Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
705 0 1 2 3 ,01234567890123456789012345678901 РРР Заголовок MPLS; Данцре L # : і ^ Данные РРР А Ethernet 'оЩШЮ ВДОсШШТЮг Заголовок MPLS ;3ewo&oic 1$ .г..- . і ' 'Д аннцЙ г^| і 1 Данные Ethernet к { Frame Relay Метка А А Заголовок MPLSH (остаток) Данные Frame Relay ATM Заголовок ATM УІШ - Метка А А Заголовок MPLS (остаток) Данные ATM Рис. 20.4. Форматы заголовков нескольких разновидностей технологии MPLS Как видно из рисунка, технология MPLS поддерживает несколько типов кадров: РРР, Ethernet, Frame Relay и ATM. Это не означает, что под слоем MPLS работает какая-либо из перечисленных технологий, например Ethernet. Это означает только то, что в техноло гии MPLS используются форматы кадров этих технологий для помещения в них пакета сетевого уровня, которым сегодня почти всегда является 1Р-пакет. В связи с тем, что заголовок MPLS помещается между заголовком канального уровня и за головком IP, его называют заголовком-вставкой (shim header). Продвижение кадра в MPLS-сети происходит на основе метки MPLS и техники LSP, а не на основе адресной информации и техники той технологии, формат кадра которой MPLS использует. Таким образом, если в MPLS применяется кадр Ethernet, то МАС-адреса ис точника и приемника хотя и присутствуют в соответствующих полях кадра Ethernet, но для продвижения кадров не используются. Исключение составляет случай, когда между двумя соседними устройствами LSR находится сеть коммутаторов Ethernet — тогда МАС- адрес назначения MPLS-кадра потребуется для того, чтобы кадр дошел до следующего устройства LSR, а уже оно будет продвигать его на основании метки. В кадрах РРР, Ethernet и Frame Relay заголовок MPLS помещается между оригинальным заголовком и заголовком пакета 3-го уровня. С ячейками ATM технология MPLS поступает по-другому: она пользуется имеющимися полями VPI/VCI в заголовках этих ячеек для меток виртуальных соединений. Поля VPI/VCI нужны только для хранения поля метки, остальная часть заголовка MPLS с полями CoS, S и TTL размещается в поле данных ATM-ячеек и при пе редаче ячеек ATM-коммутаторами, поддерживающими технологию MPLS, не используется. Далее для определенности при рассмотрении примеров мы будем подразумевать, что ис- nnirunwTra rbnmiQT i/oяплп M DT Q /D D D 706 Глава 20. Технология MPLS Стек меток r ,T, Ш,к*г'’'РАК *- *>і *„ -M&fi Стек меток позволяет создавать систему агрегированных путей LSP с любым количеством уровней иерархии. Для поддержки этой функции MPLS-кадр, который перемещается вдоль иерархически организованного пути, должен включать столько заголовков MPLS, сколько уровней иерархии имеет путь. Напомним, что заголовок MPLS каждого уровня имеет соб ственный набор полей: метка, CoS, TTL и S. Последовательность заголовков организована как стек, так что всегда имеется метка, находящаяся на вершине стека, и метка, находя щаяся на дне стека, при этом последняя сопровождается признаком S * 1. Над метками выполняются следующие операции, задаваемые в поле действий таблицы продвижения: □ Push — поместить метку в стек. В случае пустого стека эта операция означает простое присвоение метки пакету. Если же в стеке уже имеются метки, в результате этой опера ции новая метка сдвигает «старые» в глубь стека, сама оказываясь на вершине. □ Swap — заменить текущую метку новой. □ Pop — выталкивание (удаление) верхней метки, в результате все остальные метки стека поднимаются на один уровень. Продвижение MPLS-кадра всегда происходит на основе метки, находящейся в данный мо мент на вершине стека. Рассмотрим сначала продвижение MPLS-кадра по одноуровневому пути в MPLS-сети, показанной на рис. 20.5. Сеть состоит из трех MPLS-доменов. На рисунке показаны путь LSP1 в домене 1 и путь LSP2 в домене 2. LSP1 соединяет устройства LER1 и LER2, проходя через устройства LSR1, LSR2 и LSR3. Пусть начальной меткой пути LSP1 является метка 256, которая была при своена пакету пограничным устройством LER1. На основании этой метки пакет поступает на устройство LSR1, которое по своей таблице продвижения определяет новое значение метки пакета (272) и переправляет его на вход LSR2. Устройство LSR2, действуя аналогич но, присваивает пакету новое значение метки (132) и передает его на вход LSR3. Устрой ство LSR3, будучи предпоследним устройством в пути LSP1, выполняет операцию Pop и удаляет метку из стека. Устройство LER2 продвигает пакет уже на основании 1Р-адреса. На рисунке также показан путь LSP2 в домене 2. Он соединяет устройства LER3 и LER4, проходя через устройства LSR4, LSR5 и LSR6, и определяется последовательностью меток 188,112,101. Для того чтобы IP-пакеты могли передаваться на основе техники MPLS не только внутри каждого домена, но и между доменами (например, между устройствами LERI и LER4), существует два принципиально разных решения. □ Первое решение состоит в том, что между LER1 и LER4 устанавливается од™ одноуров невый путь коммутации по меткам, соединяющий пути LSP1 и LSP2 (которые в этом случае становятся одним путем). Это простое, на первый взгляд, решение, называемое сшиванием путей LSP, плохо работает в том случае, когда MPLS-домены принадлежат разным поставщикам услуг, не позволяя им действовать независимо друг от друга. □ Вторым более перспективным решением является применение многоуровневого подхода к соединению двух MPLS-доменов, принадлежащих, возможно, разным поставщикам услуг. Базовые принципы и механизмы MPLS 707 MPLS-домен 1 ^ ^ LSP1 MPLS-домен 2 LSP2 Рис. 20.5. Пути LSP1 и LSP2, проложенные в доменах 1 и 2 MPLS-сети Для реализации второго подхода в нашем примере нужно создать путь коммутации по мет кам второго уровня (LSP3), соединяющий устройства LER1 и LER4. Этот путь определяет последовательность хопов между доменами, а не между внутренними устройствами LSR каждого домена. Так, LSP3 состоит из хопов LERI — LER2 — LER3 — LSR4. В этом от ношении многоуровневый подход MPLS концептуально очень близок подходу протокола BGP, определяющего путь между автономными системами. Рассмотри более детально, как работает технология MPLS в случае путей коммутации по меткам двух уровней (рис. 