UNIVERSITE ABDELMALEKESSAADI ANNEE 2009-2010

ENSA- Tanger GSTR2

Rapport:

Multi-Protocol Label Switching

–MPLS-

Proposé par :Mme Hafsa BENABOUD

Réalisé par : Omar Benali

Multi-Protocol Label Switching –MPLS--

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Introduction à MPLS

MPLS (Multi-Protocol Label Switching) est une technique réseau en cours de normalisation à l'IETF dont le

rôle principal est de combiner les concepts du routage IP de niveau 3, et les mécanismes de la commutation

de niveau 2 telles que implémentée dans ATM ou Frame Relay. MPLS doit permettre d'améliorer le rapport

performance/prix des équipements de routage, d'améliorer l'efficacité du routage (en particulier pour les

grands réseaux) et d'enrichir les services de routage (les nouveaux services étant transparents pour les

mécanismes de commutation de label, ils peuvent être déployés sans modification sur le coeur du réseau).

Les efforts de l'IETF portent aujourd'hui sur Ipv4. Cependant, la technique MPLS peut être étendue à de

multiples protocoles (IPv6, IPX, AppleTalk, etc,). MPLS n'est en aucune façon restreint à une couche 2

spécifique et peut fonctionner sur tous les types de support permettant l'acheminement de paquets de niveau

3.

MPLS traite la commutation en mode connecté (basé sur les labels); les tables de commutation étant

calculées à partir d'informations provenant des protocoles de routage IP ainsi que de protocoles de contrôle.

MPLS peut être considéré comme une interface apportant à IP le mode connecté et qui utilise les services de

niveau 2 (PPP, ATM, Ethernet, ATM, Frame Relay, SDH ...).

La technique MPLS a été voulue par l'IETF relativement simple mais très modulaire et très efficace.

Certains points clé sont maintenant mis en avant par l'IETF et par certains grands constructeurs dominés par

Cisco, ainsi que par les fournisseurs de services aux premiers desquels se trouvent les opérateurs de réseaux.

Un grand effort pour aboutir à une normalisation a été consentie par les différents acteurs, ce qui semble

mener à une révolution des réseaux IP.

MPLS: Objectifs

L'un des objectifs initiaux était d'accroître la vitesse du traitement des datagrammes dans l'ensemble des

équipements intermédiaires. Cette volonté, avec l'introduction des gigarouteurs, est désormais passée au

second plan. Depuis, l'aspect "fonctionnalité" a largement pris le dessus sur l'aspect "performance", avec

notamment les motivations suivantes :

Intégration IP/ATM

Création de VPN

Flexibilité : possibilité d'utiliser plusieurs types de media (ATM, FR, Ethernet, PPP, SDH).

Differential Services (DiffServ)

Routage multicast

MPLS pourra assurer une transition facile vers l'Internet optique. MPLS n'étant pas lié à une technique de

niveau 2 particulière, il peut être déployé sur des infrastructures hétérogènes (Ethernet, ATM, SDH, etc.).

Avec la prise en charge de la gestion de contraintes molles et dures sur la qualité de service (DiffServ, Cisco

Guaranteed Bandwidth). Avec la possibilité d'utiliser simultanément plusieurs protocoles de contrôle,

MPLS peut faciliter l'utilisation de réseaux optiques en fonctionnant directement sur WDM.

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Traffic Engineering permettant de définir des chemins de routage explicites dans les réseaux IP (avec RSVP

ou CR-LDP). L'ingénierie des flux est la faculté de pouvoir gérer les flux de données transportés au dessus

d'une infrastructure réseau. Aujourd'hui, cette ingénierie des flux est essentiellement faite à l'aide d'ATM,

avec comme conséquence une grande complexité de gestion (en effet IP et ATM sont deux techniques

réseaux totalement différentes, avec parfois des contraintes non compatibles). Avec l'intégration de cette

fonctionnalité, MPLS va permettre une simplification radicale des réseaux.

