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Multiprotocol Label Switching
(MPLS):
Alumnos:
Melissa Orozco A.
Jorge Cortés Á.
Fernando Buitrago
Rodrigo Martínez T.
Universidad de Cartagena, Abril de 2014
MPLS es un estándar del IETF que surgió para agrupar diferentes
soluciones de conmutación multinivel, propuestas por distintos fabricantes
a mediados de los 90. Como protocolo es bastante sencillo, pero las
implicaciones que supone su implementación real son enormemente
complejas. MPLS se puede presentar como:
•Un sustituto de la conocida arquitectura IP sobre ATM.
•Como un protocolo para hacer túneles.
•Como una técnica para acelerar el encaminamiento de los paquetes.
A mediados de los años 90 IP fue
conquistando terreno como
protocolo de red ante otras
arquitecturas que se encontraban en
uso como: SNA, IPX, AppleTalk, OSI,
etc. El gran auge de la Internet y su
explosivo crecimiento generó un
déficit de ancho de banda, ya que
los "backbones" IP de los
proveedores de servicio (NSP)
estaban construidos con
enrutadores conectados por líneas
dedicadas, lo que ocasionaba
congestión y saturamiento de las
redes.
La respuesta de los proveedores fue el incremento del número y de la
capacidad de los enlaces. Del mismo modo, se plantearon la necesidad de
aprovechar mejor los recursos de red existentes, sobre todo la utilización
eficaz del ancho de banda de todos los enlaces. Con los protocolos
habituales de encaminamiento (basados en métricas del menor número
de saltos), ese aprovechamiento del ancho de banda global no resultaba
efectivo.
Por lo tanto, los esfuerzos se centraron en aumentar el rendimiento de los
enrutadores tradicionales, tratando de combinar, de diversas maneras, la
eficacia y rentabilidad de los conmutadores ATM (capa 2 del modelo OSI)
con las capacidades de control de IP (capa 3 del modelo OSI).
El funcionamiento IP/ATM supone la superposición de una topología
virtual de enrutadores IP sobre una topología real de conmutadores ATM.
Los problemas derivados del rendimiento de la solución IP/ATM, llevaron
posteriormente al desarrollo de técnicas para la integración de los niveles
de forma efectiva. Esas técnicas se conocieron como “conmutación IP” o
“conmutación multinivel”.
El problema que presentaban estas soluciones o técnicas era la falta de
interoperatividad, ya que se usaban diferentes tecnologías privadas para
combinar las capas 2 y 3 (OSI).
Se quería obtener un estándar que pudiera funcionar sobre cualquier
tecnología de transporte de datos en el nivel de enlace. De aquí el Grupo
de Trabajo de MPLS que se estableció en el IETF en 1997 se propuso
como objetivo la adopción de un estándar unificado e interoperativo.
MPLS reduce significativamente el procesamiento de paquetes que se
requiere cada vez que un paquete ingresa a un enrutador en la red, esto
mejora el desempeño de dichos dispositivos y del desempeño de la red en
general.
Las capacidades más relevantes de dicho protocolo son cuatro:
• Soporte de Calidad sobre servicio (QoS)
• Ingeniería de tráfico
• Soporte para Redes Privadas Virtuales (VPNs)
• Soporte multiprotocolo.
• Ahorro de costes
• Soporte QoS
• Rendimiento mejorado
• Recuperación ante desastres
• Preparación para el futuro
El objetivo básico de la ingeniería de
tráfico es adaptar los flujos de
tráfico a los recursos físicos de la
red. La idea es equilibrar de forma
óptima la utilización de esos
recursos, de manera de evitar que
un subconjunto de la red se sature
mientras otro subconjunto de la
misma se encuentra infrautilizado,
mejorando el rendimiento de la red
global.
Los flujos de tráfico siguen el camino más corto calculado por el
algoritmo IGP correspondiente. En casos de congestión de algunos
enlaces, el problema se resolverá añadiendo más capacidad a los enlaces.
La ingeniería de tráfico consiste en trasladar determinados flujos
seleccionados por el algoritmo IGP sobre enlaces más congestionados, a
otros enlaces más descargados, aunque estén fuera de la ruta más corta
(con menos saltos).
MPLS es una herramienta efectiva para esta aplicación en grandes
backbones, ya que:
• Permite al administrador de la red el establecimiento de rutas explícitas,
especificando el camino físico exacto de un LSP.
• Permite obtener estadísticas de uso LSP, que se pueden utilizar en la
planificación de la red y como herramientas de análisis de cuellos de
botella y carga de los enlaces, lo que resulta bastante útil para planes de
expansión futura.
