Lucrare de laborator [613322]

Lucrare de laborator

MPLS (Multi Protocol Label Switching)

1.Introducere

Comutarea Multiprotocol cu Etichete (Mul ti Protocol Label Switching) reprezintã
o nouã arhitecturã în care nodurile terminale adaugã o etichetã unui pachet IP ce
identificã drumul spre destinatie, iar pachetele sunt directionate pe baza etichetei, fãrã
inspectarea header-ului initial.

MPLS reprezintã ultimul pas fãcut în e volutia tehnologiilor de comutare/rutare
pentru Internet, folosind o solutie ce integreazã atât controlul rutãrii IP, cât si comutarea
de la nivelul legãturii de date (nivelul 2 din modelul OSI). Mai mult, MPLS oferã bazele
unor servicii de rutare avansate, rezolvând o serie de probleme:
-se adreseazã problemelor privind scalabil itatea, legate de modelul IP-over-ATM;
-reduce complexitatea operatiilor din retea;
-faciliteazã aparitia de noi posibilitãti de rutare, ce îmbunãtãtesc tehnicile de rutare IP existente;
-oferã o solutie standardizatã, ce are avantajul interoperabilitãtii între diversi
furnizori de produse si servicii.

Esenta MPLS-ului este generarea unei etiche te „label” scurte, de dimensiune fixa,
care se comporta ca o reprezentare simplificat a a header-ului pachetului IP. Este la fel
cum codul po ștal este o forma simplificata pentru adresa unei case, a unei strazi și a unui
oraș î n a d r e s a p o ștala, folosind aceasta eticheta pentru a lua o decizie în procesul de
forward. Pachetele IP au un câmp în header-ul lo r care contine adresa spre care pachetul
este rutat. Procesul traditional de rutare într-o retea proceseaza aceasta informatie la
fiecare router, într-o cale a pachetul ui prin retea (rutare pas cu pas).
În MPLS, pachetele IP sunt încapsulat e cu aceste etichete de catre primul
dispozitiv MPLS pe care-l întâlnesc de cum intra în retea. Route r-ul MPLS din margine
(egde-router) analizeaza con tinutul header-ului IP și selecteaza o eticheta potrivita cu care
sa încapsuleze pachetul.

1

Cel mai mare avantaj al MPLS-ului vine tocmai din faptul ca în contrast cu
rutarea IP conventionala, aceasta analiza poate sa nu se bazeze numai pe adresa destinatie
care este purtata de header-ul IP, ci și pe alte elemente. La fiecare dintre nodurile
ulterioare din retea, eticheta MPLS ( și nu header-ul IP) se folose ște pentru a lua decizia
de forwarding pentru un pachet. În final, pe parcurs ce pachetele MPLS etichetate
parasesc reteaua, un alt edge router elimina etichetele.

În terminologia MPLS, nodurile sau rout er-ele care manipuleaza pachetele se
numesc Label Switched Routers (LSR) – routere cu comutare de etichete. Derivarea
acestor termeni este evidenta: router-ele MPLS forward-eaza pachetele, luând decizii de
comutare bazate pe eticheta MPLS. Aceasta ilustreaza un alt concept cheie în MPLS.
Router-ele IP conventionale contin „tabele de rutare” care sunt interogate folosind un
header IP dintr-un pachet pentru a decide cun sa forward-eze acest pachet. Aceste tabele sunt construite de catre prot o c o a l e d e r u t a r e I P ( c u m a r f i R I P , O S P F ) , c a r e p o a r t a
informatia IP destinatie sub forma de adrese IP. În practica observ am ca acest forwarding
(inspectarea header-ului IP) și planurile de control (generar ea tabelelor de rutare) sunt
strâns cuplate. Întrucât forwarding-ul MPLS es te bazat pe etichete, es te posibila separarea
clara a planului de forward-are (bazat pe etic heta) de planul de cont rol pentru protocolul
de rutare. Prin separarea acestora doua, fiecar e poate sa fie modificat independent. Cu o
astfel de separare, nu mai avem nevoie sa schimbam ma șina care face forwarding-ul, de
exemplu, pentru a migra spre o noua strategie de rutare în retea.

