switching Router (LSR). Δρομολογητής-Μεταγωγέας Ετικέτας. Label Switched Path (LSP). Νοητό μονοπάτι. Ορίζεται από τις τιμές της ετικέτας ενός πακέτου. 25

26 Βασικές Έννοιες (3/4) Label Swap Operation (LSO). Η διαδικασία αλλαγής της ετικέτας στους LSRs. Από αυτούς περνάει το πακέτο κατά τη μεταφορά του. Label Information Base (LIB). Πίνακας προώθησης των πακέτων σύμφωνα με την ετικέτα σε κάθε LSR. 26

27 Βασικές Έννοιες (4/4) Label Distribution Protocol (LDP). Πρωτόκολλο Κατανομής Ετικέτας. Χρησιμοποιείται για την ενημέρωση των LIBs. 27

28 Δομή ετικέτας MPLS Παρακάτω βλέπουμε τη δομή της ετικέτας που ορίζει το MPLS. Σχήμα 8. Δομή ετικέτας MPLS. 28

29 Στοίβα ετικετών Σχήμα 9. Στοίβα ετικετών. 29

30 Η θέση της ετικέτας του MPLS Σχήμα 10. Η θέση της ετικέτας του MPLS. 30

31 LDP και LIB LDP. Πρωτόκολλο κατανομής ετικέτας. Ενημέρωση των LIB. Σχήμα 11. Πρωτόκολλο κατανομής ετικέτας (Ενημέρωση των LIB), διαφάνεια 16, προσπελάστηκε 16/12/

32 LSP LSP. Σχήμα 12. Μονοπάτι που ορίζεται από τη μεταβολή των τιμών της ετικέτας, διαφάνεια 17, προσπελάστηκε 16/12/

33 Μεταβολή τιμής ετικέτας Σχήμα 13. Μεταβολή τιμής ετικέτας. 33

34 Κατανομή Ετικέτας Σε κάθε LSR υπάρχουν πίνακες LIB. Ένας πίνακας LIB περιέχει αντιστοιχίσεις της μορφής. 34

35 Τεχνικές Κατανομής Ετικέτας Downstream unsolicited και Downstream ondemand. Υπάρχει η δυνατότητα να πραγματοποιηθούν ταυτόχρονα και οι δύο τεχνικές. Σε τέτοια περίπτωση το LSP θα συναντηθεί στη μέση του δικτύου. Οι ετικέτες κατανέμονται αντίθετα από τη κατεύθυνση της ροής δεδομένων. 35

36 Πρωτόκολλο Κατανομής Eτικετών (1/3) Label Distribution Protocol (LDP). Καθορίζει το σύνολο των διεργασιών. Που πραγματοποιούνται από τους LSRs. Ώστε αυτοί να εγκαθιδρύσουν LSPs. 36

37 Πρωτόκολλο Κατανομής Eτικετών (2/3) Ως ομότιμοι χαρακτηρίζονται δύο LSRs. Που χρησιμοποιούν το LDP. Με σκοπό την ανταλλαγή πληροφοριών. Για συνδεδεμένες ετικέτες ονομάζονται ομότιμοι LSRs. Η μεταξύ τους σύνδεση ονομάζεται συνεδρία. 37

38 Πρωτόκολλο Κατανομής Eτικετών (3/3) Για την εγκαθίδρυση μίας συνεδρίας χρησιμοποιείται το πρωτόκολλο TCP. Εγγυάται την αξιόπιστη μεταφορά των απαραίτητων μηνυμάτων. Υπάρχουν δύο μέθοδοι κατανομής ετικετών. Downstream Unsolicited (Αυτόκλητη). Downstream On demand (Κατ απαίτηση). 38

39 Διαδρομές Ακολουθία βημάτων από την είσοδο προς την έξοδο δικτύου. Η εγκαθίδρυση διαδρομών γίνεται με χρήση σηματοδοσίας. Τύποι διαδρομών. Αυστηρές διαδρομές. Χαλαρές διαδρομές. Βασικός στόχος: Αποτελεσματική κατανομή της κίνησης δεδομένων στο δίκτυο. 39

40 Συγκεκριμένες Διαδρομές Σχήμα 14. Συγκεκριμένες διαδρομές. 40

41 Δρομολόγηση με περιορισμούς (1/2) Στόχος είναι η αποδοτική εκμετάλλευση των δικτυακών πόρων. Πολλές φορές είναι επιθυμητό ένα πακέτο να περάσει από μία συγκεκριμένη διαδρομή LSP. Σύμφωνα με κάποια κριτήρια ή περιορισμούς. 41

42 Δρομολόγηση με περιορισμούς (2/2) Για αυτό το σκοπό έχουν προταθεί δύο πρωτόκολλα. Constraint Routed LDP (CR-LDP). Πρωτόκολλο Κατανομής ετικέτας με περιορισμούς. RSVP με επεκτάσεις (RSVP-TE). Πρωτόκολλο Δέσμευσης Πόρων με επεκτάσεις. 42

43 Το πρωτόκολλο CR-LDP (1/2) Χρησιμοποιεί μηνύματα LDP. Εισάγει επιπλέον δεδομένα. Για τον καθορισμό συγκεκριμένων διαδρομών ή άλλους περιορισμούς. Χρησιμοποιεί συνόδους TCP μεταξύ ομότιμων LSRs. Αποστέλλει μηνύματα για την κατανομή ετικέτας κατά την διάρκεια αυτών των συνόδων. 43

