MPLS. Multi Protocol Label Switching Objectifs initiaux

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1 MPLS Multi Protocol Label Switching Objectifs initiaux accélérer commutation IP «lenteur» de la commutation IP saut par saut Cell switching router (Toshiba 94), IP switching (Ipsilon 96), Tag switching (cisco fin 96), Création groupe IETF MPLS 12/96 Normalisation (début 2001 ) RFC 3031 (architecture), RFC 3036 (LDP), RHD 2009 MPLS 1

2 MPLS Idée Insérer un label dans paquet (IP ou autre) Construire une table (FIB) de commutation en fonction du label Label court : lookup rapide Possibilité d agréger des destinations Unifier la commutation des paquets Unicast ordinaire longest match (@D) Unicast avec ToS : exact match (@D +ToS) Multicast exact match int. Entrée) Protocoles différents (IPv4, IPv6, ) : Mpls RHD 2009 MPLS 2

3 MPLS : nouveaux objectifs Commutation de label = forme de tunnel (encapsulation) => construire des chemins particuliers ingénierie de trafic, routage avec QoS Ex : RSVP-TE, CR-LDP masquer le réseau traversé VPN IP basés sur MPLS et BGP interconnexion de LAN à travers réseau IP trame sur IP, VPLS extension à d autres niveaux λ MPLS, GMPLS RHD 2009 MPLS 3

4 FEC Concept de Forwarding Equivalence Class Tous paquets d une FEC traités de la même façon Même interface sortie Même NextHop Même file attente (si QoS) Ex : unicast classique FEC = préfixe Granularité variable FEC grossier : préfixe réseau /18 FEC fin : port S, port D RHD 2009 MPLS 4

5 FIB MPLS 2 possibilités 1 table par entrée (portée label = lien) 1 table globale (portée label = nœud) (int entrée, label entrée) => (label de sortie, int sortie, NextHop, File) n n > 1 si multicast Quel équipement insére le premier label? Classification des paquets Comment construire la FIB? Comment insérer les labels dans des paquets/trames? RHD 2009 MPLS 5

6 Insertion des labels RFC 3032 MPLS Label Stack encoding Pile de labels (utilisé p.e. dans VPN BGP-MPLS) Label codé sur 20 bits dans Label Entry de 32 bits Label (20), Cos (3), Stack (1), TTL (8) Stack = 1 <=> fond de pile Quelques labels réservés 0 : IPv4 Explicit Null (fond de pile) => oblige à POP et traitement IPv4 1 : Router Alert Label (pas au fond) => examen spécial 2 : IPv6 Explicit Null 3 : Implicit Null (pas dans la pile) distribué pour forcer POP RHD 2009 MPLS 6

7 Labels Insertion ethernet ether=8847, label(s), network layer Possible LLC/SNAP Remarque : ethertype d origine 0800 (IPv4) 86DD (IPv6), perdu Doit être déductible du label ou du network layer Insertion ATM Réutilisation hard ATM pour MPLS => label dans entête cellule Label sommet stack dans VPI,VCI (pas de TTL) Permet réutiliser commutation cellule Stack complet dans paquet AAL RHD 2009 MPLS 7

8 Encapsulation TTL initialisé à TTL IP entrant Décrémenté (si possible) => détection de boucle Problème des messages ICMP Connaissance du protocole supérieur? Possibilité de router message ICMP Adresse niveau IP peut être non routable (p.e. privée) Possibilité : générer un paquet ICMP, et lui donner le même label stack (sauf TTL) le paquet «descend» jusqu à l Egress qui retransmet à la source Ex : Problème de TTL exceeded (traceroute) Problème de Path-MTU discovery RHD 2009 MPLS 8

9 Commutation (FIB) 3 structures NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Indique Prochain saut Opérations à effectuer sur pile de label» Remplacer sommet pile SWAP (usuel)» Supprimer sommet pile POP» ex : sortie domaine Mpls : Egress router» Remplacer puis empiler 1 ou +sieurs labels PUSH Infos spécifiques au lien» Adresse mac, RHD 2009 MPLS 9

