Технология MPLS. Протокол LDP

1. МДК.01.01 Организация, принципы построения и функционирования компьютерных сетей 3-курс

Технология MPLS
Занятие 07, 08

2. Протокол LDP

Протокол распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP)
позволяет автоматически создавать в сети пути LSP (пути коммутации
по меткам) в соответствии с существующими в таблицах
маршрутизации записями о маршрутах в IP-сети.
Протокол LDP является сигнальным протоколом сетей MPLS.
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).

3.

4. Протокол LDP

Рассмотрим работу протокола LDP на примере сети, изображенной на
рисунке.
Все устройства LSR сети поддерживают сигнальный протокол 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 означает, что таблица FTN (отображающая сети назначения на
устройства LSP) у LSR1 соответствует таблице.

5. Протокол LDP

Метка 231 в этой таблице соответствует пути LSP1.
Мы рассмотрим функционирование протокола LDP в ситуации, когда в
таблице маршрутизации устройства LSR1 появилась запись о новой
сети назначения, для которой в сети поставщика услуг еще не
проложен путь коммутации по меткам.
Такая запись может получиться в результате работы протоколов
маршрутизации или же после ручной модификации администратором.
В нашем случае это сеть 132.100.0.0 (она закрашена в таблице
маршрутизации LSR1) и для нее нет записи в таблице FTN.

6. Протокол LDP

В этом случае устройство 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.

7. Протокол LDP

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 посылаются по групповому IР-адресу 224.0.0.2, который
является адресом всех маршрутизаторов подсети.
Если соседний маршрутизатор также поддерживает протокол LDP, то он
в ответ устанавливает сеанс TCP через порт 646 (этот порт закреплен за
протоколом LDP).

8. Протокол LDP

В результате обмена сообщениями Hello все поддерживающие
протокол LDP устройства LSR обнаруживают своих соседей и
устанавливают с ними сеансы, как показано на следующем рисунке
(для простоты на рисунке представлены не все сеансы LDP,
существующие в сети).
Будем считать, что между устройствами LSR1 и LSR2 установлен сеанс
LDP.

9.

10. Протокол LDP

Тогда при обнаружении новой записи в таблице маршрутизации,
указывающей на устройство LSR2 в качестве следующего хопа,
устройство LSR1 просит устройство LSR2 назначить метку для нового
пути к сети 132.100.0.0.
Говорят, что устройство LSR2 находится ниже по потоку (downstream)
относительно устройства LSR1 на пути к сети 132.100.0.0.
Соответственно устройство LSR1 расположено выше по потоку для
устройства LSR2 относительно 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.

11. Протокол LDP

Причина, по которой значение метки для нового пути выбирается
соседом ниже по потоку, понятна — эта метка, которая имеет
локальное значение на двухточечном соединении между соседними
устройствами.
Эта метка будет использоваться именно этим устройством для того,
чтобы понимать, к какому пути LSP относится пришедший MPLS-кадр.
Поэтому устройство ниже по потоку выбирает уникальное значение
метки, исходя из неиспользованных значений меток для своего
интерфейса, который связывает его с соседом выше по потоку.

12. Протокол LDP

Для получения значения метки устройство LSR1 выполняет запрос
метки протокола LDP. Формат такого запроса достаточно прост:
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 указан адрес 132.100.0.0.

13. Протокол LDP

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 которого указан в
его таблице маршрутизации в качестве следующего хопа для
сети 132.100.0.0.
В примере, показанном на предыдущем рисунке, таким
устройством является LSR3, на котором путь коммутации по
меткам должен закончиться, так как следующий хоп ведет за
пределы MPLS-сети данного оператора.

14. Протокол LDP

Возникает вопрос: как устройство LSR3 узнает о том, что
является последним в сети поставщика услуг на пути к
сети 132.100.0.0?
Дело в том, что сеансы LDP устанавливаются только между
устройствами одного поставщика услуг.
Поэтому отсутствие сеанса LDP со следующим хопом
маршрута и говорит устройству LSR, что оно является
последним в своем домене для данного пути LSP.

15. Протокол LDP

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
представлен в таблице. Пусть это будет метка 231.

16. Протокол LDP

В свою очередь устройство LSR2 назначает не используемую его
интерфейсом S0 метку и сообщает об этом устройству LSR1.
После этого новый путь коммутации по меткам, ведущий от LSR1
к сети 132.100.0.0, считается проложенным (смотри следующий
рисунок).
Вдоль этого пути пакеты начинают передаваться уже на основе
меток и таблиц продвижения, а не IP-адресов и таблиц
маршрутизации.

17.

