Redes Multiple Protocol Label Switching (MPLS) Redes de Longa Distância e Alta Velocidade. Prof. Dr. Ruy de Oliveira IFMT

(1)

Redes

Multiple Protocol Label Switching (MPLS)

Redes de Longa Distância e Alta

Velocidade

(2)

Multi Protocol Label Switching - MPLS



Mecanismo eficiente de encapsulamento



Pacotes MPLS podem rodar sobre outras tecnologias de

camada 2, como ATM, FR, PPP, Ethernet



Outras tecnologias de camada 2 podem rodar sobre uma

rede MPLS



MPLS é uma tecnologia de entrega de serviços IP



Concebida inicialmente como uma tecnologia para

permitir aos roteadores dos provedores encaminhar

pacotes baseados num cabeçalho simplificado, evoluiu

para

 VPN MPLS e

(3)

Multi Protocol Label Switching - MPLS



Combina o melhor das camadas de rede 2 e 3

 Camada 2 (ATM/FR): encaminhamento eficiente e

engenharia de tráfego

 Camada 3 (IP): flexível e escalável



Plano de encaminhamento MPLS

 Usa rótulos (labels) para encaminhar tráfego de camada

2/3

 Pacotes rotulados são chaveados em vez de roteados

 Melhora a eficiência de encaminhamento da camada 2



Plano de controle/sinalização MPLS

 Usa extensões de protocolos de controle IP existentes

combinados com novos protocolos para troca de

informação de rótulos

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Classe equivalente de encaminhamento

Forwarding Equivalent Class – FEC



Mecanismo para mapear pacotes de camada 2 ou 3

em caminhos de encaminhamento de rótulos (Label

Swiched Path – LSP) no roteador de borda de

entrada (ingress PE)



Possíveis FECs

 Prefixo IP ou endereço IP de hosts

 Grupo de enderços/sites (VPN x)

 Usado em L3VPNs

 Identificador de circuito de camada 2 (ATM, FR, PPP, HDLC,

Ethernet)

 Usado em Pseudo fios (L2VPNs)

 Uma instância de Ponte/Switch (VSI), usada em virtualização

 Usado em VPLS (L2VPNs)

 Interface de Túnel

(9)

Protocolo de distribuição de rótulos - LDP



Label Distribution Protocol – LDP



Nós MPLS precisam trocar info sobre os rótulos

 Nó de entrada PE (operação de inserção)

 Tem de saber o rótulo a usar para uma determinada FEC a

ser enviada ao nó vizinho

 Nó do núcleo P (operação de troca – swap)

 Necessita saber o rótulo a usar para os pacotes recebidos

com rótulos

 Nó de saída PE (operação de remoção)

 Precisa informar o vizinho anterior (upstream) que rótulo

usar para a FEC específica de acordo com o LDP



Além do LDP, outros protocolos são usados para a troca

(10)

Protocolo LDP (Cont.)



Atribui, distribui e instala (no encaminhamento)

rótulos para prefixos difundidos por protocolos de

roteamento unicast

 OSPF, IS-IS, EIGRP, etc



Usa UDP (porta 646) para a descoberta de sessão e

TCP (porta 646) para a troca de mensagens LDP



Operações LDP

 Descoberta de nós pares (Peer Discovery)

 Estabelecimento de Sessão (Session Establishment)

 Alocação e distribuição de rótulos MPLS e atualização de

encaminhamento MPLS



Repositórios de informações usados pelo LDP

 LIB: Label Information Database (leitura/escrita)

(11)

Funcionamento do LDP

Inicialização



Rótulos locais

atribuídos aos prefixos

RIB e armazenados na

LIB



Descoberta de pares e

estabelecimento de

sessão



Troca de info de

associação de rótulos

MPLS

Programação do

encaminhamento

MPLS



Baseada na info

CEF/MFI da LIB

CEF: Cisco Express Forwarding

(12)

Planos de Controle e Encaminhamento do MPLS

Plano de controle



Usado para distribuir rótulos

e definir os LSPs



Tipicamente suportado pelo

LDP, mas pode ser também

via protocolos RSVP e BGP



Rótulos definem o destino e

o serviço

Plano de encaminhamento



Usado para inserção, troca e

remoção de rótulos



Independente do tipo de

plano de controle usado



Rótulos separam o

encaminhamento do

roteamento baseado no

(13)

(14)

Exemplo de encaminhamento de pacote no MPLS (Cont.)