10 Commutation (2) ILM Incoming Label Map Pour paquets avec label label entrée (et int) => 1 ou +sieurs NHLFE Pour load balancing multipath 1 seul NHFLE choisi FEC to NHFLE map Pour paquets non labelés Entrée de domaine Mpls : Ingress router Insertion du premier label en fonction de la FEC RHD 2009 MPLS 10

11 Construction des tables Protocoles de routage «classiques» (A) Mapping FEC à NextHop (FIB IP) OSPF, RIP, BGP, PIM, Création d association (B) FEC <-> Label Distribution association (A) +(B) => ILM + NHLFE RHD 2009 MPLS 11

12 Association Association FEC <-> label Locale (décidée localement) Distante (décidée par voisin) Les 2 voisins doivent être d accord signalisation Création upstream ou downstream Choix MPLS : downstream RHD 2009 MPLS 12

13 Déclenchement association Deux méthodes Méthode Control Driven Événement proto routage OSPF recalcule table Réservation RSVP PIM join/prune Stable (indépendant trafic) Nombreuses associations inutiles RHD 2009 MPLS 13

14 Déclenchement association (2) Méthode Data driven À la détection d un nouveau flux Pas d association inutile Que se passe-t-il pour un paquet sans association? (réseau hybride) RHD 2009 MPLS 14

15 Distribution des labels Par protocoles de routage (piggybacking) Possible avec vecteur de distance ou chemins (RIP, BGP) Annonces suivent chemin inverse données Peu compatible avec état des liens Inondation des annonces Par protocoles spécifiques (LDP) RHD 2009 MPLS 15

16 Architecture LSR Label Switch Router Routeur capable de commuter des paquets par label Domaine MPLS Ensemble de LSR qui échangent Des paquets avec label et des infos sur les associations ~ domaine de routage Pour une FEC Pour une entrée Ingress en général une seule sortie Egress LSP (Label Switched Path) de Ingress vers Egress En général N Ingress utilisent la même sortie 2 solutions» 1 arbre : LSP-tree» ou bien N LSP indépendants RHD 2009 MPLS 16

17 LSR et LSP merge Label merge : pour une même FEC deux entrées (incoming label) => un seul NHFLE (et donc un seul label) en général possible pour un routeur IP Si label merge impossible : plusieurs LSP convergent vers Egress même FEC, mais labels différents sur un lien Ex : switch ATM Label <=> CV label merge <=> cellules de plusieurs CV «mélangées» incompatible avec AAL possibilité de merge sur le VP, mais VC RHD 2009 MPLS 17

18 Création des LSP Mode ordonné Egress déclenche création de proche en proche vers Ingress Créer association si Egress ou si reçu association de l aval => Si LSP existe à l Ingress, existe jusqu à Egresss Séquentiel => plus lent Peut être Hop by Hop (chaque LSR décide prochain saut) ou Explicite (~PNNI, source routing plus avantageux que IP) Mode indépendant Chaque LSR décide pour ses liens entrants Construction en parallèle (+ rapide) Risque incohérence RHD 2009 MPLS 18

19 BGP Nouveau préfixe F Exemple (downstream, ordonné) Domaine MPLS BGP Nouveau préfixe F R3 (F, L 3 ) R2 (F, L 4 ) (F, L 5 ) R1 (F, L 1 ) R5 BGP Nouveau préfixe F R4 R6 R7 (F, L 0 ) (F, L 2 ) BGP Nouveau préfixe F R6 L 0 -> R7, POP R4 L 1,L 2 -> R6, SWAP(L 0 ) R5 F -> R4, PUSH(L 2 ) L 5 -> R4, SWAP(L 2 ) R2 L 3,L 4 -> R4, SWAP(L 1 ) L 5 inutilisé RHD 2009 MPLS 19

20 Distribution des labels : LDP LDP Label Distribution Protocol RFC 3036 Divers messages pour gérer adjacences entre LSR voisins Découverte adjacences (Hello) UDP, périodique Établissement de session TCP «hard state» : pas de de rafraîchissement cyclique RHD 2009 MPLS 20

