MPLS - ATM Cell Mode

1        MPLS – Multiprotocol Label Switching

1.1                 Protocolos de Sinalização MPLS

Os dois protocolos de sinalização suportados pelo JUNOS são o Resource Reservation Protocol (RSVP) e o Label Distribution Protocol (LDP). RSVP é um protocolo de sinalização genérico que foi adaptado para o uso do MPLS. Já o LDP foi desenvolvido exclusivamente para o MPLS. Esses dois protocolos são independentes um do outro mas podem ser usados em conjunto na mesma rede.

1.2                 Terminologia

•         Label Switch Path (LSP) – Cada caminho de rede criado pelo MPLS é um LSP. Esses caminhos são unidirecionais e se limitam ao AS ou domínio da rede. Funciona diferente dos VCs ATM que são bidirecionais. O LSP é um caminho só de ida.

•         Label Switch Router (LSR) – Todo router que suporta o MPLS é um LSR. O LSR é responsável por encaminhar o trafego de dados no LSP. Existem 4 tipos diferentes de LSR:

•         Ingress Router – É a única entrada de dados do LSP no MPLS. O Ipv4 é encapsulado no MPLSe adicionado o label pelo Label Push Operation. Todo LSP tem que ter um e somente um Ingress Router;

•         Transit Router – Todos os routers localizados no meio do LSP são considerados Transit Router. Cada LSP pode ter de 0 a 253 Transit Routers. Como o máximo de routers em um LSP é de 255 e temos 2 deles para entra e saída, o máximo de Transit Router é 253;

•         Penultimate Router – Um dos Transit Router do LSP, o penúltimo,  tem uma função específica: Ele faz o Label Pop Operation que é a retirada da informação de MPLS do pacote. Depois de consultar a tabela switching MPLS ele envia o pacote Ipv4 para o último router do LSP;

•         Egress Router – É o ponto final do LSP. Todo LSP tem que ter um e somente um Egress Router que entrega o pacote Ipv4 para o destino.

•         Labels – O encaminhamento de dados através do MPLS é baseado nos valores dos labels adicionados pelos próprios routers MPLS.

A colocação do label é feita de modo dinâmico ou manual;

 Os routers downstream (que recebem o pacote, seja ele no final ou no meio do LSP) informa para o upstream (router logo acima) qual label que deverá ser usado no LSP (Label Object);

Cada segmento tem o seu label para o envio do pacote;

O label é parte do cabeçalho MPLS que é adicionado entre o L2 e o L3. Os valores do Label são de 0 até 1048576;

Alguns Labels são reservados pela IETF para uso específico:

·         0 - IPv4 Explicit NULL – Esse Label é usado somente quando o IPv4 segue o cabeçalho MPLS;

·         1 - Router Alert Label – Indica que o pacote deve ser enviado para processamento no Routing Engine e não deve ser encaminhado como um pacote normal;

·         2 - IPv6 Explicit NULL – Válido apenas quando o IPv6 segue o cabeçalho MPLS.

·         3 - Implicit NULL – Essa valor não deve nunca aparecer no cabeçalho do MPLS. Um router recebendo esse Label vindo do vizinho de baixo do fluxo informa que ele deve retirar os Labels antes de entregar para o router logo abaixo (oque enviou). É usado no Penultimate Router;

·         4 até 15 – Reservado para uso futuro;

·         0 até 1023 – Uso de Label.

1.3                 Processamento do Pacote ao longo do LSP

1.      O router de origem ( Ingress Router) faz uma verificação nas rotas IPv4 onde está o endereço de destino. Ele encontra o next hop e descobre o LSP até ele. Um cabeçalho MPLS é adicionado ao pacote com o label daquele segmento; O próximo router (Transit Router) recebe o pacote e faz a verificação na tabela de encaminhamento MPLS e faz a operação de troca de label. O pacote é então encaminhado para o next hop ao longo do LSP;

2.      O penúltimo router (Penultimate Router) recebe o pacote com o novo label e faz a verificação natabela MPLS. Descobre que o próximo router é o router final e retira o cabeçalho MPLS do pacote encaminhando somente o pacote IPv4. 3.      O router de destino (Egress Router) verifica o destino na tabela de roteamento e encaminha o pacote.