(15)

Exemplo de encaminhamento de pacote no MPLS (Cont.)

(16)

Exemplo de encaminhamento de pacote no MPLS (Cont.)

(17)

Exemplo de encaminhamento de pacote no MPLS (Cont.)

(18)

Resumo: passos do encaminhamento MPLS



Cada nó mantém informação de roteamento IP via IGP

 Tabela de roteamento IP (RIB) e tabela de encaminhamento IP

(FIB)



O LDP aprimora as info do roteamento IGP



Após o IGP convergir, ocorre a troca de info sobre o

mapeamento de rótulo do LDP entre os nós MPLS

 LDP depende da convergência do IGP

 As info de associações de rótulos são armazenas na LIB



Assim que o LDP recebe as info de associações de

rótulos remotas o encaminhamento MPLS é atualizado

 As info de associações de rótulos são recebidas dos pares

LDP remotos

(19)

Resumo: Protocolos MPLS



IGP: OSPF, IS-IS, EIGRP – nos roteadores P e PE



RSVP e/ou LDP – nos roteadore P e PE

(20)

MPLS: Virtual Private Network - VPN



Proporciona

comunição

segura

entre

um

conjunto de sites ou grupos

 Tipicamente sobre um infraestrutura, pública ou

privada, compartilhada



Definida por um conjunto de política de

administração

 Políticas por parte dos próprios clientes da VPN

 Políticas pelos provedores da VPN (gerenciadas

ou não gerenciadas)



Possibilita conectividade inter-site



Possibilita interligação de diferente organizações

(21)

MPLS: Virtual Private Network – VPN (Cont.)



Enlace PE-CE:

Conecta redes de clientes à rede do

provedor – camada 2 ou camada 3

(22)

MPLS: VPN de camada 3



Roteador do cliente (CE) possui uma conexão peering

com o roteador de borda (PE) na rede MPLS

 Roteamento/encaminhamento IP no enlace PE-CE



A rede VPN do MPLS é responsável por distribuir as info

de roteamento para os sites VPN remotos



É parte do domínio de roteamento do cliente IP



Requer configuração apenas nos nós PE

(23)

VPN de camada 3: componentes



Enlace PE-CE

 Qualquer tipo de conexão de camada (ex., FR, Ethernet)

 CE roteia tráfego IP para/de roteador PE adjacente

 Opções de roteamento: rotas estáticas, eBGP, OSPF, IS-IS



Plano de contole da VPN camada 3

 O roteamento dos clientes fica separado por tabelas de

roteamento VPN virtual

 As interfaces do cliente são conectadas a tabelas de

roteamento virtual no PE

 Rotas do cliente são trocadas via BGP entre os PEs



Plano de encaminhamento da VPN camada 3

(24)

MPLS: Virtual Routing and Forwarding



Virtual Routing and Forwading instance (VRF)



Usualmente há uma VRF no PE para cada cliente VPN



A VRF é associada com uma ou mais interface do cliente



A VRF possui sua própria instância de tabela de

roteamento

(RIB),

bem

como

de

tabela

de

encaminhamento (CEF)



Também possui sua própria instância para o protocolo de

(25)

MPLS: Distribuição de rota VPN



Formam-se BGP sessões completamente conectadas

(full meshed) entre todos os roteadores PE

 Multi-Protocol BGP (MP-iBGP)

(26)

VPN: Processamento do plano de controle

Rotaúnicas para os clientes

 Route Distinguisher (RD): campo de 8 bytes, parâmetros VRF ; valor de VPN exclusivo atribuído pelo provedor

 VPNv4 address: prefixo IP RD+VPN Distribuição seletiva de rotas para os

clientes

 Route Target (RT): campo de 8 bytes, parâmetros VRF, valor exclusivo de regras de importação/exportação para rotas VPNv4

Etapas de processamento:

