ГЛАВА 20 Технология MPLS
Технология
многопротокольной коммутации с помощью меток
(Multiprotocol Label Switching,
MPLS) считается сегодня многими специалистами одной из самых перспективных транспортных
технологий. Эта технология объединяет технику виртуальных каналов с функциональностью стека
TCP/IP.
:
УСт роЯФ Щ ЬЩ зф ф вмое
ком- м
у т
І ДОДдоиняМГ Функции как 1 Р - м а р ш р у т о з « т о р а , Ш , | г м е х а н и ч е с к о е объединениедвухустрой^.а тесная»—
------'-----------------------------------------------------
Многопротокольность технологии MPLS состоит в том, что она позволяет использовать протоколы
маршрутизации не только стека TCP/IP, но и любого другого стека, например IPX/SPX. В этом случае
вместо протоколов маршрутизации RIP IP, OSPF и IS-IS применяется протокол RIP IPX или NLSP, а об
щая архитектура LSR останется такой же. Во времена разработки технологии MPLS в середине 90-х
годов, когда на практике функционировало несколько стеков протоколов, такая многопротокольность
представлялась важной, однако сегодня в условиях доминирования стека протоколов TCP/IP это
свойство уже не является значимым. Правда, сегодня многопротокольность MPLS можно понимать
по-другому — как свойство передавать с помощью соединений MPLS трафик разных протоколов
канального уровня; это свойство MPLS рассматривается в главе 21.
Главное достоинство MPLS видится сегодня многими специалистами в способности предоставлять
разнообразные транспортные услуги в ІР-сетях, в первую очередь — услуги виртуальных частных
сетей. Эти услуги отличаются разнообразием, они могут предоставляться как на сетевом, так и на
канальном уровне. Кроме того, MPLS дополняет дейтаграммные ІР-сети таким важным свойством,
как передача трафика в соответствии с техникой виртуальных каналов, что позволяет выбирать
нужный режим передачи трафика в зависимости от требований услуги. Виртуальные каналы MPLS
обеспечивают инжиниринг трафика, так как они поддерживают детерминированные маршруты.
Базовые принципы и механизмы MPLS
699Базовые принципы и механизмы MPLSСовмещение коммутации и маршрутизации в одном устройствеВпервые идея объединения маршрутизации и коммутации в одном устройстве была реализована в середине 90-х годов компанией
Ipsilon, которая начала выпускать комби
нированные устройства IP/ATM. В этих устройствах была реализована новая технология
ІР-коммутации (IP switching), которая решала проблему неэффективной передачи крат
ковременных потоков данных в сетях ATM, которые в то время стали широко использо
ваться для передачи компьютерных данных в сетях операторов связи. АТМ-коммутаторы существенно превосходили IP-маршрутизаторы по производительности, поэтому провай
деры при обработке IP-трафика старались применять как можно меньше промежуточных маршрутизаторов, передавая трафик между ними через быстрые АТМ-коммутаторы.
Проблема передачи кратковременных потоков состоит в том, что для них нет смысла создавать постоянный виртуальный канал (PVC), так как поток данных между двумя кон
кретными абонентами существует лишь короткое время, и созданный виртуальный канал подавляющую часть времени используется провайдером не по назначению. Аналогом такой ситуации может быть телефонная сеть, в которой для каждого абонента создано постоянное соединение со всеми его возможными собеседниками. Казалось бы, технология ATM пред
лагает готовый ответ — именно для таких ситуаций и были предусмотрены коммутируемые виртуальные каналы (SVC). Однако в случае, когда время установления соединения SVC равно или даже превосходит время передачи данных, эффективность коммутируемых вир
туальных каналов также оказывается невысокой. Это очень напоминает ситуацию, когда для того, чтобы поговорить 5 минут по телефону, требовалось бы всякий раз затрачивать 5 минут на дозвон до нужного абонента. А в ATM-коммутаторах часто наблюдалась именно такая ситуация, так как время пульсации компьютерного трафика было соизмеримо со временем установления соединения SVC.
В качестве решения проблемы компания Ipsilon предложила встроить во все АТМ- коммутаторы блоки IP, которые поддерживали протокол IP для продвижения пакетов на основе ІР-адресов, и протоколы маршрутизации стека T C P/IP для автоматического построения таблиц маршрутизации. В сущности, к ATM-коммутатору был добавлен IP- маршрутизатор.
