MPLSMPLSMultiProtocol MultiProtocol Label Label

SwitchingSwitchingTrabalho de Redes de Computadores ITrabalho de Redes de Computadores I

Autor: Autor: Fabricio Fabricio Couto InácioCouto InácioPeríodo: 01/2002 Período: 01/2002

Por que MPLS ?Por que MPLS ?

Fatores MotivadoresFatores Motivadores

ξξ O crescimento rápido da Internet e a difusão O crescimento rápido da Internet e a difusão de redes construídas sobre o protocolo IP de redes construídas sobre o protocolo IP geraram demanda de novas facilidades;geraram demanda de novas facilidades;

ξξ Necessidade de integração de tecnologias de Necessidade de integração de tecnologias de camada 2 e 3;camada 2 e 3;

ξξ Maior controle sobre o consumo dos Maior controle sobre o consumo dos recursos da Rede;recursos da Rede;

ξξ Disponibilizar de novos serviços sobre IP.Disponibilizar de novos serviços sobre IP.

Redes IPRedes IP

ξξ A evoluA evoluçãção da Interneto da Internet popularizou popularizou o protocolo o protocolo TCP/IPTCP/IP, , tornando o IP como um padrtornando o IP como um padrãão; o;

ξξ O serviço oferecido pelo IP é sem conexão;O serviço oferecido pelo IP é sem conexão;

ξξ Complexidade nas tomadas de decisão no Complexidade nas tomadas de decisão no encaminhamento;encaminhamento;

ξξ A comunicação é nãoA comunicação é não--confiável;confiável;

ξξ O IP O IP éé considerado um protocolo de considerado um protocolo de ““melhor melhor esforesforççoo”” ((bestbest efforteffort););

ξξ No inNo iníício sua simplicidade e flexibilidade eram cio sua simplicidade e flexibilidade eram suficientes;suficientes;

Qual a Demanda?Qual a Demanda?ξξ Orientação a conexão em redes IP;Orientação a conexão em redes IP;

ξξ Menor complexidade de decisões de Menor complexidade de decisões de encaminhamento nosencaminhamento nos roteadoresroteadores;;

ξξ Engenharia de tráfego;Engenharia de tráfego;

ξξ VPNsVPNs (Virtual (Virtual Private NetworksPrivate Networks););

ξξ Interoperabilidade;Interoperabilidade;

ξξ CoSCoS (Classes de Serviço);(Classes de Serviço);

ξξ Facilidades para implementação das Facilidades para implementação das arquiteturas de QoS;arquiteturas de QoS;

ξξ Proteção dos investimentos.Proteção dos investimentos.

MPLS

MPLSMPLSou ou

Tag SwitchingTag Switching??

Tecnologias de Troca de Tecnologias de Troca de LabelsLabels

ξξ O MPLS evoluiu de várias tecnologias de troca de O MPLS evoluiu de várias tecnologias de troca de labelslabelscriadas em meados dos anos 90. criadas em meados dos anos 90.

ξξ Alguns dos métodos proprietários desenvolvidos são:Alguns dos métodos proprietários desenvolvidos são:ψψ IP SWITCHING (IPSILON)IP SWITCHING (IPSILON)ψψ Cell Switching RouterCell Switching Router (Toshiba)(Toshiba)ψψ Tag SwitchingTag Switching (Cisco)(Cisco)ψψ Aggregate RouteAggregate Route--based Ip Switchingbased Ip Switching ou ARIS ou ARIS

(IBM)(IBM)ξξ Todas essas tecnologias utilizam a troca de Todas essas tecnologias utilizam a troca de labelslabels como como

método de encaminhar os pacotes.método de encaminhar os pacotes.ξξ Tag switchingTag switching desenvolvido pela Cisco foi desenvolvido pela Cisco foi

disponibilizado para usuários em Março de 1998.disponibilizado para usuários em Março de 1998.ξξ Tag SwitchingTag Switching é uma implementação pré padronização é uma implementação pré padronização

da arquitetura MPLS.da arquitetura MPLS.

TecnologiaTecnologiaMPLSMPLS

BenefíciosBenefícios

ξξ Roteamento simplificado;Roteamento simplificado;

ξξ Suporte a Engenharia de Tráfego;Suporte a Engenharia de Tráfego;

ξξ Suporte a QoS.Suporte a QoS.