1. CE1 redistribui rota IPv4 p/ PE1 via eBGP

2. PE1 aloca rótulo VPN para os prefixos informados por CE1 a fim de criar rota VPNv4 exclusiva

3. PE1 redistribui rota VPNv4 p/ MP-iBGP, se define como o roteador “next hop” e encaminha as rotas do site da VPN para PE2

(27)

VPN: Processamento do plano de encaminhamento

Etapas de processamento:

 CE2 encaminha o pacote IPv4 para PE2

 PE2 insere rótulo VPN pré-alocado (informado pelo MP-iBGP) no pacote IPv4 proveniente de CE2

 PE2 insere rótulo IGP externo (informado pelo LDP) e encaminha o pacote rotulado para o roteador “next hop” P2

(28)

VPN MPLS para separação de tráfego

(29)

VPN MPLS para simplificar design do site



VPNs MPLS proporcionam redução no número de

pares de roteamento no site central

(30)

Exercício 1: VPN camada 3 com MPLS

(31)

Exercício 1: habilitando o OSPF no provedor

P1(config)# interface loopback0

P1(config-if)# ip address 10.0.0.1 255.255.255.255 P1(config-if)# ip ospf 1 area 0

P2(config)# interface loopback0

P2(config-if)# ip address 10.0.0.2 255.255.255.255 P2(config-if)# ip ospf 1 area 0

PE1(config)# interface f1/0 PE1(config)# ip ospf 1 area 0

PE1(config)# interface loopback0

PE1(config-if)# ip address 10.0.0.3 255.255.255.255 PE1(config-if)# ip ospf 1 area 0

PE2(config)# interface f0/0 PE2(config)# ip ospf 1 area 0

(32)

Exercício 1: habilitando o OSPF nos CEs

CE1A(config)# int loopback0

CE1A(config-if)# ip address 172.16.0.1 255.255.255.255 CE1A(config-if)# no shut

CE1A(config-if# router ospf 2

CE1A(config-router)# network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

CE1B(config)# int loopback0

CE1B(config-if)# ip address 172.17.0.1 255.255.255.255 CE1B(config-if)# no shut

CE1B(config-if# router ospf 3

CE1B(config-router)# network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

CE2A(config)# int loopback0

CE2A(config-if)# ip address 172.16.0.2 255.255.255.255 CE2A(config-if)# no shut

CE2A(config-if# router ospf 2

CE2A(config-router)# network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

CE2B(config)# int loopback0

CE2B(config-if)# ip address 172.17.0.2 255.255.255.255 CE2B(config-if)# no shut

CE2B(config-if# router ospf 3

CE2B(config-router)# network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

(33)

Exercício 1: habilitando o MPLS nos roteadores

P1(config)# interface f0/0 P1(config-if)# mpls ip

P1(config-if)# interface f0/1 P1(config-if)# mpls ip

P1(config-if)# do show mpls interfaces

Interface IP Tunnel Operational FastEthernet0/0 Yes (ldp) No Yes

FastEthernet0/1 Yes (ldp) No Yes

P2(config)# interface f0/0 P2(config-if)# mpls ip P2(config-if)# interface f0/1 P2(config-if)# mpls ip PE1(config)# interface f1/0 PE1(config-if)# mpls ip PE2(config)# interface f0/0 PE2(config-if)# mpls ip

(34)

Exercício 1: criando e atribuindo as VRFs

Próximo passo é criar as VRFs para os clientes nos roteadores

PE e atribuir as interfaces ligadas ao cliente a esses roteadores

PE1(config)# ip vrf Cliente_A PE1(config-vrf)# rd 1500:1

PE1(config-vrf)# route-target both 1500:1 PE1(config-vrf)# ip vrf Cliente_B

PE1(config-vrf)# rd 1500:2

PE1(config-vrf)# route-target both 1500:2

PE2(config)# ip vrf Cliente_A PE2(config-vrf)# rd 1500:1

PE2(config-vrf)# route-target both 1500:1 PE2(config-vrf)# ip vrf Cliente_B

PE2(config-vrf)# rd 1500:2

PE2(config-vrf)# route-target both 1500:2

Para cada VRF deve ser

atibuído um Route

Distinguisher (RD) para

identificar prefixos como

sendo exclusivamente daquela

VRF

Também dever atribuir a cada

VRF uma ou mais Route

Target (RT) para se especificar

como as rotas devem ser

importadas/exportadas da VRF

(35)

Exercício 1: criando e atribuindo as VRFs (Cont.)

