MPLS Architecture and Applications전병천(ETRI)

MPLS Protocol Team -1- ETRI Proprietary

2001. 2. 14

MPLS Architecture and Applications

E T R I

전병천

[email protected]

MPLS 프로토콜팀


발표 순서

qMPLS 개요

qMPLS 프로토콜 & 동작

qMPLS 응용F트래픽 엔지니어링

F가상사설망(VPN)

F고품질 IP 서비스(MPLS CoS)

FVoMPLS

FMulti-Protocol Lambda Switching

q결론


MPLS(Multi-Protocol Label Switching)

q고정길이의 Label에 의한 스위칭

F에지: 목적지 주소에 대응된 Label 할당

F코어: Label에 의한 스위칭

F다양한 Label 적용: ATM(VPI/VCI), FR(DLCI), SONET(Shim header)

q주요 기능F제어 기능

– 다양한 응용들이

Label Binding에 의해 지원

F포워딩 기능

– Label에 의한 스위칭

F두 기능의 분리로 유연성 제공

TrafficEngineering

DifferentialServices

UnicastRouting

Virtual PrivateNetworksFrame

Relay

Efficient lookup and forwarding

Per - Label Forwarding, Queuing

and Multicast Mechanisms


MPLS 란?

q초기의 MPLS 개념F고속 IP 스위칭을 위한 수단

F IP 서비스 제공을 위한 제어(주로 ATM) 프로토콜

q현재의 MPLS 개념F다양한 망에서 IP 서비스를 위한 공통의 제어 프로토콜

– 라우터, ATM, WDM, Frame Relay

F백본망에서 트래픽 엔지니어링을 위한 프로토콜

– Explicit route 설정/해제

– 경로 재설정

F다양한 IP 응용을 위한 기술

– 트래픽 엔지니어링

– MPLS 기반 가상사설망

– IP QoS(대역 보장형 서비스)

– Voice over MPLS


MPLS 망 구조

Label Edge Router (LER)

Label Edge Router (LER)

MPLS Control ComponentMPLS Control Component

Label Switch Router (LSR)Label Switch Router (LSR)

Label Switch Label Switch

•Full-function Layer 3 routers•Label Binding based on FIB

•Switching on Label•Label swapping

LER

MPLS Domain

LER•ATM switch•Router•Optical switch

Label Switched PathLabel Switched Path

•Best effort path •Explicit path•Constrained routed path


MPLS 프로토콜 스택

BGPBGP RIPRIP OSPFOSPF

Label Management &Switch Control Inf.


Traffic Engineering

UDP/TCPIP

UDP/TCPIP

Switch Control

ATM/SONET/Ethernet/FRATM/SONET/Ethernet/FR

Netw

ork

Managem

ent

Routing Control

Label Switch

IP Forwarding Table

LDPCR-LDP

RSVPRIB(Routing

Information Base)

RIB(Routing Information Base)

Policy Management

LabelSwitch

MPLSProtocol

InternetProtocol

PhysicalInterface


MPLS 시그널링 프로토콜

q LDP(Label Distribution Protocol)F라우팅 프로토콜에 의해 만들어진 토폴로지

정보를 기반으로 LSP 설정

F트래픽 엔지니어링이 지원되지 않음

FHop-by-hop 단위로 수행

q CR-LDP, RSVP-TEF트래픽 엔지니어링 경로 설정

– Explicit Routing

– Constraint-based Routing

FCR-LDP, RSVP-TE는 동일한 기능 수행



Traffic Engineering

LDPCR-LDP

RSVP

RoutingProtocol


Host A Host BEdgeRouter

LabelSwitch

LabelSwitch Edge

Router

MPLS 동작

q LDP에 의한 LSP 설정

F 에지 라우터는 각 라우팅 엔트리에 대해 경로 설정 요청

F 각 LSR은 IGP에 의해 선택된 경로로 LSP 설정

F Best effort 트래픽 전달경로

q CR-LDP, RSVP-TE에 의한 경로 설정

F 요구에 따라 지정된 경로, 지정된 트래픽 파라메터를 가지는 경로 설정

F 경로별 우선순위, preemption, fast reroute 속성 부여

F 경로에 지정된 트래픽 매핑

Signaling Protocol


라우터 & ATM 기반 MPLS

q 라우터 기반 MPLS

F MPLS 도메인의 에지간 터널 설정

F RSVP를 이용한 트래픽 엔지니어링LSP 설정

F 연결형 전달 방식으로 바꾸어 주므로 전송 품질을 높일 수 있음

F LDP에 의한 best-effort LSP는 설정하지 않을 수 있음(라우터의hop-by-hop 라우팅으로 처리)

