Ретроспектива научно-образовательной школы проф. Б. С. Гольдштейна
In English
На главную In English

Книги
Пособия
Статьи 2010-х
Статьи 2000-х
Статьи 1990-х
Статьи 1980-х
Патенты
На английском
Технология и протоколы MPLS

Заказать книгу

Скачать рецензию
редакции журнала
«Вестник связи»

Технология и протоколы MPLS

Гольдштейн А.Б., Гольдштейн Б.С.

СПб.: БХВ — Санкт-Петербург, 2005. — 304 с.: ил.
ISBN 5-8206-0126-2

Технология MPLS представляет собой синтез всего самого лучшего из технологий уровня 2 (ATM, Frame Relay, Ethernet) и маршрутизации уровня 3 пакетных сетей. Изучение рассмотренных в книге протоколов MPLS позволит читателю оценить, является ли MPLS именно тем инструментом, с помощью которого сегодняшний хаос неуправляемой передачи пакетов по IP­сети может быть превращен в стройный, эффективно функционирующий механизм для сети связи следующего поколения NGN. На этот вопрос читатель сможет ответить сам, прочитав книгу, а также узнать про классы эквивалентности FEC, метки, протоколы LDP, CR­LDP, RSVP, RSVP­TE, OSPF, BGP­4, IS­IS, трафик­инжиниринг, GMPLS и многое другое.

Для технических специалистов, занятых разработкой и эксплуатацией сетей связи, студентов старших курсов и аспирантов соответствующих специальностей, для всех, кто интересуется современными инфокоммуникациями. Научно­техническое издание.

 

 

Содержание

Предисловие

Глава 1. Основы MPLS
1.1. Технология MPLS
1.2. Предыстория MPLS
1.3. Классы эквивалентности пересылки FEC
1.4. Коммутируемые по меткам тракты LSP
1.5. Основные понятия

Глава 2. Метки и функционирование MPLS
2.1. Коммутация по меткам
2.2. Структура метки
2.3. Стек меток MPLS
2.4. Инкапсуляция меток
2.5. Таблицы пересылки
2.6. Привязка "метка-FEC"
2.7. Режимы операций с метками
2.8. Фиксированные значения метки

Глава 3. Протокол LDP
3.1. Классы эквивалентности пересылки и LDP
3.2. Основы протокола LDP
3.3. Формат и параметры сообщений LDP
3.3.1. Блоки данных протокола LDP
3.3.2. Схема Type-Length-Value
3.3.3. Параметры TLV
3.3.4. Формат сообщений LDP
3.4. Сообщения LDP
3.4.1. Уведомляющее сообщение Notification Message
3.4.2. Приветственное сообщение Hello
3.4.3. Инициирующее сообщение Initialization
3.4.4. Сообщение KeepAlive
3.4.5. Адресное сообщение Address
3.4.6. Сообщение отмены адреса Address Withdraw
3.4.7. Сообщение привязки метки Label Mapping
3.4.8. Сообщение запроса метки Label Request
3.4.9. Сообщение отмены запроса метки Label Abort Request
3.4.10. Сообщение отмены привязки метки Label Withdraw
3.4.11. Сообщение освобождения метки Label Release
3.4.12. Дополнительные сообщения и TLV
3.5. Протокол СR-LDP
3.6. Аспекты безопасности LDP
3.6.1. Несанкционированные действия
3.6.2. Конфиденциальность
3.6.3. Отказ в обслуживании
3.7. Сигнализация LDP