20.6). В устройстве LER1 начинаются два пути — LSP1 и LSP3 (последний показан на рисунке серым цветом), что обеспечивается соответствующей записью в таблице продвижения устройства LER1 (табл. 20,3). Таблица 20.3. Запись в таблице продвижения LER1 Входной интерфейс Метка Следующий хоп Действия ... ... SO S1 315 Push 256 708 Глава 20. Технология MPLS Рис. 20.6. Использование стека меток иерархией путей IP-пакеты, поступающие на интерфейс SO устройства LER1, продвигаются на его вы ходной интерфейс S1, где для них создается заголовок MPLS, включающий метку 315 верхнего уровня (LSP3), которая на этот момент является верхушкой стека меток. Затем эта метка проталкивается на дно стека (операция Push), а верхней становится метка 256, относящаяся к LSP1. Далее MPLS-кадр с меткой 256 поступает на выходной интерфейс S1 пограничного устрой ства LER1 и передается на вход LSR1. Устройство LSR1 обрабатывает кадр в соответствии со своей таблицей продвижения (табл. 20.4). Метка 256, находящаяся на вершине стека, заменяется меткой 272. (Отметьте, что метка 315, находящаяся ниже в стеке, устройством LSR1 игнорируется.) Таблица 20.4. Запись в таблице продвижения LSR1 Входной интерфейс Метка Следующий хоп Действия SO 256 S1 272 Аналогичные действия выполняет устройство LSR2, которое заменяет метку меткой 132 и отправляет кадр следующему по пути устройству LSR3 (табл. 20.5). Протокол LDP 709 Таблица 20.5. Запись в таблице продвижения LSR3 Входной интерфейс Метка Следующий хоп Действия SO 132 S1 Pop Работа устройства LSR3 несколько отличается от работы устройств LSR1 и LSR2, так как оно является предпоследним устройством LSR для пути LSP1. В соответствии с за писью в табл. 22.4 устройство LSR3 выполняет выталкивание (Pop) из стека метки 132, относящейся к пути LSP1, выполняя операцию РНР. В результате верхней меткой стека становится метка 315, принадлежащая пути LSP3. Устройство LER2 продвигает поступивший на его входной интерфейс SO кадр на основе своей записи таблицы продвижения (табл. 20.6). Устройство LER2 сначала заменяет метку 315 пути LSP3 значением 317, затем проталкивает ее на дно стека и помещает на вершину стека метку 188, которая является меткой пути LSP2, внутреннего для домена 2. Переме щение кадра вдоль пути LSP2 происходит аналогичным образом. Таблица 20.6. Запись в таблице продвижения LER2 Входной интерфейс Метка Следующий хоп Действия SO 315 S1 317 Push 188 Описанная модель двухуровневого пути легко может быть расширена для любого коли чества уровней. Протокол LDP Протокол распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP) позволяет автомати чески создавать в сети пути LSP в соответствии с существующими в таблицах маршру тизации записях о маршрутах в IP-сети. Протокол LDP принимает во внимание только те записи таблицы маршрутизации, которые созданы с помощью внутренних протоколов маршрутизации, то есть протоколов типа IGP, поэтому режим автоматического создания LSP с помощью протокола LDP иногда называют режимом MPLS IGP (в отличие от режима MPLS ТЕ, когда маршруты выбираются из соображений инжиниринга трафика и не совпадают с маршрутами, выбранными внутренними протоколами маршрутизации). Еще режим MPLS ЮР называют ускоренной MPLS-коммутацией, это название отражает начальную цель разработчиков технологии MPLS, которая состояла только в ускорении продвижения ІР-пакетов с помощью техники виртуальных каналов. Спецификация LDP дается в RFC 5 0 3 6 ( h ttp ://w w w .r fc -e d ito r .o r g /r fc /r fc 5 0 3 6 .tx t). Рассмотрим работу протокола LDP на примере сети, изображенной на рис. 2 0 .7 . 710 Глава 20. Технология MPLS Сеть Следующий хоп 132.100.0.0 LSR2 105.0.0.0 LSR4 192.201.103.0 LSR4 Рис. 20.7. MPLS-сеть с устройствами LSR, поддерживающими LDP Все устройства LSR поддерживают сигнальный протокол распределения меток (LDP). От устройства LSR1 в сети уже установлен один путь LSP1 — по этому пути идет трафик к сетям 105.0.0.0 и 192.201.103.0. Это значит, что таблица FTN (отображающая сети назна чения на LSP) у LSR1 соответствует табл. 20.7. Таблица 20.7. Таблица FTN устройства LSR1 Признаки FEC Метка 105.0.0.0; 192.201.103.0 231 Метка 231 в этой таблице соответствует пути LSP1. Мы рассмотрим функционирование протокола LDP в ситуации, когда в результате работы протоколов маршрутизации или же после ручной модификации администратором сети в таблице маршрутизации устройства LSR1 появилась запись о новой сети назначения, для которой в сети поставщика услуг еще не проложен путь коммутации по меткам. В нашем случае это сеть 132.100.0.0 и для нее нет записи в таблице FTN. В этом случае устройства LSR1 автоматически инициирует процедуру прокладки ново го пути. Для этого оно запрашивает по протоколу LDP метку для новой сети 132.100.0.0 у маршрутизатора, ІР-адрес которого в таблице маршрутизации указан для данной сети как адрес следующего хопа. Однако для того чтобы воспользоваться протоколом LDP, нужно сначала установить между устройствами LSR сеанс LDP, так как этот протокол работает в режиме установления соединений. Протокол LDP 711 Сеансы LDP устанавливаются между соседними маршрутизаторами автоматически. Для этого каждое устройство LSR, на котором развернут протокол LDP, начинает посылать сво им соседям сообщения Hello. Эти сообщения посылают по групповому 1Р-адресу 224.0.0.2, который адресуется ко всем маршрутизаторам подсети и определенному порту UDP. Если соседний маршрутизатор также поддерживает протокол LDP, то он в ответ устанавливает сеанс TCP через порт 646 (этот порт закреплен за протоколом LDP). В результате обмена сообщениями Hello все поддерживающие протокол LDP устройства LSR обнаруживают своих соседей и устанавливают с ними сеансы, как показано на рис. 20.8 (для простоты на рисунке представлены не все сеансы LDP, существующие в сети). Рис. 20.8. Сеансы LDP устанавливаются между непосредственными соседями Будем считать, что между устройствами LSR1 и LSR2 установлен сеанс LDP. Тогда при обнаружении новой записи в таблице маршрутизации, указывающей на устрой ство LSR2 в качестве следующего хопа, устройство LSR1 просит устройство LSR2 назна чить метку для