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MPLS

• Multi Protocol Label Switching• Objectifs initiaux

– accélérer commutation IP• « lenteur » de la commutation IP saut par saut• Cell switching router (Toshiba 94), IP switching

(Ipsilon 96), Tag switching (cisco fin 96), …• Création groupe IETF MPLS 12/96• Normalisation (début 2001 …)

– RFC 3031 (architecture), RFC 3036 (LDP), …

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MPLS

• Idée– Insérer un label dans paquet (IP ou autre)– Construire une table (FIB) de commutation en

fonction du label• Label court : lookup rapide• Possibilité d’agréger des destinations• Unifier la commutation des paquets

– Unicast ordinaire longest match (@D)– Unicast avec ToS : exact match (@D +ToS)– Multicast exact match (@D, @S, int. Entrée)– Protocoles différents (IPv4, IPv6, …) : Mpls

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MPLS : nouveaux objectifs

• Commutation de label =– forme de tunnel (encapsulation) =>– construire des chemins particuliers

• ingénierie de trafic, routage avec QoS• Ex : RSVP-TE, CR-LDP

– masquer le réseau traversé• VPN IP basés sur MPLS et BGP• interconnexion de LAN à travers réseau IP

– trame sur IP, VPLS

– extension à d’autres niveaux• λ MPLS, GMPLS

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FEC

• Concept de Forwarding Equivalence Class– Tous paquets d’une FEC traités de la même façon

• Même interface sortie• Même NextHop• Même file attente (si QoS)• Ex : unicast classique FEC = préfixe• Granularité variable

– FEC grossier : préfixe réseau 192.168.0.0/18– FEC fin : flux RSVP @S, @D, port S, port D

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FIB MPLS• 2 possibilités

• 1 table par entrée (portée label = lien)• 1 table globale (portée label = nœud)

(int entrée, label entrée) => (label de sortie, int sortie, NextHop, File)n

• n > 1 si multicast

• Quel équipement insére le premier label ?– Classification des paquets

• Comment construire la FIB ?• Comment insérer les labels dans des

paquets/trames?

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Insertion des labels• RFC 3032 MPLS Label Stack encoding• Pile de labels (utilisé p.e. dans VPN BGP-MPLS)• Label codé sur 20 bits dans Label Entry de 32 bits

– Label (20), Cos (3), Stack (1), TTL (8)– Stack = 1 <=> fond de pile

• Quelques labels réservés– 0 : IPv4 Explicit Null (fond de pile) => oblige à POP et

traitement IPv4– 1 : Router Alert Label (pas au fond) => examen spécial– 2 : IPv6 Explicit Null– 3 : Implicit Null (pas dans la pile) distribué pour forcer POP

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Labels• Insertion ethernet

– @D,@D, ether=8847, label(s), network layer• Possible LLC/SNAP

– Remarque :• ethertype d’origine 0800 (IPv4) 86DD (IPv6), … perdu• Doit être déductible du label ou du network layer

• Insertion ATM– Réutilisation hard ATM pour MPLS

• => label dans entête cellule– Label sommet stack dans VPI,VCI (pas de TTL)

• Permet réutiliser commutation cellule• Stack complet dans paquet AAL

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Encapsulation• TTL initialisé à TTL IP entrant

– Décrémenté (si possible) => détection de boucle• Problème des messages ICMP

– Connaissance du protocole supérieur ?– Possibilité de router message ICMP

• Adresse niveau IP peut être non routable (p.e. privée)• Possibilité :

– générer un paquet ICMP, et lui donner le même label stack– (sauf TTL)– le paquet « descend » jusqu’à l’Egress qui retransmet à la source

• Ex :– Problème de TTL exceeded (traceroute)– Problème de Path-MTU discovery

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Commutation (FIB)• 3 structures

– NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry• Indique

– Prochain saut– Opérations à effectuer sur pile de label

» Remplacer sommet pile SWAP (usuel)» Supprimer sommet pile POP» ex : sortie domaine Mpls : Egress router» Remplacer puis empiler 1 ou +sieurs labels PUSH