Передача IP-пакета, принадлежащего кратковременному потоку, осуществлялась по сети
Ipsilon следующим образом. Пакет поступал от узла-отправителя на комбинированное устройство IP/ATM, которое разбивало этот пакет на ATM-ячейки. Каждая ячейка крат
ковременного потока затем инкапсулировалась в новый ІР-пакет, который передавался от одного устройства IP/ATM к другому, а
затем к адресату по маршруту, определяемому обычными таблицами IP-маршрутизации, хранящимися в этих устройствах.
При этом стандартное для технологии ATM виртуальное соединение между устройствами ІР/ ATM не устанавливалось, а передача кратковременных IP-потоков существенно ускорялась за счет исключения времени установления соединения SVC. Долговременные потоки передавались устройствами IP/ATM традиционным для ATM способом — с помощью виртуальных каналов PVC или SVC. Так как топология сети является одной и той же как для протоколов IP, так и для протоколов ATM, появляется возможность использовать один и тот же протокол маршрутизации для обеих частей комбинированного устройства.
700
Глава 20. Технология MPLS
Для реализации своей технологии компания Ipsilon встроила в устройства IP/ATM фирменные протоколы, ответственные за распознавание длительности потоков данных и установление виртуальных каналов для долговременных потоков. Эти протоколы были оформлены в виде проектов стандартов Интернета, но стандартами Интернета не стали.
Технология ІР-коммутации была разработана для сетей операторов связи. Эти сети при
нимают на границе с другими сетями IP-трафик и ускоренно передают его через свою маги
страль. Важным обстоятельством здесь является то, что одни поставщики услуг Интернета
(ISP) могут применять эту технологию независимо от других, оставаясь для внешнего мира операторами обычной 1Р-сети.
Технология ІР-коммутации была сразу замечена операторами связи и стала достаточно популярной. Инициативу Ipsilon развила компании Cisco Systems, создав собственную
технологию коммутации на основе тегов (tag switching), которая явилась значительным шагом вперед на пути объединения протоколов IP с техникой виртуальных соединений, однако она, так же как и ІР-коммутация, не стала стандартной технологией.
На базе этих фирменных технологий рабочая группа IETF, состоящая из специалистов различных компаний, создала в конце 90-х годов технологию MPLS.
В MPLS был сохранен главный принцип технологий-предшественниц.
В одном и том же устройстве поддерживается два разных способа продвижения пакетов: дей
таграммный на основе ІР-адресов и ориентированный на соединения механизм виртуальных
каналов. В то же время протоколы маршрутизации используются для определения топологии
сети и автоматического построения таблиц !Рмаршутизации и таблиц MPLS-продвижения. Ком
бинированное устройство может задействовать любой из двух способов продвижения пакетов
в зависимости отконфигурационныхпараметров протокола MPLS.
Принцип объединения протоколов различных технологий иллюстрируют рис. 20.1 и 20.2.
На первом из них показана упрощенная архитектура стандартного ІР-маршрутизатора, на втором — архитектура комбинированного устройства LSR, поддерживающего технологии
I P
h
MPLS.
Маршрутизация с
помощью протоколов
RIP, OSPF, IS-IS
Управление
> Протоколы маршрутизации < -
Таблица
маршрутизации
Интерфейс
Входящий
трафик
Маршрутизация
с помощью протоколов
RIP, OSPF, IS-IS
IP-продвижение
Продвижение данных
Интерфейс
Исходящий
трафик
Рис. 20.1. Архитектура ІР-маршругизатора
Базовые принципы и механизмы MPLS
701Маршрутизация с помощью протоколов RIP, OSPF, IS-IS<УправлениеПротоколы маршрутизацииМаршрутизация с помощью протоколов RIP, OSPF, IS-ISТаблицамаршрутизацииВходящий трафикИнтерфейсІР-продвижениеl&feSifeСигнальныйпротоколя »Таблицапродвижения>С>Прокладка пути коммутатора по меткамИсходящий трафикПродвижение по меткам Продвижение данныхИнтерфейсРис. 20.2. Архитектура LSRТак как устройство LSR выполняет все функции IP-маршрутизатора, оно содержит все блоки последнего, а для поддержки функций MPLS в LSR включен ряд дополнительных блоков, относящихся как к управлению, так и к продвижению данных.