• Permite hacer "enrutamiento restringido" (Constraint-based
Routing, CBR), de modo que el administrador de la red pueda seleccionar
determinadas rutas para servicios especiales (distintos niveles de calidad).
Es la idea de mejorar la tasa de transmisión, tasas de error y otras
características que pueden ser medidas, y en muchos casos garantizar el
servicio. QoS es de preocupación particular para las transmisiones
continuas de alto ancho de banda para video y transmisiones multimedia.
MPLS QoS representa un conjunto de técnicas necesarias para manejar
bandwidth, delay, jitter, y packetloss de una red:
• Etiquetas adicionales son ocupadas para propagar la información de QoS
para cada paquete a través de una nube de MPLS.
• FEC es una combinacion de red destino y CoS (class of service).
MPLS se adapta perfectamente a ese modelo, ya que las
etiquetas MPLS tienen el campo EXP para poder propagar la clase de
servicio CoS en el correspondiente LSP.
De este modo, una red MPLS puede transportar distintas clases de tráfico,
ya que:
• El tráfico que fluye a través de un determinado LSP se puede asignar a
diferentes colas de salida en los diferentes saltos LSR, de acuerdo con la
información contenida en los bits del campo EXP.
• Entre cada par de LSR exteriores se pueden provisionar múltiples LSPs,
cada uno de ellos con distintas prestaciones y con diferentes garantías de
ancho de banda (i.e. un LSP puede ser para tráfico de máxima prioridad,
otro para una prioridad media y un tercero para tráfico best-effort).
Una red privada virtual (VPN) se construye basado en conexiones
realizadas sobre una infraestructura compartida, con
funcionalidades de red y de seguridad equivalentes a las que se
obtienen con una red privada. El objetivo de las VPNs es el soporte
de aplicaciones intranet/extranet, integrando aplicaciones
multimedia de voz, datos y video sobre infraestructuras de
comunicaciones eficaces y rentables. La seguridad supone
aislamiento, y "privada" indica que el usuario "cree" que posee los
enlaces.
La arquitectura de MPLS está diseñada en dos capas:
• Control Plane: Responsable de la asignación de etiquetas y de la
redistribución de las mismas hacia otros vecinos. Dos protocolos se pueden
ocupar para esto:
 LDP – Label DistributionProtocol. Es el estandar por la IETF
 LTDP – Tag Distribution Protocol. Propietario de Cisco
• Forwarding Plane / Data Plane: Aquí es donde la información que se
intercambia en el plano de control se almacena.
• LSR (label switching router): Es un enrutador de alta velocidad especializado en el envío de
paquetes etiquetados por MPLS.
• Etiqueta: es un identificador corto (de longitud fija) y con significado local, empleado para
identificar un FEC.
• FEC (Forwarding Equivalence Class): Agrupación de paquetes que comparten los mismos atributos
(dirección destino, VPN) y/o requieren el mismo servicio (multicast, QoS...).
• LSP (Label SwitchedPath): Es una ruta a través de uno o más LSRs en un nivel de jerarquía que sigue
un paquete de un FEC en particular.
Diff-Serv son un conjunto de tecnologías por medio de los cuales los
proveedores de servicios de red pueden ofrecer distintos niveles de QoS
para diferentes tráficos de información.
MPLS está diseñado para poder cursar servicios diferenciados, según el
Modelo DiffServ del IETF. Este modelo define una variedad de
mecanismos para poder clasificar el tráfico en un reducido número de
clases de servicio CEF con diferentes prioridades. Según los requisitos de
los usuarios, DiffServ permite diferenciar servicios tradicionales tales
como el WWW, el correo electrónico o la transferencia de ficheros (para
los que el retardo no es crítico), de otras aplicaciones mucho más
dependientes del retardo y de la variación del mismo, como son las de
video y voz interactiva.
MPLS es una versión estandarizada del switcheo de etiquetas propietario
de Cisco (TAG Switching), las etiquetas son la magia de MPLS.
• EXP, usado principalmente en las aplicaciones de QoS para MPLs. El valos
del CoS es copiado a este campo.
• S, o stack bit, es usado para identificar el final de las etiquetas.
• TTL usado como mecanismo de prevención de “loops”, copia del paquete
IP original.
