Mạng MPLS

MPLS Master Nguyen Duy Nhat Vien MPLS !Tổång quan ! Các đóng gói nhãn ! Các giao thức phân bố nhãn ! Định tuyến cơ sở ràng buộc với CR-LDP ! Kết luận Định tuyếán Định tuyến là việc xác định một tuyến nào đó qua mạng để cung cấp cho nhu cầu trao đổi thông tin sau khi đã xác định cấu hình mạng. Xét sự trao đổi thông tin từ A đến B: •BROADCAST: Từ A, đến mọi nơi (nhiều B), không yêu cầu theo hướng ngược lại. •HOP BY HOP ROUTING: Yêu cầu liên lục qua các chặng trung gian hướng đến B. •SOURCE ROUTING: Yêu cầu một danh sách các node (hoặc các hop) để chỉ đến B. Têân gọïi kháùc củûa nhãõn !Nhãn là một giá trị có chiều dài ngắn và cố định, nhãn là định danh cục bộ để xác định một lớp chuyển tiếp tương đương. !Nhiêàu ví dụ vêà phân bố nhãn đang được tồn tại và ở đó, người ta gọi “nhãn” với những têân gọi khác nhau ! ATM – nhãn được gọi là VPI/VCI và được vâän chuyển với Cell. ! Frame Relay – nhãn được gọi là DLCI và vận chuyêån với Frame. ! TDM – nhãn được gọi là một khe thời gian. ! X25 – nhãn là LCN !… ! Ngày nào đó, với sự thay đổi tần số thì có lẽ nhãn được gọi là tần số? MPLS làø gì? !MPLS (Multi Protocol Label Switching) là một công nghệ kết hợp giữa chuyển mạch ở lớp 2 và định tuyến ở lớp 3. !Các vấn đề đặt ra là: ! MPLS sử dụng định tuyến từng chặng (Hop-by- hop) hay định tuyến nguồn (Source routing) để thiết lập các nhãn? ! Nhãn sử dụng cho môi trường nào? !Vận chuyển nhãn qua nhiều lớp như thế nào? Định tuyếán ởû biêân vàø chuyểån mạïch ởû trung tââm Chuyển tiếp IPChuyển mạch nhãnChuyển tiếp IP IP IP #L1 IP #L2 IP #L3 IP Cơ chếá làøm việäc củûa MPLS UDP-Hello UDP-Hello TCP-open TIME TIME Label request IP Label mapping #L2 Initialization(s) Tạïi sao lạïi làø MPLS? ! MPLS mang năng lực của ATM ! MPLS chuyển tiếp cực nhanh ! Khả năng: ! Kỹ thuật lưu lượng IP – Định tuyến cơ sở ràng buộc ! Mạng riêng ảo – Cơ chế điều khiển đường hầm ! Voice/Video trên IP – Độ trễ thay đổi + các ràng buộc QoS ... MPLS thích hợïp cho cảû IP lẫãn ATM PACKET ROUTING CIRCUIT SWITCHING •MPLS + IP là nền tảng trung gian kết hợp tốt cho IP và các kỹ thuật chuyển mạch ở lớp 2. •ATM và Frame Relay gặp rất nhiều khó khăn để trở thành một lớp trung gian cho IP. MPLS+IPIP ATM HYBRID Cáùc thuậät ngữõ chính trong MPLS • LDP (Label Distribution Protocol): Giao thức phân bố nhãn. • LSP (Label Switched Path): Đường dẫn chuyển mạch nhãn. • FEC (Forwarding Equivalence Class): Lớp chuyển tiếp tương đương. • LSR (Label Switching Router) Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn. • LER (Label Edge Router): Bộ định tuyến nhãn biên. • NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry): Mục chuyển tiếp chặng tiếp theo. • FTN (FEC to NHLFE): Aùnh xạ FEC sang NHLFE. • LIB (Label Information Base): Cơ sở thông tin nhãn. Forwarding Equivalence Classes !FEC = Là một tập con các gói mà được đối xử như nhau bởi router. !Nội dung của FEC cung cấp khả năng linh hoạt và