João Pedro Morais Design and Implementation of MPLS Damms ... · PDF file...

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  • Universidade de Aveiro 2010

    Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática

    João Pedro Morais Damms Machado

    Design and Implementation of MPLS Laboratorial Scenarios

    Concepção e Implementação de Experiências Laboratoriais sobre MPLS

  • Universidade de Aveiro 2010

    Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática

    João Pedro Morais Damms Machado

    Design and Implementation of MPLS Laboratorial Scenarios

    Concepção e implementação de experiências laboratoriais sobre MPLS

    Dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrónica e Telecomunicações, realizada sob a orientação científica do Doutor António Manuel Duarte Nogueira, Professor Auxiliar do Departamento de Electrónica, Telecomunicações e Informática da Universidade de Aveiro.

  • o júri

    Presidente

    Vogais

    Doutor Rui Luís Andrade Aguiar Professor Associado da Universidade de Aveiro

    Doutor António Manuel de Jesus Pereira Professor Adjunto do Instituto Politécnico de Leiria

    Doutor António Manuel Duarte Nogueira Professor Auxiliar da Universidade de Aveiro

  • agradecimentos

    A dissertação, cujo objectivo académico lhe confere um carácter

    solitário, jamais seria realizável na ausência de contributos e

    estímulos externos, não fosse o Homem um ser eminentemente

    social. Por essa razão, desejo expressar os meus sinceros

    agradecimentos:

    Ao Professor António Nogueira por todo o apoio prestado, na sua

    incansável disponibilidade, na prontidão da sua resposta ás

    inúmeras questões, no valioso contributo tanto nas sugestões bem

    como nas ideias despertadas. De realçar a extraordinária paciência

    e boa disposição que sempre me prestou, bem como a liberdade

    de movimento, uma vez que uma boa porção deste processo se

    desenvolveu com 2000 Km de distância métrica, mas na

    proximidade iminente da ajuda prestada.

    À minha esposa por toda a paciência e ajuda paralela prestada,

    uma vez que a vida se estende para além do teclado.

    À minha filha, surgida no decorrer deste processo, por me ter

    mostrado que a vida é uma luta constante e que cada pequeno

    passo é significativo no longo caminho.

  • palavras-chave MPLS, VPN, QoS, Engenharia de Tráfego, IPv6, Ethernet, Label- switching, LSR, LDP, RSVP BGP, OSPF, Proteção, AToM

    resumo O Multiprotocol Label Switching (MPLS) é um mecanismo de transporte de dados, sob a forma de um protocolo agnóstico, com grande potencial de crescimento e adequação. Opera na “Camada 2.5” do modelo OSI e constitui um mecanismo de alto desempenho utilizado nas redes de núcleo para transportar dados de um nó da rede para outro. O sucesso do MPLS resulta do facto de permitir que a rede transporte todos os tipos de dados, desde tráfego IP a tráfego da camada de ligação de dados, devido ao encapsulamento dos pacotes dos diversos protocolos, permitindo a criação de “links virtuais” entre nós distantes. O MPLS pertence à família das “redes de comutação de pacotes”, sendo os pacotes de dados associados a “etiquetas” que determinam o seu encaminhamento, sem necessidade de examinar o conteúdo dos próprios pacotes. Isto permite a criação de circuitos “extremo-a- extremo” através de qualquer tipo de rede de transporte e independentemente do protocolo de encaminhamento que é utilizado. O projecto do MPLS considera múltiplas tecnologias no sentido de prestar um serviço único de transporte de dados, tentando simultaneamente proporcionar capacidades de engenharia de tráfego e controlo “out-of-band”, uma característica muito atraente para uma implementação em grande escala. No fundo, o MPLS é uma forma de consolidar muitas redes IP dentro de uma única rede. Dada a importância desta tecnologia, é urgente desenvolver ferramentas que permitam entender melhor a sua complexidade. O MPLS corre normalmente nas redes de núcleo dos ISPs. No sentido de tornar o seu estudo viável, recorreu-se nesta dissertação à emulação para implementar cenários de complexidade adequada. Existem actualmente boas ferramentas disponíveis que permitem a recriação em laboratório de cenários bastante complicados.

    Contudo, a exigência computacional da emulação é proporcional à complexidade do projecto em questão, tornando-se rapidamente impossível de realizar numa única máquina. A computação distribuída ou a “Cloud Computing” são actualmente as abordagens mais adequadas e inovadoras apara a resolução deste problema. Esta dissertação tem como objectivo criar algumas experiências em laboratório que evidenciam aspectos relevantes da tecnologia MPLS, usando para esse efeito um emulador computacional, o Dynamips, impulsionado por generosas fontes computacionais disponibilizadas pela Amazon ec2. A utilização destas ferramentas de emulação permite testar cenários de rede e serviços reais em ambiente controlado, efectuando o debugging das suas configurações e optimizando o seu desempenho, antes de os colocar em funcionamento nas redes em operação.

  • keywords

    MPLS, VPN, QoS, Traffic engineering, IPv6, Ethernet, Label-switching, LSR, LDP, RSVP BGP, OSPF, Protection, AToM

    abstract The Multiprotocol Label Switching (MPLS) is a highly scalable and agnostic protocol to carry network data. Operating at "Layer 2.5" of the OSI model, MPLS is an high- performance mechanism that is used at the network backbone for conveying data from one network node to the next.

    The success of MPLS results from the fact that it enables the network to carry all kinds of traffic, ranging from IP to layer 2 traffic, since it encapsulates the packets of the diverse network protocols, allowing the creation of "virtual links" between distant nodes.

    MPLS belongs to the family of packet switched networks, where labels are assigned to data packets that are forwarded based on decisions that rely only on the label contents, without the need to examine the packets contents. This allows the creation of end-to-end circuits across any type of transport medium, using any protocol. The MPLS design takes multiform transport technologies into account to provide a unified data-carrying service, attempting simultaneously to preserve traffic engineering and out-of-band control, a very attractive characteristic for large-scale deployment. MPLS is the way to consolidate many IP networks into a single one. Due to this obvious potential, it is urgent to develop means and tools to better understand its functioning and complexity. MPLS normally runs at the backbone of Service Providers networks, being deployed across an extensive set of expensive equipment. In order to turn the study of MPLS feasible, emulation was considered as the best solution. Currently, there are very good available tools to recreate, in a lab environment, quite complicated scenarios. However, the computational demand of the emulation is proportional to the complexity of the project, becoming quickly unfeasible in a single machine.

    Fortunately, distributed computing or Cloud computing are suitable and novel approaches to solve this computation problem.

    So, this work aims to create some lab experiments that can illustrate/demonstrate relevant aspects of the MPLS technology, using the Dynamips emulator driven by the computational resources that were made available by the Amazon ec2 cloud computing facilities. The utilization of these emulation tools allows testing real networks and service scenarios in a controlled environment, being able to debug their configurations and optimize their performance before deploying them in real operating networks.

  • vi

    Table of contents

    I.   Introduction ..................................................................................................................................1   I.1   Guidelines ............................................................................................................................2  

    I.1.1   Motivation and objectives ................................................................................................2   I.1.2   Structure of the Dissertation.............................................................................................3  

    II.   MPLS - State of the Art ...............................................................................................................5   II.1   Introduction to MPLS ..........................................................................................................5   II.2   Benefits of MPLS.................................................................................................................5   II.3   MPLS Architecture ..............................................................................................................7  

    II.3.1   MPLS Operation ..........................................................................................................7   II.3.2   MPLS Node Architecture.............................................................................................7   II.3.3   MPLS Elements ............................................................................................