Laboratorium – MPLS - Katedra Telekomunikacji AGH

Laboratorium – MPLS
dr inż. Jerzy Domżał
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Katedra Telekomunikacji
15 grudnia 2014 r.
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
1 / 25
Funkcje MPLS
MPLS jako docelowy protokół w sieciach transportowych stanowi
połączenie zalet IP i ATM:
pozwala rozszerzać możliwości IP o mechanizmy kontroli
jakości QoS;
oferuje mechanizmy zabezpieczania przed przeciążeniami i
zarządzania ruchem (Traffic Engineering);
realizuje koncepcje doboru trasy IP i uproszczoną obsługę
pakietów w węzłach przełączających, charakterystyczną dla
ATM;
pakiet wchodzący do sieci jest przydzielany klasie
równoważności przekazywania FEC (Forwarding Equivalence
Class), otrzymując jednocześnie etykietę pozwalającą na
uproszczenie decyzji o kierowaniu pakietu w poszczególnych
węzłach sieci;
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
2 / 25
Funkcje MPLS c.d.
rutery LSR (Label Switching Router) na podstawie etykiety
podejmują decyzję o kierowaniu pakietu, po czym zamieniają
„starą” etykietę i zastępują ją nową;
może zapewnić uproszczenie sterowania przepływem strumieni
w sieci oraz przyspieszyć procesy komutacyjne w ruterach;
możliwe jest rozszerzenie protokołu MPLS na sieci DWDM
(GMPLS), w których ścieżka wirtualna jest utożsamiana z
nośną systemu WDM;
MPLS można stosować w połączeniu z protokołami wyboru
trasy lub bez nich;
MPLS umożliwia kierowanie pakietów poprzez dowolnie
wybrane węzły sieci, nie tylko dla ruchu pojedynczych
połączeń, ale i dla ruchu zagregowanego (tworzenie
wirtualnych sieci prywatnych VPN)
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
3 / 25
Cechy MPLS
W domenie MPLS przesyłanie danych odbywa się poprzez
ścieżki LSP (Label Switching Path) tworzone na podstawie
odpowiednich etykiet przypisywanych każdemu odcinkowi
trasy między węzłami
LSP są ustalane wcześniej (control-driven - przesyłanie
sterowane) lub na podstawie detekcji określonego strumienia
danych (data-driven - sterowanie danymi)
Etykiety, będące identyfikatorami strumieni danych, są
dystrybuowane przy wykorzystaniu LDP (Label Distribution
Protocol) lub RSVP
Każdy pakiet danych podczas całej drogi od źródła do miejsca
przeznaczenia jest opatrzony etykietą
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
4 / 25
FEC
Równoważna klasa przenoszenia FEC (Forwarding Equivalence
Classes) stanowi reprezentację grupy pakietów o takich
samych wymaganiach co do sposobu ich przenoszenia
Wszystkie pakiety w takiej grupie są traktowane identycznie i
przenoszone tą samą drogą
W MPLS przydzielenie pakietu odpowiadającej mu klasie jest
wykonywane przy wejściu pakietu do sieci – zapewnia to
pierwszy węzeł brzegowy LSR
Klasy FEC odpowiadają wymaganiom jakości obsługi dla
danego zbioru pakietów
Każdy LSR (Label Switched Router) ma wbudowaną tablicę
wyszczególniającą, jak dane pakiety mają być przekazywane –
w tabeli tej, zwanej etykietową bazą informacyjną (Label
Information Base), zawarte są przypisania klas FEC danym
typom etykiet
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
5 / 25
Rola etykiet w MPLS
Wartości etykiet mogą się zmieniać na każdym odcinku ścieżki
LSP, podobnie jak w przypadku ścieżek wirtualnych w ATM
Na podstawie dołączanych do pakietów etykiet urządzenia
wewnątrz domeny MPLS podejmują decyzje o dalszej drodze
przesyłanego pakietu – etykiety stanowią niejako adresy
wykorzystywane zamiast adresów znajdujących się wewnątrz
nagłówka pakietu IP
Każde z urządzeń w domenie MPLS analizuje etykiety
przychodzących pakietów i po podjęciu opartych na tych
etykietach decyzji o kolejnym etapie drogi, zamienia je
odpowiednio do wymagań
W przypadku, gdy pakiet z etykietą przychodzi do ostatniego
punktu trasy (rutera brzegowego), etykieta jest usuwana, a
pakiet przekazywany dalej
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
6 / 25
Rola etykiet w MPLS c.d.