18. Протокол LDP

Было бы нерационально прокладывать отдельный путь для
каждой сети назначения каждого маршрутизатора.
Поэтому устройства LSR стараются строить агрегированные пути
коммутации по меткам и передавать вдоль них пакеты,
следующие к некоторому набору сетей.
Так, на рисунке устройство LSR1 передает по пути LSP2 пакеты,
следующие не только к сети 132.100.0.0, но и к сетям 194.15.17.0
и 201.25.10.0.
Информация об этих сетях появилась уже после того, как путь LSP2
был проложен.

19. Протокол LDP

Мы рассмотрели только один режим работы протокола LDP,
который носит длинное название «Упорядоченный режим
управления распределением меток с запросом устройства вниз по
потоку».
Здесь под упорядоченным режимом понимается такой режим,
когда некоторое 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.

20. Протокол LDP

Существует и другой режим управления распределением меток,
который называется независимым.
При независимом управлении распределением меток LSR может
назначить 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 локальное значение, результат изменения
режима остался бы прежним.

21. Протокол LDP

Существуют также два метода распределения меток:
распределение по запросу от лежащего ниже по потоку
устройства и без запроса.
Для нашего случая это означает, что если бы устройство 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 запроса.
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.

22. Протокол LDP

В этом варианте работы протокола LDP устройства LSR могут
получать альтернативные метки для пути к некоторой сети.
А выбор наилучшего пути осуществляется обычным для IPмаршрутизаторов способом — на основании наилучшей
метрики, выбираемой протоколом маршрутизации.
Это происходит потому, что устройства LSR являются по
совместительству маршрутизаторами сети.

23. Протокол LDP

Как видно из описания, существует два независимых параметра,
которые определяют вариант работы протокола LDP:
- режим управления распределением меток;
- метод распределения меток.
Так как каждый параметр имеет два значения, всего существует
четыре режима работы протокола LDP.
Протокол LDP чаще всего функционирует в режиме
независимого управления распределением меток без запроса.
Упорядоченное управление распределением меток требуется
при прокладке путей LSP, необходимых для инжиниринга
трафика.

24. Инжиниринг трафика в MPLS

Технология MPLS поддерживает технику инжиниринга трафика.
В этом случае используются модифицированные протоколы
сигнализации и маршрутизации, 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 прокладываются распределенным способом
вдоль путей, находимых обычными протоколами
маршрутизации независимо в каждом отдельном устройстве
LSR.

25. Инжиниринг трафика в MPLS

Вместо этого ТЕ-туннели прокладываются в соответствии с
техникой маршрутизации от источника, когда централизованно
задаются промежуточные узлы маршрута.
В этом отношении ТЕ-туннели подобны постоянным
виртуальным каналам технологий ATM и Frame Relay.
Инициатором задания маршрута для ТЕ-туннеля выступает
начальный узел туннеля.
Рассчитываться такой маршрут может:
- этим же начальным узлом,
- внешней программной системой,
- или администратором.

26. Инжиниринг трафика в MPLS

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 следующем рисунке показаны оба типа туннелей.

27.

28. Инжиниринг трафика в 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 промежуточные
узлы, то есть последовательность IP-адресов для устройств LERI,
LSR1, LSR2, LSR3, LSR4, LER3.
Таким образом, внешняя система решила задачу инжиниринга
трафика, выбрав путь с достаточной неиспользуемой
пропускной способностью.

29. Инжиниринг трафика в MPLS

При установлении 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.

30. Инжиниринг трафика в MPLS

При прокладке туннеля 2 (свободного) администратор задает
только начальный и конечный 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.

31. Инжиниринг трафика в MPLS

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 способность на основании измерений
трафика в сети, тенденций изменения трафика, а также
собственной интуиции.

32. Инжиниринг трафика в MPLS

Некоторые реализации MPLS ТЕ позволяют затем автоматически
корректировать величину зарезервированной пропускной
способности на основании автоматических 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.

33. Инжиниринг трафика в MPLS

Для того чтобы данные были переданы по туннелю,
администратору предстоит еще одна ручная процедура —
задание для начального устройства туннеля условий, определяющих, какие именно пакеты должны передаваться по
туннелю.
Условия могут быть чрезвычайно разнообразными.

34. Инжиниринг трафика в MPLS

Так, в качестве признаков агрегированного потока, который
должен передаваться по туннелю, могут выступать все
традиционные признаки:
- IР-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.

35. Инжиниринг трафика в MPLS

Таким образом, устройство LER должно сначала:
- провести классификацию трафика,
- затем выполнить профилирование, удостоверившись, что
средняя скорость потока не превышает зарезервированную,
- и, наконец, начать маркировать пакеты, используя начальную
метку ТЕ-туннеля, чтобы передавать трафик через сеть с помощью
техники MPLS.
В этом случае расчеты, выполненные на этапе выбора пути для
туннеля, дадут нужный результат — баланс ресурсов сети при
соблюдении средней скорости для каждого потока.