Les labels peuvent être associés à un chemin, une destination, une source, une application, un critère de

qualité de service, etc. ou une combinaison de ces différents éléments. Autrement dit, le routage IP est

considérablement enrichi sans pour autant voir ses performances dégradées (à partir du moment ou un

datagrame est encapsulé, il est acheminé en utilisant les mécanismes de commutation de niveau 2). On peut

imaginer qu'un des services les plus importants sera la possibilité de créer des réseaux privés virtuels (VPN)

de niveau 3. Ainsi, des services de voix sur IP, de multicast ou d'hébergement de serveurs web pourront

coexister sur une même infrastructure. La modularité de MPLS et la granularité des labels permettent tous

les niveaux d'abstraction envisageables.

I-Réseaux MPLS :

La commutation MPLS :

Le réseau MPLS est formé d’un ensemble de commutateurs MPLS qu’on appelle LSR (Label Switching Router) correspond à l’association d’un routeur ou d’un commutateur.

On affecte à chaque adresse IP un label, un protocole spécifique distribue les labels aux LSP voisins, ainsi,

chaque paquet MPLS (IP+label)

est commuté d’une manière

normale qu’un commutateur

traditionnel. Ici, les labels sont

affectés en fonction d’un nœud

de sortie et non pas d’une

adresse IP destination, on parle

alors de l’agrégation de routes

puisque tous les paquets envoyés

à un nœud seront marqués par le

même label, et ceci allège les

tables d’acheminement et

participe à l’amélioration des

performances.

Le principe de base d’un réseau MPLS :

L’augmentation du nombre de sites raccordés est transparente au cœur du réseau, seuls les

organes des périphériques sont affectés, les LER (Label Edge Router) sont à l’interface entre le réseau IP et

le réseau MPLS. On appelle l’ensemble des datagrammes qui reçoivent le même label un FEC (Forwarding

Equivalence Class), le circuit virtuel défini par une class d’équivalence est appelé LSP (Label Switched Path).

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Les mécanismes particuliers :

Le dépilement de pénultième saut :

Afin d’optimiser un réseau MPLS, ce n’est pas le LER de sortie qui supprime le label du datagramme

IP, mais plutôt l’avant dernier LSR, puisque la présence d’un label entre le LSR et le LER n’est pas

nécessaire ; le routage entre les 2 se passe par l’adresse IP.

L’agrégation de routes dans le réseau :

L’agrégation consiste à acheminer plusieurs trafics sur le même support, à la base, un seul label est

attribué (label du tunnel), cependant, il parait nécessaire de distinguer les paquets en ajoutant un label

supplémentaire qu’on appelle label d’identification, dans une agrégation, seul le label du tunnel peut être

modifié entre deux LSR liés à une agrégation.

L’encapsulation ou l’en-tête MPLS :

L’en-tête MPLS se rajoute entre la couche 2 et 3, elle est de longueur de 32 bits formés par :

- 20 bits d’identification du label.

- 3 bits de l’Exp.

- Un bit S indiquant la fin pile (si S=1, dernier label).

- 8 bits de TTL (Time To Live) permet de rendre transparent, à IP, la traversé d’un réseau MPLS.

MPLS et les protocoles de niveau 2 :

La principale difficulté de l’encapsulation de paquets MPLS dans les protocoles de niveau liaison est

en relation directe avec la MTU de ces protocoles, ça veut dire que la taille d’une trame limité en 1518

octets peut être dépassée ; l’absence d’une normalisation est alors la cause de cette difficulté.

II- MPLS et les infrastructures existantes :

Généralités :

Le protocole MPLS ne trouve aucun problème en termes d’intégration au sein des infrastructures

sous-jacentes, ce qui économise les dépenses d’investissements.

la gestion du TTL :

Le bouclage dans le réseau MPLS est bien évité grâce aux champs TTL fixé par la source, sa valeur

est décrémentée à chaque passage par un LSR, s’il atteint la valeur nulle, un message icmp est renvoyé au

destinataire ainsi qu’à la source, le TTL du datagramme IP doit avoir la même valeur que s’il avait traversé

un réseau IP (sauf pour une encapsulation dans une trame ATM ou Frame Relay).

