Fundamentos de redes MPLS

1. Introducción a MPLS
Multi-Protocol Label Switching

2. Introducción a MPLS
 Motivación
 Bases de MPLS
 Componentes del Protocolo
 Operación
 Stack de Protocolo de la Arquitectura
 Ventajas y desventajas

3. Motivación
 IP
 Primer protocolo definido y usado
 De facto el único protocolo para la
Internet Global trabajando
… pero tiene desventajas

4. Motivación (cont.)
 Desventajas del Ruteo IP
 Sin conexión
- e.g. no QoS
 Cada router debe tomar decisiones independientes
basado en las Direcciones IP
 Encabezado IP Grande
- al menos 20 bytes
 Ruteo en capa de red
- Más lento que Switching (conmutación)
 Usualmente diseñado para obtener el camino más
corto
- No toma en cuenta otras métricas

5. Motivación (cont.)
 ATM (Asynchronous Transfer Mode)
 Orientada a Conexión
- Provee QoS
 “Switcheo” rápido de paquetes con
paquetes (celdas) de largo fijo
 Integración de diferentes tipos de tráfico
(voz, datos, video)
… Pero también tiene desventajas

6. Motivación (cont.)
 Desventajas de ATM
 Complejo
 Caro
 No ampliamente adoptado

7. Motivación (cont.)
 Idea: Combinar los algoritmos de re-
envío usados en ATM e IP.

8. Introducción a MPLS
 Motivación
 Bases de MPLS
 Componentes del Protocolo
 Operación
 Stack de Protocolo de la Arquitectura
 Ventajas y desventajas

9. Bases de MPLS
 Multi Protocol Label Switching es
acomodado entre capa 2 y capa 3

10. Bases de MPLS (cont.)
 Características de MPLS
 Mecanismo para manejar el flujo de tráfico de
tamaños variados (Flow Management)
 Es independiente de protocolos de capa 2 y 3
 Mapea direcciones IP a rótulos de largo fijo
 Interconecta a protocolos de existentes (RSVP,
OSPF)
 Soporta ATM, Frame-Relay y Ethernet

11. Introducción a MPLS
 Motivación
 Bases de MPLS
 Componentes del Protocolo
 Operación
 Stack de Protocolo de la Arquitectura
 Ventajas y desventajas

12. Rótulo (Label)
 Formato genérico del label

13. Label (cont.)
 Distribución de Label (rótulo)
 MPLS no especifica un único método para
distribuir los rótulos (labels)
 BGP (Border Gateway Protocol) ha sido
mejorado para la información de label
dentro de mensajes del protocolo
(piggyback)
 RSVP también ha sido extendido para
incluir intercambio de labels (también vía
piggybacked).

14. Label (cont.)
 IETF ha definido un nuevo protocolo
conocido como Label Distribution
Protocol (LDP) para señalización y
administración
 Extensiones al protocolo base LDP ha
sido definido para soportar ruteo basado
en requerimientos de QoS.

15. Label (cont.)

16. Modelo de red MPLS
MPLS
LSR = Label Switched Router
LER = Label Edge Router
LER
LER
LSR
LER
LSR
LSR
IP
MPLS
IP
Internet
LSR

17. Label Edge Router - LER
 Son los router residentes al borde de
la red MPLS. Su función es asignar y
remover los labels de los paquetes.
 Soportan múltiples puertas
conectadas a redes no similares (tales
como frame relay, ATM, y Ethernet).

18. Label Switching Router - LSR
 Son router de alta velocidad en el
core de una red MPLS.
 Switches ATM pueden ser usados
como LSRs sin cambiar su hardware.
Capa de switching es equivalente a
switcheo VP/VC (Virtual path/Virtual
circuit).

19. Posiciones de LERs & LSRs

20. Forward Equivalence Class - FEC
 Es una representación de un grupo de
paquetes que comparten los mismos
requerimiento para su transporte.
 La asignación de un paquete
particular a un FEC es hecho sólo una
vez (cuando el paquete entra a la
red).

21. Label-Switched Paths – LSPs
Rutas conmutadas por labels
 Una ruta es establecida antes que la
transmisión de datos comience.
 Una ruta transporta un FEC.

22. Detalles de LSP
 MPLS provee dos opciones para configurar
un
 Ruteo hop-by-hop
Cada LSR selecciona independientemente el
próximo hop para un FEC dado. LSRs soporta
varios protocolos de ruteo (OSPF, ATM …).
 Ruteo explícito
Es similar a ruteo de fuente. El LSR de ingreso
especifica la lista de nodos a través del cual el
paquete pasará.
 El setup de LSP para un FEC es
unidireccional. El tráfico de retorno debe
tomar otro LSP! (para distribuir carga)

23. Label Distribution Protocol - LDP
 Un protocolo a nivel aplicación para
distribuir la asociación a lebels a LSRs.
 Son usados para mapear FECs a labels,
los cuales a su vez crean LSPs.
 Las sesiones LDP son establecidas entre
LDP pares en la red MPLS (no
necesariamente adyacentes).
 Algunas veces emplea OSPF o BGP.