– Infos spécifiques au lien» Adresse mac , …

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Commutation (2)

• ILM Incoming Label Map– Pour paquets avec label– label entrée (et int) => 1 ou +sieurs NHLFE

• Pour load balancing multipath• 1 seul NHFLE choisi

• FEC to NHFLE map– Pour paquets non labelés– Entrée de domaine Mpls : Ingress router– Insertion du premier label en fonction de la FEC

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Construction des tables

• Protocoles de routage « classiques »– (A) Mapping FEC à NextHop (FIB IP)

OSPF, RIP, BGP, PIM, …

• Création d’association– (B) FEC <-> Label

• Distribution association– (A) +(B) => ILM + NHLFE

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Association

• Association FEC <-> label– Locale (décidée localement)– Distante (décidée par voisin)– Les 2 voisins doivent être d’accord

• signalisation– Création upstream ou downstream

• Choix MPLS : downstream

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Déclenchement association

• Deux méthodes– Méthode Control Driven

• Événement proto routage– OSPF recalcule table– Réservation RSVP– PIM join/prune …

• Stable (indépendant trafic)• Nombreuses associations inutiles

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Déclenchement association (2)

• Méthode Data driven– À la détection d’un nouveau flux– Pas d’association inutile– Que se passe-t-il pour un paquet sans

association ? (réseau hybride)

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Distribution des labels

• Par protocoles de routage (piggybacking)– Possible avec vecteur de distance ou

chemins (RIP, BGP)• Annonces suivent chemin inverse données

– Peu compatible avec état des liens• Inondation des annonces

• Par protocoles spécifiques (LDP)

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Architecture• LSR Label Switch Router

– Routeur capable de commuter des paquets par label• Domaine MPLS

– Ensemble de LSR qui échangent• Des paquets avec label et des infos sur les associations• ~ domaine de routage

– Pour une FEC• Pour une entrée Ingress

– en général une seule sortie Egress– LSP (Label Switched Path) de Ingress vers Egress

• En général N Ingress utilisent la même sortie– 2 solutions

» 1 arbre : LSP-tree» ou bien N LSP indépendants

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LSR et LSP merge

• Label merge : pour une même FEC– deux entrées (incoming label)

• => un seul NHFLE (et donc un seul label)• en général possible pour un routeur IP

• Si label merge impossible :– plusieurs LSP convergent vers Egress

même FEC, mais labels différents sur un lien

– Ex : switch ATM– Label <=> CV

• label merge <=> cellules de plusieurs CV « mélangées »incompatible avec AAL

• possibilité de merge sur le VP, mais VC ≠

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Création des LSP• Mode ordonné

– Egress déclenche création de proche en proche versIngress

• Créer association si Egress ou si reçu association de l’aval• => Si LSP existe à l’Ingress, existe jusqu’à Egresss• Séquentiel => plus lent• Peut être Hop by Hop (chaque LSR décide prochain saut) ou• Explicite (~PNNI, source routing plus avantageux que IP)

• Mode indépendant– Chaque LSR décide pour ses liens entrants

• Construction en parallèle (+ rapide)• Risque incohérence

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Exemple (downstream, ordonné)

R2R3

R5

R1

R4 R6 R7

Domaine MPLS

BGP Nouveau préfixe F

(F, L0)

(F, L1)(F, L3)

(F, L2)

(F, L4)

(F, L5)

BGP Nouveau préfixe F

BGP Nouveau préfixe F

BGP Nouveau préfixe F

R4L1,L2 -> R6, SWAP(L0)

R6L0 -> R7, POP

R5F -> R4, PUSH(L2)L5 -> R4, SWAP(L2)R2L3,L4 -> R4, SWAP(L1)

L5 inutilisé

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Distribution des labels : LDP

• LDP Label Distribution Protocol– RFC 3036– Divers messages pour gérer adjacences entre

LSR voisins• Découverte adjacences (Hello) UDP, périodique• Établissement de session TCP• « hard state » : pas de de rafraîchissement cyclique

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LDP : Associations– Label Advertisement : 4 commandes

• Label Request(FEC) (descendant)– Nouvelle FEC ou nouveau NH (ou commande)