нового пути к сети 132.100.0.0. Говорят, что устройство LSR2 находится ниже по потоку (downstream) для устройства LSR1 относительно пути к сети 132.100.0.0. Соответственно устройство LSR1 расположено выше по потоку для устройства LSR2 от носительно сети 132.100.0.0. Естественно, что для других сетей назначения у устройства LSR1 имеются другие соседи вниз по потоку, а у устройства LSR2 — другие соседи вверх по потоку. Причина, по которой значение метки для нового пути выбирается соседом ниже по пото ку, понятна — эта метка, которая имеет локальное значение на двухточечном соединении между соседними устройствами, будет использоваться именно этим устройством для того, чтобы понимать, к какому пути LSP относится пришедший MPLS-кадр. Поэтому 712 Глава 20. Технология MPLS устройство ниже по потоку выбирает уникальное значение метки, исходя из неисполь зованных значений меток для своего интерфейса, который связывает его с соседом выше по потоку. Для получения значения метки устройство LSR1 выполняет запрос метки протокола LDP. Формат такого запроса достаточно прост (рис. 20.9). Запрос метки (0x0401) Длина сообщения Идентификатор сообщения Элемент FEC Рис. 20.9. Формат LDP-запроса метки Идентификатор сообщения требуется для того, чтобы при получении ответа можно было однозначно сопоставить ответ некоторому запросу (устройство может послать несколько запросов до получения ответов на каждый из них). В нашем примере в качестве элемента FEC будет указан адрес 132.100.0.0. Устройство LSR2, приняв запрос, находит, что у него также нет проложенного пути к сети 132.100.0.0, поэтому оно передает LDP-запрос следующему устройству LSR, адрес которо го указан в его таблице маршрутизации в качестве следующего хопа для сети 132.100.0.0. В примере, показанном на рис. 20.8, таким устройством является LSR3, на котором путь коммутации по меткам должен закончиться, так как следующий хоп ведет за пределы MPLS-сети данного оператора. ПРИМЕЧАНИЕ-------------------------------------------------------------------------------------------------- Возникает вопрос, как устройство LSR3 узнает о том, что я вляется последним в сети поставщ ика услуг на пути к сети 132.100.0.0? Дело в том, что L D P является протоколом, ориентированным на соединение, и при установлении логического L D P -соединения возможно применение автоматической аутентификации устройств, так что сеансы L D P устанавливаются только между устройствами одного поставщика услуг, который задает для всех принадлежащих его сети устройств LSR соответствующую информацию для взаимной аутентификации. Устройство LSR3, обнаружив, что для пути к сети 132.100.0.0 оно является пограничным, назначает для прокладываемого пути метку, еще не занятую его входным интерфейсом S0, и сообщает об этой метке устройству LSR2 в LDP-сообщении, формат которого представ лен на рис. 20.10. Пусть это будет метка 231. Отображение метки (0x0400) Длина сообщения Идентификатор сообщения Элемент FEC Метка Рис. 20.10. Формат отображения метки на элемент FEC протокола LDP Протокол LDP 713 В свою очередь, LSR2 назначает неиспользуемую его интерфейсом SO метку и сообщает об этом в LDP-сіобщении отображения метки устройству LSR1. После этого новый путь коммутации по меткам, ведущий от LSR1 к сети 132.100.0.0, считается проложенным (рис. 20 11 ), и вдоль него пакеты начинают передаваться уже на основе меток и таблиц продвижения, а не ІР-адресов и таблиц маршрутизации. Было бы нерационально прокладывать отдельный путь для каждой сети назначения каж дого маршрутизатора. Поэтому устройства LSR стараются строить агрегированные пути коммутации по меткам и передавать вдоль них пакеты, следующие к некоторому набору сетей. Так, на рис. 20.11 устройство LSR1 передает по пути LSP1 пакеты, следующие не только к сети 132.100.0.0, но и к сетям 194.15.17.0 и 201.25.10.0, информация о которых появилась уже после того, как путь LSP2 был проложен. Мы рассмотрели только один режим работы протокола LDP, который носит сложное на звание «Упорядоченный режим управления распределением меток с запросом устройства вниз по потоку». Здесь под упорядоченным режимом понимается такой режим, когда неко торое промежуточное устройство LSR не передает метку для нового пути устройству LSR, лежащему выше по потоку, до тех пор, пока не получит метку для этого пути от устройства LSR, лежащего ниже по потоку. В нашем случае устройство LSR2 ждало получения метки от LSR3 и уже потом передало метку устройству LSR1. Существует и другой режим управления распределением меток, который называется не зависимым. При независимом управлении распределением меток LSR может назначить 714 Глава 20. Технология MPLS и передать метку, не дожидаясь прихода сообщения от своего соседа, лежащего ниже по потоку. Например, устройство LSR2 могло бы назначить и передать метку 199 устройству LSR1, не дожидаясь прихода метки 231 от устройства LSR3. Так как метки имеют локаль ное значение, результат изменения режима не изменился бы. Существует также два метода распределения меток — распределение от лежащего ниже по потоку по запросу и без запроса. Для нашего случая это значит, что если бы устрой ство LSR2 обнаружило в своей таблице маршрутизации запись о новой сети 132.100.0.0, оно могло бы назначить метку новому пути и передать ее устройству LSR1 без запро са. Так как при этом устройство LSR2 не знает своего соседа выше по потоку (таблица маршрутизации не говорит об этом), оно передает эту информацию всем своим соседям по сеансам LDP. В этом варианте работы протокола LDP устройства LSR могут получать альтернативные метки для пути к некоторой сети; а выбор наилучшего пути осуществля ется обычным для IP-маршрутизатров (которыми устройства LSR являются по совме стительству) способом — на основании наилучшей метрики, выбираемой протоколом маршрутизации. Как видно из описания, существует два независимых параметра, которые определяют вариант работы протокола LDP: режим управления распределением меток и метод рас пределения меток. Так как каждый параметр имеет два значения, всего существует четыре режима работы протокола LDP. В рамках одного