36. Инжиниринг трафика в MPLS

Однако мы еще не рассмотрели специфический набор протоколов,
которые устройства LER и LSR сети используют для прокладки
свободных туннелей или проверки работоспособности созданных
администратором строгих туннелей.
Для выбора и проверки путей через туннели в технологии MPLS ТЕ
используются расширения протоколов маршрутизации, работающих
на основе алгоритма состояния связей.

37. Инжиниринг трафика в MPLS

В общем случае администратору необходимо проложить
несколько туннелей для различных 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.

38. Инжиниринг трафика в MPLS

Несмотря на неоптимальность 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 процедурам 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 — появлении новых
потоков или изменении интенсивности существующих — найти
путь удается только для одного потока.

39. Инжиниринг трафика в MPLS

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 имитационного моделирования,
способную учесть не только средние интенсивности потоков,
но и их пульсации и оценить не только загрузку ресурсов, но и
результирующие параметры QoS (англ. quality of service
«качество обслуживания») — задержки, потери и т. п.
После нахождения оптимального решения его можно модифицировать уже в оперативном режиме поочередного
поиска путей.

40. Инжиниринг трафика в MPLS

В технологии MPLS ТЕ информация о найденном
рациональном пути используется полностью — то есть
запоминаются IР-адреса источника, всех транзитных
маршрутизаторов и конечного узла.
Поэтому достаточно, чтобы поиском путей занимались
только пограничные устройства сети (LER), а промежуточные
устройства (LSR) лишь поставляли им информацию о
текущем состоянии резервирования пропускной способности
каналов.

41. Инжиниринг трафика в MPLS

После нахождения пути независимо от того, найден он был
устройством LER или администратором, его необходимо
зафиксировать.
Для этого в MPLS ТЕ используется расширение 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 IP-адресах
маршрута.

42. Инжиниринг трафика в MPLS

При установлении нового пути в сигнальном сообщении
наряду с последовательностью адресов пути указывается
также 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.

43. Инжиниринг трафика в MPLS

В заключение рассмотрим вопрос отношения технологий MPLS
ТЕ и QoS (англ. quality of service «качество обслуживания») —
технология предоставления различным классам трафика
различных приоритетов в обслуживании, также этим
термином в области компьютерных сетей называют
вероятность того, что сеть связи соответствует заданному
соглашению о трафике, или же, в ряде случаев, неформальное
обозначение вероятности прохождения пакета между двумя
точками сети.

44. Инжиниринг трафика в MPLS

Как видно из описания, основной задачей MPLS ТЕ является
использование возможностей технологии MPLS для
достижения внутренней цели поставщика услуг, а именно
сбалансированной загрузки всех ресурсов своей сети.
Однако при этом также создается основа для предоставления
транспортных услуг с гарантированными параметрами QoS, так
как трафик по ТЕ-туннелям передается при соблюдении
некоторого максимального коэффициента использования
ресурсов.

45. Инжиниринг трафика в MPLS

Коэффициент использования ресурсов оказывает решающее
влияние на процесс образования очереди, так что потоки,
передаваемые по ТЕ-туннелям, передаются с некоторым
гарантированным уровнем QoS.
Для того чтобы обеспечить разные параметры QoS для разных
классов трафика, поставщику услуг необходимо для каждого
класса трафика установить в сети отдельную систему туннелей.
При этом для классов чувствительного к задержкам трафика
требуется выполнить 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.

46. Список литературы:

1. Компьютерные сети. Н.В. Максимов, И.И. Попов, 4-е издание,
переработанное и дополненное, «Форум», Москва, 2010.
2. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы, В. Олифер,
Н. Олифер (5-е издание), «Питер», Москва, Санк-Петербург, 2016.
3. Компьютерные сети. Э. Таненбаум, 4-е издание, «Питер», Москва,
Санк-Петербург, 2003.

47. Список ссылок:

https://studfiles.net/html/2706/610/html_1t7827cn0P.AOQ6/htmlconvd-5FjQl116x1.jpg
https://bigslide.ru/images/51/50961/960/img12.jpg
https://bigslide.ru/images/51/50961/960/img11.jpg
https://1.bp.blogspot.com/-qptz15WfEJE/XDoN736gSvI/AAAAAAAAAU8/ESDrBE1iP-0vt5keIdxrnh_Y6ZpF2_2tQCLcBGAs/s1600/HybridNetwork.jpg
http://www.klikglodok.com/toko/19948-thickbox_default/jual-harga-allied-telesis-switch-16-port-gigabit-10-100-1000-unmanaged-at-gs90016.jpg
http://900igr.net/up/datas/221400/029.jpg

48.

Спасибо за внимание!
Преподаватель: Солодухин Андрей Геннадьевич
Электронная почта: [email protected]