El funcionamiento del protocolo MPLS debe seguir los siguientes pasos:
1. Creación y distribución de etiquetas
2. Creación de tablas en cada enrutador
3. Creación de LSPs
4. Agregar etiquetas a los paquetes con la información de la tabla.
5. Envío del paquete
• Comandos de configuración MPLS
R2#conf t
R2(config)#ip cef
R2(config)#int s1/1
R2(config-if)#mpls label protocol ldp
R2(config-if)# mpls ip
R2(config-if)# mpls mtu 1512
R2(config-if)#ip route-cache cef
Verificación configuración MPLS
• R3#show mpls ldp neighbor
• R3#show ip cef
• R3#show mpls ip binding
• R3#show mpls interfaces
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  • 2. MPLS es un estándar del IETF que surgió para agrupar diferentes soluciones de conmutación multinivel, propuestas por distintos fabricantes a mediados de los 90. Como protocolo es bastante sencillo, pero las implicaciones que supone su implementación real son enormemente complejas. MPLS se puede presentar como: •Un sustituto de la conocida arquitectura IP sobre ATM. •Como un protocolo para hacer túneles. •Como una técnica para acelerar el encaminamiento de los paquetes.
  • 3. A mediados de los años 90 IP fue conquistando terreno como protocolo de red ante otras arquitecturas que se encontraban en uso como: SNA, IPX, AppleTalk, OSI, etc. El gran auge de la Internet y su explosivo crecimiento generó un déficit de ancho de banda, ya que los "backbones" IP de los proveedores de servicio (NSP) estaban construidos con enrutadores conectados por líneas dedicadas, lo que ocasionaba congestión y saturamiento de las redes.
  • 4. La respuesta de los proveedores fue el incremento del número y de la capacidad de los enlaces. Del mismo modo, se plantearon la necesidad de aprovechar mejor los recursos de red existentes, sobre todo la utilización eficaz del ancho de banda de todos los enlaces. Con los protocolos habituales de encaminamiento (basados en métricas del menor número de saltos), ese aprovechamiento del ancho de banda global no resultaba efectivo. Por lo tanto, los esfuerzos se centraron en aumentar el rendimiento de los enrutadores tradicionales, tratando de combinar, de diversas maneras, la eficacia y rentabilidad de los conmutadores ATM (capa 2 del modelo OSI) con las capacidades de control de IP (capa 3 del modelo OSI).
  • 5. El funcionamiento IP/ATM supone la superposición de una topología virtual de enrutadores IP sobre una topología real de conmutadores ATM.
  • 6. Los problemas derivados del rendimiento de la solución IP/ATM, llevaron posteriormente al desarrollo de técnicas para la integración de los niveles de forma efectiva. Esas técnicas se conocieron como “conmutación IP” o “conmutación multinivel”. El problema que presentaban estas soluciones o técnicas era la falta de interoperatividad, ya que se usaban diferentes tecnologías privadas para combinar las capas 2 y 3 (OSI). Se quería obtener un estándar que pudiera funcionar sobre cualquier tecnología de transporte de datos en el nivel de enlace. De aquí el Grupo de Trabajo de MPLS que se estableció en el IETF en 1997 se propuso como objetivo la adopción de un estándar unificado e interoperativo.
  • 7. MPLS reduce significativamente el procesamiento de paquetes que se requiere cada vez que un paquete ingresa a un enrutador en la red, esto mejora el desempeño de dichos dispositivos y del desempeño de la red en general. Las capacidades más relevantes de dicho protocolo son cuatro: • Soporte de Calidad sobre servicio (QoS) • Ingeniería de tráfico • Soporte para Redes Privadas Virtuales (VPNs) • Soporte multiprotocolo.
  • 8. • Ahorro de costes • Soporte QoS • Rendimiento mejorado • Recuperación ante desastres • Preparación para el futuro
  • 9. El objetivo básico de la ingeniería de tráfico es adaptar los flujos de tráfico a los recursos físicos de la red. La idea es equilibrar de forma óptima la utilización de esos recursos, de manera de evitar que un subconjunto de la red se sature mientras otro subconjunto de la misma se encuentra infrautilizado, mejorando el rendimiento de la red global.
  • 10. Los flujos de tráfico siguen el camino más corto calculado por el algoritmo IGP correspondiente. En casos de congestión de algunos enlaces, el problema se resolverá añadiendo más capacidad a los enlaces. La ingeniería de tráfico consiste en trasladar determinados flujos seleccionados por el algoritmo IGP sobre enlaces más congestionados, a otros enlaces más descargados, aunque estén fuera de la ruta más corta (con menos saltos).
  • 11. MPLS es una herramienta efectiva para esta aplicación en grandes backbones, ya que: • Permite al administrador de la red el establecimiento de rutas explícitas, especificando el camino físico exacto de un LSP. • Permite obtener estadísticas de uso LSP, que se pueden utilizar en la planificación de la red y como herramientas de análisis de cuellos de botella y carga de los enlaces, lo que resulta bastante útil para planes de expansión futura. • Permite hacer "enrutamiento restringido" (Constraint-based Routing, CBR), de modo que el administrador de la red pueda seleccionar determinadas rutas para servicios especiales (distintos niveles de calidad).