21 LDP : Associations Label Advertisement : 4 commandes Label Request(FEC) (descendant) Nouvelle FEC ou nouveau NH (ou commande) Label Mapping(FEC, Label) (montant) Réponse à request ou spontané Withdrawal(FEC, Label) Plus de route pour FEC Release(Label) Plus besoin du Label RHD 2009 MPLS 21

22 Distribution (suite) Mode libéral Garder les mapping(fec, L) de LSR1 Même si NH pour FEC LSR1 Utilisables si NH(FEC) change Gaspille espace label Mode conservateur si NH(FEC) LSR, envoyer release(l) à LSR1 Mode downstream on demand Request descend depuis Ingress Mode unsollicited downstream Pas de request, mapping initié par Egress (schéma) Mode négocié lors établissement session RHD 2009 MPLS 22

23 Exemple (LDP downstream on demand, ordonné) BGP Nouveau préfixe F R3 Map(F, L 4 ) REQ(F) R1 BGP Nouveau préfixe F REQ(F) Map(F, L 3 ) R2 Domaine MPLS REQ(F) Map(F, L 1 ) R5 BGP Nouveau préfixe F R4 R6 R7 Map(F, L 0 ) Map(F, L 2 ) REQ(F) REQ(F) BGP Nouveau préfixe F routes IP vers F R6 L 0 -> R7, POP R4 L 1,L 2 -> R6, SWAP(L 0 ) R5 F -> R4, PUSH(L 2 ) R2 L 3,L 4 -> R4, SWAP(L 1 ) RHD 2009 MPLS 23

24 LDP : FEC FEC = suite d éléments FEC Élément FEC = préfixe ou adresse d hôte Prochain saut vers tous les éléments Doit être identique Sinon POP (possibilité de pile) Mapping(P1,L1) Mapping((P1,P2),L3) POP LSR1 LSR2 LSR3 Préfixe P1 Mapping(P2,L2) LSR4 Préfixe P2 RHD Agrégation 2009 MPLS P1,P2 24

25 Contrôle de boucle Données : TTL (curatif) élimination de paquets Construction de LSP (préventif) Option configurable «loop detect» incluse dans Request et Mapping Hopcount TLV #LSR traversés Path vector TLV (pour LSR non «merge capable») Liste des LSR traversés Message LDP «loop detected notification» HopCount max atteint ou PathVector contient Id LSR local (ou max atteint) RHD 2009 MPLS 25

26 Routeur/commutateur routeur IP + LSR MPLS configuration Routage IP LDP Signalisation RIB Algo routage RIB IP LIB label IB Données A = label A, données entrée paquet FC FIB Commutation de labels sortie RHD 2009 MPLS 26

27 Ingénierie de trafic Traffic Engineering RFC 2702, Requirements for Traffic Engineering Over MPLS, septembre 99 2 types d objectifs Orientés trafic (~qualité de service pour les flux) Pour certains flux (type d applic., de client) Contraintes de qualité de service (débit, délai, ) => routage basé sur destination + (QoS dispo / lien)? Orientés ressources (bonne utilisation des ressources) Répartir les flux Augmenter la bande passante totale utilisable Et/ou limiter la congestion => routage basé sur destination + (BP dispo?) RHD 2009 MPLS 27

28 Ingénierie de trafic (2) Commutation des paquets basé sur critères supplémentaires Difficile à obtenir avec routage saut par saut Routage source (peu efficace en IP) Marquer (épingler) la route (route pinning) MPLS : LSP = route «marquée» Signalisation spécifique (RSVP-TE ou CR-LDP) Utilisation différente des protocoles de routage» Calcul à la source (à la demande?)» Calcul par serveur PCE : Path Computing Element RHD 2009 MPLS 28

29 RSVP Principe de RSVP (architecture Intserv) Source envoie RSVP-Path(Dest, FlowSpec) «marquage du chemin» Nécessaire car routage non symétrique Récepteur(s) envoie RSVP-Resv Réservation ressources sur le chemin prend le chemin inverse (grâce marquage) Nécessite option Router Alert Paquet Source => Dest. Traité par routeurs RHD 2009 MPLS 29

