Протоколы ускоренной маршрутизации. Технология маршрутизации по меткам MPLS

САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИКИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Протоколы ускоренной маршрутизации.      Технология маршрутизации по меткам MPLS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор реферата:

Студент гр. 5092/1 Букин Сергей

meggabulk@mail.ru

 

 

 

Работа завершена 15 апреля 2006 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация реферата

 

Реферат посвящен вопросам ускоренной маршрутизации. Рассмотрена технология многопротокольной коммутации по меткам (MPLS). Рассмотрены предпосылки возникновения данной технологии, описаны ее сферы применения, а также, сделаны выводы относительно развития технологии в будущем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1		Введение	5
2		История вопроса	6
3		Поддержание качества обслуживания с  ориентацией на соединение	6
4		Конструирование трафика	7
5		Поддержка виртуальных частных  сетей	7
6		Архитектура многопротокольной коммутации по меткам (MPLS)	8
	6.1	Терминология	8
	6.2	Метки	9
	6.3	Ключевые элементы функционирования архитектуры MPLS	9
	6.4	Протокол MPLS	12
	6.5	Обработка меток	13
	6.6	Обработка пакетов	14
	6.7	Выбор маршрута	16
	6.8	Схема маршрута с коммутацией меток (LSP)? Входной и выходной LSP	17
	6.9	LSP следующего шага	18
	6.10	Неверные входные метки	18
7		Управление трафиком	19
	7.1	Введение	19
	7.2	Объективные характеристики управления трафиком	19
	7.3	Управление трафиком и ресурсами	20
	7.4	MPLS и управление трафиком	21
	7.5	Наведенный MPLS-граф	22
8		Выводы	23
	8.1	Приложения MPLS	23
	8.2	Что сулит нам MPLS?	24
	8.3	Что дальше?	25
9		Список литературы	26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список сокращений

 

ATM                    Asynchronous Transfer Mode – асинхронный режим  передачи

BGP                    Border Gateway Protocol – протокол внешней маршрутизации

FEC                     Forwarding Equivalence Class – класс переадресации

IGP                      Interior Gateway Protocol – внутренний протокол маршрутизации

ILM                     Incoming Label Map – таблица соответствия  входящих меток

IP                         Internet Protocol – протокол Интернет

IPG                      Interior Protocol Gateway

LDP                     Label Distribution Protocol – протокол пересылки меток

L2                        Layer 2 – уровень 2

L3                        Layer 3 – уровень 3

LSP                     Label Switched Path – путь с коммутацией  меток

LSR                     Label Switching Router – маршрутизатор c коммутацией  меток

MPLS                  MultiProtocol Label Switching – многопротокольная  коммутация меток

NHLFE              Next Hop Label Forwarding Entry – запись, содержащая адрес следующего шага при коммутации меток

OSPF                   Open Short Test Path First

PHB                     Per-Hop Behavior - поведение на ретрансляционном участке

SVC                     Switched Virtual Circuit – переключаемая виртуальная схема

SVP                     Switched Virtual Path – переключаемый виртуальный  путь

TTL                     Time-To-Live – время жизни

VC                       Virtual Circuit – виртуальная схема

VCI                    Virtual Circuit Identifier – идентификатор виртуальной схемы

VP                       Virtual Path – виртуальный путь

VPI                       Virtual Path Identifier – идентификатор виртуального пути.

VPN       Virtual Private Network – Виртуальная частная сеть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

Бурное развитие Интернет, сопровождаемое ростом спроса на все более разнообразные  и надежные услуги, заставляет Интернет-провайдеров  постоянно модернизировать свои сети. В середине 90-х годов в качестве основы такой модернизации ряд компаний выбрали модель IP-over-ATM, которая позволила им повысить производительность сетей и осуществлять моделирование трафика. Более того, экономически выгодным оказалось мультиплексирование трафика Интернет вместе с другими типами трафика, передаваемого по АТМ-магистралям.