Suita de protocoale TCP/IP (ș i în special protocolul IP) este acum fundamentul
pentru multe retele publice (Internet-ul) și private (Intranet-uri) de date. Viitoarea
convergenta a vocii, datelor și retelelor multimedia se a șteapta sa fie în mare bazata pe
protocoale IP, ducând la necesitatea de îmbunatatiri din punct de vedere tehnic și
operational.

1.1 Concepte de rutare și comutare

Voi descrie pe scurt conceptele de b aza care se aplica în orice tehnologie de
comutare, aceasta înainte de a intra în amanunt despre functionarea MPLS-ului.

Rutarea este un termen folosit pentru a descrie actiunile care trebuiesc luate într-o
retea pentru a muta pachetele prin ea. Vorbim astfel de pachete care vor fi „rutate” de la
„a” la „b”, sau despre ele ca fiind rutate print r-o retea sau între retele. Pot fi multe routere
într-o retea conectate într-o oarecare maniera arbitrara. Pachetele înainteaza prin retea
fiind trimise de la o ma șina la alta pâna la destinatia lor. Protocoalele de rutare (de
exemplu RIP, OSPF) permit fiecarei ma șini sa înteleaga care alta ma șina este „urmatorul
hop” pe care un pachet îl va urma spre destinatia sa. Router-e le folosesc protocoalele de
rutare pentru a construi tabele de rutare. Când ele primesc un pachet și trebuie sa ia o
decizie de forwarding, router-e le „inspecteaza” tabela de rutare, folosind adresa IP
destinatie a pachetului ca un index, și astfel obtin identitatea ma șinii din „urmatorul hop”.
Constructia tabelelor și folosirea lor pentru inspectarea în momentul forwarding-ului sunt
operatii separate logic. Figura de mai jos il ustreaza aceste functii care pot aparea într-un
router.
2

Comutarea este folosita în general pentru a desc rie transferul de da te de la un port
de intrare la un port de ie șire al unei ma șini, în care selectia portului de ie șire este bazata
pe informatia de nivel 2 (de exemplu ATM VPI/VCI).

Componenta de control construiește și mentine o tabela de forwarding pentru
nodul folosit. Ea functioneaza cu componentel e de control de la alte noduri pentru a
distribui informatia de rutare cu acuratete, asigurându-se de asemenea ca procedurile
locale consistente sunt folosite pentru crea rea tabelelor de forwar ding. Protocoalele de
rutare standard (de exemplu OSPF, BGP și RIP) sunt folosite pentru schimbul informatiei
de rutare între componentele de control. Componentele de control trebuie sa reactioneze
atunci când apar schimbari în retea (cum ar fi o cadere de legatura), dar nu sunt implicate
în procesarea pachetelor individuale.

Componenta de forwarding realizeaza forwarding-ul pachetului. Folose ște
informatia din tabela de forwarding (cea care este mentinuta de router), informatie care
este transportata de pachet și împreuna cu un set de pro ceduri locale iau decizia de
forwarding. Într-un router conventional, un al goritm de comparatie bazat pe potrivirea
cea mai lunga, compara adresa destinatie din pa chet cu intrarile din tabela de forwarding,
pâna când obtine cea mai buna potrivire. Mai impor tant, procesul total de decizie trebuie
sa fie repetat la fiecare nod de -a lungul caii de la sursa la destinaaie. Într-un LSR, un
algoritm de swapping al etichete lor (cu potrivire exacta), folose ște eticheta din pachet și o
tabela de forwarding bazata pe etiche te, pentru a obtine o „noua” eticheta și interfata de
ieșire pentru pachet.

O tabela de forwarding este setul de intrari într-o tabela care ofera informatii
pentru a ajuta componenta de forwarding sa- și efectueze functia de switching (comutare).
Tabela de forwarding trebuie sa asocieze fieca re pachet cu o intrare (în mod traditional
adresa destinatie), care ofera instructiuni înspre ce și unde se întreapta în continuare
pachetul.