30 RSVP Soft State (messages périodiques) si route IP change réservation change au prochain Path/Resv RSVP de base : utilise routes IP «classiques» RHD 2009 MPLS 30

31 RSVP-TE (1) RFC 3209, 3210 (décembre 2001) Associe un label à un flux RSVP Mode downstream on demand RSVP-Path(Label Request, Fec = D) En option objet route explicite Liste de nœuds abstraits Strict (doit être voisin du précédent) Lâche (loose) (pas nécessairement voisin direct) Nœud abstrait décrit par Adresse IP ou Préfixe ou N AS Réponse RSVP-Resv(Label, Fec) RHD 2009 MPLS 31

32 RSVP-TE (2) Changement dynamique de LSP Nouvelle capacité Panne Augmentation besoin des flux => modification sans perturbation Identificateur de session Changement de LSP : «make before break» Détecter liens communs ancien et nouveau LSP même ident. de session Ne pas ajouter les BP (uniquement delta si ) RHD 2009 MPLS 32

33 Architecture de TE Automatisation des tunnels TE Prise en compte des contraintes Bande passante Connaître les ressources Calculer des routes explicites Tenant compte ds ressources (CSPF) => nouveau routage OSPF-TE RHD 2009 MPLS 33

34 OSPF-TE RFC3630 Spécifie 1 nouveau LSA TE-LSA Bande passante totale Bande passante totale réservable Bande passante résiduelle Sur 8 niveaux de priorité Groupe(s) administratif(s) (couleur) Peut appartenir à 1 ou plusiuers de 32 groupes Métrique de TE (peut être métrique usuelle) RHD 2009 MPLS 34

35 OSPF-TE (suite) Chaque routeur Carte réseau avec BP disponible Sur chaque lien Par priorité Lors de demande Chemin de R1 à R2, bande passante D, priorité P Calcul (par la source ) du CSPF RHD 2009 MPLS 35

36 OSPF-TE (suite) Calcul (par la source A ) du CSPF Constrained SPF shortest path first Prendre le graphe du réseau Éliminer les arêtes dont la BP résiduelle pour P Vérifie BPrésiduelle < Demande Lancer l algorithme de Dijkstra => tous les chemins calculés vérifient BP > D Récupérer le chemin A=R1, R2, R3, Rn=B Réserver D sur ce chemin via RSVP-TE avec route explicite Si succès, chaque routeur envoie LSA-TE mis à jour (BP résiduelle diminuée de D) RHD 2009 MPLS 36

37 CR-LDP Constrained Routing LDP RFC , janvier 2002 Distribution «ordered on-demand downstream» Label-Request => mapping Routage explicite (strict ou lâche) entre noeuds abstraits Descripteur de trafic (peak rate, commited rated) (token bucket) Priorité (possibilité de préemption) «hard state» comme LDP RSVP soft state A été virtuellement abandonné au profit de RSVP-TE Cf rfc3468, bien que «proposed standard» de l ietf RHD 2009 MPLS 37

38 Demande R3 => R6 10M Demande pour F R3 R1 Domaine MPLS R3 calcule Route explicite R3 - R2 - R5 -R4 - R6 (CSPF) R2 R4 R6 R7 Path Path Resv, L4 Resv, L1 R3 envoie RSVP Path route explicite R3 - R2 - R5 -R4 - R6 Path Path label request Resv, L3 Resv, L2 BP demandée 10M R5 R6 renvoie RSVP Resv Label BP RHD 2009 MPLS 38

39 Biblio [RFC 2702] Requirements for Traffic Engineering Over MPLS, septembre 99 [MPLS] Davie, Rekhter, MPLS Technology and Applications, Morgan Kaufmann, [RFC3031] MPLS architecture, janvier 2001 [RFC 3032] MPLS label stack encoding, janvier [RFC 3036] LDP specification, janvier [QoSR] Z Wang, J Crowcroft, Quality of Service Routing for Supporting Multimedia Applications, IEEE JSAC, Vol 14 N 7, sept 96. [RFC 3209, 3210] RSVP-TE, décembre 2001 [RFC ] CR-LDP, janvier 2002 RHD 2009 MPLS 39