co giãn lớn. !Trong định tuyến thông thường, khi một gói được ấn định một FEC tại mỗi chặng (tra bảng cho header L3) thì trong MPLS, việc này chỉ được tiến hành ở ngõ vào. IP1 IP2 Các gói được dự tính cho các địa chỉ prefixes khác nhau, có thể được ánh xạ chung một đường dẫn. ù ùi ï ï í ù ị ỉ i ù , ù å ï ù ï ä ø ã . IP 1 IP 2 LSRLSRLER LER LSP IP1 #L1 IP2 #L1 IP1 #L2 IP2 #L2 IP1 #L3 IP2 #L3 #216 #612 #5 #311 #14 #99 #963 #462 - Một LSP là một phần của một cây từ nguồn đến đích (không trực tiếp). - LDP xây dựng nên cây này sử dụng các bảng chuyển tiếp IP đang tồn tại thành đường của các thông điệp điều khiển #963 #14 #99 #311 #311 #311 Label Switched Path MPLS đượïc xâây dựïng trêân cơ sởû IP 47.1 47.247.3 D e s t O u t 4 7 .1 1 4 7 .2 2 4 7 .3 3 1 2 3 D e s t O u t 4 7 .1 1 4 7 .2 2 4 7 .3 3 D e s t O u t 4 7 .1 1 4 7 .2 2 4 7 .3 3 1 2 3 1 2 3 • Đich dựa vào các bảng chuyển tiếp như được xây dựng bởi OSPF, IS-IS, RIP... Chuyểån tiếáp IP sửû dụïng điềàu khiểån từøng chặëng 47.1 47.247.3 IP 47.1.1.1 D e s t O u t 4 7 .1 1 4 7 .2 2 4 7 .3 3 1 2 3 D e s t O u t 4 7 .1 1 4 7 .2 2 4 7 .3 3 1 2 1 2 3 IP 47.1.1.1 IP 47.1.1.1 IP 47.1.1.1 D e s t O u t 4 7 .1 1 4 7 .2 2 4 7 .3 3 Intf In Label In Dest Intf Out 3 0.40 47.1 1 Intf In Label In Dest Intf Out Label Out 3 0.50 47.1 1 0.40 Phâân bốá nhãõn 47.1 47.247.3 1 2 3 1 2 1 2 3 3Intf In Dest Intf Out Label Out 3 47.1 1 0.50 Mapping: 0.40 Request: 47.1 M a p p i n g : 0 . 5 0 R e q u e s t : 4 7 . 1 Label Switched Path (LSP) Intf In Label In Dest Intf Out 3 0.40 47.1 1 Intf In Label In Dest Intf Out Label Out 3 0.50 47.1 1 0.40 47.1 47.247.3 1 2 3 1 2 1 2 3 3Intf In Dest Intf Out Label Out 3 47.1 1 0.50 IP 47.1.1.1 IP 47. .1.1 #216 #14 #462 Định tuyến tương minh là kỹ thuật định tuyến nguôn (source routing) - định tuyến từ đầu vào. Đầu vào xác định từng chặng trên đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP một cách rõ ràng, tường tận. Định tuyến tương minh là kỹ thuật định tuyến nguôn (source routing) - định tuyến từ đầu vào. Đầu vào xác định từng chặng trên đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP một cách rõ ràng, tường tận. #972 #14 #972 A B C Route= {A,B,C} Định tuyếán tườøng minh Explicitly Routed hay ER-LSP Intf In Label In Dest Intf Out 3 0.40 47.1 1 Intf In Label In Dest Intf Out Label Out 3 0.50 47.1 1 0.40 47.1 47.247.3 1 2 3 1 2 1 2 3 3 In tf In D e s t In tf O u t L a b e l O u t 3 4 7 .1 .1 2 1 .3 3 3 4 7 .1 1 0 .5 0 IP 47.1.1.1 IP 47. .1.1 Định tuyếán tườøng minh LSP (ER-LSP) Ưu điểåm củûa ER-LSP !Hoạt động định tuyến linh hoạt (cơ sở chính sách policy-based, cơ sở QoS QoS-based) !Có thể sử dụng các đường khác đường dẫn ngắn nhất !Có thể tính toán các đường dẫn dựa trên các ràng buộc chính xác như theo cách của ATM dựa trên cơ sở dữ liệu đồ hình phân bố (kỹ thuật lưu lượng) Đốái thủû củûa ER-LSP !Hai kiểu báo hiệu được đề xuất thành hai chuẩn: CR-LDP và RSVP mở