Wstęp teoretyczny do laboratorium 3

Przedmiot:
Prowadzący:
Kierunek:
Rok studiów:
Semestr:
Systemy i Sieci Telekomunikacyjne – laboratorium 3
Dr inż. Krzysztof Wajda, mgr inż. Grzegorz Rzym, mgr inż. Arkadiusz Zwierz
Teleinformatyka
I
2015/2016
Materiały przygotowawcze do laboratorium 3
Badanie właściwości wieloprotokołowej komutacji etykietowej MPLS
(Multi-Protocol Label Switching). Wznawianie pracy po wystąpieniu
uszkodzenia w sieciach rozległych
Piotr Chołda, Mirosław Kantor, Arkadiusz Zwierz, Grzegorz Rzym, Krzysztof Wajda
31 maja 2016
Przed zajęciami należy dokładnie zapoznać się z niniejszym materiałem.
1. Protokół sygnalizacji RSVP(-TE)
RSVP (Resource ReSerVation Protocol) jest protokołem, który zaprojektowano w celu
dostarczania aplikacjom internetowym, a dokładniej generowanemu przez nie ruchowi,
różnych poziomów jakości obsługi QoS (pierwotnie planowano jego użycie łącznie z
modelem IntServ).
Dotyczy to
przede wszystkim rezerwacji zasobów (pierwotnie
przepływność, później np. etykiety). Wiadomości protokołu RSVP nie korzystają z żadnego
protokołu transportowego (są wprost przenoszone w datagramach IP). Protokół ten jest
wykorzystywany przez rutery w celu zapewnienia odpowiedniej jakości usług żądanych we
wszystkich węzłach komunikacyjnych wzdłuż określonej ścieżki transmisji strumieni danych,
głosu, obrazu itp. RSVP został opracowany w celu współpracy z istniejącymi protokołami
rutingu. Protokół ten dobrze współdziała również z techniką MPLS.
Protokół RSVP-TE (Resource ReSerVation Protocol with Traffic Engineering
extensions) jest rozszerzeniem protokołu RSVP, które powstało w celu zestawiania ścieżek
LSP w sieciach MPLS. Nowymi funkcjami protokołu jest dystrybucja etykiet, jak również
przenoszenie informacji o tunelu MPLS. Tunel pozwala na implementację różnych polityk
obsługi ruchu w celu optymalizacji działania sieci. Protokół ten pomaga w zestawieniu ścieżki
LSP rozsyłając do wszystkich urządzeń, które mają uczestniczyć w transmisji wiadomości:

Path w kierunku wysyłania danych,

Resv w kierunku przeciwnym do transmitowanych danych.
Wiadomość RSVP Path używa pola LABEL REQUEST do zażądania powiązania etykiety
wejściowej z wyjściową w każdym węźle. Pole SESSION ATTRIBUTE zawarte w RSVP Path
określa atrybuty ścieżki LSP (np. priorytet, wymagany poziom protekcji). Pole EXPLICIT
Strona 1
Przedmiot:
Prowadzący:
Kierunek:
Rok studiów:
Semestr:
Systemy i Sieci Telekomunikacyjne – laboratorium 3
Dr inż. Krzysztof Wajda, mgr inż. Grzegorz Rzym, mgr inż. Arkadiusz Zwierz
Teleinformatyka
I
2015/2016
ROUTE zawiera informację o trasie ścieżki, którą podąża wiadomość RSVP Path.
Wiadomość RSVP Resv używa z kolei bloku LABEL do dystrybucji etykiet. Pole RECORD
ROUTE obecne zarówno w RSVP Path, jak i RSVP Resv gromadzi informacje
o węzłach/etykietach, które zostały odwiedzone/przyznane po drodze. W ten sposób
wiadomości RSVP Resv przenoszą numery etykiety nadanej danemu węzłowi w kontekście
określonego tunelu, dzięki czemu nowa ścieżka zostaje zestawiona. Rezultatem żądania
RSVP będzie rezerwacja zasobów w każdym węźle należącym do ścieżki, ale tylko w
jednym kierunku (tunele są jednokierunkowe). Proces RSVP korzystając w węźle
wejściowym z lokalnej tablicy rutingu stara się dobrać przebieg ścieżki LSP do określonego
rutera końcowego (na tym polega właśnie ruting źródłowy). RSVP nie jest więc
odpowiedzialny za wybór trasy.
W praktyce rezerwacja etykiet za pomocą RSVP wygląda następująco: ruter
wejściowy dla tunelu (ścieżki) generuje wiadomość RSVP Path, która jest przesyłana do
kolejnych urządzeń na trasie aż do rutera kończącego tunel (ścieżkę). W odpowiedzi ruter
kończący ścieżkę generuje wiadomość RSVP Resv, która jest przesyłana do każdego węzła
na ścieżce. W trakcie trwania tej operacji każdy ruter na ścieżce dokonuje rezerwacji
zasobów (o ile nimi dysponuje).
Oprócz omówionych wcześniej wiadomości Path i Resv, RSVP używa kilku innych.
Służą one głównie do poinformowania o wystąpieniu jakiegoś problemu. PathTear jest
wysyłana przez ruter w celu powiadomienie o usunięciu aktywnej ścieżki. ResvTear jest
odpowiedzią na PathTear. PathErr jest to wiadomość przesyłana w kierunku urządzenia
wejściowego. Najbardziej prawdopodobną przyczyną jej wygenerowania jest brak zasobów
na urządzeniach pośredniczących lub uszkodzenie łącza, a co za tym idzie przerwanie
ścieżki lub niepowodzenie w ustanowieniu ścieżki.
2. Przykład konfiguracji MPLS-TE na ruterze Cisco
Z tunelem powiązane są następujące elementy: rutery – początkowy i końcowy dla
tunelu, przypisana przepływność, priorytety, przypisane ścieżki. Zakończeniem tunelu jest
identyfikator rutera wyjściowego. Najczęściej jest to ustanowiony wcześniej adres interfejsu
loopback. Przypisana przepływność (bandwidth) określa wymaganą wartość dla tego tunelu.
Tunel MPLS TE konfiguruje się na urządzeniu wejściowym. Można go utworzyć na dwa
sposoby: statycznie (explicit) i dynamicznie (dynamic). Według pierwszej z metod, należy
określić wszystkie węzły tworzące tunel, za pomocą ich identyfikatorów, lub po prostu za
pomocą odpowiednich adresów IP interfejsów. Według drugiej natomiast, wystarczy
zdefiniować węzeł docelowy. Ruter, na podstawie informacji uzyskanych przez protokół
rutingu, określi najlepszą ścieżkę dla tunelu (zestawienie zostanie dokonane przez RSVP). Z
punktu widzenia rutera Cisco, tunel jest wirtualnym interfejsem. Dla jednego tunelu można
Strona 2
Przedmiot:
Prowadzący:
Kierunek:
Rok studiów:
Semestr:
Systemy i Sieci Telekomunikacyjne – laboratorium 3
Dr inż. Krzysztof Wajda, mgr inż. Grzegorz Rzym, mgr inż. Arkadiusz Zwierz
Teleinformatyka
I
2015/2016
skonfigurować do 1000 ścieżek rozróżnianych za pomocą parametru path option. Im
mniejsza jego wartość, tym ścieżka jest bardziej preferowana w stosunku do innych ścieżek
zdefiniowanych dla tego tunelu. W sytuacji, kiedy żadna ze ścieżek nie będzie mogła zostać
zestawiona, cały interfejs zostanie wyłączony. Z każdym tunelem są powiązane dwa
priorytety: setup i hold. Niższa wartość wskazuje na wyższy priorytet. Parametr setup
związany jest z nowo zestawianymi ścieżkami LSP. Hold określa stosunek do
zarezerwowanych zasobów — im wyższa wartość, tym tunel ten jest bardziej skłonny do
rezygnacji z nich: w przypadku próby utworzenia dodatkowego tunelu, w sytuacji kiedy nie
można mu zapewnić wystarczającej szerokości pasma z powodu zajęcia zasobów przez już
istniejące tunele, nowa ścieżka zostanie zestawiona, jeżeli wartość setup dla związanego