MPLS et ATM :

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Dans un réseau ATM traditionnel, seules les données d’une même source sont acheminées sur le

circuit virtuel, alors que pour un réseau ATM/MPLS, si un commutateur ATM-LSR utilise l’agrégation de

routes, des données de différentes sources sont émises dès que reçues et identifiées par le même VCI/VPI,

alors, un entrelacement de cellules ATM n’est pas détecté par le commutateur du sortie.

Pour éviter cet entrelacement dans une agrégation ATM/MPLS, ATM/LSR ne transmis les cellules

qu’il reçoit qu’après avoir reçu la dernière cellule, cette méthode qui s’appelle mode rétention est

consommatrice de ressources CPU, c’est pour cette raison qu’on lui préfère le mode dit dissociation, qui

consiste à établir un LSP par flux, perdant ainsi le bénéfice de l’agrégation des flux, ce mode est basé sur le

fait d’attribuer un label spécifique à chacun des flux.

III-la construction des routes dans un réseau MPLS :

Généralités :

Dans un réseau IP commuté, on distingue deux méthodes différentes :

1) Topology based : à chaque destination est associée une route même si le flux n’est pas détecté

vers cette destination.

2) Traffic based : consiste à ne pas construire une route que lorsqu’on détecte un flux vers la

destination concernée, cette méthode est gourmande en terme de bande passante à cause de

messages de signalisation.

Le routage peut bien sur être manuellement, ce qu’on appelle hop by hop routing, en construisant les

LSP d’une manière similaire au routage IP qui s’appuie sur un routage traditionnel IP auquel on adjoint un

LDP.

Une autre approche du routage appelé routage

explicite, qui consiste à spécifier une liste de nœuds pour

chaque flux, basée sur les contraintes de QoS ou de

gestion de trafic.

Le protocole LPD :

Principe : LPD s’appuie sur les protocoles de routage IP dont il utilise les tables de routage, en

distribuant les messages pour l’échange de labels entre LSR. Des messages « Hello » sont diffusés

périodiquement pour obtenir un label de destination récemment découverte, les LSR adjacents

s’identifient en envoyant leur adresse IP et leur LSR-ID, une fois une relation de voisinage est découverte,

le LSR de plus petit identifiant ouvre une session TCP avec son voisin, 4 types de messages sont réalisés

pour la gestion des associations :

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- Label request : demande de label.

- Label mapping : message

d’attribution du label à une FEC.

- Label withdraw : message de

suppression du label, l’association n’est

utilisée, et non pas détruite.

- Label release : détruit une association.

La distribution de label :

Deux modes de distribution des labels peuvent être mis en place :

Distribution en mode non sollicité : chaque LSR amont informe ses voisins s’il sait joint une FEC et que ceux-ci peuvent utiliser tel label ou telle FEC.

Dans ce mode, il existe deux politiques de conservation des associations :

- Conservation libérale: le LSR conserve dans sa table de labels tous les labels même ceux non utilisés par la table d’acheminement, son inconvénient est qu’elle consomme de la mémoire, mais de l’autre côté elle est bien résistive au cas de changement de topologie.

- Rétention conservatrice : seules les associations effectivement utilisées sont conservées dans la table des labels, elle présente moins de réaction contre les dysfonctionnements du réseau.

Mode distribution des labels : le LSR qui découvre que son voisin est le prochain pour saut pour une FEC donnée, lui demande de fournir un label pour cette FAC.

Même si les deux modes sont supportés dans le réseau MPLS, seul le mode sollicité est appliqué par le réseau ATM/MPLS, par une diffusion de labels propageant de l’egress LER vers ingress LER (distribution en mode contrôlé ordonné).

IV-MPLS et l’ingénierie de trafic :

Les opérateurs désirent disposer d’outils leur permettant de gérer au mieux le trafic dans le réseau en :

- Répartissant le trafic sur plusieurs chemins. - Assurant une haute disponibilité à leur réseau (reroutage). - Associant à une route une Qualité de service.

L’ingénierie du trafic consiste à réaliser dans un réseau MPLS des tunnels pour répartir le trafic, ou affecter un flux à un chemin respectant une QoS invoquée.LR-LPD ou RSVP-TE crée un état dans le réseau, en cas de défaillance il est alors nécessaire de reconstruire explicitement une route de bout à bout.