Multiprotocol Label Switching (MPLS) · 28.11.01 - NS/NC - MPLS_ITG.PPT LSR IP-PaketIP-Paket L2 PDUL2 PDU L2 PDUL2 PDU IP-PaketIP-Paket L2-Switch Router Controller L2-Switch Router

Chart No. 1Alcatel SEL AG, Stuttgart, Germany28.11.01 - NS/NC - MPLS_ITG.PPT

Multiprotocol Label Switching

(MPLS)Prinzipip - Technik - Anwendung - Gremien

Harald Orlamünder

Alcatel SEL AG


Echtzeit und Qualität für IP-NetzeEchtzeit und Qualität für IP-Netze

RTPRTP RTCPRTCPINTSERVRSVP

INTSERVRSVP

DIFFSERVDIFFSERV

auf derIP-Ebeneauf der

IP-Ebeneoberhalb der

IP-Ebeneoberhalb der

IP-Ebene

Protokolle zur Steuerung der SessionsProtokolle zur Steuerung der SessionsProtokollle im Datenstrom der SessionsProtokollle im Datenstrom der Sessions

MPLSMPLS H.323H.323 SIPSIP.....

Protokollefür Qualität und Echtzeit im Internet


Prinzipvon MPLS

t Multiprotocol Label Switching (MPLS) wurde zwar imKontext von "IP over ATM" entwickelt, ist aber nicht aufATM als Schicht 2 und IP als Schicht 3 festgelegt.

t Prinzip ist, daß den Layer 2 PDUs kurze Kennzeichnungen("Lables") zugewiesen werden, die im MPLS-Netzumgewertet werden (so wie es ein ATM-Knoten mitVPIs/VCIs macht).

t Normale Schicht-3-Routingprotokolle (wie OSPF und BGP)können in der ersten Phase der Session verwendet werden.Die gewonnenen Routing-Informationen werden verwendetum Labels zuzuweisen. Dann wird eine direkte Schicht-2-Verbindung für die Kommunikation benutzt.

t Im Falle von ATM können direkt VPI/VCI-Werte als Labeleingesetzt werden - es wird kein separatesZeichengabeprotokoll wie Q.2931 / UNI 4.1 benötigt.


IP (Schicht 3)IP (Schicht 3)

Netz-Schicht (Schicht 2), hier: ATMNetz-Schicht (Schicht 2), hier: ATM

TCPTCP UDPUDP

MPLS (Verfahren)

MPLS (Verfahren)

physikalische Schichten (Schicht 1)physikalische Schichten (Schicht 1)

a) MPLS mit ATM b) MPLS als Schicht

IP (Schicht 3)IP (Schicht 3)

TCPTCP UDPUDP

MPLS (Verfahren)

MPLS (Verfahren)

physikalische Schichten (Schicht 1)physikalische Schichten (Schicht 1)

MPLS als Schicht (2b)MPLS als Schicht (2b)Framing (Schicht 2a)Framing (Schicht 2a)

MPLS Protokollstackmit und ohne ATM

Die MPLS-Schicht bietet nur einen Protokollkopf, keine Rahmenbildung.


LabelSwitchRouter(LSR)

zu anderenMPLS-Domains

oder dernicht-MPLS-

Welt

Layer-3-Router

Switch-Controller

Layer-2-Switch

Edge-LSR

Core-LSR

MPLSDomain

Edge-LSR

Core-LSRC

C

CC

MPLS-NetzeArchitektur


C

C

C

normaler Weg über Router

Shortcut direkt durch Switch

interne Kommunikation

MPLSDomain

MPLS-NetzeKommunikationspfade


ShortcutsAllgemeines

t Intelligente Integration der Routingfunktionalitätder Schicht 3 mit der Switchingfunktionalität derSchicht 2.

t Dadurch aufwendiger Prozeß der Bearbeitungjedes einzelnen Datenpaketes minimiert.

t Der besondere Vorteil ist jetzt, daß die Informationauf kurzem Wege durch das Schicht-2-Netzdurchgeschaltet werden kann - man spricht hiervon einem „Shortcut“ bzw. von „Shortcut-Routing“.