  • 12. Es la idea de mejorar la tasa de transmisión, tasas de error y otras características que pueden ser medidas, y en muchos casos garantizar el servicio. QoS es de preocupación particular para las transmisiones continuas de alto ancho de banda para video y transmisiones multimedia. MPLS QoS representa un conjunto de técnicas necesarias para manejar bandwidth, delay, jitter, y packetloss de una red: • Etiquetas adicionales son ocupadas para propagar la información de QoS para cada paquete a través de una nube de MPLS. • FEC es una combinacion de red destino y CoS (class of service).
  • 13. MPLS se adapta perfectamente a ese modelo, ya que las etiquetas MPLS tienen el campo EXP para poder propagar la clase de servicio CoS en el correspondiente LSP. De este modo, una red MPLS puede transportar distintas clases de tráfico, ya que: • El tráfico que fluye a través de un determinado LSP se puede asignar a diferentes colas de salida en los diferentes saltos LSR, de acuerdo con la información contenida en los bits del campo EXP. • Entre cada par de LSR exteriores se pueden provisionar múltiples LSPs, cada uno de ellos con distintas prestaciones y con diferentes garantías de ancho de banda (i.e. un LSP puede ser para tráfico de máxima prioridad, otro para una prioridad media y un tercero para tráfico best-effort).
  • 14. Una red privada virtual (VPN) se construye basado en conexiones realizadas sobre una infraestructura compartida, con funcionalidades de red y de seguridad equivalentes a las que se obtienen con una red privada. El objetivo de las VPNs es el soporte de aplicaciones intranet/extranet, integrando aplicaciones multimedia de voz, datos y video sobre infraestructuras de comunicaciones eficaces y rentables. La seguridad supone aislamiento, y "privada" indica que el usuario "cree" que posee los enlaces.
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  • 16. La arquitectura de MPLS está diseñada en dos capas: • Control Plane: Responsable de la asignación de etiquetas y de la redistribución de las mismas hacia otros vecinos. Dos protocolos se pueden ocupar para esto:  LDP – Label DistributionProtocol. Es el estandar por la IETF  LTDP – Tag Distribution Protocol. Propietario de Cisco • Forwarding Plane / Data Plane: Aquí es donde la información que se intercambia en el plano de control se almacena.
  • 17. • LSR (label switching router): Es un enrutador de alta velocidad especializado en el envío de paquetes etiquetados por MPLS. • Etiqueta: es un identificador corto (de longitud fija) y con significado local, empleado para identificar un FEC. • FEC (Forwarding Equivalence Class): Agrupación de paquetes que comparten los mismos atributos (dirección destino, VPN) y/o requieren el mismo servicio (multicast, QoS...). • LSP (Label SwitchedPath): Es una ruta a través de uno o más LSRs en un nivel de jerarquía que sigue un paquete de un FEC en particular.
  • 18. Diff-Serv son un conjunto de tecnologías por medio de los cuales los proveedores de servicios de red pueden ofrecer distintos niveles de QoS para diferentes tráficos de información. MPLS está diseñado para poder cursar servicios diferenciados, según el Modelo DiffServ del IETF. Este modelo define una variedad de mecanismos para poder clasificar el tráfico en un reducido número de clases de servicio CEF con diferentes prioridades. Según los requisitos de los usuarios, DiffServ permite diferenciar servicios tradicionales tales como el WWW, el correo electrónico o la transferencia de ficheros (para los que el retardo no es crítico), de otras aplicaciones mucho más dependientes del retardo y de la variación del mismo, como son las de video y voz interactiva.
  • 19. MPLS es una versión estandarizada del switcheo de etiquetas propietario de Cisco (TAG Switching), las etiquetas son la magia de MPLS. • EXP, usado principalmente en las aplicaciones de QoS para MPLs. El valos del CoS es copiado a este campo. • S, o stack bit, es usado para identificar el final de las etiquetas. • TTL usado como mecanismo de prevención de “loops”, copia del paquete IP original.
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  • 21. El funcionamiento del protocolo MPLS debe seguir los siguientes pasos: 1. Creación y distribución de etiquetas 2. Creación de tablas en cada enrutador 3. Creación de LSPs 4. Agregar etiquetas a los paquetes con la información de la tabla. 5. Envío del paquete
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  • 31. • Comandos de configuración MPLS R2#conf t R2(config)#ip cef R2(config)#int s1/1 R2(config-if)#mpls label protocol ldp R2(config-if)# mpls ip R2(config-if)# mpls mtu 1512 R2(config-if)#ip route-cache cef Verificación configuración MPLS • R3#show mpls ldp neighbor • R3#show ip cef • R3#show mpls ip binding • R3#show mpls interfaces
  • 32. ¡Gracias por su atención!