сеанса LDP должен поддерживаться только один из методов распределе ния меток — по запросу или без запроса. В то же время в масштабах сети могут одновремен но использоваться оба метода. Протокол LDP чаще всего работает в режиме независимого управления распределением меток без запроса. Упорядоченное управление распределением меток требуется при прокладке путей LSP, необходимых для инжиниринга трафика. Мониторинг состояния путей LSP Наличие встроенных в транспортную технологию средств мониторинга состояния соеди нений и локализации ошибок (то есть средств ОАМ) является необходимым условием для того, чтобы она претендовала на статус технологии операторского класса. В противном случае ее трудно будет использовать операторам сетей, которым нужно обеспечивать своих многочисленных клиентов транспортным сервисом с высоким коэффициентом готовности (в пределах 0,999-0,99999), как это принято в телекоммуникационных сетях. Первоначально технология MPLS не имела таких встроенных средств, полагаясь на такие средства стека TCP/IP, как утилиты ping и traceroute (использующие, как вы знаете из главы 17, ІСМР-сообщения Echo Request и Echo Response). Однако классические утилиты ping и traceroute стека TC P/IP не дают корректной информации о состоянии путей LSP, так как они могут переноситься как вдоль, так и в обход этих путей с помощью обычной тех ники продвижения пакетов протокола IP. Поэтому позднее был разработан специальный протокол LSP Ping, который позволяет как тестировать работоспособность LSP (режим ping)> так и локализовывать отказы (режим traceroute). Кроме того, для мониторинга состояния LSP можно применять более экономичный, чем LSP Ping, протокол двунаправленного обнаружения ошибок продвижения (см. далее). Мониторинг состояния путей LSP 715 Тестирование путей LSP В протоколе LSP Ping для тестирования состояния LSP применяется техника, близкая к механизму работы утилиты ping протокола IP. Она заключается в том, что протокол LSP Ping отправляет вдоль тестируемого пути LSP сообщение Echo Request. Если такое сообщение доходит до устройства LER, которое является конечным узлом тестируемого пути LSP, оно отвечает сообщением Echo Replay. Получение исходным узлом такого со общения означает, что путь LSP работоспособен. Описанная схема работы аналогична схеме работы утилиты ping протокола IP, однако она имеет свои особенности, которые мы поясним на примере сети, изображенной на рис. 20.12. В этом примере устройство LSR1 тестирует состояние пути LSP1, который заканчивается на устройстве LSR8 (для этого пути оно является устройством LER). Для тестирования пути LSP1 устройство LSR1 отправляет MPLS-пакет с меткой 105 — эта метка соответствует пути LSP1 на линии между устройствами LSR1 и LSR4. Сообщение Echo Request вкладывается в UD P-сообщение, которое, в свою очередь, вкладывается в IP-пакет. На рис. 20.12 показаны только значимые для изучения протокола LSP Ping поля: метка MPLS-кадра, IP-адрес источника (SA), IP-адрес назначения (DA), а также поле FEC, которое идентифицирует тестируемый путь LSP. В нашем примере это IP-адрес сети 105.0.0.0, к которой ведет путь LSP1. Адрес назначения в IP-пакете, который переносит сообщение Echo Request, равен 127.0.0.1, то есть является адресом обратной петли стека протоколов IP каждого узла. О причине ис пользования такого необычного адреса назначения (а не, скажем, IP-адреса интерфейса ко нечного узла тестируемого пути LSP) мы расскажем позже, а пока заметим, что адрес 127.0.0.1 должен работать правильно, так как в процессе передачи запроса по сети для его продвиже ния используются MPLS-метки, а не IP-адрес назначения. При приходе на конечный узел IP-пакет освобождается от заголовка MPLS (это также может произойти на предыдущем хопе, если применяется техника РНР) и обрабатывается на основе IP-адреса. Так как адрес 127.0.0.1 указывает на собственный узел, то пакет передается собственному стеку TCP/IP, где он распознается как UDP-пакет протокола LSP Ping и обрабатывается соответственно. Поле FEC посылается в запросе Echo Request для того, чтобы конечный узел пути мог сравнить указанное в пакете значение FEC со значением из его собственной базы данных 716 Глава 20. Технология MPLS для пути, по которому пришел кадр запроса. Такой механизм позволяет отслеживать ситуации, когда запрос вследствие каких-то ошибок приходит не по тому пути, который тестируется. В том случае, когда запрос благополучно доходит до конечного узла пути, и тот убеждает ся, что полученный запрос пришел по нужному пути (то есть полученное значение FEC совпадает со значением FEC из базы данных конечного узла), он отправляет ответ Echo Replay узлу, выполнившему запрос. В нашем случае узел LSR 8 отправляет ответ Echo Replay узлу LSR1. Сообщение Echo Replay посылается уже не по пути LSP, а как обычное UDP-сообщение, вложенное в IP-пакет. Если вспомнить, что пути LSP являются одно направленными, станет понятно, что это единственное гарантированное решение, так как обратного пути от LSR 8 к LSR1 может и не существовать. Теперь посмотрим, что происходит в том случае, когда по какой-то причине путь LSP поврежден. На рис. 20.13 представлен именно такой случай, когда путь поврежден на по следнем своем участке (между устройствами LSR7 и LSR 8 ). В этой ситуации LSR7 не может отправить MPLS-кадр по назначению, как того требует метка 177, а отбрасывает заголовок MPLS и старается обработать кадр как IP-пакет. Как и в случае исправного пути, адрес 127.0.0.1 требует передачи пакета локальному стеку TCP/IP. Именно этого эффекта и добивались разработчики протокола LSP Ping, выбирая в качестве адреса назначения этот специальный адрес. Узел LSR7 обрабатывает сообщение Echo Request и отправляет сообщение Echo Replay узлу LSR1 с информацией об обнару женной ошибке. Трассировка путей LSP При неисправном состоянии какого-то отрезка пути LSP сообщение об ошибке не всегда может быть отправлено промежуточным устройством LSP. Возможна и такая ситуация, когда ответ на запрос Echo Request просто не приходит — сеть «молчит», например, потому что отказал промежуточный узел. Для того чтобы локализовать