 

Но время идет, и технический  прогресс не стоит на месте. Последним  словом в развитии средств маршрутизации  и коммутации для магистралей  Интернет явилась разработка технологии многопротокольной коммутации на основе меток (Multiprotocol Label Switching — MPLS). В ней сохранено все лучшее, что присуще архитектуре IP-over-ATM (эффективные мультиплексирование и моделирование трафика, высокая производительность), и при этом она еще больше повышает масштабируемость сетей, упрощает их построение и эксплуатацию. Важно и то, что MPLS может использоваться не только с АТМ, но и с любой другой технологией канального уровня. [2]

 

MPLS (MultiProtocol Label Switching) — это технология  быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. MPLS разрабатывается и позиционируется как способ построения высокоскоростных IP-магистралей, однако область ее применения не ограничивается протоколом IP, а распространяется на трафик любого маршрутизируемого сетевого протокола.

 

Традиционно главными требованиями, предъявляемыми к технологии магистральной  сети, были высокая пропускная способность, малое значение задержки и хорошая  масштабируемость. Однако современное  состояние рынка диктует новые правила игры. Теперь поставщику услуг недостаточно просто предоставлять доступ к своей IP-магистрали. Изменившиеся потребности пользователей включают в себя и доступ к интегрированным сервисам сети, и организацию виртуальных частных сетей (VPN), и ряд других интеллектуальных услуг. Растущий спрос на дополнительные услуги, реализуемые поверх простого IP-доступа, обещает принести Internet-провайдерам огромные доходы.

 

Для решения возникающих задач  и разрабатывается архитектура  MPLS, которая обеспечивает построение магистральных сетей, имеющих практически неограниченные возможности масштабирования, повышенную скорость обработки трафика и беспрецедентную гибкость с точки зрения организации дополнительных сервисов. Кроме того, технология MPLS позволяет интегрировать сети IP и ATM, за счет чего поставщики услуг смогут не только сохранить средства, инвестированные в оборудование асинхронной передачи, но и извлечь дополнительную выгоду из совместного использования этих протоколов.

 

За развитие архитектуры MPLS отвечает рабочая группа с одноименным названием, входящая в секцию по маршрутизации консорциума IETF. В деятельности группы принимают активное участие представители крупнейших поставщиков сетевых решений и оборудования. В архитектуре MPLS собраны наиболее удачные элементы всех упомянутых разработок, и вскоре она должна превратиться в стандарт Internet благодаря усилиям IETF и компаний, заинтересованных в скорейшем продвижении данной технологии на рынок. [4]

 

2. История вопроса 

 

История создания архитектуры MPLS началась с ряда попыток объединения технологий IP и ATM в середине 90-х гг. Первым продуктом на рынке стала IP-коммутация, разработанная компанией Ipsilon. О выпуске собственных аналогичных продуктов объявили многие другие компании, среди которых следует отметить Cisco Systems (тег-коммутация), IBM (IP-коммутация, основанная на агрегированных маршрутах) и Cascade (IP-навигатор). Целью всех этих продуктов было повышение пропускной способности и улучшение характеристик задержки протокола IP. Во всех продуктах применяется один и тот же основной метод: для нахождения маршрутов между конечными точками используется стандартный протокол маршрутизации, например OSPF, при поступлении пакетов в сеть им назначаются соответствующие маршруты, для перемещения этих пакетов по маршрутам применяются ATM-коммутаторы. Когда эти продукты вышли на рынок, ATM-коммутаторы были значительно быстрее IP-маршрутизаторов, поэтому цель заключалась в том, чтобы повысить производительность, переместив как можно большую часть трафика вниз, на уровень ATM, и использовать коммутационное оборудование ATM.

В ответ на эти частные инициативы группа IETF создала в 1997 г. рабочую группу MPLS для разработки общего стандартизированного подхода. Рабочая группа выпустила свой первый набор предложений в 2001 г. Однако тем временем рынок не стоял на месте. В конце 90-х г. появились маршрутизаторы, не уступающие по скорости коммутаторам ATM, что избавило от необходимости поддерживать в одной и той же сети одновременно технологии ATM и IP. Тем не менее, архитектура MPLS играет важную роль, снижая объем необходимой обработки каждого пакета на каждом маршрутизаторе в IP-сети, что еще в большей степени увеличивает производительность маршрутизаторов. Что еще важнее, архитектура MPLS предоставляет важные новые возможности в четырех популярных областях: поддержании качества обслуживания, конструировании трафика, виртуальных частных сетей и многопротокольной поддержки. Прежде чем перейти к обсуждению деталей архитектуры MPLS, поочередно кратко рассмотрим эти четыре области. [1]

 

3. Поддержание качества обслуживания с ориентацией на соединение

 

Менеджерам и пользователям  сетей по ряду причин требуется все  более сложная система поддержания качества обслуживания. Перечислим основные требования:

• Гарантирование фиксированной пропускной способности для конкретных 
  приложений, таких как аудио- и видеоконференции.