Глава 4. Протокол RSVP для MPLS
4.1. Стили резервирования ресурсов для MPLS
4.2. Основы протокола RSVP
4.3. Роль RSVP и RSVP-TE в MPLS
4.4. Расширение RSVP-TE
4.5. Ремаршрутизация ТЕ-туннелей
4.6. Форматы RSVP-TE
4.6.1. Сообщения создания LSP
4.6.2. Объект LABEL
4.6.3. Объект LABEL_REQUEST
4.6.4. Объект EXPLICIT_ROUTE (ERO)
4.6.5. Объект RECORD_ROUTE (RRO)
4.6.6. Объект SESSION
4.6.7. Объект SENDER_TEMPLATE
4.6.8. Объект FILTER_SPEC
4.6.9. Объект SESSION_ATTRIBUTE
4.7. Расширение сообщения Hello
4.8. Управление трафиком в MPLS

Глава 5. Протокол OSPF
5.1. Протоколы OSPF и RIP
5.2. Метрики OSPF
5.3. Алгоритм Дийкстры
5.4. Области OSPF
5.5. Структура OSPF-пакета
5.6. Типы пакетов OSPF
5.6.1. Пакеты-приветствия
5.6.2. Пакет описания базы данных OSPF
5.6.3. Запросы сведений о состоянии каналов
5.6.4. Корректировка сведений о состоянии каналов
5.6.5. Подтверждение извещений о состоянии каналов
5.7. Извещения LSA
5.8. Базы данных OSPF
5.8.1. База данных о смежности
5.8.2. Топологическая карта сети
5.8.3. Таблица маршрутизации
5.9. Принципы работы OSPF
5.10. SDL-диаграмма поведения маршрутизатора OSPF

Глава 6. Протокол IS-IS
6.1. Еще раз о маршрутизации по состоянию каналов
6.2. Проблема flooding в протоколе IS-IS
6.3. Метрики IS-IS
6.4. Адресация IS-IS
6.5. Маршрутизация IS-IS
6.6. Пакеты IS-IS
6.6.1. Пакеты-приветствия Hello
6.6.2. Пакеты состояния каналов LSP
6.6.3. Пакеты порядкового номера SNP

Глава 7. Протокол маршрутизации BGP
7.1. Использование протокола BGP в MPLS
7.2. Алгоритм Беллмана-Форда
7.3. Нумерация автономных систем в BGP
7.4. Маршрутизаторы BGP
7.5. Протокол EBGP
7.6. Протокол IBGP
7.7. Конфедерации BGP
7.8. Карты маршрутов
7.9. Метрики маршрутов
7.10. База данных маршрутизации
7.11. Сообщения BGP
7.11.1. Общий заголовок
7.11.2. Запрос соединения OPEN
7.11.3. Сообщение об обновлении UPDATE
7.11.4. Уведомление NOTIFICATION
7.11.5. Сообщение подтверждения связи Keepalive
7.12. Синхронизация BGP
7.13. Многопротокольные расширения BGP

Глава 8. Виртуальные частные сети и туннели
8.1. Виртуальные частные сети VPN
8.2. Туннелирование в MPLS
8.3. Виртуальные частные MPLS-сети
8.3.1. Общие предпосылки MPLS-VPN
8.3.2. Сети MPLS/BGP-VPN 192
8.3.3. Виртуальная сеть на базе IP/MPLS 192
8.3.4. Организация MPLS-VPN
8.4. Маршрутизация MPLS-VPN
8.4.1. Таблицы маршрутизации в PE-маршрутизаторах
8.4.2. Распространение маршрутной информации
по протоколу BGP
8.5. Распространение маршрутной информации
8.5.1. Атрибут целевой VPN
8.5.2. Атрибут VPN-источник
8.5.3. Атрибут сайт-источник
8.5.4. Передача маршрутной информации между PE
8.6. Пересылка данных по магистральной сети
8.7. Передача маршрутной информации между CE и PE
8.8. Поддержка MPLS маршрутизатором СЕ
8.8.1. Виртуальные сайты
8.8.2. VPN Интернет-провайдера
8.9. Стандартизация технологии MPLS-VPN
8.10. Сценарии организации VPN на основе туннелей MPLS