O clasa de echivalenta pentru forwarding (Forwarding Equivalence Class- FEC)
care este definita ca orice grup de pachete care poate fi tratat într -o maniera echivalenta
pentru scopuri de forwarding. Un exemplu de FEC este setul de pachete de unicast a caror adrese destinatie se potri vesc prefixului unei adrese IP particulare. Un alt FEC este
setul de pachete a caror adrese sursa și destinatie este la fel. FEC-urile pot fi definite la
diferite nivele. Figura de ma i jos ilustreaza acest lucru:

3

O eticheta este un identificator relativ scurt, de lungime fixa, nestruct urat, care poate fi
folosit în asistarea procesului de forwarding. E tichetele sunt asociate cu un FEC în timpul
procesului de unire. Etichetele sunt în mod normal locale un ei singure legaturi de date și
nu au semnificatie globala (a șa cum are adresa). Etichetele sunt analog cu DLCI-urile
folosite în retele Frame Relay, sau cu VP I/VCI-urile din mediile ATM. Întrucât ATM
este o tehnologie care deja folose ște câmpuri scurte de dimensiune fixa pentru realizarea
deciziilor de switching, comutarea de etichete este considerata o modalitate eficienta de
implementare a IP-ului „peste” ATM. Etichetele sunt legate cu un FEC ( și astfel capata
semnificatie), ca rezultat a unor evenimen te care indica necesita tea unei legaturi.

Aceste evenimente pot fi di vizate în doua categorii:
W legaturi determinatede date care apar atunci când în cepe transferul de trafic,
este trimis la LSR și este recunoscut ca un candidat pentru comutarea de
etichete. Legarile etichetelor sunt stabilite doar atunci când este nevoie,
rezultând astfel mai putine intrari în tabela de forwarding. Etichetele sunt
asignate fluxurilor de trafic IP individuale și nu pachetelor singulare. Într-o
retea ATM, aceasta poate duce la folosir ea unui numar substantial de circuite
virtuale, ceea ce poate limita scalabilitatea retelei;
W legaturi determinate de control care sunt stabilite ca rezultat al activitatii
planului de control și sunt independente de date. Legaturile etichetei pot fi
stabilite ca raspuns la actualizarea rutelor sau receptia mesajelor RSVP.
Legatura etichetei determinata de control este mai scalabila decât cele
determinate de date, și din acest motiv se folose ște în MPLS.

2. Concepte MPLS si Terminologie .

Conform tehnologiei MPLS, trecerea pachet elor dintr-o retea in alta (forwarding)
este bazata pe etichete( label ), care sunt atribuite pachet elor atunci cand acestea din urma
intra in retea, si sunt extrase, atunci cand pach etele parasesc reteaua. Etichetele se pun in
fata pachetului, iar nodurile din reteaua MP LS, forwardeaza pachetele /celulele bazandu-
se pe valoarea etichetei ( nu pe informatia IP).
MPLS permite sa avem decizii de forw arding bazate pe: Traffic Engineering,
multicast, VPN, QoS, etc.

2.1 Forwarding-ul bazat pe IP

Caracteristici:

-Forwarding-ul este facut in mod independent la fiecare hop
-Decizia de rutare este bazata pe header-ul pachetului si pe
algoritmul de rutare (tabela de rutare)
-Fiecare ruter (hop) IP foloseste propria instanta a algoritmului de rutare
-Fiecare hop IP isi face propr iile decizii de rutare.

4

2.2 Forwarding-ul bazat pe FEC (Forwarding Equivalence Class)

Caracteristici:

-Pachetele sunt organizate pe grupuri de pachete care sunt forward-ate in aceeasi
maiera (spre aceeasi cale, aplic anule acelasi “tratament”).
-Forwardarea propriuzisa a unui pachet consta in: asignarea
pachetului catre un FEC, determinarea urmatorului hop, pentru fiecare FEC.

Figura 2.