Deve-se atribuir as interfaces adequadas a cada VRF e aplicar

novamente o seus correspondentes endereço IP

PE1(config)# interface f0/0

PE1(config-if)# ip vrf forwarding Cliente_A

PE1(config-if)# ip address 10.0.1.1 255.255.255.252 PE1(config-if)# interface f0/1

PE1(config-if)# ip vrf forwarding Cliente_B

PE1(config-if)# ip address 10.0.1.5 255.255.255.252 PE1(config-if)# ^Z

PE1# show ip vrf interfaces

Interface IP-Address VRF Protocol Fa0/0 10.0.1.1 Cliente_A up

(36)

Exercício 1: criando e atribuindo as VRFs (Cont.)

Deve-se atribuir as interfaces adequadas a cada VRF e aplicar

novamente o seus correspondentes endereço IP

PE2(config)# interface f0/0

PE2(config-if)# ip vrf forwarding Cliente_A

PE2(config-if)# ip address 10.0.2.1 255.255.255.252 PE2(config-if)# interface f1/0

PE2(config-if)# ip vrf forwarding Cliente_B

PE2(config-if)# ip address 10.0.2.5 255.255.255.252 PE2(config-if)# ^Z

PE2# show ip vrf interfaces

Interface IP-Address VRF Protocol Fa0/0 10.0.2.1 Cliente_A up

(37)

Exercício 1: configurando o MP-BGP nos roteadores PE

O protocolo Multiprotocol BGP (MP-BGP) deve ser configurado

para difusão das rotas VRF entre os PEs

PE1(config)# router bgp 1500

PE1(config-router)# neighbor 10.0.0.4 remote-as 1500

PE1(config-router)# neighbor 10.0.0.4 update-source loopback 0 PE1(config-router)# address-family vpnv4

PE1(config-router-af)# neighbor 10.0.0.4 activate

PE2(config-router)# neighbor 10.0.0.3 remote-as 1500

PE2(config-router)# neighbor 10.0.0.3 update-source loopback 0 PE2(config-router)# address-family vpnv4

PE2(config-router-af)# neighbor 10.0.0.3 activate

Para verificar as configurações

(38)

Exercício 1: configurando o OSPF entre PE-CE



Um IGP entre cada roteador PE e seu roteador CE

correspondente (em vez do OSPF poderia ser o RIP ou EIGRP)

(39)

Exercício 1: configurando o OSPF entre PE-CE (Cont.)



Três processos OSPF rodam nos roteadores PE

 Provedor: pocesso OSPF 1  Cliente_A: processo OSPF 2  Cliente_B: processo OSPF 3

(40)

Exercício 1: configurando o OSPF entre PE-CE (Cont.)

PE1(config)# router ospf 2 vrf Cliente_A PE1(config-router)# router-id 10.0.1.1 PE1(config-router)# interface f0/0 PE1(config-if)# ip ospf 2 area 0

PE1(config-if)# router ospf 3 vrf Cliente_B PE1(config-router)# router-id 10.0.1.5

PE1(config-router)# interface f0/1 PE1(config-if)# ip ospf 3 area 0

PE2(config)# router ospf 2 vrf Cliente_A PE2(config-router)# router-id 10.0.2.1 PE2(config-router)# interface f0/0 PE2(config-if)# ip ospf 2 area 0

PE2(config-if)# router ospf 3 vrf Cliente_B PE2(config-router)# router-id 10.0.2.5

PE2(config-router)# interface f1/0

Para verificar as configurações

(41)

Exercício 1: configurando a redistribuição de rotas

Redistribuição das rotas CE em cada VRF no MP-BGP

PE1(config-router)# address-family ipv4 vrf Cliente_A PE1(config-router-af)# redistribute ospf 2

PE1(config-router-af)# address-family ipv4 vrf Cliente_B PE1(config-router-af)# redistribute ospf 3

PE2(config-router)# address-family ipv4 vrf Cliente_A PE2(config-router-af)# redistribute ospf 2

PE2(config-router-af)# address-family ipv4 vrf Cliente_B PE2(config-router-af)# redistribute ospf 3

Verificar as configurações

(42)

Exercício 1: configurando a redistribuição de rotas (Cont.)