В качестве примера можно указать на
блок продвижения по меткам, который передает ІР- пакет не на основе IP-адреса назначения, а на основе поля метки. При принятии решения о выборе следующего хопа блок продвижения по меткам использует
таблицу коммутации, которая в стандарте MPLS носит название таблицы продвижения. Таблица продвижения в технологии MPLS похожа на аналогичные таблицы других технологий, основанных на технике виртуальных каналов (табл. 20.1).
Таблица 20.1. Пример таблицы продвижения в технологии MPLSВходной интерфейсМеткаСледующий хопДействияSO245S1256SO27S245Внимательный читатель заметил, наверное, небольшое отличие данной таблицы от та
блицы коммутации Frame Realy, представленной на рис. 19.8. Действительно, вместо поля выходного интерфейса здесь поле следующего хопа, а вместо поля выходной метки — поле действий. В большинстве случаев обработки MPLS-кадров эти поля используются точ
но таким же образом, как соответствующие им поля обобщенной таблицы коммутации.
То есть значение поля следующего хопа является значением интерфейса, на
который нужно передать кадр, а значение поля действий — новым значением метки. Однако в некоторых случаях эти поля служат другим целям, о чем будет сказано позже.
Рассматриваемые таблицы для каждого устройства LSR формируются сигнальным протоколом.В MPLS используется два различных сигнальных протокола: протокол распределения меток
(label Distribution Protocol, LDP) и модификация уже знакомого нам протокола резервирования ресурсов RSVP.
702
Глава 20. Технология MPLS
Формируя таблицы продвижения на LSR, сигнальныД прого!сол прокладываетчерез сеть вирту
альные маршруты, которые в технологии MPUS называет путями коммутации по меткам (Label
Switching Path, LSP)*
В том случае, когда метки устанавливаются в таблицах продвижения с помощью протокола
LDP, маршруты виртуальных путей LSP совпадают с маршрутами IP-трафика, так как они выбираются обычными протоколами маршрутизации стека TCP/IP. Модификация прото
кола RSVP, который изначально был разработан для резервирования параметров QoS (см. раздел «Интегрированное обслуживание и протокол RSVP» в главе 18), используется для прокладки путей, выбранных в соответствии с техникой инжиниринга трафика, поэтому эта версия протокола получили название RSVP ТЕ (Traffic Engineering).
Можно также формировать таблицы MPLS-продвижения вручную, создавая там статиче
ские записи, подобные статическим записям таблиц маршрутизации.
Пути коммутации по меткам
Архитектура MPLS-сети описана в RFC
3031 ( http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3031.txt).
Основные элементы этой архитектуры представлены на рис.
20.3, где MPLS-сеть взаимо
действует с несколькими ІР-сетями, возможно, не поддерживающими технологию MPLS.
Рис. 20.3.
MPLS-сеть
Пограничные устройства LSR в технологии М
0
Д
^ fiOf?»£Hto4»we
Устройство LER, являясь функционально более сложным, принимает трафик от других сетей в форме стандартных ІР-пакетов, а затем добавляет к нему метку и направляет вдоль
Базовые принципы и механизмы MPLS
703соответствующего пути к выходному устройству LER через несколько промежуточных устройств LSR. При этом пакет продвигается не на основе IP-адреса назначения, а на основе метки.
Как и в других технологиях, использующих технику виртуальных каналов, метка имеет локальное значение в пределах каждого устройства LER и LSR, то есть при передаче пакета с входного интерфейса на выходной выполняется смена значения метки.
Пути LSP прокладываются в MPLS
предварительно в соответствии с топологией сети, аналогично маршрутам для IP-трафика (и на основе работы тех же протоколов марш
рутизации). Кроме того, существует режим инжиниринга трафика, когда пути LSP про
кладываются с учетом требований к резервируемой для пути пропускной способности и имеющейся свободной пропускной способности каналов связи сети.
LSP представляет собой
однонаправленный виртуальный канал, поэтому для передачи тра
фика между двумя устройствами LER нужно установить, по крайней мере, два пути комму
тации по меткам — по одному в каждом направлении. На рис. 20.3
показаны две пары путей коммутации по меткам, соединяющие устройства LER2 и LER3, а также LER1 и LER4.
LER выполняет такую важную функцию, как направление входного трафика в один из ис
ходящих из-LER путей LSP. Для реализации этой функции в MPLS введено такое понятие, как
класс эквивалентности продвижения (Forwarding Equivalence Class, FEC).
