DEFINICION

MPLS (MultiProtocol Label Switching) es un protocolo de conmutación por etiquetas definido para funcionar sobre múltiples protocolos como Sonet, Frame Relay, ATM, Ethernet o cualquiera sobre el que pueda funcionar PPP. Las principales motivaciones para su desarrollo son la ingeniería de tráfico, la diferenciación de clases de servicio, y las redes privadas virtuales (VPN). En unPrincipio, también proporcionaba una mayor velocidad puesto que los routers sólo deben mirar la etiqueta para conmutar y no leer la cabecera de la capa 3 para después decidir por dónde enrutar en función del destino y/u otros parámetros. Sin embargo, hay tecnologías que han conseguido aumentar la velocidad de los routers para consultar las tablas de enrutamiento (como ASIC).

MPLS se basa en el etiquetado de los paquetes en base a criterios de prioridad y/o calidad (QoS), la idea de MPLS es realizar la conmutación de los paquetes o datagramas en función de las etiquetas añadidas en capa 2 y etiquetar dichos paquetes según la clasificación establecida por la QoS en la SLA. Por tanto MPLS es una tecnología que permite ofrecer QoS, independientemente de la red sobre la que se implemente. El etiquetado en capa 2 permite ofrecer servicio multiprotocolo y ser portable sobre multitud de tecnologías de capa de enlace: ATM, Frame Relay, líneas dedicadas, LANs.

BENEFICIOS

La migración a IP está provocando profundos cambios en el sector de las telecomunicaciones y configura uno de los retos más importantes para los ISP, inmersos actualmente en un proceso de transformación de sus infraestructuras de cara a incorporar los beneficios de esta tecnología. MPLS nació con el fin de incorporar la velocidad de conmutación del nivel 2 al nivel 3; a través de la conmutación por etiqueta; pero actualmente esta ventaja no es percibida como el principal beneficio, ya que los gigarouters son capaces de realizar búsquedas de rutas en las tablas IP a suficiente velocidad como para soportar todo tipo de interfaces. Los beneficios que MPLS proporciona a las redes IP son: realizar ingeniería del tráfico o TE (Traffic Engineering), cursar tráfico con diferentes calidades de clases de servicio o CoS (Class of Service) o grados de calidad de servicio o QoS (Quality of Service), y crear redes privadas virtuales o VPN (Virtual Private Networks) basadas en IP.

La TE permite a los ISP mover parte del tráfico de datos, desde el camino más corto calculado por los protocolos de encaminamiento, a otros caminos físicos menos congestionados o menos susceptibles a sufrir fallos. Es decir, se refiere al proceso de seleccionar los caminos que seguirá el flujo de datos con el fin de balancear la carga de tráfico entre todos los enlaces, routers y switches en la red;

De modo que ninguno de estos recursos se encuentre infrautilizado o sobrecargado. La TE, descrita en la RFC 2702, se ha convertido en la principal aplicación de MPLS debido al crecimiento impredecible en la demanda de recursos de red.

Mediante MPLS, los ISP pueden soportar servicios diferenciados o DiffServ, como viene recogido en la RFC 3270. El modelo DiffServ define varios mecanismos para clasificar el tráfico en un pequeño número de CoS. Los usuarios de Internet demandan continuamente nuevas aplicaciones, teniendo los servicios actualmente soportados unos requerimientos de ancho de banda y de tolerancia a retrasos en la transmisión muy distintos y para satisfacer estas necesidades óptimamente, los ISP necesitan adoptar no sólo técnicas de ingeniería de tráfico, sino también de clasificación de dicho tráfico. De nuevo, MPLS ofrece a los ISP una gran flexibilidad en cuanto a los diferentes tipos de servicios que puede proporcionar a sus clientes.