24. Detalles de LDP
 Tipos de mensaje LDP:
 discovery messages— anuncia y mantiene la
presencia de un LSR en la red
 session messages— establece, mantiene, y
termina sesiones entre LDP pares
 advertisement messages— crea, cambia, y
borra mapeo de labels para FECs
 notification messages— provee información
de avisos y señalización de errores

25. Introducción a MPLS
 Motivación
 Bases de MPLS
 Componentes del Protocolo
 Operación
 Stack de Protocolo de la Arquitectura
 Ventajas y desventajas

26. Operación de MPLS
 Los siguientes pasos deben ser
seguidos para que un paquete de
datos viaje a través de una red MPLS.
 Creación y distribución de label
 Creación de tablas en cada router
 Creación de label-switched path (LSP,
caminos conmutados por labels)
 Inserción de labels y su acceso en tablas
 Re-envío de paquetes

27. Paso 1
 Creación y distribución de Label
 Antes que el tráfico comience los routers
deciden asociar un label a un FEC (forward
equivance class) y construir sus tablas.
 En LDP (label distribution protocol), routers
inician la distribución de labels y la asociación
label/FEC.
 Además características relacionas con el tráfico y
capacidades MPLS son negociadas usando LDP.
 Un protocolo de transporte confiable debería ser
usado para el protocolo de señalización.

28. Paso 2
 Creación de tablas
 Bajo recepción de la asociación de label,
cada LSR (Label switching router) crea
entradas en una base de información de
labels (label information base - LIB).
 El contenido de la tabla especifica el
mapeo entre un label y un FEC.
 Mapeo entre la puerta y label de entrada y
la puerta y label de salida.
 Las entradas son actualizadas en cada
renegociación asociando label y FEC.

29. Ejemplo de Tabla LIB (Label
information Base)
Input Port
Incoming
Port Label
Output
Port
Outgoing
Port Label
1 3 3 6
2 9 1 7

30. Ejemplo de operación MPLS
Label edge router
Label switched router

31. Paso 3
 Creación del camino de switcheo de
label (Label switched path- LSP)
 Los LSPs son creados en dirección
inversa a la creación de entradas en el
LIBs.

32. Ejemplo operación MPLS
a
b
c

33. Paso 4
 Inserción de labels y su acceso en
tablas
 El primer router (LER1) usas la tabla LIB
para encontrar el próximo hop y requerir
un label para un FEC específico.
 Router subsecuentes sólo usan la tabla
para encontrar el próximo hop.
 Una vez que el paquete llega al LSR de
egreso (LER4), el label es removido y el
paquete es entregado al estino.

34. Ejemplo de operación MPLS

35. Paso 5
 Re-envío de paquetes
 LER1 podría no tener ningún label para este
paquete por tratarse de la primera ocurrencia
de este requerimiento. En una red IP, LER1
encontrará la dirección de su tablas de ruteo de
calce mayor para definir el próximo hop. LSR1
será el próximo hop para LER1.
 LER1 iniciará un requerimiento de label hacia
LSR1.
 Éste requerimiento se propagará a través de la
red como lo indica la línea punteada verde..

36. Paso 5 (cont.)
 Cada router intermedio recibirá un label
desde su router downstream
comenzando por LER2 y yendo upstream
hasta LER1. La configuración del LSP es
indicada por la línea azul usando LDP o
cualquier otro protocolo de señalización.
 LER1 insertará el label y re-enviará el
paquete a LSR1.

37. Paso 5 (cont.)
 Cada LSR subsiguiente, i.e., LSR2 y LSR3,
examinarán el label en el paquete
recibido, y lo reemplazarán con el label
de salida y lo re-enviarán.
 Cuando el paquete llega a LER4, éste
removerá el label porque el paquete está
dejando el dominio MPLS y es entregado
al destino.
 El camino recorrido por el paquete es
indicado por la línea roja.

38. Ejemplo de Operación MPLS

39. Túneles en MPLS
 La idea es controlar el camino entero
sin explícitamente especificar los
router intermedios.
 Creando túneles a través de routers
intermedios que pueden cubrir múltiples
segmentos.
 Aplicación en VPNs basadas en MPLS.

41. Introducción a MPLS
 Motivación
 Bases de MPLS
 Componentes del Protocolo
 Operación
 Stack de Protocolo de la
Arquitectura
 Ventajas y desventajas

42. MPLS Protocol Stack Architecture

43. Introducción a MPLS
 Motivación
 Bases de MPLS
 Componentes del Protocolo
 Operación
 Stack de Protocolo de la Arquitectura
 Ventajas y desventajas

44. Ventajas de MPLS
 Mejora desempeño de re-envío de
paquetes en la red
 Soporta QoS y CoS (clases de servicio)
para diferencias servicios
 Suporta escalabilidad de la red
 Integra IP y ATM en la red
 Construye redes inter-operables

45. Desventajas de MPLS
 Se agrega una capa adicional
 Los router deben entender MPLS

46. Referencias
 http://www.iec.org/online/tutorials/mpls/index.
html
 http://www.iaik.tu-
graz.ac.at/teaching/03_advanced%20computer
%20networks/ss2004/vo3/MPLS.pdf
 http://ica1www.epfl.ch/cn2/0304/doc/lecture/
mpls.pdf