2.3 Forwarding-ul bazat pe MPLS:

Caracteristici:

-MPLS utilizeaza FEC
-Nodurile MPLS asigneaza etic heta (label) fiecarui FEC
-Forwarding-ul MPLS este facut in mod asemanator atat in
switchurile ATM, cat si in ruta re. Cu toate acestea, in cazul
switchurilor ATM, numarul de ordine din cozile de asteptare sunt
date de valoarea etichetei VCI (Virtual Circuit Identifier), pe cand la routere,
acest numar de ordine este dat bitii “Exp” din headerul etichetei.
-Switchurile ATM nu au capabilitatea de a analiza headerele de nivel 3 retea.
-Etichetele pot fi distribuite cu ajutorul mai multor protocoale printre
care: LDP (Label Distribution Protocol), RS VP (Resource Reservation Protocol), PIM
(Protocol Independent Multi cast), BGP (Border Gateway Protocol).

5

2.4 Routerele cu comutare de eticheta (Label Switch Routers) LSR

Exista doua categorii de LSR. La marginea re telei, este nevoie de clasificatori de
pachete foarte performanti, care pot sa aplice sau sa elimine etichetele respective. Acestea
sunt router-ele MPLS de edge – de margine. Cealalta categorie de LSRuri sunt cele de
core. LSR-ul de core trebuie sa fie capabile sa proceseze la latimi de banda extrem de
mari pachetele etichetate.
Pot fi realizate din switchuri ATM sau di n routere. Routerele LSR “de margine”
(Edge-LSR) realizeaza introdu cerea si extragerea etichetei, atunci cand pachetele
patrund, respectiv parasesc reteaua MPLS. Pent ru schimbul informatiei de rutare, toate
LSR-urile folosesc protocoalele existente de rutare IP. De asemenea toate LSR-urile
folosesc LDP.
Formatul etichetei si lungimea acesteia depind de incapsulare, acest lucu va fi
negociat de perechile de routere pr in interfetele ATM ale acestora.
De asemenea este permisa existenta simulta na a mai multor etichete. In acest caz,
etichetele sunt ordonate intr-o stiv a de etichete (Label Stack).
LSR-urile MPLS executa forwarding-ul pach etelor pe baza valorii etichetei aflata
pe prima pozitie din stiva de etichete.

3. VPN-ul

VPN-ul reprezinta o retea pr ivata care uti lizeaza reteaua publica pentru a
transmite informatii, acest lucru se realizeaz a prin utilizarea unor metode de securitate a
transferului. Aceste metode presupun criptare a datelor transmise. De exemplu se poate
seta un VPN intre biroul de acasa, cel de la servici, si un alt bi rou aflat undeva in internet.

Putem avea urmatoarele situatii de inte rconectare VPN referitoare la locatiile
interconectate:
-locatiile pot apartine aceleias organizatii, sau pot apartine unor organizatii
diferite;
-locatiile pot apartine mai multor VPN-uri
-locatiile pot apartine unuia sau mai multor ISP-uri

6

4.Rutarea VPN/Instanta de Forward (VPN Routing and Forwarding Instance) VRF

Un VRF se alcatuieste dintr-o tabela de ru tare IP, o tabela derivata de forward , un
set de interfete ce utili zeaza tabela de forward, si un set de reguli si protocoale de rutare
care determina ce pachete urmeaza sa intre in tabela de forward. In general, un VRF
include informatia de rutare care definest e locatia VPN a clientului care este atasata
ruterului PE.

Routerele PE mentin doua ta bele de rutare separate:
-Tabela globala de rutare, car e contine rutele P si PE
-VRF tabelele de rutare si forwardare asociate cu unul sau mai multe locatii
conectate (rutere CE). VRF-ul este asociat cu orice tip de interfata, fie ea fizica
sau logica. Interfetele pot sa imparta acel asi VRF daca locatiile conectate folosesc
aceeasi informatie de rutare.

Asa cum se vede si din figura, rute multiple si instante de forward-are (VRF-uri),
ofera separarea.

5. Configurarea unui router

Crearea unui VRF:

7

Accesul BGP:

8

Intrebari:

1.Care este caracteristica co mutarii bazata pe eticheta?

2. Care este principalul av antaj al tehnologiei MPLS?

3. Care este rolul unui router LSR si unde se pozitioneaza aces ta intr-o retea.

4. Care sunt caracteristicile forwardingului bazat pe FEC?

5. Testati configuratiile reali zate la punctual 5 al lucrarii

9