W MPLS istnieje możliwość dodawania pakietowi kolejnych
etykiet, uporządkowanych w formie stosu
Do operacji na etykietach, wykonywanych przez rutery, należą:
analiza etykiet
zamiana etykiet
usuwanie etykiet
Powyższe operacje są wykonywane zawsze na etykiecie
najwyższego poziomu
Wykorzystanie techniki stosu etykiet znajduje zastosowanie
głównie w tunelowaniu pakietów
W odniesieniu do implementacji MPLS w środowisku ATM
etykieta może być umieszczona w nagłówku warstwy łącza
danych jako wirtualne kanały i ścieżki VPI/VCI.
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
7 / 25
Sposób działania MPLS
Utworzenie etykiety i jej dystrybucja do LSR
Utworzenie tabeli w każdym ruterze
Utworzenie/zarezerwowanie ścieżek LSP kierowanych
etykietami
Wstawianie etykiet i przeglądanie ich tabeli
Przesyłanie pakietów na podstawie etykiet
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
8 / 25
Utworzenie etykiety i jej dystrybucja
Przed rozpoczęciem transmisji ruter LER podejmuje decyzję o
przypisaniu etykiety określonej klasie ruchu FEC i tworzy całą
ich tablicę
LDP wysyłającego rutera rozpoczyna dystrybucję etykiet
skojarzonych z FEC
Poprzez LDP są negocjowane dodatkowo zależności ruchowe i
możliwości MPLS
Użycie niezawodnego protokołu transportowego na rzecz
protokołu sygnalizacyjnego (LDP używa TCP)
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
9 / 25
Tworzenie tabeli etykiet
Po otrzymaniu powiązań klas z etykietami, każdy LSR tworzy
wpisy we własnej bazie informacji etykietowych (LIB)
Zawartość tabeli wyszczególnia odwzorowanie pomiędzy
portem wejściowym a tabelą etykiet wejściowych i między
portem wyjściowym a tabelą etykiet wyjściowych
Uaktualniane są wpisy przy wystąpieniu jakiejkolwiek
renegocjacji przypisania etykiet.
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
10 / 25
Moduł MPLS w symulatorze NS-2
Moduł MPLS w symulatorze NS-2 umożliwia korzystanie z
podstawowych funkcji tejże architektury, tj. z protokołu LDP,
przełączania etykiet czy wykorzystywania stosu etykiet.
Możliwe jest również zestawianie ścieżek CR-LSP (Constraint
based Routing Label Switched Path), pozwalających na
wprowadzenie ruchu o gwarantowanej jakości obsługi QoS.
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
11 / 25
Model węzła MPLS
Figure: Model węzła MPLS
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
12 / 25
Model węzła MPLS - c.d.
Podstawowa funkcjonalność węzła IP została rozszerzona o
“MPLS Classifier” oraz “LDP agent”
Pakiet docierający do rutera podlega klasyfikacji w “MPLS
Classifier”, który określa czy otrzymany pakiet posiada
etykietę. Jeśli pakiet jest już oznaczony to stosuje się
przełączanie L2 czyli przesłanie pakietu do następnego węzła
(po zmianie etykiety). Jeśli pakiet nie jest jeszcze oznaczony,
ale przygotowana jest już ścieżka LSP “MPLS Classifier”
przekazuje pakiet jakby posiadał już etykietę. W przeciwnym
przypadku pakiet trafia do bloku “Addr Classifier”.
“Addr Classifier” dokonuje przesłania w L3 (analizowany jest
adres docelowy).
Jeśli “next hop” wskazuje na obecny węzeł, pakiet przesyłany
jest do “Port Classifier”.
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
13 / 25
Tabele w MPLS
Węzeł MPLS wyposażony jest w trzy tabele w celu zarządzania
informacją związaną z LSP
Partial Forwarding Table (PFT) – podzbiór tablicy Forwarding
Table zawierający FEC, PHB (Per-Hop Behavior) oraz LIBptr
Label Information Base (LIB) – zawiera informacje dla ścieżek
LSP
Explicit Routing information Base (ERB) – zawiera informacje
dla ścieżek ER-LSP
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
14 / 25
Tabele w MPLS – c.d.
Figure: Struktura tabel dla przełączania pakietów w MPLS
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
15 / 25
Tabele w MPLS – c.d.
Tablice PFT/LIB przeglądane są, gdy do węzła MPLS dociera
pakiet (z etykietą lub bez)
Jeżeli pakiet nie ma etykiety, węzeł MPLS przeszukuje tablicę
PFT w celu określenia klasy FEC
Jeżeli wskaźnik LIBptr dla stosownego wejścia w PFT
wskazuje na NULL, to pakiet przesyłany jest w L3
W przeciwnym przypadku ustalana jest odpowiednia etykieta
wyjściowa (outgoing label)
Po wykonaniu operacji etykietowania, pakiet przekazywany jest
do następnego węzła wskazanego interfejsem wyjściowym w
tablicy LIB
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
16 / 25
Tworzenie sieci MPLS w MNS
$ns node − config −MPLS ON
set LSR2 [$ns node]
set LSR3 [$ns node]
...
set LSR7 [$ns node]
set LSR8 [$ns node]
$ns node − config −MPLS OFF
– tworzenie węzłów MPLS
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
17 / 25
Tworzenie sieci MPLS w MNS
$ns
$ns
$ns
...