q ATM 기반 MPLS

F LDP에 의해 best-effort LSP 설정

F CR-LDP 또는 RSVP-TE에 의해Traffic engineered LSP 설정

ATM Switch 기반 MPLS

라우터 기반 MPLS

Traffic engineered LSP

Best effort LSP


MPLS Label Mapping

VC=100

VC=101

VC=33 VC=36

VC=101

VC=40

Label=100

Label =101

Label =33 Label =36

Label =101

Label =40

ATM

Router


IP over ATM & MPLS 비교

Signaling Signaling

ATM

IP

Upper

IPOA UNI PNNI

ATM

IP

Upper

IPOAUNI

LDP LDP

ATM

IP MPLS

ATM

IPMPLS

IP over ATM

MPLS over ATM

LDP/OSPFLDP/OSPF LDP/OSPF

트래픽 기반 경로 설정(Signaling)

토폴로지 기반 경로 설정(LDP)

LER

LSR LSR

LER

Upper Upper

IP Routing Protocol(OSPF)


MPLS 표준화 진행 상황

q 10 RFCsFRequirements for Traffic Engineering, MPLS architecture,

MPLS Label Stack encoding, Label Switching on FR, MPLS using LDP, LDP specification, LDP applicability, VCID notification

qMore than 30 draftsFAwaiting IESG last call

– Carrying Label Information in BGP-4, ICMP extension for MPLS

F IESG comment Resolution

– A framework for MPLS, Extension to RSVP for LSP tunnels, Applicability statement for CR-LDP, Constraint-based LSP setup using LDP

FWG last call

FWG last call comment resolution


MPLS 응용

q트래픽 엔지니어링

q가상사설망(VPN)

q고품질 IP 서비스(MPLS CoS)

q VoMPLS

qMulti-Protocol Lambda Switching


트래픽 엔지니어링의 필요성

q트래픽량은 하루 중 시간대에 따라 크게 변동됨F트래픽량에 따라 망자원의 적절한 할당 필요

F망자원을 효율적으로 사용하는 제어 방법이 요구됨

q Hot spot 회피

q QoS 기반의 SLA(Service Level Agreement) 준수FQoS routing

FGuaranteed commitments

q사용 대역폭의 적절한 제어


트래픽 엔지니어링 기술의 발전

q 90년대 중반(라우터 기반)FOver provisioning & metric manipulation

F 라우터 성능 제한, trail-and-error 접근법 적용

q 90년대 후반(ATM 기반)F라우터 에지, ATM 코어 망 구성

F L3 처리: 라우터, L2 스위칭: ATM 스위치

FPVC 라우팅, overlay 네트웍

– IP/ATM 제어, 고속화 제한, N-squared PVCs, 과도한 IGP 부하

q 2000년대(MPLS)F L2/L3 통합 솔루션: 제어가 단순하면서도 IP에 최적화

FCoS, 링크 protection 지원 등 유연하게 서비스 확장 가능


트래픽 엔지니어링 구성요소

q정보 분배F링크에 할당된 constraints 분배

F가용 대역폭은 constraint의 한가지 임

FPNNI routing과 유사하게 동작

q경로 계산 및 최적 경로 선택FConstraints를 만족하는 경로 선택

q시그널링FExplicit Route Setup

F Link Admission Control

q트래픽 엔지니어링 제어F경로 설정 및 유지

CR-LDP/RSVP

Policy Management

Routing


Method of Traffic Engineering

Explicit RoutingConstraint

Based Routing

NMS gathersnetwork statistics

QoS aware routingdistributes load

information

Optimal flow meshcalculated office

New flows routed along best available

path

End-to-end path explicitly

provisioned

Endpoints provisionedwith constraints

Network LoadInformation

PathSelection

Service Provisioning

Network Engineer specifies paths

QoS aware routing distributes load information

(Node selects best pathbased on load information)

Source: Broadband Year’99


Constraint-based Routing

q Online LSP 경로 계산

q운용자가 LSP constraints 설정F예약할 대역폭

F LSP가 경유해야 할 링크들 지정

F LSP가 경유해야 할 노드들 지정

q지정한 constraints를 만족하는 경로를 선택

Ingress LSR

Egress LSR

User defined LSP constraints


Constraint-based Routing

Source: MPLS2000

Extended IGP

Routing Table Traffic Engineering Database(TEB)

ConstraintShortest Path First

User Constraints

Explicit Route

Signaling(RSVP/CR-LDP)

트래픽 엔지니어링정보 저장

TBD와 사용자 constrains를기반으로 최적 경로 계산

LSP 물리 경로를explicit path로 표기

RSVP Signaling으로경로 설정 요구

• Bandwidth• Administrative groups

• IP Reachability TLV(IS-IS)• IS Reachability TLV(IS-IS)• Type 10 Opaque LSA(OSPF)