rộng: -CR-LDP = LDP + Định tuyến tường minh - RSVP mở rộng = RSVP truyền thống + Định tuyến tường minh + Các phần mở rộng !Sự phát triển của chúng sẽ được thị trường chứng minh, bởi chúng đều có nhiều ưu và ít nhược khác nhau. MPLS ! Tổng quan !Các đóng gói nhãn ! Các giao thức phân bố nhãn ! Định tuyến cơ sở ràng buộc với CR-LDP ! Kết luận Đóùng góùi nhãõn ATM FR Ethernet PPP Đóng gói MPLS được xác định qua nhiều môi trường. Các nhãn trên cùng có thể sử dụng dạng thức đang tồn tại, các nhãn thấp hơn có thể sử dụng dạng nhãn chèn mới. VPI VCI DLCI “Shim Label” L2 Label “Shim Label” ……. IP | PAYLOAD Cáùc lớùp tuyếán trong MPLS " MPLS được nhắm đến để hoạt động trên nhiều lớp tuyến khác nhau " Đặc biệt là cho các lớp tuyến đang tồn tại sau: # ATM: nhãn được chứa trong trường VCI/VPI của ATM header # Frame Relay: nhãn được chứa trong trường DLCI trong FR header # PPP/LAN: sử dụng nhãn chèn giữa L2 và L3 headers " Phiên dịch giữa các loại của lớp tuyến phải được hỗ trợ MPLS gọi là đa giao thức bởi lý do trênPLS gọi là đa giao thức bởi lý do trên Đóùng góùi MPLS - ATM ATM LSR được ràng buộc bởi dạng thức cell của tiêu chuẩn ATM đang tồn tạiATM LSR được ràng buộc bởi dạng thức cell của tiêu chuẩn ATM đang tồn tại VPI PT CLP HEC 5 Octets ATM Header Format VCI AAL5 Trailer ••• Network Layer Header and Packet (eg. IP) 1n AAL 5 PDU Frame (nx48 bytes) Generic Label Encap. (PPP/LAN format) ATM SAR ATM Header ATM Payload • • • ! Các nhãn ở đỉnh 1 hoặc 2 được chứa trong các trường VPI/VCI của ATM header ! - Một nhóm hay một nhãn đơn trong trường kết hợp được thoả thuận bởi LDP. !Các trường khác trong stack được mã hoá dạng header chèn trong PPP/LAN ! - Ít nhất một nhãn ở đáy để phân biệt với trường hợp ‘Không rõ ràng’ ! TTL được chứa trong nhãn đầu của stack uỷ thác cho header ATM (thiếu TTL) 48 Bytes 48 Bytes Label LabelOption 1 Option 2 Combined Label Option 3 LabelATM VPI (Tunnel) Đóùng góùi MPLS - FRAME RELAY •••n 1 DLCI C/R E A DLCI FE CN BE CN D E E A Q.922 Header Generic Encap. (PPP/LAN Format) Layer 3 Header and Packet DLCI Size = 10, 17, 23 Bits !Các giá trị nhãn mang trong trường DLCI của Frame header Relay. !Có thể sử dụng 2 đến 4 octet địa chỉ Q.922 (10, 17, 23 bytes). !Đóng gói tổng quan chứa n nhãn cho stack có độ sâu n: - Nhãn đỉnh chưa TTL (cho header FR thiếu TTL), giá trị nhãn ‘không rõ ràng’ Đóùng góùi MPLS - PPP & LAN ởû lớùp tuyếán dữõ liệäu Label Exp. S TTL Label: Label Value, 20 bits (0-16 reserved) Exp.: Experimental, 3 bits (was Class of Service) S: Bottom of Stack, 1 bit (1 = last entry in label stack) TTL: Time to Live, 8 bits Layer 2 Header (eg. PPP, 802.3) ••• Network Layer Header and Packet (eg. IP) 4 Octets MPLS ‘Shim’ Headers (1-n) 1n !Lớp mạng có thể suy ra từ gía trị của nhãn đáy của stack !TTL phải được thiết lập giá trị của trường TTL IP khi gói đầu tiên được dán nhãn !Khi các nhãn được lấy ra khỏi stack, TTL MPLS được sao