Réseaux IP/MPLS Yazid KARKAB IR3.

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1 Réseaux IP/MPLS Yazid KARKAB IR3

2 Sommaire Introduction Principe du MPLS
Distribution de Label avec RSVP-TE VPN de niveau 2 avec MPLS : VPLS

3 1. Introduction Les réseaux IP actuels
 Routage hop-by-hop suivant l’adresse destination  Pas de Traffic Engineering  Pas de QoS  Routage lent et consommateur en CPU Le Multi Protocol Label Switching  Création de chemins (LSP)  Commutation de labels insérés entre la couche 2 et 3  Traffic Engineering et QoS Traffic Engineering : c’est la gestion des ressources du réseau, router des paquets afin d’optimiser la bande passante et d’éviter de surcharger des liens. QoS : Qualité de service, c’est le fait de pouvoir garantir une fiabilité lors de l’acheminement d’un flux : fiabilité en débit, délai, gigue, etc. Création de chemin a travers le réseau (LSP), à la manière des réseaux en mode connecté comme ATM. Sur ce chemin les paquets seront commuté grâce à un label qui sera inséré entre la couche 2 et la couche IP. Commutation moins gourmande en CPU et en mémoire, donc plus rapide qu’un routage IP. A travers des chemins (LSP) établi au sein d’un réseau MPLS, il va être possible de mettre en place du Traffic Engineering et de garantir Une qualité de service pour chaque chemin. On retrouve donc tous les avantages du réseau ATM sur un réseau IP.

4 2. Principe du MPLS La commutation de label
Les Forwarding Equivalent Class Distribution des labels Rétention des labels Etablissement d’un LSP LSP Tunneling

5 Principe du MPLS La commutation de labels L’entête MPLS
Label Switched Path Upstream Downstream IP L 48 ETH PHY L 48 L 52 ETH PHY IP L 52 ETH PHY A l’entrée du réseau MPLS, les paquets IP se voit insérer un label par un Label Edge Routeur (Ingress LER). Ce sont les routeurs MPLS se situant à la périphérie du réseau. Ce paquet labelisé est ensuite commuté vers le cœur du réseau selon son numéro de label. Nous verrons par la suite comment est établi la table de commutation. Les routeurs MPLS du cœur de réseau, les Label Switch Routeur, commute ensuite les labels jusqu’au LER de sortie (Egress LER) Le chemin qui a été pris par le paquet au travers du réseau s’appelle un Label Switched Path (LSP). L’entête MPLS fait 4 octets et est composé par les différents champ : Le numéro de label CoS : Chaque paquet labelisé peut se voir attribuer une Class of service, afin de permettre différentes« discard politics » ou « scheduling politics ». (La RFC précise que c’est un champ encore experimental). S: bottom of stack, champ à 1 quand le dernier label de la pile est atteint. On verra par la suite que l’on peut empiler les labels (par exemple pour créer des Tunnels entre LSR ou LER). TTL : Même role que le TTL de l’entête IP. Etant donné que l’entête IP n’est pas regarder dans tous le backbone MPLS, la valeur du TTL est recopié dans l’entête MPLS à l’entrée du réseau par le Ingress LER. Ensuite, à chaque commutation par un LSR, le TTL est modifié. La valeur TTL de l’entête MPLS est ensuite recopié dans l’entête IP à la sortie du réseau MPLS par le Egress LER. Nous allons maintenant voir, comment se fait la décision d’attribuer un label particulier à un paquet IP. Ensuite nous allons voir comment sont échanger les Labels entre les LSR, car des echanges sont indispensable pour construire les LSP et les tables de commutation Label CoS S TTL 20 bits 3 bits 1 bit 8 bits

