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Les réseaux d’opérateurs MPLS Kinda KHAWAM Université de Versailles.

ARS 2020 �Contexte général �Principes de la technologie MPLS �En quoi ça consiste ? Où l’utiliser ? �Distribution de labels dans les réseaux MPLS �LDP, RSVP, BGP �Étude de cas �MPLS dans un réseau d’opérateur Plan de la présentation �2.

ARS 2020 Contexte général �3.

ARS 2020 �Acronymes �MPLS – Multi-Protocol Label Switching �LSR - Label Switch Router �LSP - Label Switched Path �VPN - Virtual Private Network �VRF – Virtual Routing and Forwarding �PE - Provider Edge router �P - Provider core router �CE - Customer Edge router (CPE) Terminologie �4.

ARS 2020 Évolution de MPLS MPLS WG à l’IETF MPLS VPN déployé MPLS-TE déployé Déploiement à large échelle ‘97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 �5.

ARS 2020 �IP Switching �Développé par la start-up Ipsilon �Produits et drafts existants �CSR (Cell Switching Router) �Toshiba �Tag Switching �Cisco �Produits, drafts et RFC existants �ARIS (Aggregate Route-based IP Switching) �IBM Premières mises en œuvres �6.

ARS 2020 �Multi Protocol Label Switching �Empile des labels sur les paquets (IP, ATM) pour transporter les données �Les paquets MPLS peuvent être transportés sur plusieurs types de technologies de niveau 2 : ATM, FR, PPP, Ethernet �Plusieurs technologies de niveau 3 ou 2 peuvent être transportées sur MPLS �Les labels identifient des types d’acheminement �MPLS est utilisé pour fournir des services IP MPLS ? �7.

ARS 2020 �Pourquoi MPLS ? �Permettre aux routeurs de cœur de commuter les paquets en se basant sur un entête simplifié �Fournir un mécanisme qui passe à l’échelle et qui est initié par la topologie et non pas par les flux �Alléger le matériel afin d’utiliser un acheminement simplifié �Ces enjeux ont disparu juste après l’introduction de MPLS �Le matériel des routeurs permet un acheminement rapide et le longest prefix match n’est plus un vrai problème ! �MPLS a fini par trouver de bons problèmes à résoudre �Services avancés comme l’ingénierie de trafic ou les VPN Motivation initiale pour MPLS �8.

ARS 2020 MPLS et les services à valeur ajoutée Infrastructure de réseau MPLS VPN Ingénierie de trafic IP/ATM Any Transport over MPLS �9.

ARS 2020 Principes de la technologie MPLS �10.

ARS 2020 Fonctionnement de MPLS Ingress Node ou LER (A) LSR (D) LSR (C) LSR (B) Egress Node ou LER (E) 139.165.16.1 E2 139.165.16.1 23 E2 Empilement (Push) de label par le LER d’entrée (A) 4 139.165.16.1 E2 Commutation (Swap) de label par le LSR (D) E2 139.165.16.1 Dépilement (Pop) de label par le LER de sortie (E) Domaine MPLS �11.

ARS 2020 Fonctionnement d’un LSR Interface 3 Interface 1 LSR Interface 2 Interface 1 Interface 2 Interface 3 139.165.16.1 23 E2 Label d’entrée Label de sortie Prochain saut Interface de sortie 23 4 192.168.1.1 if3 24 Pop 192.168.1.2 if2 139.165.16.1 139.165.16.1 4 E2 �12.

ARS 2020 �Le label MPLS �Peut être utilisé sur des liens Ethernet, 802.3, ou PPP �Utilise un nouvel identifiant de protocole Ethertype/PPP �Est formaté en un mot de 32 bits �Contient toutes les informations pour la commutation �A une signification locale entre deux LSR voisins �Est associé à une action: empiler, dépiler, commuter Label MPLS Label EXP S TTL Label = 20 bits COS/EXP = Class of Service, 3 bits S = Bottom of Stack, 1 bit TTL = Time To Live, 8 bits �13.

ARS 2020 Encapsulation Paquet L2/L3 Label PPP Paquet L2/L3 Label MAC Cellule ATM VPI GFC Label VCI Entête PPP Entête LAN Entête ATM �14.

ARS 2020 �FEC: détermine la mise en correspondance des paquets avec les chemins MPLS appelés LSP (Label Switched Path) �Préfixe/adresse IP �Circuit niveau 2 (ATM, FR, PPP, HDLC, Ethernet) �Groupe d’adresse/sites - VPN �Interface d’un tunnel - ingénierie de trafic Forwarding Equivalence Class (FEC) �15.

ARS 2020 Concepts MPLS Cœur de réseau: commutation de labels � Commuter en fonction du label � Le label indique la CoS et la destination Bordure de réseau: dépilement de labels � Dépiler le label et router le paquet Label Switch Router (LSR) Bordure de réseau: empilement de labels � Classifier les paquets � Empiler les labels Edge Label Switch Router �16.