Класс эквивалентности продвижения — это группа IP-пакетов, имеющих одни и те же требования к условиям транспортировки (транспортному сервису). Все пакеты, принадлежащие к данному классу, продвигаются через MPLS-сеть по одному виртуальному пути LSRВ LER существует база данных классов FEC; каждый класс описывается набором элемен
тов, а каждый элемент описывает признаки, на основании которых входящий пакет относят к тому или иному классу.
Классификация FEC может выполняться различными способами. Вот несколько при
меров:
□
На основании IP-адреса назначения. Это наиболее близкий к принципам работы IP- сетей подход, который состоит в том, что для каждого префикса сети назначения, имеющегося в таблице LER-маршрутизации, создается отдельный класс FEC. Прото
кол LDP, который мы далее рассмотрим, полностью автоматизирует процесс создания классов FEC по этому способу.
□
В соответствии с требованиями инжиниринга трафика. Классы выбираются таким образом, чтобы добиться баланса загрузки каналов сети.
□
В соответствии с требованиями VPN. Для конкретной виртуальной частной сети кли
ента создается отдельный класс FEC.
□
По типам приложений. Например, трафик ІР-телефонии (RTP) составляет один класс
FEC, а веб-трафик — другой.
□
По интерфейсу, с которого получен пакет.□
По МАС-адресу назначения кадра, если это кадр Ethernet.
Как видно из приведенных примеров, при классификации трафика в MPLS могут ис
пользоваться признаки не только из заголовка IP -пакета, но и многие другие, включая информацию канального (МAC-адрес) и физического (интерфейс) уровней.
704Глава 20. Технология MPLS
После принятия решения о принадлежности пакета к определенному классу FEC его нужно связать с существующим путем LSP. Для этой операции LER использует таблицу
FTN (FEC То Next hop — отображение класса FEC на следующий хоп). Таблица 20.2 пред
ставляет собой пример FTN.
Таблица 20.2. Пример FTNПризнаки FECМетка123.20.0.0/16; 195.14.0.0/16106194.20.0.0/24; ethl107На основании таблицы FTN каждому входящему
пакету назначается соответствующая метка, после чего этот пакет становится неразличим в домене MPLS от других пакетов того же класса FEC, все они продвигаются по одному и тому же пути внутри домена.
Сложная настройка и конфигурирование выполняются только в LER, а все промежуточные устройства LSR выполняют простую работу, продвигая пакет в соответствии с техникой виртуального канала.
Выходное устройство LER удаляет метку и передает пакет в следующую сеть уже в стан
дартной форме IP-пакета. Таким образом, технология MPLS остается прозрачной для остальных ІР-сетей.
Обычно в MPLS-сетях используется усовершенствованный по сравнению с описанным алгоритм обработки пакетов. Усовершенствование заключается в том, что удаление метки выполняет не последнее на пути устройство, а
предпоследнее. Действительно, после того как предпоследнее устройство определит на основе значения метки следующий хоп, метка в MPLS-кадре уже не нужна, так как последнее устройство, то есть выходное устройство
LER, будет продвигать пакет на основе значения IP-адреса. Это небольшое изменение алгоритма продвижения кадра позволяет сэкономить одну операцию над MPLS-кадром.
В противном случае последнее вдоль пути устройство должно было бы удалить метку, а уже затем выполнить просмотр таблицы IP-маршрутизации. Эта техника получила название техники удаления метки на предпоследнем хопе (Penultimate Hop Popping, РНР).
Заголовок MPLS и технологии канального уровняЗаголовок MPLS состоит из нескольких полей (рис. 20.4):
□
Метка (20 бит). Используется для выбора соответствующего пути коммутации по меткам.
□
Время жизни (TTL). Это поле, занимающее 8 бит, дублирует аналогичное поле IP- пакета. Это необходимо для того, чтобы устройства LSR могли отбрасывать «заблудив
шиеся» пакеты только на основании информации, содержащейся в заголовке MPLS, не обращаясь к заголовку IP.
□
Класс услуги (Class of Service, CoS). Поле CoS, занимающее 3 бита, первоначально было зарезервировано для развития технологии, но в последнее время используется в основ
ном для указания класса трафика, требующего определенного уровня QoS.
□
Признак дна стека меток. Этот признак (S) занимает 1 бит.
Концепцию стека меток мы рассмотрим в следующем разделе, а пока для пояснения меха
низма взаимодействия MPLS с технологиями канального уровня рассмотрим ситуацию, когда заголовок MPLS включает только одну метку.
Базовые принципы и механизмы MPLS
Скачать 22.28 Mb.