Redistribuição das rotas BGP no processo OSPF de cada cliente

PE1(config)# router ospf 2

PE1(config-router)# redistribute bgp 1500 subnets PE1(config-router)# router ospf 3

PE1(config-router)# redistribute bgp 1500 subnets

PE2(config)# router ospf 2

PE2(config-router)# redistribute bgp 1500 subnets PE2(config-router)# router ospf 3

PE2(config-router)# redistribute bgp 1500 subnets

Verificar as configurações com os testes:

CE1A# show ip route CE2A# show ip route CE1A# ping 172.16.0.2

(43)

(44)

MPLS: Engenharia de Tráfego (TE)



MPLS usa túneis entre sites para carregar tráfego com

QoS distinto



A TE (Traffic Engineering) é um processo de

manipulação de tráfego da rede a fim de proporcionar

melhor uso da capacidade da rede

(45)

MPLS: Engenharia de Tráfego (TE) (Cont.)



Redes IP convencionais usam a métrica do

menor caminho na busca por rota



Agregação de tráfego nas rotas mais curtas

pode sobrecarregá-las e deixar as rotas

alternativas subutilizadas

 Desperdício de banda passante

(46)

(47)

(48)

MPLS: Engenharia de Tráfego

(49)

MPLS: Engenharia de Tráfego (Cont.)

Motivações:



Dificuldade

em

se

conseguir

rede

simétricas

(50)

MPLS: Engenharia de Tráfego (Cont.)

(51)

MPLS: Engenharia de Tráfego (Cont.)

(52)

MPLS: Engenharia de Tráfego (Cont.)



Além do problema de engenharia de

tráfego, o MPLS TE pode

 Controle de admissão (Admission Control)

 Direcionamento de tráfego (Route Pinning)

(53)

MPLS-TE: estabelecimento de caminhos

(54)

MPLS-TE: estabelecimento de caminhos (Cont.)

Exemplo de criação de túnel MPLS TE

Substituição de labels (label switching) Divulgação de labels (label

(55)

MPLS: Proteção de Tráfego (Fast ReRoute)



Garantir “Alta Disponibilidade” torna-se a cada mais

importante para um provedor



Falhas na rede são comuns



IGPs não conseguem rapidez desejada



Portanto: o tráfego em redes MPLS deve ser protegido

contra falhas na rede



Falhas de

: Nós

ou

Links

(enlaces)



Recuperação rápida (Fast Restoration) pode ser

baseada no RSVP-TE e dividida em:

 Path Protection (proteção fim-a-fim)

 Local Protection

(56)

MPLS: Proteção de Tráfego (FRR)



Path protection: usa túnel backup



Link protection

(57)

Exercício MPLS Engenharia de Tráfego



FAST REROUTE –



FAST LINK RECOVERY – FAST NODE RECOVERY

Túnel 1 Backup apenas de

(58)

Configuração do MPLS-TE e OSPF nos Roteadores

MPLS com Engenharia de Tráfego

 R1(config)# mpls label protocol ldp

 R1(config)# mpls ip

 R1(config)# mpls traffic-eng tunnel

 R1(config-if)# no shut

 R1(config-if)# router ospf 1

 R1(config-router)# network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

OSPF com Engenharia de Tráfego

 R1(config)# int loopback 0

 R1(config-if)# ip address 10.10.10.101 255.255.255.255

 R1(config-if)# ip ospf 1 area 0

 R1(config-if)# no shut

 R1(config-if)# router ospf 1

 R1(config-router)# network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

 R1(config-router)# traffic-eng area 0



R1(config-router)# traffic-eng router-id loopback 0

(59)