ShortcutsAuslöser

t Durch den Datenverkehr selbst ausgelöst(„Data driven“, „Traffic driven“ oder „Flow driven“);ý Analyse des aktuelle Verkehr, Verbindungen in der

Schicht 2 erst bei tatsächlichem Bedarf.

t Durch die Topologie bestimmt(übliche Bezeichnung dazu ist „Topology driven“);ý Durch IP-Routing-Protokolle wird Topologie-

Informationen gewonnen und aufgrund dieser wiederumin der Schicht-2 Verbindungen fest eingerichtet,unabhängig vom Verkehr.

t Durch ein spezielles Anforderungs-Signal bzw. -Protokoll ausgelöstý Derzeit gibt es in der Internet-Welt nur ein Protokoll, das

dieses leisten kann: das Resource Reservation Protocol(RSVP).


LSR

IP-PaketIP-Paket L2 PDUL2 PDU IP-PaketIP-PaketL2 PDUL2 PDU

L2-Switch

Router

Controller

L2-Switch

Router

Controller

L2-Switch

Router

Controller

LSR

LSR

Pakete werden durch Router weitergeleitetPakete werden durch Router weitergeleitet

MPLSDomain

MPLS-AblaufSchritt 1


L2-Switch

Router

Controller

L2-Switch

Router

Controller

L2-Switch

Router

Controller

Kommunikation derController untereinander

Kommunikation derController untereinander

Kommunikation der Controllermit den L2-Switches

Kommunikation der Controllermit den L2-Switches

LSRLSR

LSR MPLSDomain



L2-Switch

Router

Controller

L2-Switch

Router

Controller

L2-Switch

Router

Controller

IP-PaketIP-Paket L2 PDUL2 PDU IP-PaketIP-PaketL2 PDUL2 PDU LabelLabel LabelLabel

Label zuweisen= label push

Label zuweisen= label push

Label ändern= label swap

Label ändern= label swap

Label entfernen= label pop

Label entfernen= label pop

Pakete werden mit einem “Label” versehen und nur noch im L2-Switch geschaltet.Pakete werden mit einem “Label” versehen und nur noch im L2-Switch geschaltet.

Operationenin denMPLS-Knoten

Operationenin denMPLS-Knoten

LSRLSR

LSR

MPLSDomain



MPLS-Labelwo untergebracht

t Als Label wird verwendet:ý im Falle einer vorhandenen Schicht 2 deren "Label":

• bei ATM das VPI/VCI-Feld,• bei FR das DLCI-Feld

ý in Falle eines eigenen MPLS-Headers ein 20-Bit-Label.

t Der spezielle MPLS-Header wird folgende Felderumfassen:ý Label (20 Bit)ý Lebensdauer - TTL (8 Bit)ý Stack-Bit (1 Bit)ý experimentelle Bits, evtl. Class of Service (3 Bit)ý evtl.:

• next Header-Type• Prüfsumme


ATM-Zellen

IP-PaketIP-Paket IP-PaketIP-Paket

IP-PaketIP-Paket

IP-PaketIP-Paket

Schicht 3(IP)

Schicht 2(mit MPLS)

Schicht 1(Transport)

VPI/VCI-Wertdirekt alsLabel genutzt

eigener MPLS-Header mit LabelA

AL

-5A

TM

Sch

ich

t2

"MP

LS

"

Da MPLS kein Framing liefert, mußzumindest eine einfache Schicht-2unterlegt werden (z.B. HDLC).