ARS 2020 Mode de fonctionnement de MPLS 1a. Les protocoles de routage établissent la connectivité 1b. LDP établit la correspondance entre les labels et les FEC 2. Le LSR d’entrée reçoit les paquets, effectue des services de niveau 3 et empile un label 3. Les LSR commutent les paquets en utilisant les labels 4. Le LSR de sortie dépile les labels et livre le paquet �17.

ARS 2020 �Un chemin à travers un nuage MPLS �Un ou plusieurs routeurs d’entrée (Ingress LSR) �Un routeur de sortie (Egress LSR) �Un chemin multipoint à point (m Ingress-LSR vers 1 Egress LSR) �Défini pour une FEC donnée �Un chemin est construit �Explicitement (en se basant sur une information centralisée) �Saut par saut (en se basant sur une information locale) Définition d'un LSP �18.

ARS 2020 La distribution de labels dans MPLS �19.

ARS 2020 �OSPF, IS-IS, BGP sont nécessaires dans le réseau �Les protocoles de routage assurent la connectivité �Les protocoles de distribution de labels distribuent les labels pour les préfixes annoncés par les protocoles de routage en utilisant �Des protocoles dédiés comme LDP (Label Distribution Protocol) �Des protocoles existants qui sont étendus comme BGP, RSVP Les protocoles de routage unicast �20.

ARS 2020 �LDP permet de distribuer les labels dans un réseau MPLS �Utilise une session TCP �Forwarding Equivalence Class �Mise en correspondance des paquets dans les LSP �LDP permet d’annoncer la correspondance entre labels et FEC �Atteindre la destination a.b.c.d avec le label L �LDP inclut un mécanisme de découverte de voisins Label Distribution Protocol �21.

ARS 2020 �Les paquets sont acheminés en fonction de l’adresse IP destination Exemple de routage : acheminement �22.

ARS 2020 Exemple MPLS: informations de routage �23.

ARS 2020 Exemple MPLS: allocation de labels �24.

ARS 2020 Exemple MPLS: acheminement �25.

ARS 2020 �Pour le réseau 192.168.1.0: le routeur A est un voisin downstream par rapport au routeur B �Pour le réseau 192.168.2.0: le routeur A est un voisin upstream par rapport au routeur B �Distribution downstream: la propagation des réseaux se fait du routeur le plus proche au plus éloigné (downstream vers upstream) Distribution de labels �26.

ARS 2020 �Downstream non sollicité �Les nœuds en downstream annoncent les préfixes/FEC joignables �Exemple précédent �Downstream sur demande �Le nœud en upstream demande explicitement l’allocation d’un label pour une FEC découverte �Exemple suivant Modes de distribution de labels �27.

ARS 2020 Exemple ATM MPLS: demande de labels �28.

ARS 2020 Exemple ATM MPLS: allocation de labels �29.

ARS 2020 Exemple ATM MPLS: acheminement �30.

ARS 2020 �Si un même label est utilisé : �Les cellules provenant de paquets différents auront le même label (VPI/VCI) �Les routeurs egress ne pourront pas réassembler les paquets Pourquoi utiliser plusieurs labels dans ATM ? �31.

ARS 2020 �L’utilisation de plusieurs labels permet au routeur egress de réassembler correctement les paquets Utilisation de plusieurs labels �32.

ARS 2020 �Les commutateurs ATM qui supportent le VC merge �Réutilisent les labels de sortie -> moins de labels nécessaires �Préviennent les problèmes d’entrelacement de cellules (cell interleave) au niveau matériel �Utilisés pour les très grands réseaux VC Merge �33.

ARS 2020 �Fusionnement de labels (Label Merge) �Utilisé par défaut dans les réseaux paquets �Label unique diffusé par FEC Label Distribution Protocol �34.

ARS 2020 �Dans le mode de distribution Downstream non sollicité, des labels sont reçus de la part de tous les voisins Mode de rétention de labels (1/2) �35.

ARS 2020 �Mode de rétention libéral �Les labels sont conservés même s’ils proviennent d’un LSR qui n’est le prochain saut pour la FEC en question �Une fois les labels sont alloués à un préfixe, ils sont maintenus �La réaction aux pannes est rapide �Mode de rétention conservateur (économique) �Utilisé avec la distribution downstream on demand �Les labels sont retenus uniquement s’ils sont utilisés pour acheminer les paquets �Permet d’économiser les labels, mais réagit lentement aux changements Mode de rétention de labels (2/2) �36.

ARS 2020 �Mode indépendant �Les labels sont attribués indépendamment des attributions des voisins �Les labels sont attribués à toutes les routes dans un routeur �Mode ordonné �Les labels sont attribués uniquement après la réception de labels de la part des voisins Mode de contrôle de labels �37.

ARS 2020 �Mode de distribution �Donwstream non sollicité �Donwstream sur demande �Mode de rétention �Libéral �Conservateur (économique) �Mode de contrôle �Indépendant �Ordonné Récapitulatif sur les labels �38.

ARS 2020 �Le LSR de sortie qui annonce un réseau directement connecté ou relié par une interface sans label lui associe un label « implicit null » �L'avant-dernier LSR procède au dépilement du label du paquet Penultimate Hop Popping (PHP) �39.