Tecnologia MPLSTecnologia MPLS

ξξ Componente de EncaminhamentoComponente de Encaminhamento

ψψ utiliza informações dos utiliza informações dos labelslabels dos dos pacotes e informações das tabelas de pacotes e informações das tabelas de mapeamento de mapeamento de labelslabels existentes nos existentes nos Label Label Switching RoutersSwitching Routers para encaminhar para encaminhar pacotes;pacotes;

ξξ Componente de ControleComponente de Controle

ψψ responsável por criar e manter as tabelas responsável por criar e manter as tabelas de mapeamento de de mapeamento de labelslabels nos Label nos Label Switching RoutersSwitching Routers..

Label Label Switching DevicesSwitching Devicesξξ Edge Label Edge Label Switching RoutersSwitching Routers

ψψ adicionam adicionam labelslabels aos pacotes aos pacotes

ψψ no começo do Label no começo do Label Switched PathSwitched Path

ψψ retiram retiram labelslabels dos pacotesdos pacotes

ψψ no final do Label no final do Label Switched PathSwitched Path

ξξ Label Label Switching RoutersSwitching Routers

ψψ encaminham pacotes baseados nas encaminham pacotes baseados nas informações dos labels.informações dos labels.

Label Label Switching DevicesSwitching DevicesLabel Switching Routers

Edge Label Switching Routers

Rede IP

RedeFrameRelay

Rede ATM

Forwarding EquivalenceForwarding Equivalence Classes Classes (FEC) e (FEC) e Next HopNext Hop

ξξ MPLS faz uso de FECs; MPLS faz uso de FECs; ξξ Pacotes IP são classificados em FECs;Pacotes IP são classificados em FECs;

ψψ Grupo de pacotes IP encaminhados da mesma formaGrupo de pacotes IP encaminhados da mesma forma-- Pelo mesmo caminho;Pelo mesmo caminho;-- Com o mesmo tratamento no encaminhamento;Com o mesmo tratamento no encaminhamento;

ξξ LSRs escolhem um label para cada FEC;LSRs escolhem um label para cada FEC;ξξ A classificação de pacotes em FECs é feita quando o A classificação de pacotes em FECs é feita quando o

pacote entra na rede MPLS (Edge LSR);pacote entra na rede MPLS (Edge LSR);ξξ Não são feitas classificações subseqüentes na rede Não são feitas classificações subseqüentes na rede

MPLS;MPLS;ξξ Encaminhamento de pacotes consiste em:Encaminhamento de pacotes consiste em:

ψψ Associar pacotes a FECs;Associar pacotes a FECs;ψψ Determinar o next hop de cada FEC.Determinar o next hop de cada FEC.

Label Label Switch PathSwitch Path (LSP)(LSP)

ξξ Cada pacote com labelCada pacote com labelψψ entra na Rede MPLS pelo LSR de entrada;entra na Rede MPLS pelo LSR de entrada;ψψ sai da Rede MPLS pelo LSR de saída.sai da Rede MPLS pelo LSR de saída.

ξξ LSP é a seqüência de LSRs através dos quais cada LSP é a seqüência de LSRs através dos quais cada pacote com label deve passar até chegar ao LSR de pacote com label deve passar até chegar ao LSR de saída.saída.

O MPLS cria um paradigma de O MPLS cria um paradigma de orientação a conexão em Redes IPorientação a conexão em Redes IP

IGP domain with a label distribution protocol

Ingress-LSR

Egress-LSR

Label Label Switch PathSwitch Path (LSP)(LSP)

ξξ LSPsLSPs são unidirecionaissão unidirecionaisψψ o retorno do tráfego acontece por outro LSPo retorno do tráfego acontece por outro LSP

ξξ A decisão de por qual LSP um pacote deve seguir é tomada no A decisão de por qual LSP um pacote deve seguir é tomada no LSR de entradaLSR de entrada

ξξ Esta decisão pode ser baseada em fatores como:Esta decisão pode ser baseada em fatores como:ψψ endereço de destinoendereço de destinoψψ requerimentos de QoSrequerimentos de QoSψψ estado atual da Redeestado atual da Rede

Componentes nosComponentes nosRoteadoresRoteadores

ξξ Label Label Forwarding InformationForwarding Information Base Base (LFIB)(LFIB)

ξξ Componentes FuncionaisComponentes Funcionaisψψ EncaminhamentoEncaminhamentoψψ ControleControle

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

171.69171.69

......