MPLS mit ATM MPLS als Schicht

L L L

LL

Protocol Control Information(PCI) der jeweiligen Schicht

Label für MPLS

LL IP-PaketIP-Paket

L

Zell-Kopf

L

L

MPLS-Labelwo untergebracht (2)


LabelWert

LabelWert

00

11

22

33

4...154...15

Paket-TypPaket-Typ AktionAktion

IPv4 NULLIPv4 NULL

Router AlertRouter Alert

IPv6 NULLIPv6 NULL

Label entfernen und IPv4 Paket routenLabel entfernen und IPv4 Paket routen

Paket zur lokalen SW-Instanz routenPaket zur lokalen SW-Instanz routen

Label entfernen und IPv6 Paket routenLabel entfernen und IPv6 Paket routen

MPLS-Headerohne ATM

LabelLabel ExpExp

0 4 8 12 16 20 24 28 31

SS TTLTTL

Label 3 00Label 2 00Label 1 11

Layer-3-PaketLayer-3-Paket

"unterstes"Label Stack-Bit

General NULLGeneral NULL

reservedreservedLabel entfernen und Paket routenLabel entfernen und Paket routen

reservedreserved


1 1

66

Edge-LSR (arbeitet intern im Interior Routing Protokoll, z.B. OSPF,nach extern mit Exterior Routing Protokoll, z.B. BGP)

normaler LSR (arbeitet im Interior Routing Protokoll, z.B. OSPF)

1 1

3344

66

88

55 1313

22 1212

11111010

9977

MPLS-Domain 1

MPLS-Domain 2

2 Label1 Label"unterstes" Label

mit Stack-Bit markiert

Label-Stackingin MPLS


RouterLSR

MPLS-DomainLSR

RouterLSR

TTLIP - 1TTLIP - 1

TTLMPLS - 1TTLMPLS - 1

TTLMPLS = TTLIPTTLMPLS = TTLIP

TTLIP = TTLMPLSTTLIP = TTLMPLS

TTLMPLS - 1TTLMPLS - 1TTLMPLS - 1TTLMPLS - 1

TTLIP-1TTLIP-1

TTL-Wert wird kopiert

TTL-Behandlungin MPLS


1 1

5544

3322

1 1

554

3322

ohne Merging mit Merging

MPLS-Domain

MPLS-Domain

"Merging"in MPLS

Bessere statistische Ausnutzung des Summenverkehrs gegenüber

den zwei Einzel-Verkehren.


Label Distribution Protocol (LDP)Grundlagen

t Zum Austausch von Informationen über Bedeutungund Benutzung der Labels zwischen den beteiligtenNetzelementen wird ein eigenes Protokoll eingesetzt.Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:ý ein spezielles Protokoll, z.B. das sich gerade in der

Spezfikation befindliche „Label Distribution Protocol“(LDP), oder

ý Huckepack auf einem anderen Protokoll, z.B. RSVP.

t Entsprechend der Methode, wie der Weg bestimmtwird, unterschiedet man zwei LSPs:ý Hop-by-hop LSP (oder Control-driven LSP);ý Constraint-based routed LSP (oder explicitely routed

LSP).


LDPNachrichtenklassen

t Discovery-Nachrichtený kündigen bestehende LSPs an

t Session-Nachrichtený generieren und unterhalten LDP-Sessions

t Advertisements-Nachrichtený generieren, ändern und löschen Label-Zuordnungen

zu FECs

t Notification-Nachrichtený tragen Fehlermeldungen und Sonstiges.


LDPNachrichtenformat

Message TypeMessage Type

0 4 8 12 16 20 24 28 31

U Message LengthMessage Length

Message IDMessage ID

Parameters (mandatory)Parameters (mandatory)

Parameters (optional)Parameters (optional)

Parameter TypeParameter TypeU Parameter LengthParameter Length

Parameter ValueParameter Value

F

TLV-Format


LDPNachrichtenelemente

Feld Beschreibung

Unknown Message Kennzeichnet, daß der Empfänger, so er die Nachricht nicht versteht, denSender informieren soll

Message Type Typ der Nachricht, folgende Typen sind definiert:Hello für LDP-DiscoveryInitialization Aufbau der LDP-SessionKeep Alive hält eine LDP-Session aktiv, auch wenn kein

Nachrichtenaustausch stattfindetAddress teilt Schnittstellen-Adressen zuAddress Withdraw löscht Schnittstellen-Adressen wiederLabel Mapping teilt eine Label-Zuordnung mitLabel Request fordert für eine FEC eine Label-Zuordnung anLabel Withdraw fordert die Löschung eine Label-ZuordnungLabel Release löscht eine Label-ZuordnungNotification Fehler- und sonstige Meldungen