6 Les FEC Comment attribuer un label à un paquet IP ?
 A l’entrée dans le réseau : classer les paquets dans des FEC  Classement par Forwarding Equivalent Class suivant : Adresse IP source Adresse IP destination Paramètres de QoS  Choix d’une FEC s’appuie sur l’IGP et sur le protocole de distribution de label  Une FEC est associé à un LABEL local dans chaque LSR Les paquets entrant sur le réseau MPLS sont associés à une FEC (Forwarding Equivalent Class). Une FEC va définir comment sera acheminé à travers tous le réseau MPLS. En IP, la classification d’un paquet dans une FEC est fait sur chaque routeur, à partir de l’IP destination. Le choix d’une FEC peut être fait sur beaucoup de QoS (débit, delai) ). Les paramètres intervenant dans la classification d’un paquet dans une FEC dépend du protocole de distribution de label utilisé : LDP / RSVP-TE. Pour classifier un paquet dans une FEC, MPLS s’appuie sur le protocole de routage IGP présent sur le routeur. (en LDP une FEC par prefixe réseau dans la table de routage). Chaque FEC est associé à un label de sortie, donc à un chemin (LSP). Chaque FEC peut se voir attribuer plusieurs Class of service, afin de permettre différentes« discard politics » ou « scheduling politics ». (Champ Exp de l’entête MPLS). Comment propager les labels correspondant à des FEC dans tous le réseau ? => Protocole de Distribution de label !!!

7 Distribution des labels
Mode « Downstream On Demand » Mode « Unsolicited Downstream » 1. Label request 2. Label mapping Upstream LSR Downstream LSR The MPLS architecture allows an LSR to explicitly request, from its next hop for a particular FEC, a label binding for that FEC. This is known as "downstream-on-demand" label distribution. The MPLS architecture also allows an LSR to distribute bindings to LSRs that have not explicitly requested them. This is known as "unsolicited downstream" label distribution. Label mapping Upstream LSR Downstream LSR

8 Rétention des labels Mode « Liberal » Mode « Conservative »
 Un LSR conserve tous les labels annoncés, même ceux non utilisés  Convergence rapide  Consommateur en mémoire  Utilisé en le mode « Downstream Unsolicited » Mode « Conservative »  Les LSR conservent seulement les labels reçus des next-hop pour chaque FEC  Convergence plus lente  Peu de consommation mémoire  Utilisé en mode « Downstream On Demand »

9 Etablissement du LSP (1/2)
Un LSR lie un label à une FEC  Si il est le Egress LER  S’il a déjà reçu une association Label/FEC du prochain saut pour cette FEC Création d’un LSP en mode « Unsolicited Downstream » 2. Label mapping 1. Label mapping Il est aussi possible de configurer des LSP statiques. Ingress LER LSR Egress LER

10 Etablissement du LSP (2/2)
Création d’un LSP en mode « Downstream On Demand » RSVP-TE distribue les labels et établi les LSP de cette façon 1. Label request 2. Label request 4. Label mapping 3. Label mapping La classification d’un paquet dans une FEC est fait par le Egress LER. Suivant sa configuration, par exemple : soit il attribuera une FEC par « préfixe réseau » soit une FEC pour tous les réseaux pour lesquels ils fait office de Egress LER. Ingress LER LSR Egress LER

11 LSP Tunneling OU Ingress LER 1 Egress LER 1 LSP Tunnel LSR LSR LSR
IP L 50 IP L 52 Ingress LER 1 IP L 10 L 26 IP L 12 L 26 Egress LER 1 LSP Tunnel IP L 51 IP L 23 LSR LSR LSR Ingress LER 2 Egress LER 2 IP L 10 L 33 IP L 12 L 33 Un LSP est établi entre deux LER du réseau : les différents label qui sont commutés pour établir ce LSP sont marqué en bleu. Deux LSR ont établi un LSP Tunnel entre eux. Ce tunnel est réalisé en inseré un level supplémentaire dans la pile de label. Les labels intervenant dans l’établissement de ce Tunnel sont marqué en rouge. On peut détailler les actions effectué par chaque LER et LSR sur les labels. Ces actions sont préciser dans la table de commutation de chaque nœud : la LFIB. Le format de la table est simple Port Entrée, Label entrée / Actions sur le label stack, Port de sortie. Nous verrons plus tard que le LSP Tunneling est utilisé pour mettre en place des services comme VPLS, dont je détaillerais le fonctionnement plus tard. OU IP L 10 L 42 IP L 12 L 42 IP L 52 IP L 68 Ingress LER 3 Egress LER 3 11

12 3. RSVP-TE But de ReSerVation Protocol-Traffic Engineering
Etablissement d’un LSP

13 RSVP-TE Extension du protocole RSVP pour :
 Etablir des Constraint-path LSP : Contraintes de : débit, explicit routing. Nécessite un protocole de routage CSPF ISIS-TE OSPF-TE  Introduction de QoS et Traffic Engineering Réservation des ressources dans les LSR composant le LSP Détection des « nodes failure » Fast Rerouting  Fonctionne en mode de distribution « Downstream On Demand »  Utilise UDP pour échanger les messages RSVP-TE Constrained-path LSPs — The intermediate hops of the LSP are dynamically assigned. A constrained path LSP relies on the Constrained Shortest Path First (CSPF) routing algorithm to find a path which satisfies the constraints for the LSP. In turn, CSPF relies on the topology database provided by the extended IGP such as OSPF or IS-IS. Once the path is found by CSPF, RSVP uses the path to request the LSP set up. CSPF calculates the shortest path based on the constraints provided such as bandwidth, class of service, and specified hops.