1.4                 Estabelecendo um LSP

O LSP é estabelecido por dois diferentes métodos: Estático ou Dinâmico. Cada método tem suas vantagens e desvantagens:

•         Static Label Switch Path

·         Requer que todos os caminhos ao longo do LSP seja explicitamente configurado. É bem parecido com rotas estáticas do IPv4;

·         É definido qual o caminho que o pacote irá fazer e o Label que será usado;

·         O modo estático consome menos memória que o dinâmico;

·         A desvantagem é a possivel criação de buracos negros;

•         Dynamic Label Switch Path

·         Um protocolo de sinalização cria e mantém os LSPs sem intervenção do usuário;

·         Somente o Ingress Router tem informações sobre os LSPs, todos os outros routers recebem sinalização durante o processo de estabelecimento;

·         A forma de controle da sinalização depende do protocolo usado.

1.5                 LDP

LDP foi desenvolvido especificamente para o MPLS; Não tem capacidade de TE; Cada caminho LSP segue o IGP da rede; Cada router LDP anuncia um endereço vial label MPLS dentro do domínio LDP, essa informação é trocada entre os vizinhos fazendo com que todos os routers da rede sejam ingress routers para todos os egress routers, o resultado final é um full-mesh de LSPs. Detecta vizinhos por Hello e, se encontrado, cria uma conexão TCP com o vizinho para trocar informações dos Labels;

1.5.1            Operação do LDP

•         Se tornando vizinhos LDP - Depois que o protocolo é iniciado no router ele começa a enviar Hello LDP em todas as suas interfaces. Essas mensagens vão para o endereço 224.0.0.2 /32 na porta 646 UDP. Cada mensagem contém um cabeçalho se descrevendo , o seu corpo contém múltiplos TLVs alguns mandatórios e outros opcionais;

·         Inclui hold time de 15 segundos sendo que o relacionamento é feito com o menor tempo proposto.

•         Establishing LDP Sessions - Quando dois vizinhos  LDP conhecem seus espaços de label e o endereço de transporte por Hello messages, uma sessão LDP é estabelecida. Essa sessão é usada para o anuncio dos endereços das interfaces Ipv4, labels e prefixos alcançalveis através das LSPs. Para uma confiabilidade das informações essa sessão é estabelecida por TCP 646 e é iniciada pelo router com maior router ID conhecido como nó ativo. Quando os vizinhos se comunicam por TCP o nó ativo (active node) gera e envia uma LDP initialization message para o seu peer (passive node). Essa mensagem de inicialização contém informações básicas necessárias para estabelecer uma sessão LDP entre os vizinhos.

·         Quando uma sessão LDP é criada, para manter a sessão são usados keepalive de 30 segundos.

•         Exchanging Information Across a Session – Quando dois LDP peers estabelecem uma sessão eles começam a anunciar suas redes conhecidas. Essa informação consiste no endereço da interface local de cada peer e valores de label para os pacotes MPLS.

•         Advertising Interface Addresses – A primeira informação transmitida entre dois peers é o endereço das  interfaces LDP do router. Isso permite que o router destinatários associe um anuncio de label com a interface física do next-hop. Essa informação é transmitida pela LDP address message,

•         Advertising Label Values – Inicialmente vamos examinar o termo FEC, forwarding equivalence class, que é um  prefixo mapeado pelo engress router para a LSP.

·         Representa um fluxo de pacotes IP através da rede MPLS onde cada pacote no fluxo é processado de forma identica e encaminhado através do mesmo caminho físico.

·         Assumimos que o FEC representa um prefixo IP alcançável através do egress router conhecido pela tabela de roteamento IP.

·         O egress router então anuncia essa informação pra cima para todos os peers LDP com um valor de label específico ajustado para isso.

·         Esses peers se tornam ingress router para LSP que termina no egress router.

·         Esses peers reanunciam o FEC pra cima com um valor de label alocado localmente tornando-se então um router de transito na rede.

·         Os Peers que recebe esse reanuncio de FEC se torna um ingress router para eles mesmos.

·         Com isso, cada router na rede LDP tem um método de encaminhar pacotes para os anuncios FEC por um único egress router.

·         O Juniper por default anuncia somente a Loopback como FEC fazendo com que todos os routers na rede estabelececem a LSP com suas loopbacks criando um full-mesh.

·         Esses endereços são colocados na inet.3 onde o BGP faz o lookup.

·         O resultado disso é que o trafego BGP é através do MPLS.

·         Cada anuncio de prefixo na FEC é associado a um label alocado por cada router ao longo do caminho da LSP. Isso permite que os anúncios de label sejam feitos do egress em direção ao ingress sem que seja feita requisição de label.

·         Quando um router LDP quer retirar um FEC e um label anuciado ele envia uma label withdrawn message.