Глава 9. Инжиниринг трафика
9.1. Концепция инжиниринга трафика в MPLS
9.2. Протоколы сигнализации
9.3. Атрибуты потоков трафика и сетевых ресурсов
9.3.1. Атрибуты объединенных потоков трафика
9.3.2. Атрибуты сетевых ресурсов
9.4. Маршрутизация на основе ограничений
9.5. Механизмы TE в MPLS
9.6. Сравнение протоколов CR-LDP и RSVP-TE
9.6.1. Сравнение функциональных возможностей
9.6.2. Сравнение технических характеристик
9.6.3. Служебный трафик в RSVP-TE и CR-LDP
9.6.4. Сравнение ремаршрутизации в RSVP-TE и CR-LDP
9.6.5. Сравнение протоколов по их внедрению

Глава 10. Эволюция к GMPLS
10.1. MPLambS и GMPLS
10.2. Метки в GMPLS
10.2.1. Запрос универсальной метки
10.2.2. Универсальная метка
10.2.3. Коммутация диапазонов волн
10.2.4. Предлагаемая метка
10.2.5. Набор меток
10.3. Двунаправленные LSP
10.4. Уведомления и сообщения об ошибках 253
10.4.1. Запрос уведомления
10.4.2. Уведомляющее сообщение
10.4.3. Разрушение процесса пересылки сообщением
об ошибке PathErr
10.5. Метки для явно заданного маршрута
10.6. Информация о защите
10.7. Информация об административном статусе
10.8. Разделение общего тракта управления
10.8.1. Идентификация интерфейсов
10.8.2. Обработка ошибок
10.9. Форматы сообщений
10.10. Что дальше?

Глава 11. Камо Грядеши?
11.1. Внедрение и перспективы MPLS
11.2. MIB и MPLS
11.3. Оборудование MPLS
11.4. Тестирование MPLS
11.5. VoMPLS
11.6. "Все" через MPLS
11.7. Многоадресность
11.8. DiffServ-aware MPLS-TE
11.8.1. Объединение технологий
11.8.2. DiffServ в MPLS
11.8.3. Class of Type – CT
11.8.4. Вычисление пути
11.8.5. Сигнализация тракта
11.8.6. Модели назначения полосы пропускания
11.9. MPLS и QoS

Литература
Глоссарий
Предметный указатель

 

Предисловие

"Когда я назначаю кого-то на лидирующую позицию, то имею девяносто девять недовольных и одного неблагодарного", говорил Людовик XIV. Существование, как минимум, девяносто девяти претендентов на позицию главного механизма обеспечения качества обслуживания QoS (Quality of Service) в сетях связи следующего поколения NGN (Next Generation Network) обусловлено лавинообразным ростом числа пользователей IP-сетей и соответствующим увеличением мультимедийного трафика. Изначально же IP-технологии были ориентированы на передачу данных простейших приложений, для чего было вполне достаточно программных маршрутизаторов. По мере появления новых мультимедийных приложений типа IP-телефонии, требующих более высоких скоростей передачи и поддержки более широкой полосы пропускания, возникла потребность в создании технологий и устройств, обеспечивающих возможность быстрой коммутации на уровне 2 (уровне звена данных) и уровне 3 (сетевом уровне) аппаратными средствами. Появились устройства коммутации на уровне 2, решающие проблему узких мест коммутации в среде LAN, а также новые маршрутизаторы, улучшающие ситуацию с маршрутизацией на уровне 3 путем перевода в быстродействующую аппаратную реализацию процедур просмотра маршрутных таблиц для пересылки пакетов. Достигли своего апогея наиболее перспективные технологии 90-х годов Frame Relay и АТМ. Появились разнообразные средства обеспечения качества обслуживания DiffServ и IntServ, рассматриваемый в этой книге протокол резервирования RSVP и многое другое.

И все же, все эти девяносто девять претендентов на наиболее эффективное решение проблемы сетевого QoS при передаче мультимедийной информации в реальном времени с учетом таких показателей, как задержка, дрожание фазы, перегрузка и т.п. фактически уже уступили занявшей лидирующую позицию многопротокольной коммутации по меткам MPLS (MultiProtocol Label Switching).