44 Το πρωτόκολλο CR-LDP (2/2) Τα μηνύματα του CR-LDP. LSPID : Για τον χαρακτηρισμό μίας κλειστής διαδρομής. ER. Ένας αριθμός από διευθύνσεις IP που πρέπει να ακολουθήσει το πακέτο. Καθορίζει τον κάθε κόμβο μίας διαδρομής. Resource Class ή Resource Color: Περιορίζει το μονοπάτι σε κόμβους που ικανοποιούν συγκεκριμένο επίπεδο ποιότητας υπηρεσίας (QoS). 44

45 Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP (1/6) Σχήμα 15. Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP. 45

46 Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP (2/6) Εγκατάσταση LSP από τον LSR A στον LSR C. Οι παράμετροι κίνησης απαιτούν το LSP να περάσει μέσω του LSR B. O LSR A. Αποστέλλει ένα LABEL_REQUEST: Με τη διαδρομή (B, C). Δεσμεύει τους απαιτούμενους πόρους για το νέο LSP. Προωθεί το μήνυμα στον LSR B: Χρησιμοποιώντας μία σύνοδο TCP. 46

47 Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP (3/6) O LSR B. Δεσμεύει τους απαιτούμενους πόρους. Τροποποιεί το LABEL_REQUEST. Προωθεί το LABEL_REQUEST στον LSR C. 47

48 Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP Ο LSR C. (4/6) Καταλαβαίνει ότι είναι ο κόμβος εξόδου για το νέο LSP. Εκτελεί τις τελικές ενέργειες για τη δέσμευση των απαιτούμενων πόρων. Δεσμεύει μια ετικέτα για το νέο LSP. Προωθεί την ετικέτα στον LSP B. Μέσω ενός LABEL_MAPPING: Περιέχει τις τελικές παραμέτρους κίνησης. 48

49 Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP (5/6) Ο LSR B. Οριστικοποιεί τη δέσμευση πόρων. Δεσμεύει μία νέα τιμή ετικέτας για το LSP. Ενημερώνει την LIB του. Αποστέλλει την τιμή της ετικέτας στον LSR Α. Μέσω ενός LABEL_MAPPING. 49

50 Εγκαθίδρυση LSP με χρήση CR-LDP (6/6) Ο LSR A εκτελεί παρόμοια διαδικασία με τον LSR B. Με τη διαφορά ότι. Δεν δεσμεύει κάποια ετικέτα. Δεν προωθεί το μήνυμα σε κάποιον άλλο LSR. Διότι ο LSR A είναι ο LSR εισόδου για το LSP που εγκαταστάθηκε. 50

51 Το πρωτόκολλο RSVP - TE (1/3) Χρησιμοποιείται για δέσμευση πόρων. Λειτουργικά είναι αντίστοιχο με το LDP. Καθορίζει δύο βασικά μηνύματα. Μήνυμα PATH. Επεκτείνεται με τις παραμέτρους LABEL_REQUEST και EXPLICIT_ROUTE. 51

52 Το πρωτόκολλο RSVP - TE (2/3) Καθορίζει δύο βασικά μηνύματα (Συνέχεια). Μήνυμα RESV. Χρησιμοποιείται για τη δέσμευση πόρων. Επεκτείνεται με την παράμετρο LABEL_MAPPING. 52

53 Το πρωτόκολλο RSVP - TE (3/3) Σχήμα 16. Το πρωτόκολλο RSVP TE. 53

54 Επαναδρομολόγηση LSP (1/3) Καθορισμός μίας νέας διαδρομής για ένα LSP μετά. Αναγκαίος σε περιπτώσεις που για κάποιο λόγο αλλάξει η τοπολογία του δικτύου. Μπορεί να οφείλεται και σε περίπτωση που προκύψει κάποια βλάβη σε ένα σημείο του δικτύου. 54

55 Επαναδρομολόγηση LSP (2/3) Επαναδρομολόγηση με CR-LDP και RSVP. Μέθοδος πρόληψης. Make before break. Η παλαιά διαδρομή χρησιμοποιείται κατά την εγκατάσταση της νέας διαδρομής. Στη συνέχεια ο LSR χρησιμοποιεί τη νέα διαδρομή και καταστρέφει την παλιά. Έτσι αποφεύγεται η διπλή κράτηση πόρων. 55

56 Επαναδρομολόγηση LSP (3/3) Επαναδρομολόγηση με RSVP. Ανανέωση του path για ένα LSP. Η παλαιά διαδρομή τερματίζει με εκπνοή χρόνου (time-out). Σε αυτή την περίπτωση όμως, σπαταλούνται πόροι από την παλιά διαδρομή. 56

57 Πλεονεκτήματα του MPLS (1/2) Εφαρμόζει μοντέλο μεταγωγής προσανατολισμένο στη σύνδεση. Χρησιμοποιεί τεχνικές μεταγωγής επιπέδου 2. Βελτιώνει την απόδοση και κάνει ταχύτερη τη μεταγωγή πακέτων. Υποστηρίζει ποιότητα υπηρεσίας. 57

58 Πλεονεκτήματα του MPLS (2/2) Συμβάλλει στη διαλειτουργικότητα μεταξύ διαφορετικών δικτύων. Για παράδειγμα μεταξύ δικτύων IP και ATM. Είναι κλιμακωτό (scalable). Διευκολύνει τη δημιουργία VPNs. 58

59 Βιβλιογραφία «Εισαγωγή στις νέες τεχνολογίες επικοινωνιών», Πομπόρτσης Α., Εκδόσεις Τζιόλα. «Δίκτυα Ευρείας Ζώνης», Βενιέρης, Εκδόσεις Τζιόλας. προσπελάστηκε 16/12/

60 Τέλος Ενότητας