отказавший элемент сети (узел или соединение), протокол LSI? Ping может работать в режиме трассировки пути LSP. Этот режим аналогичен режиму работы утилиты traceroute стека T C P/IP и в нем используется тот же механизм, заключающийся в посылке серии сообщений Echo Request Инжиниринг трафика в MPLS 717 с монотонно возрастающим от 1 значением поля TTL. Разница состоит в том, что это поле указывается не в IP-пакете, как при использовании IP-утилиты traceroute, а в заголовке MPLS (который также имеет поле TTL). Дальнейшее поведение протокола LSP Ping в режиме трассировки очевидно — MPLS-кадр с нулевым значением TTL передается «наверх» протоколу LSP Ping того промежуточного узла, который после вычитания единицы из значения этого поля получил нулевой резуль тат. Протокол реагирует на такую ситуацию отправкой сообщения Echo Replay начальному узлу тестируемого пути. Протокол двунаправленного обнаружения ошибок продвижения Протокол двунаправленного обнаружения ршибок продвижения (Biderectional Forwarding Detection, BFD) разработан как «облегченная» альтернатива протоколу LSP Ping для по стоянного мониторинга состояния пути LSP. Такой постоянный мониторинг требуется, например, в тех случаях, когда основной путь защищен резервным путем и необходим какой-то механизм, который, с одной стороны, может быстро выявить отказ пути, а с дру? гой — не перегружает сеть тестовыми сообщениями и трудоемкими проверками. Протокол LSP Ping удовлетворяет первому условию, то есть может использоваться для постоянного тестирования состояния пути путем периодической отправки сообщений Echo Requst. Од нако обработка этих сообщений конечным узлом пути довольно трудоемка, так как требует сравнения значения FEC в каждом пришедшем запросе со значением из базы данных. Протокол BFD гораздо проще, чем LSP Ping. Однако он не способен локализовать отказав ший элемент сети, а только показывает, работоспособен некоторый путь LSP или нет. Название протокола говорит о том, что он проверяет состояние соединения между двумя узлами в обоих направлениях. Так как пути MPLS однонаправленные, то для работы про токола BFD необходима пара путей LSP, соединяющих два узла в обоих направлениях. Каждый из двух конечных узлов, на которых для мониторинга определенного пути LSP развернут протокол BFD, периодически посылает по этому пути сообщения Hello. Полу чение сообщений Hello от соседа означает работоспособность пути в одном определенном направлении. Неполучение сообщения Hello в течение определенного времени означает отказ пути в этом направлении, что и фиксирует протокол BFD. Информацию об отказе пути могут немедленно использовать другие протоколы стека MPLS, например рассма триваемые далее протоколы защиты пути. Протокол BFD посылает сообщения Hello в UDP-сообщениях, которые, в свою очередь, упаковываются в IP-пакеты и снабжаются заголовками MPLS. Протокол BFD может ис пользоваться не только для мониторинга путей MPLS, он разработан как универсальный протокол тестирования двунаправленных соединений. Обычно для инициализации сеанса BFJD служит протокол LSP Ping, который переносит по пути идентификаторы сеанса BFD. Инжиниринг трафика в MPLS Технология MPLS поддерживает технику инжиниринга трафика, описанную в главе 7. В этом случае используются модифицированные протоколы сигнализации и маршрутиза- 718 Глава 20. Технология MPLS ции, имеющие приставку ТЕ (Traffic Engineering — инжиниринг трафика). В целом такой вариант MPLS получил название MPLS ТЕ. В технологии MPLS ТЕ пути LSP называют ТЕ-туннелями. ТЕ-туннели не прокладыва ются распределенным способом вдоль путей, находимых обычными протоколами марш рутизации независимо в каждом отдельном устройстве LSR. Вместо этого ТЕ-туннели прокладываются в соответствии с техникой маршрутизации от источника, когда центра лизованно задаются промежуточные узлы маршрута. В этом отношении ТЕ-туннели по добны PVC-каналам в технологиях ATM и Frame Relay. Инициатором задания маршрута для ТЕ-туннеля выступает начальный узел туннеля, а рассчитываться такой маршрут может как этим же начальным узлом, так и внешней по отношению к сети программной системой или администратором. MPLS ТЕ поддерживает туннели двух типов: □ строгий ТЕ-туннель определяет все промежуточные узлы между двумя пограничными устройствами; □ свободный ТЕ-туннель определяет только часть промежуточных узлов от одного пограничного устройства до другого, а остальные промежуточные узлы выбираются устройством LSR самостоятельно. На рис. 20.14 показаны оба типа туннелей. Рис. 20.14. Два типа ТЕ-туннелей в технологии MPLS Туннель 1 является примером строгого туннеля, при его задании внешняя система (или администратор сети) указала как начальный и конечный узлы туннеля, так и все проме жуточные узлы, то есть последовательность ІР-адресов для устройств LERI, LSR1, LSR2, LSR3, LER3. Таким образом, внешняя система решила задачу инжиниринга трафика, выбрав путь с достаточной неиспользуемой пропускной способностью. При установле нии туннеля 1 задается не только последовательность LSR, но и требуемая пропускная способность пути. Несмотря на то что выбор пути происходит в автономном режиме, все устройства сети вдоль туннеля 1 проверяют, действительно ли они обладают запрошенной неиспользуемой пропускной способностью, и только в случае положительного ответа туннель прокладывается. Инжиниринг трафика в MPLS 719 При прокладке туннеля 2 (свободного) администратор задает только начальный и конеч ный узлы туннеля, то есть устройства LER5 и LER2. Промежуточные устройства LSR4 и LSR2 находятся автоматически начальным узлом туннеля 2, то есть устройством LER5, а затем с помощью сигнального протокола устройство LER5 сообщает этим и конечному устройствам о необходимости прокладки туннеля. Независимо от типа туннеля он всегда обладает таким параметром, как резервируемая пропускная способность. В нашем примере туннель 1 резервирует для трафика 10 Мбит/с, а туннель 2 — 36 Мбит/с. Эти значения определяются администратором, и технология MPLS ТЕ никак не влияет на их выбор, она только реализует запрошенное резервирование. Чаще всего администратор