ARS 2020 �LDP défini par l'IETF est utilisé pour distribuer les labels correspondants aux routes unicast apprises par un IGP �Découverte des voisins �Découvrir les voisins connectés directement - liens point-à-point (Ethernet aussi) �Établir une session �Échanger des préfixes/FEC et des labels �Découverte étendue des voisins �Établir une connexion avec un routeur qui n’est pas voisin direct �Échanger des préfixes/FEC et des labels �Peut être nécessaire pour échanger des labels de service (VPN, …) Le protocole LDP �40.

ARS 2020 �Ouverture d'une session LDP au-dessus d'une connexion TCP (LDP port) �LDP utilise TCP et le port 646 �Permet de spécifier �Mode de distribution �Toujours par l’aval (downstream) �Non sollicité / à la demande �Mode de rétention des labels �Conservateur / Libéral �Mode de contrôle �Indépendant / Ordonné Session LDP �41.

ARS 2020 �Les quatres messages sont utilisés pour la distribution des labels �Label Request (Fec Z) �Le LSR en amont demande un label pour la Fec Z �Label Mapping (Fec Z, Label L) �Le LSR en aval associe le label L à la Fec Z �Label Withdraw (Fec Z, Label L ou *) �Le LSR en aval informe le LSR en amont que ce ou ces labels ne sont plus valides �Label Release (Fec Z, label L) �Le LSR en amont informe le LSR en aval qu'il n'utilise pas ce label Messages LDP �42.

ARS 2020 �Tag Distribution Protocol �Propriétaire à Cisco �Précurseur de LDP �Utilisé pour Cisco Tag Switching �TDP et LDP sur un même équipement �Choix en fonction du voisin/lien �Choix en fonction de la destination �TDP est un sous-ensemble de LDP �TDP et LDP utilisent les mêmes labels/tag �TDP et LDP utilisent des formats de messages différents ! TDP et LDP �43.

ARS 2020 �RSVP-Traffic Engineering (RSVP-TE) �Utilisé dans MPLS-TE �Étend le mécanisme de signalisation utilisé dans RSVP �Utilise le contrôle d’admission de RSVP pour réserver la bande passante pour des LSP �Envoie les demandes d’attribution de labels dans les messages PATH et les attributions dans les messages RESV �Utilise l’option Explicit Route pour définir une route explicite pour l’échange des messages Protocoles de distribution de labels: RSVP-TE �44.

ARS 2020 �Utilisé dans le contexte des VPN MPLS �Nécessite des extensions multi-protocoles pour BGP (MP-BGP) �Les routeurs doivent établir un voisinage BGP �Les labels sont échangés sous la forme d’information de connectivité (NLRI ou Network Layer Reacheability Information dans BGP) Protocoles de distribution de labels: BGP �45.

ARS 2020 �Plan de contrôle �Gestion et distribution des labels �BGP, LDP, RSVP-TE �Plan d’acheminement �Empilement, dépilement et commutation de labels �Séparation entre le plan de contrôle et le plan d’acheminement �Les labels séparent les adresses IP de l’acheminement �MPLS offre une flexibilité dans l’attribution des labels �Les labels définissent la destination et le service �Le service offert avec MPLS vanilla est l’unicast par destination Plans de contrôle et d’acheminement �46.

ARS 2020 �Un routeur IP utilise deux tables pour stocker les informations de routage �Routing Information Base (RIB) �Appartient au plan de contrôle �Contient la liste des voisins apprise par les IGP �Forwarding Information Base (FIB) �Appartient au plan de données �Utilise les informations de la RIB �Table de commutation rapide Séparation entre les plans (1/2) �47.

ARS 2020 �Un LSR utilise deux tables spécifiques pour MPLS pour stocker les informations sur les labels �Label Information Base (LIB) �Appartient au plan de contrôle �Contient la liste de tous les labels affectés par les LSRs voisins pour chaque FEC �Label Forwarding Information Base (LFIB) �Appartient au plan de données �Construite à partir de la LIB et de la RIB Séparation entre les plans (2/2) �48.

ARS 2020 �L'IGP permet de déterminer le prochain saut pour chaque réseau IP �Le LSR choisit l'entrée dans la table LIB qui correspond au réseau IP et sélectionne comme label de sortie celui annoncé par le voisin déterminé par l'IGP �Le LSR consulte uniquement la LFIB pour commuter Tables d’information dans un LSR RIB FIB LIB LFIB IGP (OSPF, IS-IS) LDP, MP-BGP, RSVP �49.

ARS 2020 �Plusieurs labels peuvent être empilés dans un même paquet �Les labels peuvent avoir des significations différentes, par exemple : �Un label qui permet d’acheminer le paquet vers un point de sortie et un autre label qui permet de différencier le trafic appartenant à deux clients différents �C’est toujours le label en haut de la pile qui est utilisé dans la commutation �Le label en bas de la pile est marqué avec EOS (End Of Stack) �L’empilement est utilisé dans les services comme : MPLS VPN, MPLS-TE Fast Reroute, … Empilement des labels �50.