OutOutI’faceI’face

00

11

......

Out Out LblLbl

44

55

99

77

Label Label Forwarding InformationForwarding InformationBase(LFIB)Base(LFIB)

Cada entrada possui os seguintes campos: ξ Label de entrada, prefixo de end. IP, interface

de saída, label de saídaξ LFIB é indexada pelo campo label de entradaξ LFIB pode ser tanto por Label Switching

Router como por interface

Algoritmos de EncaminhamentoAlgoritmos de Encaminhamento

ξξ ELSR ou LERELSR ou LERψψ Procura o endereço IP da rede de destino Procura o endereço IP da rede de destino

no pacote;no pacote;ψψ Procura uma entrada na tabela Procura uma entrada na tabela

correspondente ao IP da rede de destino;correspondente ao IP da rede de destino;ψψ Adiciona o Label no pacote IP;Adiciona o Label no pacote IP;ψψ Envia o pacote pela interface de saída.Envia o pacote pela interface de saída.

Algoritmos de EncaminhamentoAlgoritmos de Encaminhamento

ξξ LSRLSRψψ Extrai o label do pacote;Extrai o label do pacote;ψψ Procura uma entrada na LFIB com label de Procura uma entrada na LFIB com label de

entrada igual ao label do pacote;entrada igual ao label do pacote;ψψ Troca o label do pacote pelo label de saída Troca o label do pacote pelo label de saída

correspondente (label correspondente (label SwappingSwapping););ψψ Envia o pacote pela interface de saída Envia o pacote pela interface de saída

correspondente.correspondente.

Encapsulamento do Label MPLSEncapsulamento do Label MPLS

Onde carregar o label ?Onde carregar o label ?ξξ Como parte do cabeçalho MAC: Como parte do cabeçalho MAC:

ψψ VCI/VPI no ATM;VCI/VPI no ATM;ψψ DLCI no Frame Relay;DLCI no Frame Relay;

ξξ através de uma inserção entre os através de uma inserção entre os cabeçalhos das camadas MAC e de Rede.cabeçalhos das camadas MAC e de Rede.

PPP Header(Packet over SONET/SDH)

ATM Cell Header

LAN MAC Label Header

HECHEC DATADATACLPCLPPTIPTIVCIVCIGFCGFC VPIVPI

Label

PPP HeaderPPP Header Layer 3 HeaderLayer 3 HeaderLabel

Label Layer 3 HeaderLayer 3 HeaderMAC HeaderMAC Header

Shim header

Encapsulamento do Label MPLSEncapsulamento do Label MPLS

LabelLabel(20bits)(20bits)

ExpExp..(3 bits)(3 bits)

StackStack(s)(s)(1 bit)(1 bit)

TTLTTL(8 bits)(8 bits)

LayerLayer 22HeaderHeader

LabelLabelHeaderHeader

LayerLayer 33HeaderHeader

Layer3Layer3DataData

HeaderHeader do MPLSdo MPLS

Exemplo de Roteamento: Exemplo de Roteamento: Distribuição de Informação de Distribuição de Informação de

RoteamentoRoteamento

......

128.89128.89

171.69171.69

AddressAddressPrefixPrefix

I/FI/F

00

11

0

11

128.89

171.69

0

Você pode chegar a 171.69 por mim

Você pode chegar a 128.89 e 171.69 por mim

Atualizações deroteamento (OSPF, EIGRP, …)

Você pode chegar a 128.89 por mim

......

128.89128.89

171.69171.69

AddressAddressPrefixPrefix

I/FI/F

11

11 ......

128.89128.89

AddressAddressPrefixPrefix

I/FI/F

00

0

11

171.69

0

128.89.25.4 Data 128.89.25.4 Data

128.89.25.4 Data128.89.25.4 Data

Pacote encaminhado baseado no endereço IP

......171.69171.69

AddressAddressPrefixPrefix I/FI/F

11

11

128.89

......171.69171.69

AddressAddressPrefixPrefix

I/FI/F

00

11

128.89......

