Компьютерные сети

Так 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 IP-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 MPLS
Входной интерфейс
Метка
Следующий хоп
Действия
SO
245
S1
256
SO
27
S2
45

Внимательный читатель заметил, наверное, небольшое отличие данной таблицы от таблицы 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 точно 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.
Формируя таблицы продвижения на LSR, сигнальныД прото!сол прокладываетчерез сеть виртуальные маршруты, которые в технологии MPLS 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 протокола 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 статические 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 взаимодействует с несколькими IP-сетями, возможно, не поддерживающими технологию MPLS.
Рис. 20.3. MPLS-сеть

Пограничные устройства LSR в технологии МЕМЕМДОРот специальное название “ пограничные кочмутирую»додо.деяаод«^^ .
Устройство LER, являясь функционально более сложным, принимает трафик от других сетей в форме стандартных IP-пакетов, а затем добавляет к нему метку и направляет вдоль соответствующего 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 маршрутизации). Кроме того, существует режим инжиниринга трафика, когда пути LSP прокладываются 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 трафика между двумя устройствами LER нужно установить, по крайней мере, два пути коммутации 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 исходящих из-LER путей LSR 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 LSP.

В LER существует база данных классов FEC; каждый класс описывается набором элементов, а каждый элемент описывает признаки, на основании которых входящий пакет относят к тому или иному классу.
Классификация FEC может выполняться различными способами. Вот несколько примеров:

□ 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. Протокол 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 клиента создается отдельный класс FEC.
□ По типам приложений. Например, трафик IP-телефонии (RTP) составляет один класс FEC, а веб-трафик — другой.
□ По интерфейсу, с которого получен пакет.
□ По МАС-адресу назначения кадра
у
если это кадр Ethernet.

Как видно из приведенных примеров, при классификации трафика в MPLS могут использоваться признаки не только из заголовка IP-пакета, но и многие другие, включая информацию канального (МAC-адрес) и физического (интерфейс) уровней.
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 представляет собой пример FTN.

Таблица 20.2. Пример FTN
Признаки FEC
Метка
123.20.0.0/16; 195.14.0.0/16
106
194.20.0.0/24; ethl
107
На 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 стандартной форме IP-пакета. Таким образом, технология MPLS остается прозрачной для остальных 1Р-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 уровня
Заголовок 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 «заблудившиеся» 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 основном 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 механизма взаимодействия MPLS с технологиями канального уровня рассмотрим ситуацию, когда заголовок MPLS включает только одну метку.
РРР
0
1
2 3
01234567890123456789012345678901
Метка
|CoS|S| TTL
Заголовок MPLS
i
ь Данные РРР ^
Заголовок MPLS
■ Заготовок^_•_- *tJ3 . « _ '
'ДаннцЙг^|
J
1
Данные Ethernet
к {
Ethernet
Frame Relay
Л
Заголовок MPLS (остаток)
\
к >
i к
^ Данные Frame Relay *
i
Метка
ATM
V
Заголовок ATM
У
г

$
Заголовок MPLS (остаток)
Закшовбк/Данные L3
к
i i
i J
^ Данные ATM
i i
Метка
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 технологии 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 заголовком 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 источника 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 АТМ 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 передаче ячеек ATM-коммутаторами, поддерживающими технологию MPLS, не используется.

Далее для определенности при рассмотрении примеров мы будем подразумевать, что ис-
nnirunwTra Алт*от i/o яплп IV/ТОТ Q /О О О
Стек меток
- > меток

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 собственный набор полей: метка, CoS, TTL и S. Последовательность заголовков организована как стек, так что всегда имеется метка, находящаяся на вершине стека, и метка, находящаяся 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 операции 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 момент 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 присвоена 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 аналогично, присваивает пакету новое значение метки (132) и передает его на вход LSR3. Устройство LSR3, будучи предпоследним устройством в пути LSP1, выполняет операцию Pop и удаляет метку из стека. Устройство LER2 продвигает пакет уже на основании IP-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™ одноуровневый 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.
MPLS-домен 1
^^ LSP1 MPLS-домен 2 LSP2Рис. 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 меткам 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 отношении 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
315Push256
MPLS-домен 1

MPLS-домен 2Рис. 20.6. Использование стека меток иерархией путей
IP-пакеты, поступающие на интерфейс SO устройства LER1, продвигаются на его выходной 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 устройства 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).
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 записью 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. Перемещение кадра вдоль пути LSP2 происходит аналогичным образом.
Таблица 20.6. Запись в таблице продвижения LER2
Входной интерфейс
Метка
Следующий хоп
Действия
SO
315

S1
317Push188
-
Описанная модель двухуровневого пути легко может быть расширена для любого количества уровней.
Протокол LDP

Протокол распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP) позволяет автоматически создавать в сети пути LSP в соответствии с существующими в таблицах маршрутизации 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 IGP называют ускоренной MPLS-коммутацией, это название отражает начальную цель разработчиков технологии MPLS, которая состояла только в ускорении продвижения IP-пакетов с помощью техники виртуальных каналов. Спецификация LDP дается в RFC 5036 (

http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5036.txt
).
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 назначения 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 нового пути. Для этого оно запрашивает по протоколу LDP метку для новой сети 132.100.0.0 у маршрутизатора, IP-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.

Сеансы LDP устанавливаются между соседними маршрутизаторами автоматически. Для этого каждое устройство LSR, на котором развернут протокол LDP, начинает посылать своим соседям сообщения Hello. Эти сообщения посылают по групповому IP-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).

Все материалы, размещенные в боте и канале, получены из открытых источников сети Интернет, либо присланы пользователями  бота. 
Все права на тексты книг принадлежат их авторам и владельцам. Тексты книг предоставлены исключительно для ознакомления. Администрация бота не несет ответственности за материалы, расположенные здесь