lại từ trường TTL của gói IP. !Việc đẩy vào nhiều nhãn có thể gây nên độ dài khung vượt quá MTU lớp 2 - LSR phải hỗ trợ tham số “Kích thước tối đa IP Datagram cho việc dán nhãn” - Mọi datagram không dán nhãn có kích thước lớn hơn tham số này phải được phân lại. MPLS trên các tuyến PPP và LAN sử dụng header chèn vào giữa header lớp 2 và header lớp 3 MPLS trên các tuyến PPP và LAN sử dụng header chèn vào giữa header lớp 2 và header lớp 3 Label Stack Entry Format MPLS ! Tổng quan ! Các đóng gói nhãn !Các giao thức phân bố nhãn ! Định tuyến cơ sở ràng buộc với CR-LDP ! Kết luận Cáùc giao thứùc phâân bốá nhãõn ! Tổng quan về định tuyến từng chặng và tường minh ! Label Distribution Protocol (LDP) ! Constraint-based Routing LDP (CR-LDP) ! Extensions to RSVP Hop-by-Hop vàø Explicit Routing !Định tuyến nguồn của điều khiển lưu lượng. !Xây dựng một đường dẫn từ nguồn đến đích !Yêu cầu cung cấp nhân công hay tự động cho các cơ chế tự động tái định tuyến, LSP có thể sắp xếp để việc tái định tuyến trở nên nhanh chóng hoặc dự phòng đường dẫn có thể được yêu cầu cho việc khôi phục nhanh. !Hoạt động định tuyến linh hoạt (policy-based, QoS-based, thích hợp tốt với kỹ thuật lưu lượng !Định tuyến phân bố điều khiển lưu lượng !Xây dựng một tập hợp các cây phân chia bởi các phân tới hoặc lùi tuỳ thuộc vào các thức hoạt động. !Tái định tuyến khó khăn bởi thời gian hội tụ của giao thức định tuyến. !Các giao thức đang tồn tại là dựa vào prefix của đích. !Khó khăn tiến hành kỹ thuật lưu lượng, định tuyến cơ sở QoS. Định tuyến tường minh hứa hẹn một kỹ thuật lưu lượng tốt hơnị á ø i ù ï ä õ ä l l ï á Định tuyếán tườøng minh MPLS vớùi định tuyếán truyềàn thốáng !Trạng thái không nối kết của IP bao hàm định tuyến dựa trên cơ sở thông tin trong header mỗi gói. !Định tuyến nguồn là có thể thực hiện được, nhưng đường dẫn phải được chứa trong header mỗi gói IP. !Các đường dẫn dài làm tăng kích thước header IP, làm thay đổi kích thước gói, làm tăng tổng phí. !Một vài router gigabit yêu cầu tuỳ chọn ‘đường dẫn chậm’ dựa vào việc định tuyến của các gói IP. !Định tuyến nguồn không được chấp nhận rộng rãi trong IP và dường như không thực tế. !Vài nhà điều hành mạng có thể lọc các gói định tuyến nguồn vì nguyên nhân an toàn. !MPLS cho phép sử dụng định tuyến nguồn với khả năng nối kết có hướng: - Các đường dẫn có thể thiết lập qua mạng. - ‘nhãn’ có thể đại diện một đường dẫn tường minh. !Định tuyến nguồn chặt chẽ và lõng lẻo đều có thể được hỗ trợ MPLS sử dụng định tuyến nguồn trong IP û ï ị t á à t Các giao thức phân bố nhãn ! Tổng quan về định tuyến từng chặng và tường minh ! Label Distribution Protocol (LDP) ! Constraint-based Routing LDP (CR-LDP) ! Extensions to RSVP Mụïc đích củûa Label Distribution Protocol (LDP) Phân bố nhãn đảm bảo rằng các router lân cận có chung quan điểm về liên hệ FECnhãn Routing Table: Addr-prefix Next Hop 47.0.0.0/8 LSR2 outing Table: ddr-prefix ext