2        Cenário

2.1           Objetivo

Quatro roteadores (R1, R2, R3 e ATM-SW) são conectados fisicamente onde o roteador ATM-SW se conecta a todos os roteadores via interfaces ATM. Pede-se as configurações abaixo:

•         Deverá ser usado o encaminhamento via MPLS entre todos os roteadores;

•         O modo do MPLS deverá ser o cell-mode sobre o ATM;

•         Os endereçamentos IPs e configurações ATM são as abaixo:

·         R1 – ATM-SW: Rede 10.10.10.0/24 com VPI = 1 e VCI = 100;

·         R2 – ATM-SW: Rede 20.20.20.0/24 com VPI = 2 e VCI = 200;

·         R3 – ATM-SW: Rede 30.30.30.0/24 com VPI = 3 e VCI = 300;

•         O protocolo de roteamento usado deverá ser o OSPF na área 0 em todos os roteadores e divulgando suas interfaces loopbacks.

2.2           Topologia

Figure-01:              Topologia

2.3           IOS utilizados

•         R1, R2, R3 e ATM-SW – c7200-k91p-mz.122-25.S15.bin

2.4           Configuração dos Roteadores

2.4.1      Configurações do OSPF

Em todos os roteadores configura-se o roteamento OSPF pelo comando “router ospf ” onde o “processo” é um numero do processo OSPF. O roteador também possui um router ID único que geralmente é a interface loopback ou então o maior endereço IP do roteador.

Para adicionar interfaces deve-se usar o comando “network

área ”. Um roteador pode ter interfaces em áreas distintas, define-se cada área pelo comando network.

Para o roteador fazer vizinhança OSPF é necessário que a rede da interface esteja no comando “network” e a interface não esteja configurada como “passive-interface”.

2.4.2      Configurações do MPLS

Antes de qualquer configuração, o Cisco Express forwarding deve ser habilitado com o comando “ip cef”.

Para habilitar o MPLS no modo LDP, usa-se o comando global “mpls label protocol ldp”, para que seja habilitado nas interfaces, usa-se esse comando dentro da interface.

2.4.3      Configurações do Cell-Mode do ATM

O Cell-mode é confiurado dentro da interface ATM. Cria-se uma sub-interface ATM com MPLS usando o comando “interface ATM1/0.x mpls” e dentro dessa interface configura-se o endereçamento IP normalmente. O VPI/VCI do ATM é configurado com o comando “mpls atm control-vc ”.

Os Labels do circuito virtual do ATM são configurados com o comando “mpls atm vpi vci-range ” onde são configurados os ranges de VPI e VC que podem assumir qualquer valor.

2.5           Observações e Bugs

Documentação:

http://www.cisco.com/en/US/partner/docs/ios/mpls/configuration/guide/12_4/mp_12_4_book.htm

http://www.cisco.com/en/US/docs/ios/12_3/switch/command/reference/swi_m1.html#wp1084690

http://www.cisco.com/en/US/tech/tk436/tk798/technologies_configuration_example09186a00801c2d73.shtml (antigo modo)

2.6           Comandos Importantes de Verificação

PE1#sh mpls forwarding-table

Local  Outgoing      Prefix            Bytes Label   Outgoing   Next Hop   

Label  Label or VC   or Tunnel Id      Switched      interface             

16     10/33         2.2.2.2/32        0             AT1/0.1    point2point

17     10/34         3.3.3.3/32        0             AT1/0.1    point2point

18     10/35         4.4.4.4/32        0             AT1/0.1    point2point

19     10/36         20.20.20.0/24     0             AT1/0.1    point2point

20     10/37         30.30.30.0/24     0             AT1/0.1    point2point

PE1#show atm pvc

           VCD /                                        Peak  Avg/Min Burst

Interface  Name         VPI   VCI  Type   Encaps   SC   Kbps   Kbps   Cells  Sts

1/0.1      18             1   100 PVC     SNAP     UBR  155000                UP

1/0.1      19            10    33  LVC    MUX      UBR  155000                UP

1/0.1      20            10    34  LVC    MUX      UBR  155000                UP

1/0.1      21            10    35  LVC    MUX      UBR  155000                UP

1/0.1      22            10    36  LVC    MUX      UBR  155000                UP

1/0.1      23            10    37  LVC    MUX      UBR  155000                UP

ATM-SW#show mpls ldp neighbor

    Peer LDP Ident: 2.2.2.2:1; Local LDP Ident 4.4.4.4:2

        TCP connection: 20.20.20.2.646 - 20.20.20.4.11009

        State: Oper; Msgs sent/rcvd: 51/51; Downstream on demand

        Up time: 00:38:32

        LDP discovery sources:

          ATM2/0.1, Src IP addr: 20.20.20.2

    Peer LDP Ident: 3.3.3.3:1; Local LDP Ident 4.4.4.4:3

        TCP connection: 30.30.30.3.646 - 30.30.30.4.11011

        State: Oper; Msgs sent/rcvd: 50/52; Downstream on demand

        Up time: 00:38:03

        LDP discovery sources:

          ATM3/0.1, Src IP addr: 30.30.30.3

    Peer LDP Ident: 1.1.1.1:1; Local LDP Ident 4.4.4.4:1

        TCP connection: 10.10.10.1.646 - 10.10.10.4.11018

        State: Oper; Msgs sent/rcvd: 12/12; Downstream on demand

        Up time: 00:04:07

        LDP discovery sources:

          ATM1/0.1, Src IP addr: 10.10.10.1

PE1#show mpls atm-ldp bindings

 Destination: 1.1.1.1/32

    Tailend Router ATM1/0.1 10/33 Active, VCD=19

 Destination: 2.2.2.2/32

    Headend Router ATM1/0.1 (1 hop) 10/33  Active, VCD=19

 Destination: 3.3.3.3/32

    Headend Router ATM1/0.1 (1 hop) 10/34  Active, VCD=20

 Destination: 4.4.4.4/32

    Headend Router ATM1/0.1 (1 hop) 10/35  Active, VCD=21

 Destination: 20.20.20.0/24

    Headend Router ATM1/0.1 (1 hop) 10/36  Active, VCD=22

 Destination: 30.30.30.0/24

    Headend Router ATM1/0.1 (1 hop) 10/37  Active, VCD=23

PE1#show mpls atm-ldp capability

               VPI           VCI           Alloc   Odd/Even VC Merge    

ATM1/0.1       Range         Range         Scheme  Scheme   IN   OUT 

  Negotiated   [10 - 20]     [33 - 100]    UNIDIR           -    -   

  Local        [10 - 20]     [33 - 100]    UNIDIR           NO   NO  

  Peer         [10 - 20]     [33 - 1018]   UNIDIR           -    -   

3        Configuração

3.1           R1

!

ip cef

!

mpls label protocol ldp

!

interface Loopback0

 ip address 1.1.1.1 255.255.255.255

!

interface ATM1/0

!        

interface ATM1/0.1 mpls

 ip address 10.10.10.1 255.255.255.0

 mpls atm control-vc 1 100

 mpls atm vpi 10-255 vci-range 33-100

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 1.1.1.1

 network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

!

3.2           R2

!

ip cef

!

mpls label protocol ldp

!

interface Loopback0

 ip address 2.2.2.2 255.255.255.255

!

interface ATM1/0

!        

interface ATM1/0.1 mpls

 ip address 20.20.20.2 255.255.255.0

 mpls atm control-vc 2 200

 mpls atm vpi 10-20 vci-range 33-100

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 2.2.2.2

 network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

!

3.3           R3

!

ip cef

!

mpls label protocol ldp

!

interface Loopback0

 ip address 3.3.3.3 255.255.255.255

!

interface ATM1/0

!        

interface ATM1/0.1 mpls

 ip address 30.30.30.3 255.255.255.0

 mpls atm control-vc 3 300

 mpls atm vpi 10-20 vci-range 33-100

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 3.3.3.3

 network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

!

3.4           R4

!

ip cef

!

mpls label protocol ldp

!

!

interface Loopback0

 ip address 4.4.4.4 255.255.255.255

!

interface ATM1/0

!        

interface ATM1/0.1 mpls

 ip address 10.10.10.4 255.255.255.0

 mpls atm control-vc 1 100

 mpls atm vpi 10 vci-range 33-65535

 mpls ip

!

interface ATM2/0

!

interface ATM2/0.1 mpls

 ip address 20.20.20.4 255.255.255.0

 mpls atm control-vc 2 200

 mpls atm vpi 20 vci-range 33-65535

 mpls ip

!

interface ATM3/0

!

interface ATM3/0.1 mpls

 ip address 30.30.30.4 255.255.255.0

 mpls atm control-vc 3 300

 mpls atm vpi 30 vci-range 33-65535

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 4.4.4.4

 network 0.0.0.0 255.255.255.255 area 0

!