z nią tunelem będzie mniejsza (wyższy priorytet) od wartości hold tunelu konkurencyjnego.
Fragment konfiguracji przedstawiono poniżej:
hostname Router
!
mpls traffic-eng tunnels
!
interface Loopback0
ip address 10.0.0.21 255.255.255.255
!
interface Tunnel0
ip unnumbered Loopback0
tunnel destination 10.0.0.22
tunnel mode mpls traffic-eng
tunnel mpls traffic-eng autoroute announce
tunnel mpls traffic-eng priority 1 1
tunnel mpls traffic-eng bandwidth 100
tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit name LSP1
tunnel mpls traffic-eng path-option 2 dynamic name LSP2
!
router ospf 1
mpls traffic-eng router-id Loopback0
mpls traffic-eng area 0
network 10.0.0.21 0.0.0.0 area 0
network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0
network 192.168.7.0 0.0.0.255 area 0
network 192.168.9.0 0.0.0.255 area 0
!
Strona 3
Przedmiot:
Prowadzący:
Kierunek:
Rok studiów:
Semestr:
Systemy i Sieci Telekomunikacyjne – laboratorium 3
Dr inż. Krzysztof Wajda, mgr inż. Grzegorz Rzym, mgr inż. Arkadiusz Zwierz
Teleinformatyka
I
2015/2016
ip explicit-path name LSP1 enable
next-address 192.168.2.31
next-address 192.168.4.33
next-address 192.168.10.34
next-address 192.168.11.22
next-address 10.0.0.22
!
mpls ldp router-id Loopback0
!
Komenda mpls traffic-eng tunnels uruchamia MPLS-TE na ruterze Router. W przedstawionej
konfiguracji został skonfigurowany jeden interfejs tunelu – Tunnel0. Komenda interface
Tunnel0 uaktywnia go, umożliwiając administratorowi konfigurację. Zakończenie tunelu
wskazuje na ruter z identyfikatorem 10.0.0.22/32 (komenda tunnel destination 10.0.0.22).
Z kolei komenda ip unnumbered Loopback0 wiąże adres IP interfejsu Loopback0
z początkiem tunelu. tunnel mode mpls traffic-eng konfiguruje tryb tunelu na TE, natomiast
dzięki komendzie tunnel mpls traffic-eng autoroute announce tunel będzie rozgłaszany przez
protokół rutingu wewnętrznego: w tablicy rutingu pojawi się Tunnel0. Wartość 100 podana w
komendzie tunnel mpls traffic-eng bandwidth 100 określa wymaganą dla niego przepływność
w kb/s. Oprócz tego zastosowano dwie metody zestawienia ścieżki. Pierwsza ze ścieżek,
LSP1, została wpisana ręcznie (typ explicit, por. komendę tunnel mpls traffic-eng path-option
1 explicit name LSP1), węzeł po węźle (komenda ip explicit-path i następnie name LSP1
enable next-address 192.168.2.31…). Gdyby jednak operacja zestawienia pierwszej ścieżki
się nie powiodła, MPLS TE spróbuje zestawić drugą ścieżkę (LSP2) dynamicznie na
podstawie znajomości topologii sieci dostarczonej przez protokół rutingu (por. komenda
tunnel mpls traffic-eng path-option 2 dynamic name LSP2). Priorytety tunelu są definiowane
za pomocą polecenia: tunnel mpls traffic-eng priority 1 1 (pierwsza jedynka odnosi się do
setup, a druga do hold). W protokole rutingu (tutaj: OSPF) również definiuje się parametry
związane z MPLS-TE: mpls traffic-eng router-id Loopback0 określa identyfikator rutera dla
procesu Traffic Engineering i pozwala na rozgłaszanie interfejsu Loopback0 w procesie
rutingu. Natomiast mpls traffic-eng area 0 uaktywnia MPLS TE dla obszaru 0:0:0:0 OSPF.
Powyższy
przykład
pokazuje
zatem
uniwersalne
współdziałanie
"automatycznego" zestawiania tunelu i powinno się zakończyć sukcesem.
3. Odporność sieci rozległych na uszkodzenia
Strona 4
"ręcznego"
oraz
Przedmiot:
Prowadzący:
Kierunek:
Rok studiów:
Semestr:
Systemy i Sieci Telekomunikacyjne – laboratorium 3
Dr inż. Krzysztof Wajda, mgr inż. Grzegorz Rzym, mgr inż. Arkadiusz Zwierz
Teleinformatyka
I
2015/2016
We współczesnych sieciach rozległych szybka i efektywna reakcja na uszkodzenia jest
niezwykle istotna, ze względu na dużą przepływność łączy (utrata dużej ilości danych
w przypadku dłużej trwających niezdatności) oraz zróżnicowanie oferowanych usług.
Łatwość realizacji niektórych procedur wznawiania pracy w MPLS wynika ze zorientowania
tej techniki na połączenie. Wskutek tego ruch z łączy niezdatnych w wyniku wystąpienia
uszkodzenia można bardzo łatwo i szybko przekierować na alternatywne połączenia i to
w miejscu najbliższym uszkodzenia, zapewniając oszczędne użycie zasobów (ponieważ nie
są one blokowane po uszkodzeniu, wobec czego można je przydzielić nowym połączeniom).
Dotyczy to głównie procedur protekcyjnych (proaktywnych). Technika MPLS, w związku
z tym, że korzysta z transmisji pakietowej, nie wyklucza jednak procedur odtworzeniowych
(reaktywnych),
które
również
mają
swoje
zalety
(wydajność,
decentralizacja
–
„samodzielność” działania).
4. Wznawianie pracy w sieciach opartych na MPLS-TE
MPLS TE zapewnia różne metody wznawiania pracy:

odtwarzanie (domyślny mechanizm MPLS) zwane przekierowaniem LSP (LSP
reroute);

protekcja:
o
globalna;
o
lokalna (tzw. FRR: fast re-route):

facility backup,

one-to-one backup.
Przekierowanie LSP jest do domyślna technika MPLS TE służąca do przywracania
ruchu w tunelu. Opiera się tylko na konfiguracji dodatkowych opcji ścieżek dla tunelu (path
option). W razie wykrycia awarii na czynnej ścieżce LSP, ruter wejściowy tunelu jest o niej
informowany za pomocą tzw. Sygnału FIS (Fault Indication Signal). W praktyce jest to albo
uaktualnienie protokołu rutingu albo wiadomość RSVP PathErr. Następnie ruter wejściowy
zestawia nową ścieżkę, którą sygnalizuje za pomocą protokołu RSVP.
Z punktu widzenia niezawodności protekcja globalna jest dużo bardziej efektywną
metodą niż odtwarzanie. W przypadku protekcji 1:1 dla każdego tunelu zestawiana jest
oprócz ścieżki roboczej również ścieżka zapasowa, dlatego nie jest to metoda dobrze
skalowalna. Ważne jest, aby obie ścieżki miały jak najmniej punktów wspólnych. Najlepiej,
żeby były całkowicie rozłączne oprócz oczywiście ich punktów końcowych. W razie wykrycia
uszkodzenia ruch jest natychmiast przekierowywany na wcześniej zasygnalizowaną ścieżkę
LSP.
Strona 5
Przedmiot:
Prowadzący:
Kierunek:
Rok studiów:
Semestr:
Systemy i Sieci Telekomunikacyjne – laboratorium 3
Dr inż. Krzysztof Wajda, mgr inż. Grzegorz Rzym, mgr inż. Arkadiusz Zwierz
Teleinformatyka
I
2015/2016
Protekcja lokalna odnosi się tylko do fragmentu roboczej ścieżki LSP (pojedynczego
łącza lub węzła).Podobnie jak w przypadku globalnej protekcji ścieżki, zapasowa LSP musi
być wcześniej zasygnalizowana. Jest jednak od niej szybsza i lepiej skalowalna, ze względu
na to, że z tej samej rezerwowej LSP może korzystać więcej niż jeden tunel (protekcja typu
1:N). W metodzie tej po wystąpieniu uszkodzenia ścieżka robocza jest enkapsulowana
w tunelu zapasowym, który ma „obiegać“ uszkodzone łącze lub niezdatny węzeł. W metodzie
o nazwie facility backup tworzony jest pojedynczy tunel wznawiający na raz pracę wiele
ścieżek korzystających z chronionego łącza (węzła). W kontraście do niej protekcja one-toone (znowu przykład 1:1) wymaga osobnej rezerwowej ścieżki LSP, która jest tworzona
w węźle sąsiadującym z chronionym łączem (węzłem) dla każdej ścieżki, której pracę się
wznawia. Jest to rozwiązanie niezbyt skalowalne, za to zapewniające najwyższy poziom
niezawodności.
Pytania do samodzielnego przestudiowania
1. Omówić przydatność MPLS do realizacji Traffic Engineering.
2. Podać różnice między metodami wznawiania pracy nazywanymi „protekcja”
i „odtwarzanie”.
3. Scharakteryzować różnice między metodami protekcyjnymi 1:1 i 1+1, a także między
1:1 i 1:N.
4. Omówić rolę i działanie protokołu RSVP-TE w MPLS-TE.
Strona 6