op 47.0.0.0/8 L 2 LSR1 LSR2 LSR3 IP Packet 47.80.55.3 Routing Table: Addr-prefix Next Hop 47.0.0.0/8 LSR3 outing Table: ddr-prefix ext op 47.0.0.0/8 L 3 For 47.0.0.0/8 use label ‘17’ Label Information Base: Label-In FEC Label-Out 17 47.0.0.0/8 XX Label Infor ation ase: Label-In F Label- ut 17 47.0.0.0/8 Label Information Base: Label-In FEC Label-Out XX 47.0.0.0/8 17 Label Infor ation ase: Label-In F Label- ut 47.0.0.0/8 17 Step 1: LSR creates binding between FEC and label value Step 2: LSR communicates binding to adjacent LSR Step 3: LSR inserts label value into forwarding base Common understanding of which FEC the label is referring to! Phân bố nhãn có thể mang trên mình một giao thức định tuyến đang tồn tại hay một sự phân bố nhãn dành riêng có thể được tạo ra â á õ ù t å t â ì ät i t ù ị t á t à t ïi ät ï â á õ ø i â ù t å ï t ï Cáùc phương thứùc phâân bốá nhãõn LSR1 LSR2 Phân bố nhãn có thể sử dụng hai phương thức sauâ á õ ù å û ï i ù Downstream Label Distribution Label-FEC Binding !LSR2 và LSR1 được gọi là có một ‘LDP lân cận’ (LSR2 đang là LSR dòng xuống) !LSR2 phát hiện một ‘chặng kế tiếp’ cho một FEC nào đó. !LSR2 gán (liên kết) một nhãn cho FEC và báo liên kết này cho LSR1. !LSR1 chèn liên kết này vào trong bảng chuyển tiếp của nó !Nếu LSR2 là chặng kế cho một FEC thì LSR1 có thể sử dụng nhãn này và các LSR là hiểu nhau LSR1 LSR2 Downstream-on-Demand Label Distribution Label-FEC Binding !LSR1 xem LSR2 là một chặng kế của một FEC. !Một yêu cầu được tiến hành để LSR2 cho một liên kết nhãn - FEC. !Nếu LSR2 nhận thấy rằng FEC có một chặng tiếp theo cho nó thì nó tạo một liên kết và phản hồi về LSR1 !Hai LSRs có một cách nhìn chung Request for Binding Cả hai phương thức đều được hỗ trợ, thậm chí trong một mạng, ở cùng một thời điểm. Với một hay nhiều lân cận, sự thoả thuận LDP phải tuân theo cùng một phương thức. #963 #14 #99 #311 #311 #311 Kiểåu phâân bốá nhãõn dòøng xuốáng lưu trữõ câây trong hệä thốáng #462 D #311 D #963 D #14 D #99 D #216 D #612 D #5 D #963 #14 #99 #311 #311 #311 Kiểåu dòøng xuốáng theo yêâu cầàu lưu trữõ câây trong hệä thốáng #462 D #311 D #963 D#14 D #99 D #216 D #612 D #5 D D? D? D? D? D? D? D? D? Điềàu khiểån phâân bốá: Tuầàn tựï vàø Độäc lậäp Điều khiển LSP độc lậpi à i å ä l ä Điều khiển LSP tuần tựi à i å t à t ï Chặng kế (for FEC) Nhãn raNhãn vào Đường dẫn MPLS liên kết giữa FEC và chặng kế tiếp với nhãn vào và nhãn ra !Mỗi LSR tiến hành quyết định độc lập khi tạo và truyền các nhãn với dòng lên ngang hàng. !Việc truyền liên kết nhãn – FEC với LSR ngang hàng ở chặng kế được ghi nhận. !LSP tiến hành nối nhãn vào và ra với nhau. !Liên kết nhãn – FEC được truyền với LSR ngang hàng nếu - LSR là một LSR ngõ ra của một FEC nào đó - Liên kết nhãn được nhận bởi LSR dòng lên. !Thông tin LSP ‘chảy’ từ ngõ ra đến ngõ vào. Định nghĩaị ĩ So sánh s ù !Nhãn được trao đổi với trễ nhỏ nhất. !Không phụ thuộc node ngõ ra. !Phân mảnh không thích hợp qua các node khi bắt đầu. !Có thể yêu cầu phương thức phát hiện các vòng lặp riêng biệt. !Yêu cầu nhiều trễ trước khi các gói có thể chuyển tiếp theo LSP. !Phụ thuộc vào node ngõ ra. !Cơ chế thích hợp phân mảnh và tự do với vòng lặp. !