Finalmente, MPLS ofrece también un mecanismo sencillo y flexible para crear VPN. Una VPN simula la operación de una WAN (Wide Area Network) privada sobre la Internet pública. Para ofrecer un servicio de VPN viable a sus clientes, un ISP debe solventar los problemas de seguridad de los datos y soportar el uso de direcciones IP privadas no únicas dentro de la VPN. Puesto que MPLS permite la creación de circuitos virtuales o túneles a lo largo de una red IP, es lógico que los ISP utilicen MPLS como una forma de aislar el tráfico. No obstante, MPLS no tiene en estos momentos ningún mecanismo para proteger la seguridad en las comunicaciones, por lo que el ISP deberá conseguirla mediante cortafuegos y algún protocolo de encriptación tipo IPsec. Existen varias alternativas para implementar VPNs mediante MPLS, pero la mayoría se basan en la RFC 2547.

CABECERA

Las etiquetas que utiliza MPLS pueden ir en los campos para etiquetas de ATM o Frame Relay, o si se transmiten sobre cualquier otra tecnología en una cabecera que se sitúa entre la del nivel 2 y la del 3:

Label (20 bits): Es la identificación de la etiqueta.

Ex (3 bits): Llamado también bits experimentales, también aparece como CoS en otros textos, afecta al encolado y descarte de paquetes.

S (1 bit): Del inglés stack, sirve para el apilado jerárquico de etiquetas. Cuando S=0 indica que hay mas etiquetas añadidas al paquete. Cuando S=1 estamos en el fondo de la jerarquía.

TTL (8 bits): Time-to-Live, misma funcionalidad que en IP, se decrementa en cada enrutador y al llegar al valor de 0, el paquete es descartado. Generalmente sustituye el campo TTL de la cabecera IP.

ETIQUETAS MPLS Y NIVLES

Las etiquetas solo tienen significado local

Son relevantes solo para el enlace entre dos LSR’s

Definen el camino a través de la red MPLS

MPLS puede soportar dominios o niveles, con lo cual permite definir más de un circuito virtual para un mismo paquete. Para ello, MPLS utiliza una pila de etiquetas encapsulada en la cabecera de los paquetes

Las decisiones de routing se basan en la cima, última etiqueta de la pila.

Los paquetes se guían mediante esas etiquetas.

Las etiquetas por tanto permiten: establecer un VC o LSP (Virtual Circuit o Label Switched Path), conmutar rápidamente en función de la etiqueta sin ningún cálculo adicional.

TERMINOLOGIAS MPLS

LER (Label Edge Router): elemento que inicia o termina el túnel (pone y quita cabeceras). Es decir, el elemento de entrada/salida a la red MPLS. Un router de entrada se conoce como Ingress Router y uno de salida como Egress Router. Ambos se suelen denominar Edge Label Switch Router ya que se encuentran en los extremos de la red MPLS.

LSR (Label Switching Router): elemento que conmuta etiquetas.

LSP (Label Switched Path): nombre genérico de un camino MPLS (para cierto tráfico o FEC), es decir, del túnel MPLS establecido entre los extremos. A tener en cuenta que un LSP es unidireccional.

LDP (Label Distribution Protocol): un protocolo para la distribución de etiquetas MPLS entre los equipos de la red.

FEC (Forwarding Equivalence Class): nombre que se le da al tráfico que se encamina bajo una etiqueta. Subconjunto de paquetes tratados del mismo modo por el conmutador.

TIPOS DE LSR

• LSR Interior: el que encamina paquetes dentro de la red MPLS. Su misión es únicamente cambiar las etiquetas para cada FEC según le indica su LIB

• LSR Frontera de ingreso: los que se encuentran en la entrada del flujo a la red MPLS (al principio del LSP). Se encargan de clasificar los paquetes en FECs y poner las etiquetas correspondientes.

• LSR Frontera de egreso: Los que se encuentran a la salida del flujo de la red MPLS (al final del LSP). Se encargan de eliminar del paquete la etiqueta MPLS, dejándolo tal como estaba al principio

GENERALIDADES:

Es un mecanismo de transporte de datos estándar creado por la IETF y definido en el RFC 3031.Opera entre la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI. Fue diseñado para unificar el servicio de transporte de datos para las redes basadas en circuitos y las basadas en paquetes.