14 Etablissement d’un LSP
Message PATH : Demande de création de LSP  FEC + LSP ID  Priorité d’établissement  Priorité de maintien  Objet Record Route  Objet Label Request  Paramètres QoS Message RESV : Création du LSP  Objet Label  Style de réservation PATH PATH Ingress LER LSR Egress LER Message PATH à destination du LER avec les attributs RSVP suivants : Le Ingress LER connaît l’IP du Egress LER grâce au informations de l’IGP (ISIS par exemple) Objet Session : Tunnel ID : ID de la session RSVP entre les deux LSR IP du Egress LSR Objet Sender_template : IP du Ingress LSR LSP ID Object Session Attribute : La priorité d’établissement du LSP La priorité de maintien du LSP (0 à 7 avec 0 la plus haute prio) => Utile lorsqu’il est impossible de reservé de la ressource, on peut préempté un LSP déjà etabli Objet Label Request : - Protocole de niveau 3 utilisant ce LSP (numérotation EtherType : donc 0x800 pour IP) QoS Demandé : Object Sender_Tspec pour préciser le débit Voir RFC 2210 qui définit le format des objets RSVP qui sont transmit pour spécifier la QoS voulu. Objet Record Route : Contient la liste des LSR traversé pour etablir le LSP Peut servir à détecter des boucles Objet Label : Contient le LABEL du LSR suivant Style de réservation : Fixed Filter : Le LSP aura une bande passante reservé uniquement pour lui Shared Explicit : Le LSP aura une bande passante partagé avec plusieurs LSP. Utilisé lors du reroutage ou augmentation de la BP d’un LSP Si pas assez de Bande passante lors de l’établissement : tentative de préempté des LSP déjà établi ou en cours d’établissement si tjs pas possible, envoit d’un message d’erreur au Ingress LER, qui l’avertit de l’impossibilité de créer le LSP RESV RESV

15 sont dans l’instance VPLS numéro 1
Virtual Private Lan Services : VPN de niveau 2 Interconnecte plusieurs sites clients en simulant un LAN Ethernet à travers le backbone MPLS PE 0 PE 1 CE 1, CE 2 et CE 3 sont dans l’instance VPLS numéro 1 LSP Tunnel LAN 1 P CE 1 LSP Tunnel RFC 4762 : Chapter 9. Mise en place simple de MAN ou WAN Ethernet pour le client CE 1, CE 2, CE 3 dans la même instance VPLS. Des LSP Tunnel sont établi entre tous les PE relié à des CE. Les clients souscrivant à une offre VPLS sont maitre de leur stratégie de routage au sein de leur LAN, car l’opérateur leur offre une connectivité de niveau 2. Les trames Ethernet provenant des CE sont encapsuler dans les tunnels LSP. Lorsqu’un PE recoit des données via un des LSP Tunnels qui le relie aux autre PE, il sais qu’il s’agit d’une trame Ethernet encapsulé à destination de l’instance VPLS numéro 1. Chaque PE à une table d’adresse MAC, qui précise sur quelle PE est connecté quelle adresse MAC. Pour chaque instance VPLS, un PE à une table Les entrée dans cette table ont une durée de vie, comme dans le cas d’un LAN classique. Le réseau MPLS forme un switch pour chaque instance VPLS, ou chaque PE est un port du switch. Ainsi, si un PE 3 ne connaît pas l’adresse MAC destination dans sa table, elle enverra la trame à tous les PE. (broadcast). Si le lien entre un CE et un PE ne contient pas que du trafic à destination de l’instance VPLS, le marquage par VLAN peut avoir lieu pour distingué le trafic à destination d’une instance VPLS. Problème du VPLS : Un réseau mesh de tunnel LSP doit être en place. Peut être lourd si énormement de PE dans la même instance VPLS. Dans les routeurs Alcatel : Un auto discovery des PE de l’instance VPLS est fait en contactant un serveur RADIUS qui doit contenir la liste des PE faisait partie d’une instance VPLS. CE 2 CE 3 LSP Tunnel PE 3 PE 2 LAN 2 LAN 3