 

• Управление характеристиками задержки и флуктуации задержки, а также 
  гарантирование пропускной способности для передачи голоса.

 

• Предоставление специфических, гарантированных и поддающихся количественному определению соглашений об уровне обслуживания, называемых договорами о трафике.

 

• Конфигурирование разных уровней качества обслуживания для разных 
  пользователей.

Сеть, не требующая соединений, такая как IP-сеть, не может предоставлять действительно твердых обязательств относительно качества обслуживания. Архитектура дифференцированных служб работает прямолинейно и только с агрегатами трафика от нескольких источников. Архитектура интегрированных служб, использующая протокол RSVP, напоминает подход с установлением соединения, но не допускает настройки в плане гибкости и масштабируемости. Для таких служб, как голос и видео, требующих сетей с высокой предсказуемостью, подходы, характерные для дифференцированных и интегрированных служб, в сильно загруженных сетях могут оказаться неадекватными. Напротив, ориентированная на соединение сеть, как мы видели, обладает мощными средствами управления трафиком и предоставления обслуживания с различными уровнями качества. Архитектура MPLS накладывает на объединенную IP-сеть структуру, ориентированную на соединение, и таким образом формирует основу для подробного и надежного договора о трафике. [1]

 

4. Конструирование трафика

Архитектура MPLS упрощает предоставление сетевых ресурсов, меняя нагрузку в соответствии с запросом, а также упрощает предоставление дифференцированных уровней поддержки, удовлетворяя разнообразные требования пользователей к трафику. Способность динамически выбирать маршруты, планировать ресурсы на основе известных требований и оптимизировать использование сети называется конструированием трафика (traffic engineering).

Основной механизм протокола IP обладает примитивными формами автоматизированного конструирования трафика. В частности, протоколы маршрутизации, например OSPF, позволяют маршрутизаторам в целях балансирования нагрузки динамически менять маршруты пакетов для данного получателя. Но подобный метод динамической маршрутизации реагирует на возникновение перегрузки весьма примитивно и не предоставляет обслуживания с разными уровнями качества. Весь трафик между двумя конечными точками следует по одному и тому же маршруту, который может быть изменен только в случае перегрузки. С другой стороны, архитектура MPLS обладает информацией не только об индивидуальных пакетах, но и о потоках пакетов, у каждого из которых есть определенные требования к качеству обслуживания и предсказуемые потребности трафика. В архитектуре MPLS возможен выбор маршрутов на основе этих отдельных потоков, причем различные потоки, связывающие одну и ту же пару конечных точек, могут следовать по разным маршрутам. Кроме того, при возникновении перегрузки проложенные архитектурой MPLS маршруты могут быть разумно изменены. То есть вместо простого изменения маршрутов отдельных пакетов архитектура MPLS позволяет изменять маршруты потоков, пользуясь данными о требованиях к трафику каждого потока. Эффективное конструирование трафика может существенно увеличить пропускную способность сети. [1]

5. Поддержка виртуальных частных сетей

Архитектура MPLS предоставляет эффективный механизм поддержки виртуальных частных сетей (Virtual Private Network, VPN). При этом трафик данного предприятия или группы прозрачно проходит через объединенную сеть, причем можно легко отделять этот трафик от остальных пакетов объединенной сети, предоставляя гарантии производительности и безопасности. [1]

 

 

 

 

6. Архитектура многопротокольной коммутации пакетов по метком MPLS
1. Терминология

• Класс эквивалентности продвижения данных (Forwarding Equivalence Class, 
  FEC). Группа IP-пакетов, продвигаемых в одной и той же манере (например, по одному и тому же маршруту, с одним и тем же обслуживанием).