$ns
$ns
$ns
duplex − link $Node0 $LSR2 1Mb 10ms DropTail
duplex − link $Node1 $LSR2 1Mb 10ms DropTail
duplex − link $LSR2 $LSR3 1Mb 10ms DropTail
duplex − link $LSR7 $LSR8 1Mb 10ms DropTail
duplex − link $LSR7 $Node9 1Mb 10ms DropTail
duplex − link $LSR8 $Node10 1Mb 10ms DropTail
– tworzenie łączy
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
18 / 25
Tworzenie sieci MPLS w MNS
[$LSR2
[$LSR3
[$LSR4
[$LSR5
[$LSR6
[$LSR7
[$LSR8
get-module
get-module
get-module
get-module
get-module
get-module
get-module
”MPLS”]
”MPLS”]
”MPLS”]
”MPLS”]
”MPLS”]
”MPLS”]
”MPLS”]
enable-control-driven
enable-control-driven
enable-control-driven
enable-control-driven
enable-control-driven
enable-control-driven
enable-control-driven
– ustawienie schematu zestawiania ścieżek LSP na “control-driven
trigger”
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
19 / 25
Tworzenie sieci MPLS w MNS
Cykl zdarzeń
w 0.1 s Src0 rozpoczyna przesyłanie pakietów do Dst0 oraz Src1
do Dst1
w 0.2 s LSR7, który jest ruterem brzegowym dla FEC9 oraz LSR8,
który jest ruterem brzegowym dla FEC10 usuwają ścieżki LSP
w 0.3 s przepływy klas FEC9 i FEC10 zostają zagregowane do
klasy FEC6
w 0.5 LSR6, który jest ruterem brzegowym dla FEC6 usuwa ścieżkę
LSP
w 0.7 s Src1 kończy nadawanie pakietów
w 0.7 s zestawiona zostaje ścieżka ER-LSP (ID=3000) pomiędzy
LSR2 i LSR7 poprzez LSR 5-4-8-6-7
w 0.9 s przepływy klasy FEC9 zostają dowiązane do zestawionej
ścieżki ER-LSP 3000
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
20 / 25
Tworzenie sieci MPLS w MNS
w 1.1 s ścieżka ER-LSP zostaje usunięta za pomocą wiadomości
LDP Release Message
w 1.2 s zestawiona zostaje ścieżka ER-LSP (ID=3500) pomiędzy
LSR4 i LSR8 poprzez LSR 5-6
w 1.4 s zestawiona zostaje ścieżka ER-LSP (ID=3600) pomiędzy
LSR2 i LSR7 poprzez LSR 2-3-4-3500-7; 3500 oznacza
wykorzystanie tunelowania
w 1.6 s przepływy klasy FEC9 zostają dowiązane do zestawionej
ścieżki ER-LSP 3600
w 2.0 s Src0 kończy nadawanie pakietów
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
21 / 25
Tworzenie sieci MPLS w MNS
Komendy pft-dump, erb-dump, lib-dump zapewniają usunięcie
informacji związanych z ścieżkami LSP
$MPLSnode trace − mpls – śledzi pakiety w węźle MPLS,
$MPLSnode trace − ldp – śledzi pakiety LDP w węźle MPLS,
$MPLSnode pft − dump – wyświetla tablicę PFT(Partial
Forwarding Table) zarządzaną w węźle MPLS,
$MPLSnode erb − dump – wyświetla tablicę ERB(Explicit Route
information Table) zarządzaną w węźle MPLS,
$MPLSnode lib − dump – wyświetla tablicę LIB(Label Information
Base) zarządzaną w węźle MPLS,
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
22 / 25
Zadanie nr 1
Proszę zaobserwować występowanie zdarzeń zdefiniowanych w
scenariuszu symulacyjnym
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
23 / 25
Zadanie 2
Proszę dopisać część kodu TCL umożliwiającą obserwację ilości
dostarczonych pakietów do węzłów docelowych oraz utraconych w
czasie transmisji
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
24 / 25
Zadanie 3
Proszę przeanalizować ilość docierających danych do węzłów
przeznaczenia oraz utraconych w zależności od wartości wybranych
parametrów
dr inż. Jerzy Domżał (AGH)
Wprowadzenie do sieci z gwarancją obsługi
15 grudnia 2014 r.
25 / 25