Cómo funciona MPLS:

– El paquete IP se clasifica al entrar a la red MPLS

– Como resultado, se le incorpora un label

– En la nube MPLS, el paquete no vuelve a ser clasificado, y se lo conmuta simplemente por su label

Los protocolos de señalización actualmente utilizados en MPLS son:

• LDP (Label Distribution Protocol)

• RSVP-TE (Resource Reservation ProtocolTunnelling Extensions),

• BGP4-TE (Border Gateway Protocol-Traffic Engineering)

• CR-LDP (Constraint Based Routing-LDP).

PROCESO

• Un paquete entra a un dominio MPLS a través de un edge LSR (E-LSR) de ingreso, el cual procesa el paquete para determinar los servicios de red que requiere, definiendo su QoS.

• El E-LSR asigna el paquete a una FEC particular, agrega la etiqueta apropiada y lo reenvía. Si aún no existe un LSP para esa FEC, el E-LSR debe cooperar con los otros LSR para definir el nuevo LSP.

• Dentro del dominio MPLS, cada LSR al recibir un paquete etiquetado, remueve la etiqueta entrante, inserta la etiqueta saliente y envía el paquete hacía el próximo LSR a lo largo del LSP.

• El E-LSR de egreso remueve la etiqueta, lee la cabecera del paquete IP, y reenvía el paquete a su destino final.

TUNELES MPLS

La idea es controlar el camino entero sin explícitamente especificar los router intermedios.

Creando túneles a través de routers intermedios que pueden cubrir múltiples segmentos.

Aplicación en VPNs basadas en MPLS.

LSP

• LSP (Label Switched Path) son las rutas que se establecen dentro de una red MPLS

• Se forman desde el destino hacia el origen.

1. El origen (LSR entrada o interno) inicia cadena de mensajes de petición de etiquetas para crear un LSP

2. El destino (LSR interno o LSR salida) responde con mensajes de asociación de etiquetas creando el LSP

3. Se va formando el LSP hasta el origen

CREACION LSP

• Se puede hacer:

– De forma explícita:

• por configuración, de forma estática (equivalente a los PVCs en ATM)

• por un protocolo de señalización:

– LDP: Label Distribution Protocol

– RSVP mejorado

– De salto a salto, sin un LSP explícito, es decir el LSP se forma de salto a salto, como veremos en un caso particular

• El enrutamiento del LSP se hace en base a la información que suministra el protocolo de routing, normalmente IS-IS o (más raramente) OSPF.

• Siempre se usan algoritmos del estado del enlace, que permiten conocer la ruta completa y por tanto fijar reglas de ingeniería de tráfico.

• Si una vez fijado el LSP falla algún enlace hay que crear un nuevo LSP por otra ruta para poder pasar tráfico

LDP

LDP es el protocolo de distribución de etiquetas que utiliza MPLS, Establece los LSP en un dominio MPLS

• Tipos:

– Extensión de protocolos ya existentes (MPLS-RSVP, MPLS-BGP,...)

– Protocolos nuevos (MPLS-LDP, MPLS-CR-LDP,...)

• Tipos de mensaje LDP:

– Descubrimiento: Anuncian y mantienen la presencia de un LSR en una red MPLS

– Sesión: Establecen, mantienen y terminan sesiones entre dos LSRs

– Anuncio: Crear, cambiar y eliminar asociaciones FEC-etiqueta entre dos LSRs

– Notificación: Información de eventos significativos y errores

Ventajas de MPLS

Mejora desempeño de re-envío de paquetes en la red

Soporta QoS y CoS (clases de servicio) para diferencias servicios

Suporta escalabilidad de la red

Integra IP y ATM en la red

Construye redes inter-operables

Desventajas de MPLS

Se agrega una capa adicional

Los router deben entender MPLS