Explicit routestrict/loose


트래픽 엔지니어링 기능

q PreemptionF LSP의 상대적 우선순위를 지정하여 높은 우선순위를 가진 LSP

가 낮은 우선순위의 LSP에 비해 우선적으로 설정

q Traffic ProtectionFPrimary/Secondary LSP

FFast reroute

F LSP rerouting


DiffServ & MPLS

1000’s of flows

MPLS: Flows associated with FEC,

mapped into one label

MPLS: Switching based on label

DS: Scheduling/Dropping based on

DSCP

DS: Flows associated with class,

mapped to DSCP

에지: Traffic aggregation

코어: Processing of aggregate onlyFEC: Forwarding Equivalence Class


DSCP

IP Packet

Unused

L2 Header MPLS Header IP Header Packet Data

Label20 bits

S1 bit

Exp3 bits

TTL8 bits

MPLS Domain

DiffServ & MPLS

q QoS 정보

F IPv4 IP packet: DSCP

F MPLS

– LSP associated with CoS

– EXP 영역

q QoS 정보 매핑 방법

F DSCP에 대응되는 LSP 설정– 각 LSP는 하나의 CoS를 나타냄

F DSCP to EXP 매핑

– 하나의 LSP는 8개의 CoS 트래픽 전달


MPLS COS:Precedence

In Address Out Out

Label Prefix I’face Label

X 171.69 1 4X 171.69 1 5

12

3 1171.69

In In Address Out OutI’face Label Prefix I’face Label

3 4 0 171.69 1 93 5 1 171.69 1 72 9 1 171.69 1 7

Prec

011

4

5

9

7LSP-2

LSP-1


Voice over MPLS

q Voice over IP over MPLSFMPLS는 음성서비스 요구를 충족하는 IP망을 구축하는데 적용

q Voice over MPLSFMPLS는 음성 서비스 요구를 충족하는 망 구축

F대역을 효율적으로 사용하기 위한 compression 적용

– Header compression

– Header suppression

Voice over IP over MPLS Voice over MPLS

기존의 표준규격에 부합 높은 대역효율, 단순

오버헤드, 헤더 compression 기능 필요

VoMPLS-VoIPoMPLS 변환 기능 필요

장점

단점


MultiProtocol Lambda Switching

λ1

λ2

λ2 λ3

λ3λ1

λ3 λ2

λ2

λ1

OXC OXC

OXC

q Routing & signaling for optical connectionFOptical routing & signaling algorithm

FEnd-to-end connection management

FPath calculation based on service attributes

FRestoration

FClient driven connection


MPλS Issues

q Generalized MPLS covers:

F Lambda switching

F TDM switching

F Port switching

q MPλS Connection Control

F CR-LDP, RSVP extension

F New Signaling Protocol

q Path Computation

q Restoration

F Backup path : 1:1, N:1

F Local restoration

F End-to-end restoration

F Signaling for restoration

RouterNetwork

RouterNetwork

OpticalNetwork

Optical Switch

Optical Switchwith MPLS capability


MPλS System Issue

q OXC Control Interface

F GSMP like protocol

q Control path

F MPλS Control Information

q Protection

F Controller

F OXC Control Interface

F Control path

q Control Protocol

F CR-LDP/RSVP

F Path Computation(Traffic Engineering)

F Distributed or Centralized

OXC

MPλS Controller


MPLS: Unified Control Plane

F IP Routing과 MPLS 프로토콜은 모든 계층에서 사용

FApplication들은 MPLS API를 이용하여 다양한 서비스 제공

FTDM/Port/Lambda switching은 MPLS에 의해 제어 가능

Best effort IPconnectionless

ATM UNIconnection

oriented

Fixed b/wtransparent bit

service

Service

Hop-by-hop IPconnectionless

Label Switching

Electrical/Opticalcross connect

Forwarding

☞ IP Routing (OSPF)

☞ MPLS LDP forL1/2 “label”

Control

L3

L2

L1

L3API

L2API

L1API

IPFECs

ATMCall

Control

SONET Path setupλ Path setup

Source: MPLS2000


MPLS의 미래

q표준화 동향FMPLS WG의 목표는 대부분 달성된 상태임

F20여 개의 RFC 탄생될 예정임

F모든 관련 규격이 확정되기 까지는 3년 정도가 소요될 것임

q발전 추세F다양한 백본망에서 트래픽 엔지니어링을 위한 공통의 제어 프로

토콜로 자리 매김

FOptical 및 TDM 망에서도 적용할 수 있도록 프로토콜이 확장될것임(GMPLS)

Documents

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