MPLS является весьма изящным и универсальным решением проблем QoS, стоящих перед сегодняшними пакетными сетями, решением, которое обеспечивает скорость передачи, масштабируемость, оптимизацию распределения трафика и эффективную маршрутизацию (на основе показателей QoS) в пакетных сетях IP, ATM и Frame Relay. Лидерство MPLS обусловлено, по мнению авторов, удачно выбранной позицией, позволяющей оптимальным образом отображать сквозной трафик третьего уровня от исходящего сетевого узла (маршрутизатора) к входящему узлу в трафик между соседними узлами на втором уровне сетевой иерархии. Таким образом, MPLS, являясь гибридом уровней 2 и 3 семиуровневой модели OSI, собрала вместе лучшее из двух миров: уровня 2 и уровня 3, мира АТМ и мира IP.

Некоторая "неблагодарность" в ответ на столь значительное внимание к технологии MPLS проявилась в возникшей путанице относительно того, что такое MPLS, к какому уровню OSI она относится, что эта технология может и для чего она предназначена. Такая путаница обусловлена, в частности, тем, что технология MPLS не использует какой-либо единый формат для транспорта пакетов, а базируется на нескольких протоколах (и соответствующих им стандартах), каждый из которых решает отдельную проблему. Попытка распутать этот клубок и каким-то образом структурировать описания протоколов MPLS как раз и предпринята в этой книге и, прежде всего, в ее первой главе.

Вторая глава посвящена собственно меткам. Сами по себе, метки не являются чем-то новым. Технологии X.25, ATM, Frame Relay и, до некоторой степени, TDM используют инкапсуляцию с помощью меток в течение многих лет. Хороший пример такой инкапсуляции в TDM при передаче сообщений протокола DSS1 ISDN через универсальный интерфейс сети доступа V5.2 был рассмотрен в одной из предыдущих книг этой серии, посвященной протоколам сети доступа. Но только в MPLS эта концепция реализуется в общем виде, т.е. метки не привязаны к какому-либо конкретному протоколу второго уровня. Метка MPLS представляет собой число, уникальным образом идентифицирующее некоторую совокупность передаваемых пакетов. Метка имеет только локальное значение, т. е. по мере следования пакетов вдоль маршрута ее необходимо изменять. О самих метках, о распределении меток, о коммутации по меткам, о соответствующих протоколах сигнализации и маршрутизации, о методах инжиниринга трафика, о VPN, о туннелях MPLS и о многом другом рассказывается в этой книге.

Книга построена таким образом, что в ней можно условно выделить три части. В первых главах представлено описание технологии MPLS и рассматриваются:

  • принципы MPLS, сильные и слабые стороны этой технологии,
  • краткая история MPLS, основы архитектуры,
  • классы эквивалентности пересылки FEC и коммутируемые по меткам тракты LSP,
  • структура метки, методы распределения меток и коммутации по меткам.
Задача этих глав – ввести ключевые определения и термины, относящиеся к MPLS, и объяснить технологии, в результате слияния которых и была создана MPLS. Сюда входит рассмотрение технологий маршрутизации и коммутации, ранних исследований в области коммутации ячеек и тегов, а также других важных технологий, которые являются ключом к пониманию эволюции технологии MPLS. Задача следующей, наиболее объемистой части книги – объяснить базовую технологию и протоколы MPLS, включая протоколы сигнализации, механизмы распределения меток и коммутации по меткам, и содержит следующие главы:
    протокол LDP и распределение меток,
  • протокол RSVP и идеи инжиниринга трафика,
  • протокол OSPF и метрики маршрутизации,
  • протокол BGP и пограничные шлюзы,
  • протокол IS-IS и внутризоновая маршрутизация.

