MPLS Multiprotocol Label Switching

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1 MPLS Multiprotocol Label Switching Jürgen Quittek Institut für Informatik Freie Universität Berlin C&C Research Laboratories NEC Europe Ltd., Berlin Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-1 Die Idee zu MPLS (1) At Edge: - classify packets - tag them In Core: - forward using tags - as opposed to IP addr Enable ATM switches to act as routers Create new IP capabilities via flexible classification Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-2 1

2 Die Idee zu MPLS (2) 1a. Existing routing protocols (e.g. OSPF, ISIS) establish reachability to destination networks 1b. Label Distribution Protocol (LDP) establishes LSP to destination network mappings. 4. Egress LSR removes label and delivers packet 2. Ingress Label Switch Router receives packet, performs Layer 3 value-added services, and tags packets 3. Core LSR switch packets using label swapping Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-3 Überblick über MPLS (1) Primäres Ziel: Integration von Label Switching Routing in der Netzwerkschicht Erwartungen: Verringerung der Investitionskosten Erhöhung der Leistung Bessere Skalierbarkeit in der Netzwerkschicht mehr Flexibilität beim Anbieten (neuer) unterschiedlicher Routing- Dienste ohne, dass dazu die Technologie ersetzt oder verändert werden muss. Dienstgütegarantien Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-4 2

3 Überblick über MPLS (2) Zunächst im Fokus: MPLS für IPv4 Später auch beabsichtigt: IPv6 IPX Appletalk DECnet CLNP Nicht spezifisch für eine spezielle Technologie der Sicherungsschicht, aber deutliche Schwerpunkte bei ATM, Frame Relay und PPP Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-5 Überblick über MPLS (3) MPLS benutzt verbindungsorientiertes Switching basierend auf IP Routing und Kontrollprotokollen. Alle MPLS-Knoten benutzen Routing-Mechanismen der Netzwerkschicht. MPLS baut auf eine kleine Menge von Kern-Mechanismen auf, die dann auf verschiedene Arten angewendet werden können, um einen reichen Vorrat an Funktionalitäten zu erhalten. Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-6 3

4 Kern-Mechanismen (1) Label-Semantik Labels werden assoziiert mit einem spezifischen Datenstrom und einigen seiner Eigenschaften. Weiterleitungsmethoden (forwarding) kurze Labels mit fester Länge Weiterleitung kann einfache Funktionen beinhalten nachsehen in einer Tabelle von Labels Label-Ersetzung Überprüfung und Dekrementierung des TTL-Feldes optionale Benutzung von Switching in der Sicherungsschicht (ATM, Frame Relay) Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-7 Kern-Mechanismen (2) Methoden zur Label-Verteilung (label distribution) Router können selbst entscheiden, welche Label für bestimmte Datenströme verwendet werden. Verteilung über Kontrollprotokolle und/oder aufgesetzt auf existierende Routing-Protokolle Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-8 4

5 Weitere Zielsetzungen Loop prevention Aggregate forwarding Management-Funktionen entsprechend dem Stand in IP- Management Unicast und Multicast Unterstützung für RSVP Kooperation mit anderen Switches Verschiedene Arten der Label-Zuweisung topologiegesteuert verkehrsgesteuert anfragegesteuert Hierarchisches Routing Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-9 Ziel-Anwendungen Verkehrssteuerung (Traffic Engineering) in ISP-Netzwerken Realisierung von Virtuellen Privaten Netzen Realisieren von Diensten mit Gütegarantien Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

6 Vergleich von MPLS mit reinem IP Routing Exakter, kurzer Label-Vergleich (table lookup) gegenüber längster Übereinstimmung Header kleiner und einfacher Schnellere Verarbeitung möglich Source Routing ohne großen Aufwand Verkehrssteuerung einfacher und flexibler QoS Routing Service Differentiation möglich Paketreihenfolge bleibt erhalten Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-11 Vergleich von MPLS mit IP über ATM oder Frame Relay Vereinfachte Zeichengebung Vereinfachtes Netzwerkmanagement Einheitliche Operationen für Paket- und Zellübertragungstechnologien Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