Configuração dos tuneis fim-a-fim

Túnel 1000

 R1(config)# int tunnel 1000

 R1(config-if)# ip unnumbered loopback 0

 R1(config-if)# tunnel mode mpls traffic-eng

 R1(config-if)# tunnel destination 10.10.10.104

 R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng bandwidth sub-pool 10

 R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit name LSP_PRICIPAL

 R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng autoroute announce

 R1(config-if)# exit

Túnel 2000

 R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng bandwidth 5

 R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit name LSP_PRINCIPAL

(60)

Configuração do caminho explícito e do fast-reroute

Caminho explícito

 R1(config)# ip explicit-path name LSP_PRINCIPAL

 R1(config-if)# tunnel destination 10.10.10.104 Verifique: sh mpls traffic-eng tunnels summary

Fast ReRoute para os dois túneis

 R1(config)#int tunnel 1000

 R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng fast-reroute

 R1(config)#int tunnel 2000

 R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng fast-reroute bw-protect

(61)

Configuração do protocolo RSVP p/ sinalizar falhas



Algumas arquiteturas de rede, como a Ethernet, não

possuem mecanismo de detecção de falha nó-a-nó

rápido o suficiente para o exigido na detecção de falhas

de enlaces (links)



As mensagens “RSVP Hello” possibilitam essa detecção

de falhas e portanto podem ser usadas em FRR para

notificações de falhas de link

 R2(config)# ip rsvp signalling hello

 R2(config# int f1/0

 R2(config-if)# ip rsvp signalling hello

 R3(config)# ip rsvp signalling hello

 R3(config# int f0/0

 R3(config-if)# ip rsvp signalling hello

NOTA

As mesagens Hello devem ser configuradas

• globalmente no roteador

• na interface específica para o FRR

(62)

Configuração de R2 p/ proteção de link entre R2 e R3

Primeiro túnel de backup (túnel 1) – protege o link R2-R3

 R2(config-if)# tunnel destination 10.10.10.103

 R2(config-if)# tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit name EVITE_LINK

 R2(config)# ip explicit-path name EVITE_LINK

 R2(config)# exclude-address 10.10.10.6

Configurando túnel 1 como túnel de backup da interface protegida

 R2(config)# int f1/0

 R2(config-if)# mpls traffic-eng backup-path tunnel 1

(63)

Configuração de R2 p/ proteção do nó R3

Segundo túnel de backup (túnel 2) – protege falha no nó R3

 R2(config-if)# tunnel destination 10.10.10.104

 R2(config-if)# tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit name EVITE_NO

 R2(config)# ip explicit-path name EVITE_NO

 R2(config)# exclude-address 10.10.10.103

Configurando túnel 2 como túnel de

backup da interface protegida

 R2(config)# int f1/0

 R2(config-if)# mpls traffic-eng backup-path tunnel 2

(64)

Configuração de R2 (opcional) QoS



Túnel 1 é backup

apenas de LSPs que usam reserva de

banda do tipo pool global (neste caso o

túnel 2000

)



Túnel 2 é backup

apenas de LSPs que usam reserva de

banda do tipo sub-pool (neste caso o

túnel 1000

)

 R2(config-if)# tunnel mpls traffic-eng backup-bw global-pool unlimited

 R2(config-if)# tunnel mpls traffic-eng backup-bw sub-pool 1000

Verificações após as falhas no link R2-R3 e nó 3

R2# sh mpls forwarding-table

R2# sh mpls forwarding-table detail R2# sh ip rsvp sender detail

R2# sh mpls traffic-eng fast-reroute database R2# sh ip rsvp reservation

(65)

Verificações

Avaliação da atuação do fast reroute



R2# sh ip interface brief



R2# sh ip rsvp sender



R2# sh ip rsvp sender detail



R2# sh mpls traffic-eng fast-reroute database



R2# sh mpls traffic-eng fast-reroute database detail



R2# sh mpls traffic-eng tunnels brief



Depois da falha no link R2-R3



R2# sh mpls traffic-eng fast-reroute database

 Nota-se aqui que não há indicação de falha, pois os dois túneis principais têm backup para essa situação. O mesmo resultado para R1