оценивает резервируемую для туннеля пропускную способ ность на основании измерений трафика в сети, тенденций изменения трафика, а также собственной интуиции. Некоторые реализации MPLS ТЕ позволяют затем автоматически корректировать величину зарезервированной пропускной способности на основании ав томатических измерений реальной интенсивности трафика, проходящего через туннель. Однако сама по себе прокладка в MPLS-сети ТЕ-туннеля еще не означает передачи по нему трафика. Она означает только то, что в сети действительно существует возможность передачи трафика по туннелю со средней скоростью, не превышающей зарезервированное значение. Для того чтобы данные были переданы по туннелю, администратору предстоит еще одна ручная процедура — задание для начального устройства туннеля условий, опре деляющих, какие именно пакеты должны передаваться по туннелю. Условия могут быть чрезвычайно разнообразными, так, в качестве признаков агрегированного потока, который должен передаваться по туннелю, могут выступать все традиционные признаки: 1Р-адрес назначения и источника, тип протокола, номера TCP- и UDP-портов, номер интерфейса входящего трафика, значения приоритета в протоколах DSCP и IP и т. д. Однако мы еще не рассмотрели специфический набор протоколов, которые устройства LER и LSR сети используют для прокладки свободных туннелей или проверки работоспособ ности созданных администратором строгих туннелей. Для выбора и проверки путей через туннели в технологи MPLS ТЕ используются расши рения протоколов маршрутизации, работающих на основе алгоритма состояния связей. Сегодня такие расширения стандартизованы для протоколов OSPF и IS-IS. Для решения задачи ТЕ в протоколы OSPF и IS-IS включены новые типы объявлений, обеспечивающие распространение по сети информации о номинальной и незарезервированной (доступной для ТЕ-потоков) величинах пропускной способности каждой связи. Таким образом, ребра результирующего графа сети, создаваемого в топологической базе каждого устройства LER или LSR, маркируются этими двумя дополнительными параметрами. Располагая таким графом, а также параметрами потоков, для которых нужно определить ТЕ-пути, устройство LER может найти рациональное решение, удовлетворяющее одному из сформулированных в главе 7 ограничений на использование ресурсов сети. Чаще всего решение ищется по наиболее простому критерию, который состоит в минимизации максимального значения 720 Глава 20. Технология MPLS коэффициента использования вдоль выбранного пути, то есть критерием оптимизации пути является значение min (шах КЇ) для всех возможных путей. В общем случае администратору необходимо проложить несколько туннелей для раз личных агрегированных потоков. С целью упрощения задачи оптимизации выбор путей для этих туннелей обычно осуществляется по очереди, причем администратор определяет очередность на основе своей интуиции. Очевидно, что поиск ТЕ-путей по очереди снижает качество решения — при одновременном рассмотрении всех потоков в принципе можно было бы добиваться более рациональной загрузки ресурсов. В примере, показанном на рис. 20.15, ограничением является максимально допустимое значе ние коэффициента использования ресурсов, равное 0,65. В варианте 1 решение было найдено при очередности рассмотрения потоков 1, 2, 3. Для первого потока был выбран путь А-В-С, так как в этом случае он, с одной стороны, удовлетворяет ограничению (все ресурсы вдоль пути — каналы А-В, А-С и соответствующие интерфейсы маршрутизаторов оказываются загруженными на 50/155 - 0,32), а с другой — обладает минимальной метрикой (65 + 65 “ “ 130). Для второго потока также был выбран путь А -В-С, так как и в этом случае ограниче ние удовлетворяется — результирующий коэффициент использования оказывается равным 50 + 40/155 = 0,58. Третий поток направляется по пути A-D-E-C и загружает ресурсы каналов А-D, D-Е и Е-С на 0,3. Решение 1 можно назвать удовлетворительным, так как коэффициент использования любого ресурса в сети не превышает 0,58. Рис. 20.15. Зависимость качества решения задачи ТЕ от очередности выбора туннелей Однако существует лучший способ, представленный в варианте 2. Здесь потоки 2 и 3 были направлены по верхнему пути Л-В-С, а поток 1 — по нижнему пути A-D-E-C. Ресурсы верхнего пути оказываются загруженными на 0,45, а нижнего — на 0,5, то есть налицо более равно мерная загрузка ресурсов, а максимальный коэффициент использования всех ресурсов сети не превышает 0,5. Этот вариант может быть получен при одновременном рассмотрении всех трех потоков с учетом ограничения min (max Кг) или же при рассмотрении потоков по очереди в последовательности 2 ,3 , 1. ПРИМЕР В = 155/100 Ш Ш ------ В = 155/100 R = 1 ПП/165 Вариант 1:1->3->2 К max® 0,58 Вариант 2: 2-+3-И Ктах= 0,5 Инжиниринг трафика в MPLS 721 Несмотря на не оптимальность качества решения, в производимом сегодня оборудовании применяется вариант технологии MPLS ТЕ с последовательным рассмотрением потоков. Он проще в реализации и ближе к стандартным для протоколов OSPF и IS-IS процеду рам нахождения кратчайшего пути для одной сети назначения (в отсутствие ограничений найденное решение для набора кратчайших путей не зависит от последовательности учета сетей, для которых производился поиск). Кроме того, при изменении ситуации — появле нии новых потоков или изменении интенсивности существующих — найти путь удается только для одного потока. Возможен также подход, в котором внешняя по отношению к сети вычислительная система, работающая в автономном режиме, определяет оптимальное решение для набора потоков. Это может быть достаточно сложная система, которая включает подсистему имитаци онного моделирования, способную учесть не только средние интенсивности потоков, но и их пульсации и оценить не только загрузку ресурсов, но и результирующие параметры QoS — задержки, потери и т. п. После нахождения оптимального решения его можно мо дифицировать уже в оперативном режиме поочередного поиска путей. В технологии MPLS ТЕ информация о найденном рациональном пути используется полностью, то есть запоминаются IP-адреса источника, всех транзитных маршрутизаторов и конечного