7 Geschichtliche Entwicklung Erster Ansatz von Ipsilon Networks (heute Nokia): Verkehrsgesteuerter Aufbau von Verbindungen downstream allocation Alternativen: IPSOFACTO von NEC upstream allocation Tag Switching von Cisco topologiegesteuert weitere von IBM (Aris), Toshiba (CSR) und Alcatel Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-13 IPSOFACTO: Anfangszustand Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

8 IPSOFACTO: Erstes Paket eines Datenstroms Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-15 IPSOFACTO: Weitere Pakete des Datenstroms Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

9 IPSOFACTO: Multicast (1) Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-17 IPSOFACTO: Multicast (2) Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

10 IPSOFACTO: Multicast (3) Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-19 Labels Abkürzung des Paket-Headers, aufgrund dessen die Routing- Entscheidungen fallen Bezeichner für einen aggregierten Strom von Benutzerdaten (FEC - Forwarding Equivalence Class) Vereinbart nur zwischen zwei benachbarten Routern Grobgranular und feingranular möglich Labels liegen (konzeptionell) auf einem Label Stack (push bei Eintritt, pull bei Austritt) Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

11 Topologiegesteuerte Labelzuweisung Zuweisung über Routing Protokolle wie OSPF und BGP Aufwand für Zuweisung und Verteilung begrenzt durch Größe des Netzwerks Labels sind im allgemeinen bereits zugewiesen bevor sie benötigt werden Router muss nur Kontrolldatenverkehr bearbeiten Hohe Aggregation möglich, entsprechend dem Routing Protokoll Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-21 Verkehrsgesteuerte Labelzuweisung Datenströme am Router lösen Labelzuweisung aus Aufwand für Zuweisung und Verteilung hängt vom Datenverkehr ab Verzögerung zwischen Bedarfszeitpunkt und Zuweisung Paket-Klassifizierer erforderlich Möglicherweise sparsam im Verbrauch von Labels, möglicherweise auch nicht Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

12 Anfragegesteuerte Labelzuweisung Zuweisung als Reaktion auf Reservierungsanfrage Aufwand für Zuweisung und Verteilung hängt vom Kontrollverkehr im Netz ab (Vermutlich) eine recht große Zahl von Labels erforderlich Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-23 Label Distribution Protocol Protokoll über das ein MPLS-Router seinen Nachbarn Labelzuweisungen mitteilen kann upstream allocation dowstream allocation Aufsatz auf andere Kontrollprotokolle Mehrere LDPs können koexistieren Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

13 Stand der Entwicklung IETF MPLS working group 25 Internet Drafts 1 informational RFC Grundlegende Fragen sind geklärt. Erweiterungen und Anpassungen an andere Technologien sind noch in Arbeit und um Teil heftig (oder kühl) umstritten. Eine Reihe von Standards wird noch in diesem Jahr erwartet. Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin 1-25 Produkte Cisco: Tag Switching Virtuelle Private Netze Nortel Traffic Engineering Marconi (früher Fore) Traffic Engineering (RSVP-TE) NEC Netzwerk Integration (IP-Telefonie) DiffServ Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

14 Zusammenfassung MPLS integriert Label Switching (ATM, Frame Relay) und Internet Routing in der Netzwerkschicht. Es soll eine preiswerte, leistungsfähige und flexible Technologie werden. MPLS vereinfacht und erweitert Verkehrssteuerung (traffic engineering) im Internet. Die (kommenden) MPLS-Standards bilden keine fertige Lösung. Sie dienen als Rahmen zur Implementierung von MPLS-Netzwerken. MPLS kann vorhandene Hardware nutzen und parallel zu anderen Protokollen betrieben werden. Die Entwicklung wird bald abgeschlossen sein. Vorlesung Rechnernetze Institut für Informatik Freie Universität Berlin

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