• Label Mapping(FEC, Label) (montant)– Réponse à request ou spontané

• Withdrawal(FEC, Label)– Plus de route pour FEC

• Release(Label)– Plus besoin du Label

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Distribution (suite)• Mode libéral

– Garder les mapping(FEC, L) de LSR1Même si NH pour FEC ≠ LSR1Utilisables si NH(FEC) changeGaspille espace label

• Mode conservateursi NH(FEC) ≠ LSR, envoyer release(L) à LSR1

• Mode downstream on demand• Request descend depuis Ingress

• Mode unsollicited downstream• Pas de request, mapping initié par Egress (schéma)

Mode négocié lors établissement session

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Exemple (LDP downstream on demand, ordonné)

R2R3

R5

R1

R4 R6 R7

Domaine MPLS

BGP Nouveau préfixe F

Map(F, L0)

Map(F, L1)Map(F, L3)

Map(F, L2)

Map(F, L4)

BGP Nouveau préfixe F

BGP Nouveau préfixe F

BGP Nouveau préfixe F

R4L1,L2 -> R6, SWAP(L0)

R6L0 -> R7, POP

R5F -> R4, PUSH(L2)

R2L3,L4 -> R4, SWAP(L1)

REQ(F)REQ(F)

REQ(F)

REQ(F)

REQ(F)

routes IPvers F

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LDP : FEC

• FEC = suite d’éléments FEC– Élément FEC = préfixe ou adresse d’hôte– Prochain saut vers tous les éléments

• Doit être identique• Sinon POP (possibilité de pile)

LSR2LSR1

LSR4

LSR3 Préfixe P1

Préfixe P2

Agrégation P1,P2

Mapping(P1,L1)

Mapping(P2,L2)

Mapping((P1,P2),L3)POP

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Contrôle de boucle

• Données : TTL (curatif)– élimination de paquets

• Construction de LSP (préventif)– Option configurable « loop detect »– incluse dans Request et Mapping– Hopcount TLV #LSR traversés– Path vector TLV (pour LSR non « merge capable »)

• Liste des LSR traversés– Message LDP « loop detected notification »

• HopCount max atteint ou• PathVector contient Id LSR local (ou max atteint)

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Routeur/commutateurrouteur IP + LSR MPLS

RIB

FIB

Signalisation

Données

A, donnéesentrée

FC

Algo routage

sortiepaquet

configuration

Routage IPLDP

RIB IPLIB label IB

A = label

Commutation de labels

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Ingénierie de trafic• Traffic Engineering

• RFC 2702, Requirements for Traffic Engineering Over MPLS,septembre 99

• 2 types d’objectifs– Orientés trafic (~qualité de service pour les flux)

• Pour certains flux (type d’applic., de client)• Contraintes de qualité de service (débit, délai,…)

– => routage basé sur destination + (QoS dispo / lien)?– Orientés ressources (bonne utilisation des ressources)

• Répartir les flux– Augmenter la bande passante totale utilisable– Et/ou limiter la congestion– => routage basé sur destination + (BP dispo ?)

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Ingénierie de trafic (2)– Commutation des paquets

• basé sur critères supplémentaires• Difficile à obtenir avec routage saut par saut

– Routage source (peu efficace en IP)– Marquer (épingler) la route (route pinning)

• MPLS : LSP = route « marquée »– Signalisation spécifique (RSVP-TE ou CR-LDP)– Utilisation différente des protocoles de routage

» Calcul à la source (à la demande ?)» Calcul par serveur

PCE : Path Computing Element

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RSVP

• Principe de RSVP (architecture Intserv)– Source envoie RSVP-Path(Dest, FlowSpec)

• « marquage du chemin »• Nécessaire car routage non symétrique

– Récepteur(s) envoie RSVP-Resv• Réservation ressources sur le chemin• prend le chemin inverse (grâce marquage)

– Nécessite option Router Alert• Paquet Source => Dest. Traité par routeurs

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RSVP

• Soft State (messages périodiques)– si route IP change

• réservation change au prochain Path/Resv

• RSVP de base :– utilise routes IP « classiques »