узла. Поэтому достаточно, чтобы поиском путей занимались только погра ничные устройства сети (LER), а промежуточные устройства (LSR) лишь поставляли им информацию о текущем состоянии резервирования пропускной способности каналов. После нахождения пути независимо от того, найден он был устройством LER или админи стратором, его необходимо зафиксировать. Для этого в MPLS ТЕ используется расширение уже рассмотренного нами протокола резервирования ресурсов (RSVP), который часто в этом случае называют протоколом RSVP ТЕ. Сообщения RSVP ТЕ передаются от одного устройства LSR другому в соответствии с данными о найденных ІР-адресах маршрута. При установлении нового пути в сигнальном сообщении наряду с последовательностью адресов пути указывается также и резервируемая пропускная способность. Каждое устройство LSR, получив такое сообщение, вычитает запрашиваемую пропускную способность из пула свободной пропускной способности соответствующего интерфейса, а затем объявляет остаток в сообщениях протокола маршрутизации, например CSPF. В заключение рассмотрим вопрос отношения технологий MPLS ТЕ и Q 9 S. Как видно из описания, основной целью MPLS ТЕ является использование возможностей MPLS для достижения внутренней цели поставщика услуг, а именно сбалансированной загрузки всех ресурсов своей сети. Однако при этом также создается основа для предоставления транс портных услуг с гарантированными параметрами QoS, так как трафик по ТЕ-туннелям передается при соблюдении некоторого максимального уровня коэффициента использова ния ресурсов. Как мы знаем из материала главы 7, коэффициент использования ресурсов оказывает решающее влияние на процесс образования очереди, так что потоки, передавае мые по ТЕ-туннелям, передаются с некоторым гарантированным уровнем QoS. Для того чтобы обеспечить разные параметры QoS для разных классов трафика, постав щику услуг необходимо для каждого класса трафика установить в сети отдельную систему туннелей. При этом для чувствительного к задержкам класса трафика требуется выпол нить резервирование таким образом, чтобы максимальный коэффициент использования ресурсов туннеля находился в диапазоне 0 ,2-0,3, иначе задержки пакетов и их вариации выйдут за допустимые пределы. 722 Глава 20. Технология MPLS Отказоустойчивость путей MPLS Общая характеристика MPLS поддерживает несколько механизмов обеспечения отказоустойчивости, или в тер минах SDH — механизмов автоматического защитного переключения маршрута в случае отказа какого-либо элемента сети: интерфейса LSR, линии связи или LSR в целом. В том случае, когда путь устанавливается с помощью протокола LDP, существует един ственная возможность защиты пути — его восстановление с помощью распределенного ме ханизма нахождения нового пути средствами протоколов маршрутизации. Это абсолютно тот же механизм, который используется в IP-сетях при отказе линии или маршрутизатора. Время восстановления пути зависит от применяемого протокола маршрутизации и слож ности топологии сети, обычно это десятки секунд или несколько минут. В том случае, когда путь является ТЕ-туннелем, в технологии MPLS разработано несколь ко механизмов его восстановления. Эти механизмы иллюстрирует рис. 20.16, на котором показан основной путь LSP1, соединяющий устройства LSR1 и LSR 8 . Будем считать, что путь LSP1 является ТЕ-туннелем. □ Восстановление пути его начальным узлом. Традиционное (с помощью протокола маршрутизации) повторное нахождение нового пути, обходящего отказавший элемент сети. Отличие от восстановления пути LDP заключается только в том, что прокладкой нового пути занимается лишь один узел сети, а именно начальный узел пути. В нашем примере это узел LSR1. □ Защита линии. Такая защита организуется между двумя устройствами LSR, непо средственно соединенными линией связи. Обходной маршрут находится заранее, до отказа линии, и заранее прокладывается между этими устройствами таким образом, чтобы обойти линию связи в случае ее отказа. В нашем примере такой вариант защиты установлен для линии, соединяющей узлы LSR2 и LSR7. Обходной путь B1-LSP1 про ложен через узел LSR3. Защита линии является временной мерой, так как параллельно с началом использования обходного пути начальный узел основного пути начинает Отказоустойчивость путей MPLS 723 процедуру его восстановления с помощью протокола маршрутизации. После восстанов ления основного пути использование обходного пути прекращается. Временная защита линии не гарантирует ТЕ-туннелю требуемой пропускной способности. Механизм за щиты линии работает очень быстро, обычно время переключения не превосходит 50 мс, то есть сравнимо со временем переключения сетей SDH, которые всегда выступают в этой области в качестве эталона. Поэтому механизм защиты линии называют быстрой перемаршрутизацией (fats re-route). □ Защита узла. Этот механизм очень похож на механизм защиты линии, но отличается тем, что обходной путь прокладывается так, чтобы обойти отказавшее устройство LSR (в нашем примере на рисунке это устройство LSR7). Все остальные характеристики аналогичны характеристикам защиты линии; механизм защиты узла тоже относится к механизмам быстрой перемаршрутизации и тоже является временной мерой. □ Защита пути. В дополнение к основному пути в сети прокладывается путь, связываю щий те же конечные устройства, но проходящий по возможности через устройства LSR и линии связи, не встречающиеся в основном пути (на рисунке это резервный путь B3-LSP1). Данный механизм самый универсальный, но он работает медленнее, чем механизмы защиты линии и узла. Для быстрого обнаружения отказа основного пути или его части могут использоваться различные механизмы и протоколы: сообщения Hello протокола RSVP, протокол LSP Ping или BFD. Использование иерархии меток для быстрой защиты Рассмотрим работу быстрых механизмов защиты на примере защиты линии, представлен ной на рис. 20.17. Пусть для защиты линии LSR2-LSR7 в сети проложен обходной путь B-LSP1. На основном пути LSP1 для продвижения кадров используется последователь ность меток 15,17 и 21. На первом участке обходного пути B-LSP1 используется метка 7, на втором — метка 8 Рис. 