Được sử dụng cho định tuyến tường minh và multicast. Cả hai phương thức đều được dề xuất và đều khả thi #963 #14 #99 #311 #311 #311 Kiểåu điềàu khiểån độäc lậäp #462 D #311 D #963 D #14 D #99 D #216 D #612 D #5 D Cáùc phương thứùc dựï trữõ nhãõn LSR1 LSR2 LSR3 LSR4 LSR5 Liên kết cho LSR5 Liên kết cho LSR5 Liên kết cho LSR5Một LSR có thể nhận các liên kết nhãn từ nhiều LSR khác. Vài liên kết có thể đến từ các LSR mà không thích hợp với chặng tiếp theo của FEC đó. Dự trữ nhãn độc lập Dự trữ nhãn bảo thủ LSR1 LSR2 LSR3 LSR4 Các liên kết nhãn cho LSR5 Valid Next Hop LSR4’s Label LSR3’s Label LSR2’s Label LSR1 LSR2 LSR3 LSR4 Các liên kết nhãn cho LSR5 Valid Next Hop LSR4’s Label LSR3’s Label LSR2’s Label !LSR duy trì các liên kết nhận được từ các LSR khác kể cả không thích hợp với chặng tiếp theo của FEC. !Nếu chặng tiếp theo thay đổi thì nó có thể bắt đầu sử dụng các liên kết này ngay lập tức. !Có thể cho phép thích hợp nhanh với sự thay đổi định tuyến. !Yêu cầu một LSR để duy trì nhiều nhãn. !LSR chỉ duy trì các liên kết nhận được từ chặng kế thích hợp. !Nếu chặng kế là thay đổi thì liên kết phải được yêu cầu trở lại từ chặng kế mới. !Hạn chế tương hợp với sự thay đổi định tuyến. ! Ít nhãn được yêu cầu lưu trữ trong LSR hơn. Phương thức dự trữ nhãn mâu thuẩn với dung lượng nhãn và tốc độ đáp ứng thay đổi định tuyến Kiểåu dựï trữõ nhãõn tựï do #462 D #311 D #963 D #14 D #99 D #216 D #612 D #5 D #422 D #622 D Các nhãn này được lưu lại để có thể sử dụng khi tuyến (chặng) hỏng. Kiểåu dựï trữõ nhãõn bảûo thủû #462 D #311 D #963 D #14 D #99 D #216 D #612 D #5 D #422 D #622 D Các nhãn này được giải phóng ở thời điểm vừa nhận xong. Cáùc giao thứùc phâân bốá nhãõn ! Tổng quan về định tuyến từng chặng và tường minh ! Label Distribution Protocol (LDP) ! Constraint-based Routing LDP (CR-LDP) ! Extensions to RSVP Thiếát lậäp LSP cơ sởû ràøng buộäc sửû dụïng LDP ! Sử dụng các thông điệp LDP (request, map, notify). ! Chia xẻ nối kết TCP/IP với LDP. ! Có thể cùng tồn tại với LDP và cùng hoạt động với chúng hoặc có thể cùng tồn tại như một thực thể của LDP. ! Đưa thêm dữ liệu vào các thông điệp LDP thành tín hiệu đường tường minh ER và các “ràng buộc” khác. Thiếát lậäp ER-LSP sửû dụïng CR-LDP LSR B LSR C LER DLER A ER Label Switched Path Ingress Egress 4. Tạo thông điệp Label mapping. 3. Kết thúc thông điệp Request message 2. Thông điệp Request được tiến hành và node kế đã xác nhận. Danh sách đường dẫn được hiệu chỉnh thành 1. Thông điệp Label Request. Nó chứa đường dẫn ER 5. LSR C nhận nhãn để gởi dưa liệu đến LER D. Cập nhật bảng nhãn (cơ sở dữ liệu). 6. Khi LER A nhận ánh xạ nhãn thì ER được thiết lập #216 #14 #