Уже простое перечисление глав показывает, что эта книга могла бы быть издана в серии "Телекоммуникационные протоколы", как первоначально и планировалось. Но книга, которая получилась и которую вы держите в руках, существенно отличается от вышедших в серии "Телекоммуникационные протоколы" книг, в первую очередь, тем, что отнюдь не является справочником. Это вполне объяснимо: справочники по телекоммуникационным протоколам написаны для гораздо более "зрелых" технологий ОКС7, V5, R1.5. В данной же книге представлен не столько справочник, сколько, в определенном смысле, путеводитель по технологии MPLS, чрезвычайно молодой, но, тем не менее, уже заслужившей место в "Энциклопедии современных инфокоммуникаций".

Это изменение подхода к книге обусловило и то, что в третьей ее части обсуждаются направления текущих и будущих работ в области технологии и протоколов MPLS, роль MPLS в конвергенции сетей и услуг связи, перспективные вопросы MPLS:

  • инжиниринг трафика в MPLS,
  • туннели MPLS и виртуальные частные сети VPN,
  • MPLambdaS и GMPLS,
  • перспективы технологии MPLS.

Заключительные главы книги также требуют краткого предварительного комментария. Первоначально MPLS рассматривалась как технология, которая сумела бы радикально улучшить маршрутизацию IP-пакетов на уровне 3 модели OSI. До самого последнего времени главным был тот аргумент, что благодаря применению MPLS значительно возрастает производительность сети, т.к. анализ коротких меток фиксированной длины выполняется намного быстрее, чем анализ длинных IP-заголовков сетевого уровня при традиционной маршрутизации IP-пакетов. Однако этот аргумент уже сегодня становится менее актуальным в связи с появлением аппаратных решений на интегральных схемах прикладной ориентации ASIC, на программируемых в процессе эксплуатации матрицах FPGA и т.п. Анализ заголовков IP-пакетов в самом ближайшем будущем не будет являться узким местом для производительности терабитовых (а вскоре – и петабитовых!) маршрутизаторов традиционных IP-сетей.

С другой стороны, на первый план вышла проблематика качества обслуживания QoS, возрастает интерес к новым приложениям, таким как использование MPLS в оптических сетях коммутации, инжиниринг трафика TE, речь поверх MPLS, виртуальные частные сети VPN, что и обусловило как подбор материала, так и структуру третьей части книги.

Список литературы весьма обширен и содержит 125 наименований. И даже в этот список вошло далеко не все, что уже написано про MPLS, но поскольку перечисленные источники сами содержат литературные ссылки, наш перечень будет нетрудно расширить. Представляются также полезными предметный указатель и список использованных в книге аббревиатур, составляющий основу глоссария.

Авторы пользуются случаем выразить свою признательность профессору Г.Г. Яновскому, впервые обратившему внимание авторов на эту проблематику, причем тогда, когда вышеприведенные сентенции о перспективности MPLS были отнюдь не так очевидны как сегодня. Кроме того, книга была бы заметно хуже, если бы не научное редактирование, выполненное В.А. Соколовым. Весьма полезными были и стимулирующие дискуссии с коллегами из ЛОНИИС, СПбГУТ, ГК Экран, НТЦ Протей, Уралсвязьинформ, МТУ-информ/Комстар, Ленсвязь, ЮТК, АДЭ и др. Значительная помощь в работе над книгой была оказана студентами старших курсов СПбГУТ им.проф. М.А. Бонч-Бруевича – А. Атциком и его коллегами, материалы дипломных проектов которых приведены в качестве некоторых сценариев и примеров в ряде глав книги.

Все это, безусловно, содействовало решению главной задачи, которую ставили перед собой авторы: показать, что многопротокольная коммутация по меткам – это именно тот инструмент, с помощью которого сегодняшний хаос неуправляемой передачи пакетов по IP-сетям может быть превращен в стройный, эффективно функционирующий механизм для NGN.

Обратно в Книги