Message Length Gesamtlänge der Nachricht in OktettMessage ID Eindeutige Identifizierung, dient zur Korrelation von Anfragen und

Antworten, bzw. FehlermeldungenParameters Parameter für die Nachricht


ATM-LSR

ATM-VP-Cross-Connect

ATM-LSR

ATM-LSR

ATM-LSR

ATM-LSR

ATM-Switch (VC)

ATM-LSR

a) Direkte Verbindung

c) Verbindung über VC-Switch

b) Verbindung über VP-Cross-Connect

VCID als Label

VCI/VPI als Label

nurVCI als Label

non-MPLS-Verbindung

MPLSin einer ATM-Umgebung (1)


LSRVC-VSt.

ATM-NetzVP-XC

VCID = 1: VPI=11 VCI= 4711

VCID = 1: VPI=30 VCI=1234

VPI=99VCI= 4711

nur VPI wirdumgewertet

VPI und VCI werdenumgewertet

VCID stellt die Relation her

LSR

MPLSin einer ATM-Umgebung (2)


Einsatzvon MPLS

t Eine Mischung von Routern ohne MPLS und MPLS-Knoten ist möglich, allerdings können nur MPLS-Knoten Label-Information austauschen. Auch Schicht-2-Knoten können dazwischen liegen, die dann abereinen transparenten Pfad zwischen MPLS-Knotenschalten müssen.

t Es gibt Fälle, in denen MPLS nicht eingesetzt werdenkann:ý Wenn eine kleinere Granularität benötigt wird, als sie

MPLS bieten kann.ý Aus Sicherheits-Gründen, wenn z.B. ein Paketfilter

eingesetzt wird (Firewall).ý Im ersten Router, wenn der Host keinen MPLS kann.


Anwendungenvon MPLS

t Bereitstellen einer definierten QualitätManche sehen aber eine Überdimensionierung und/odereine Priorisierung wie DIFFSERV als ausreichend an.

t Realisierung von VPNsStriktere Trennung der VPNs gegeneinander als mitreinem IP-VPN. Erstes MPLS-Dokument war zu VPN !

t Verkehrssteuerung (TE - Traffic Engineering)Als Maßnahme des Netzbetreibers erlaubt MPLS einebessere Verteilung des Verkehrs als IP.


Weiterentwicklungenvon MPLS

t Voice over MPLS (VoMPLS)ý als Voice over IP over MPLS oderý als Voice over ??? over MPLS

t Generalised MPLS (GMPLS)ý Paket/Rahmen/Zell-Ebene (seitheriger Einsatz von MPLS),ý Zeitschlitz-Ebene (TDM), z.B. Einrichten von Virtual

Containers in einem SDH-System,ý Wellenlängen-Ebene (Lambda), z.B. Einrichten einer

Wellenlänge in einem WDM-System („light path“)ý Schnittstellen-Ebene (räumlich), z.B. Einrichten von Ports

in einem System.

t OAM für MPLSý vergleichbar den OAM-Funktionen im ATM ?


Gremien undDokumentation

t IETFý 10 RFCs: RFC2547, RFC2702, RFC2917, RFC3031

(Architecture), RFC3032, RFC3035, RFC3036, RFC3037,RFC3038, RFC3063

ý 163 "Internet Drafts" (IDs) enthalten die BegriffeMPLS oder LDP ! (Stand: 11/2001)

t MPLS-Forumý Implementation Agreementý VoMPLS

t ATM-Forumý ATM-MPLS Interworking

t ITU und ETSI sind "Follower"

Documents

Multiprotocol Label Switching (MPLS) · 28.11.01 - NS/NC - MPLS_ITG.PPT LSR IP-PaketIP-Paket L2 PDUL2 PDU L2 PDUL2 PDU IP-PaketIP-Paket L2-Switch Router Controller L2-Switch Router