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RSVP-TE (1)• RFC 3209, 3210 (décembre 2001)• Associe un label à un flux RSVP

– Mode downstream on demand• RSVP-Path(Label Request, Fec = D)

– En option objet route explicite• Liste de nœuds abstraits

– Strict (doit être voisin du précédent)– Lâche (loose) (pas nécessairement voisin direct)

• Nœud abstrait– décrit par Adresse IP ou Préfixe ou N° AS

– Réponse RSVP-Resv(Label, Fec)

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RSVP-TE (2)• Changement dynamique de LSP

– Nouvelle capacité– Panne– Augmentation besoin des flux

• => modification sans perturbation– Identificateur de session– Changement de LSP : « make before break »

• Détecter liens communs ancien et nouveau LSP– même ident. de session

• Ne pas ajouter les BP (uniquement delta si ≠ )

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Architecture de TE

• Automatisation des tunnels TE– Prise en compte des contraintes

• Bande passante– Connaître les ressources– Calculer des routes explicites

• Tenant compte ds ressources (CSPF)– => nouveau routage

• OSPF-TE

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OSPF-TE

• RFC3630• Spécifie 1 nouveau LSA TE-LSA

– Bande passante totale– Bande passante totale réservable– Bande passante résiduelle

• Sur 8 niveaux de priorité– Groupe(s) administratif(s) (couleur)

• Peut appartenir à 1 ou plusiuers de 32 groupes– Métrique de TE (peut être ≠ métrique usuelle)

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OSPF-TE (suite)

• Chaque routeur– Carte réseau avec BP disponible

• Sur chaque lien• Par priorité

• Lors de demande– Chemin de R1 à R2,

• bande passante D, priorité P

– Calcul (par la source ) du CSPF

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OSPF-TE (suite)• Calcul (par la source A ) du CSPF

Constrained SPF shortest path first– Prendre le graphe du réseau– Éliminer les arêtes dont la BP résiduelle pour P

• Vérifie BPrésiduelle < Demande– Lancer l’algorithme de Dijkstra

• => tous les chemins calculés vérifient BP > D– Récupérer le chemin A=R1, R2, R3, …Rn=B– Réserver D sur ce chemin via RSVP-TE avec route explicite

• Si succès, chaque routeur envoie– LSA-TE mis à jour (BP résiduelle diminuée de D)

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CR-LDP

• Constrained Routing LDP– RFC 3212-3214, janvier 2002

• Distribution « ordered on-demand downstream »– Label-Request => mapping

• Routage explicite (strict ou lâche) entre noeuds abstraits• Descripteur de trafic

– (peak rate, commited rated) (token bucket)• Priorité (possibilité de préemption)• « hard state » comme LDP ≠ RSVP soft state

– A été virtuellement abandonné au profit de RSVP-TE• Cf rfc3468 , bien que « proposed standard » de l’ietf

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Demande R3 => R6 10M

R2R3

R5

R1

R4 R6 R7

Domaine MPLS

Demande pour F

R3 envoieRSVP Path route explicite R3 - R2 - R5 -R4 - R6 label request BP demandée 10M

R3 calcule Route expliciteR3 - R2 - R5 -R4 - R6(CSPF)50

5

40 20

60

Path

Path Path

Path

R6 renvoieRSVP Resv Label BP

Resv, L1Resv, L4

Resv, L3 Resv, L2

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Biblio• [RFC 2702] Requirements for Traffic Engineering Over MPLS,

septembre 99• [MPLS] Davie, Rekhter, MPLS Technology and Applications,

Morgan Kaufmann, 2000.• [RFC3031] MPLS architecture, janvier 2001• [RFC 3032] MPLS label stack encoding, janvier 2001.• [RFC 3036] LDP specification, janvier 2001.• [QoSR] Z Wang, J Crowcroft, Quality of Service Routing for

Supporting Multimedia Applications, IEEE JSAC, Vol 14 N°7,sept 96.

• [RFC 3209, 3210] RSVP-TE, décembre 2001• [RFC 3212-3214] CR-LDP, janvier 2002