AddressAddressPrefixPrefix

I/FI/F

00128.89

128.89

Exemplo de Roteamento: Exemplo de Roteamento: Encaminhamento de PacotesEncaminhamento de Pacotes

Exemplo MPLS: Informação Exemplo MPLS: Informação de Roteamentode Roteamento

128.89

171.69

1

01

0

Você pode chegar a 171.69 por mim

Você pode chegar a 128.89 e 171.69 por mim

Atualizações de roteamento (OSPF, EIGRP, …)

Você pode chegar a 128.89 por mim

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

171.69171.69

......

OutOutI’faceI’face

00

11

......

Out Out LblLbl

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

171.69171.69

......

OutOutI’faceI’face

11

11

......

Out Out LblLbl

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

......

OutOutI’faceI’face

00

......

Out Out LblLbl

Exemplo MPLS: Designação Exemplo MPLS: Designação de Labelsde Labels

1

01

0

Use label 7 para 171.69

Use label 4 para 128.89 euse label 5 para 171.69

Label Distribution Protocol (LDP)

Use label 9 para 128.89

128.89

171.69

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

171.69171.69

......

OutOutI’faceI’face

00

11

......

Out Out LblLbl

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

171.69171.69

......

OutOutI’faceI’face

11

11

......

Out Out LblLbl

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

......

OutOutI’faceI’face

00

......

Out Out LblLbl

--

--

44

55

44

55

99

77

99 --

Exemplo MPLS: Encaminhamento Exemplo MPLS: Encaminhamento de Pacotesde Pacotes

128.89

171.69

1

01

128.89.25.4 Data4128.89.25.4 Data

128.89.25.4 Data

128.89.25.4 Data9

0

Pacote encaminhado baseado no label

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

171.69171.69

......

OutOutI’faceI’face

00

11

......

Out Out LblLbl

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

171.69171.69

......

OutOutI’faceI’face

11

11

......

Out Out LblLbl

In In LblLbl

Address Address PrefixPrefix

128.89128.89

......

OutOutI’faceI’face

00

......

--

--

44

55 55

99

77

--4 9128.89

Out Out LblLbl

1. Protocolos de Roteamento (e.g. OSPF, IS-IS) determinam a conectividade entre as redes

2. Label Distribution Protocol (LDP) estabelece um relacionamento entreos Labels e as redes de destino (LSPs)

3. Na entrada, o Edge LSR recebe o pacote e acrescenta um Label baseado no destino, e em serviços diferenciados, como QoS e VPN.

4. LSR comuta o pacote trocando os Labels a cada nó.

5. Na saída, o Edge LSR remove o Label e entrega o pacote.

Encaminhamento de PacotesEncaminhamento de Pacotes

Protocolos de Distribuição Protocolos de Distribuição de Labelsde Labels

Existem vExistem váriosários Protocolos para troca de Labels Protocolos para troca de Labels ξξ LDPLDP

ψψ Mapeia endereços IP Mapeia endereços IP unicastunicast em labelsem labelsξξ RSVP, CRRSVP, CR--LDPLDP

ψψ Usados para Engenharia de Tráfego e Usados para Engenharia de Tráfego e Reserva de RecursosReserva de Recursos

ξξ PIM (PIM (Protocol Independent MulticastProtocol Independent Multicast))ψψ Usado para mapeamento de Usado para mapeamento de labels labels

multicastmulticast

Aplicações Aplicações do MPLSdo MPLS

EngenhariaEngenhariade Tráfegode Tráfego

Ter o controle de como o tráfego flui na rede Ter o controle de como o tráfego flui na rede para:para:

ξξ Melhorar a performance geral da rede;Melhorar a performance geral da rede;

ξξ Oferecer serviços diferenciados;Oferecer serviços diferenciados;

Engenharia de TráfegoEngenharia de Tráfego

ξξ Tratamento diferenciado para tráfegos com Tratamento diferenciado para tráfegos com requisitos diferentes de nível de serviço.requisitos diferentes de nível de serviço.

ξξ Meios automáticos para definição de Meios automáticos para definição de encaminhamento de tráfego com o controle encaminhamento de tráfego com o controle de como o tráfego seráde como o tráfego será roteadoroteado ou reou re--roteadoroteadoem casos de falhas.em casos de falhas.