20.17. Распределение меток для основного пути и обходного пути защиты линии 724 Глава 20. Технология MPI При'отказе линии LSR2-LSR7 устройство LSR2 начинает направлять кадры, поступаї щие по пути LSP1, в обходной путь B-LSP1 (рис. 20.18). Однако если при этом поменя метку 15 на метку 7, как того требует обычная логика коммутации меток, то кадр приді в устройство LSR7 с меткой 8 (ее установит устройство LSR3), которая не соответству значению метки 17, используемой в устройстве LSR7 для передачи кадров по пути LSP Для того чтобы устройство LSR7 работало при переходе на обходной путь точно так ж как и при нормальной работе основного пути, в технике быстрой защиты применяете иерархия меток. Для этого устройство LSR2, которое реализует механизм защиты лини заменяет метку 15 в пришедшем пакете меткой 17, как если бы линия LSR2-LSR7 не о называла. Затем устройство LSR2 проталкивает метку первого уровня в стек, а на верши* стека помещает метку 7, которая нужна для продвижения кадра по обходному пути. УСТРОЙСТВО LSR3 ЯВЛЯетСЯ ПреДПОСЛеДНИМ УСТРОЙСТВОМ обхОДНОГО ПуТИ. ПОЭТОМУ 01 удаляет верхнюю метку 7 и выталкивает на вершину стека метку 17. В результате а д поступает в коммутатор LSR7 с меткой 17, что и требуется для продвижения его далее г пути LSP1. Аналогичным образом работает механизм быстрой защиты узла, в нем также используетс иерархия меток. Подробное описание одного из наиболее популярных приложений технологии MPLS — MPLS VPN 3-го уровня — можно найти на сайте www.olifer.co.uk в раз деле «Приложения MPLS». Выводы Технология MPLS считается сегодня многими специалистами одной из самых перспективнь транспортных технологий. Главный принцип MPLS: протоколы маршрутизации используются щ определения топологии сети, а для продвижения данных внутри границ сети одного поставщик услуг применяется техника виртуальных каналов. Вопросы и задания 725 Объединение техники виртуальных каналов с функциональностью стека TCP/IP происходит за счет того, что одно и то же сетевое устройство, называемое коммутирующим по меткам маршрутизатором (LSR), выполняет функции как IP-маршрутизатора, так и коммутатора виртуальных каналов. Кадры MPLS имеют заголовки двух типов: □ внешний заголовок одной из технологий канального уровня, например Ethernet или РРР; □ заголовок-прокладка с лолем метки и некоторыми другими полями, относящимися собственно к технологии MPLS. MPLS поддерживает иерархию путей за счет применения техники стека меток. При этом число уров ней иерархии не ограничено. Протокол LDP позволяет автоматически назначать метки для вновь прокладываемого пути LSP. Марш рут для этого пути выбирается на основании работы стандартных протоколов маршрутизации. Для тестирования состояния пути LSP в технологии MPLS разработан протокол LSP Ping, работа которого во многом похожа на работу утилиты ping стека TCP/IP. Мониторинг состояния пути LSP можно выполнять с помощью протокола BFD. Существует несколько механизмов отказоустойчивости в сетях MPLS: □ восстановление пути его начальным узлом; □ защита линии; □ защита узла; □ защита пути. Технология MPLS поддерживает инжиниринг трафика. Для этого применяются специальные версии протоколов маршрутизации, такие как OSPFTE и IS-IS ТЕ, которые учитывают свободную пропускную способность каждой линии связи сети. Автоматическое установление найденного в соответствии с задачами инжиниринга трафика пути осуществляется специальной версией протокола RSVP, которая имеет название RSVP ТЕ. Вопросы и задания 1. Технология MPLS является гибридом технологий: a) IP и IPX; б) IP и OSPF; в) IP и технологии виртуальных каналов. 2. Какие функциональные модули IP-маршрутизатора используются в LSR? Варианты ответов: а) блок продвижения; б) блок протоколов маршрутизации; в) блок протоколов канального уровня. 3. Какое максимальное число уровней иерархии путей LSP? 4. Можно ли в сети, поддерживающей MPLS, передавать часть трафика посредством обычного 1Р-продвижения? 5. Предположим, что LSR использует формат кадров Ethernet. На основе каких адресов LSR выполняет продвижение кадров? Варианты ответов: а) адресов Ethernet; б) адресов IP; в) меток MPLS. 6 . Класс эквивалентности продвижения это: а) набор путей LSP с равными метриками; б) набор путей к одному и тому же выходному устройству LER; в) группа IP-пакетов, имеющих одни и те же требования к условиям транспортировки. 726 Глава 20. Технология MPLS 7. Что является аналогом туннелей MPLS ТЕ в технологии ATM? Варианты ответов: а) постоянные виртуальные каналы; б ) коммутируемые виртуальные каналы; в) иерархические соединения. 8 . Протокол LDP позволяет автоматически проложить пути LSP, причем маршруты для них: а) определяются стандартной таблицей маршрутизации; б) определяются с помощью техники инжиниринга трафика; в) учитывают свободную пропускную способность линий связи. 9. Какой из вариантов управления распределением меток протоколом LDP называется упорядоченным? Варианты ответов: а) метка назначается по запросу от вышележащего устройства LSR; б) метка не назначается устройством LSR до тех пор, пока оно не получит метку от нижележащего устройства; в) метка назначается без запроса. 10. Зачем в сообщении Echo Request протокола LSP Ping в качестве ІР-адреса назначения используется адрес обратной петли 127.0.0.1? Варианты ответов: а) для тестирования стека протоколов T C P/IP каждого промежуточного устройства LSR; б) этот адрес выбран произвольно и ни на что не влияет, потому что сообщение пере дается на основе меток MPLS; в) для передачи сообщения стеку протоколов T C P/IP узла тестируемого пути, после которого путь поврежден. 11. Протокол BFD отличается от протокола LSP Ping следующими свойствами: а) не может тестировать многодоменные пути; б) проще в реализации; в) не способен локализовать неисправности. 12. Какие узлы пути задаются при описании свободного ТЕ-пути? а) только конечный; б) начальный и конечный; в) часть промежуточных узлов. 13. Какие механизмы отказоустойчивости путей MPLS являются самыми быстрыми? Варианты ответов: а) восстановление пути его начальным узлом; б) защита узла; в) защита линии; г) защита пути. |