16 Conclusion Protocole de réseaux d’opérateurs
Architecture réseau qui a encore de l’avenir Permet la mise en place du Traffic Engineering et de la QoS Des services « à la mode » comme VPLS, VPWS, VPRNS MPLS sur les réseaux optiques avec GMPLS Une première extension du MPLS est le Generalized MPLS. Le concept de cette dernière technologie ètend la commutation aux réseaux optiques. Le label, en plus de pouvoir être une valeur numérique peut alors être mappée par une fibre, une longueur d'onde et bien d'autres paramètres. Le GMPLS met en place une hiérarchie dans les différents supports de réseaux optiques. GMPLS permet donc de transporter les données sur un ensemble de réseaux hétérogènes en encapsulant les paquets successivemment à chaque entrée dans un nouveau type de réseau. Ainsi, il est possible d'avoir plusieurs niveaux d'encapsulations selon le nombre de réseaux traversés, le label correspond à ce réseau étant conservé jusqu'à la sortie du réseau. GMPLS reprend le plan de contrôle de MPLS en l'étendant pour prendre en compte les contraintes liées aux réseaux optiques. En effet, il va rajouter une brique à l'architecture : Gestion des liens. Cette brique comprend un ensemble de procédures utilisées pour pour gérer les canaux et les erreurs rencontrées sur ceux-ci.

17 Bibliographie RFC 3031 - MPLS Architecture
RFC Extensions to RSVP for LSP Tunnels RFC The Use of RSVP with IETF Integrated Services RFC Virtual Private LAN Service (VPLS) RFC Encapsulation Methods for Transport of Ethernet over MPLS Networks Alcatel_7750_SR_OS_Services_Guide_R Alcatel_7750_SR_OS_MPLS_Guide_R Le réseau MPLS : Cours de l’IUT de Villetaneuse Objet Session : Tunnel ID : ID de la session RSVP entre les deux LSR IP du Egress LSR Objet Sender_template : IP du Ingress LSR LSP ID Object Session Attribute : La priorité d’établissement du LSP La priorité de maintien du LSP => Utile lorsqu’il est impossible de reservé de la ressource, on peut préempté un LSP déjà etabli Objet Label Request : - Protocole de niveau 3 utilisant ce LSP (numérotation EtherType : donc 0x800 pour IP) Objet Record Route : Contient la liste des LSR traversé pour etablir le LSP Peut servir à détecter des boucles Objet Label : Contient le LABEL du LSR suivant Style de réservation : Fixed Filter : Le LSP aura une bande passante reservé uniquement pour lui Shared Explicit : Le LSP aura une bande passante partagé avec plusieurs LSP. Utilisé lors du reroutage ou augmentation de la BP d’un LSP Si pas assez de Bande passante lors de l’établissement : tentative de préempté des LSP déjà établi ou en cours d’établissement si tjs pas possible, envoit d’un message d’erreur au Ingress LER, qui l’avertit de l’impossibilité de créer le LSP

18 Questions ? Objet Session :
Tunnel ID : ID de la session RSVP entre les deux LSR IP du Egress LSR Objet Sender_template : IP du Ingress LSR LSP ID Object Session Attribute : La priorité d’établissement du LSP La priorité de maintien du LSP => Utile lorsqu’il est impossible de reservé de la ressource, on peut préempté un LSP déjà etabli Objet Label Request : - Protocole de niveau 3 utilisant ce LSP (numérotation EtherType : donc 0x800 pour IP) Objet Record Route : Contient la liste des LSR traversé pour etablir le LSP Peut servir à détecter des boucles Objet Label : Contient le LABEL du LSR suivant Style de réservation : Fixed Filter : Le LSP aura une bande passante reservé uniquement pour lui Shared Explicit : Le LSP aura une bande passante partagé avec plusieurs LSP. Utilisé lors du reroutage ou augmentation de la BP d’un LSP Si pas assez de Bande passante lors de l’établissement : tentative de préempté des LSP déjà établi ou en cours d’établissement si tjs pas possible, envoit d’un message d’erreur au Ingress LER, qui l’avertit de l’impossibilité de créer le LSP