Objetivos da Objetivos da Engenharia de TráfegoEngenharia de Tráfego

VPN MPLSVPN MPLS

VPN MPLS: VantagensVPN MPLS: Vantagens

ξξ Provê comunicação privada e segura entre Redes Provê comunicação privada e segura entre Redes remotas.remotas.

ξξ Provê o mesmo nível de segurança que Provê o mesmo nível de segurança que VPNsVPNs de de Camada 2, por restringir a distribuição de rotas da Camada 2, por restringir a distribuição de rotas da VPN apenas aosVPN apenas aos roteadoresroteadores participantes.participantes.

ξξ O MPLS suporta o modelo de comunicação “O MPLS suporta o modelo de comunicação “anyany--toto--anyany” entre os” entre os sitessites da VPN sem necessitar da da VPN sem necessitar da instalação de uma configuração “instalação de uma configuração “full meshfull mesh” de ” de PVCsPVCs..

ξξ VPN MPLS disponibiliza VPN MPLS disponibiliza CoSCoS, com suporte a , com suporte a diferentes classes de serviço dentro de uma mesma diferentes classes de serviço dentro de uma mesma VPN.VPN.

VPN_A

VPN_A

VPN_BP P

PP PE

PE CE

CE

CE

VPN_A

VPN_B

VPN_B

CE

PE

PECE

CE

VPN_A

CE

VPN MPLS: TerminologiaVPN MPLS: Terminologiaξξ OO backbonebackbone VPN MPLS é composto por dois tipos de VPN MPLS é composto por dois tipos de

LSRs:LSRs:

ψψ roteadoresroteadores PE (PE (provider edge provider edge LSRs)LSRs)

ψψ P P routersrouters ((provider provider LSRs)LSRs)

ξξ roteadoresroteadores PE fazem a interface com osPE fazem a interface com os roteadoresroteadoresdos clientes (dos clientes (customer edgecustomer edge CE).CE).

VPN BVPN C

VPN A VPN BVPN C

VPN A

VPN BVPN BVPN CVPN CVPN AVPN A

VPN CVPN CVPN BVPN B

Intranet/Extranet VPNIntranet/Extranet VPNVPNs TradicionaisVPNs Tradicionais MPLS VPNsMPLS VPNs

Label Label StackStack

ξξ O MPLS suporta comutação de rótulos O MPLS suporta comutação de rótulos com operações hierárquicas;com operações hierárquicas;

Label Label StackStack

ConclusãoConclusão

ξξ Vantagem direta: encaminhamento baseado Vantagem direta: encaminhamento baseado em rótulos (consideravelmente mais em rótulos (consideravelmente mais rápido);rápido);

ξξ Permite a utilização de diversos Permite a utilização de diversos mecanismos, como Engenharia de Tráfego, mecanismos, como Engenharia de Tráfego, associação de Parâmetros de QoS, etc;associação de Parâmetros de QoS, etc;

ξξ Orientação a conexão em redes IP; Orientação a conexão em redes IP;

ξξ Integração mais fácil com outras Integração mais fácil com outras tecnologias de rede.tecnologias de rede.

ReferênciasReferências

ξξ httphttp://www.://www.networkdesignersnetworkdesigners.com..com.brbr/artigos//artigos/petepete//mplsmpls//mplsmpls..html html

ξξ httphttp://www.cisco.com/://www.cisco.com/warpwarp//publicpublic/784//784/packetpacket/apr99/6./apr99/6.html html

ξξ httphttp://198.11.21.25/://198.11.21.25/capstoneTestcapstoneTest//StudentsStudents//PapersPapers/docs/proceedin/docs/proceedings38182.gs38182.pdf pdf

ξξ httphttp://://communitycommunity..roxenroxen.com/.com/developersdevelopers//idocsidocs//rfcrfc/rfc3032./rfc3032.html html

ξξ httphttp://www.://www.nwfusionnwfusion.com/.com/columnistscolumnists/2000/0529rohde./2000/0529rohde.html html

ξξ httphttp://www.cisco.com/://www.cisco.com/univercdunivercd//cccc//tdtd/doc//doc/cisintwkcisintwk//itoito_doc/_doc/routingrouting..htm htm

ξξ httphttp://www.://www.ieciec..orgorg//onlineonline//tutorialstutorials//mplsmpls__traffictraffic/topic01./topic01.html html

ξξ httphttp://www.cisco.com/go/://www.cisco.com/go/mpls mpls