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| Multiprotocol
/ Multipurpose Label Switching (MPLS) |
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La recherche de performance
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Plus
personne aujourd'hui ne peut contester le succès d'IP
et de l'Internet. Le trafic continue sa progression géométrique
à un rythme qui ne faiblit pas. Toutefois, ce succès
n’est pas sans soulever des problèmes.
L’augmentation du trafic et, par conséquence, du débit
des circuits physiques pose tout d’abord un problème
pour l’architecture classique d’un réseau IP.
L’extension des tables de routage et le traitement
des segments IP limitent la capacité des routeurs
classiques. Aussi a-t-on cherché à faire évoluer le
routeur vers un commutateur dont l’ATM avait démontré
l’intérêt au point de vue performance. C’est
d’ailleurs une intégration des fonctions de routage
IP avec les fonctions de commutation de l’ATM qui a
constitué la genèse du "label switching".
La recherche de performance n’est que l’un des
aspects qui marquent aujourd’hui l’évolution de
l’architecture IP. Le succès de l'Internet et son
caractère universel l'oblige à prendre en considération
l'ensemble des applications et en particulier les
exigences de qualité de service des applications non
élastiques. RSVP,
IntServ et DiffServ sont les réponses de l’IETF à cette recherche de qualité
de service. Ici encore, dans la phase initiale, l’ATM
a joué un rôle essentiel et ce n’est pas un hasard
si la presque totalité des fournisseurs de service
Internet ont d’abord choisi l'ATM pour le coeur de
leurs réseaux.
Mais cette approche a aussi ses limitations et le réseau
IP, tout en cherchant à rester indépendant des
technologies, se devait de reconnaître la nécessité
de s’appuyer dans la couche réseau sur des
connections virtuelles. MPLS, à travers le concept de
LSP (Label
Switched Path) permet l’introduction de cette
connection virtuelle dans la couche réseau, un label
pouvant être associé tant à un flot applicatif
qu’à un agrégat de trafic requérant le même
traitement de l’entrée à la sortie. De plus, MPLS
est capable d’utiliser non seulement les liaisons
point-à-point mais les technologies des couches 1 et
2 telles que ATM avec ou sans SDH, SDH sans ATM et
peut-être, plus tôt que prévu, la commutation
optique.
Revenant à l’architecture de la couche réseau,
MPLS permet de corriger les limitations des protocoles
de routage tels que OSPF ou IS-IS pour l’ingénierie
du trafic et les QoS en permettant la balance des
charges, le routage explicite ainsi que le routage
avec contraintes.
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La description suivante est
imagée pour permettre une meilleur
compréhension et saisir le principe
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"MPLS,
C'est
tout comme".
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MPLS (Multi Protocole Label Switching) est un protocole développé par Cisco. Il
est surtout employé par les opérateurs pour améliorer les
performances de leur réseau IP (Internet Protocole).
- La première fonctionnalité de MPLS est
d"accélérer la transmission des informations au sein d'un
backbone IP.
- La seconde est de permettre la création de
VPN (Virtual Private Network) ou groupe fermé d'utilisateurs.
Pour envoyer un message, prenons l'analogie avec le courrier postal.
- Tout d'abord, il
faut rédiger un petit mot, un message, en
télécommunication ceux sont des données ou data
- Puis il faut adresser l'enveloppe, cela correspond à l'adresse IP destination.
- Il est souhaitable d'indiquer l'adresse de
l'expéditeur pour une réponse , cela
équivaut à l'adresse IP source.
- La missive ainsi faite s'appelle
dans le jargon informatique un datagramme IP.
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Datagramme
IP = lettre+ enveloppe
| information
de contrôle |
@
IP Source |
@
IP Destination |
Option
IP |
Données
|
= |
|
| Dans la trame IP ci-dessus, il y a les
adresses du destinataire et de l'émetteur, ainsi que les
données à transmettre |
= |
un petit mot et les adresses du destinataire et de l'expéditeur |
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MPLS accélère les performances du backbone.
Normalement, au niveau des
centres
de tri (routeurs), l'acheminement du courrier se fait en fonction
de la lecture de
l'adresse (IP) destinataire.
Dans le cas de MPLS, l'acheminement est basé sur la reconnaissance
d'un label. MPLS est mis en oeuvre
en entrée de réseau ou dans le premier bureau de
poste.
Une des particularités
de MPLS est d'insérer deux indications (label ou tag) devant l'adresse IP du paquet à
acheminer.
l'une de ces indications est presque l'équivalent d'un code postal qui
permet dans le réseau de transit de ne plus se préoccuper de
l'adresse mais de traiter le courrier en fonction de ce "code
postal". D'où un gain de temps très appréciable dans le
traitement de l'opération.
Maintenant, le
courrier peut être commuté d'après le label rouge au sein du réseau de centre de tri en
centre de tri pour atteindre la destination finale.
Le label
violet correspond à l'appartenance à un VPN.
MPLS permet la création de VPN.
Un autre
label, également inséré en entrée du réseau, permet
d'identifier et de désigner l'appartenance à un VPN ou groupe
fermé d'usagers. Nous pouvons faire une analogie avec le numéro
de boite postal.
Une fois
labellisé, un paquet IP n'est plus modifié.
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Le PE (Provider Edge) est
considéré comme le premier point d'entrée du backbone ou
premier bureau de poste.
Une table d'acheminement appelée VRF (Virtual Routing and
Forwarding Table) permet d'attribuer les labels pour
désigner un VPN donné ainsi que son chemin de commutation pour
accéder au destinataire.
Pour appartenir à un VPN, l'utilisateur et le carnet d'adresses
de ces correspondants doivent être déclarés dans les
registres (VRF) du point d'entrée backbone.
Les usagers ne peuvent communiquer entre eux que si ils possèdent
une politique de routage identique (VRF), c'est à dire un même
carnet d'adresses. |
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Chaque PE peut contenir plusieurs VRFs,
c’est-à-dire gérer plusieurs VPNs.
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L'aspect fonctionnalité
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IP est un protocole de niveau réseau
fonctionnant dans un mode non connecté, c’est-à-dire
que l’ensemble des paquets (ou datagrammes)
constituant le message sont indépendants les uns des
autres : les paquets d’un même message peuvent
donc emprunter des chemins différents. A la réception
d’un datagramme, les nœuds intermédiaires (ou
routeurs) déterminent le prochain relais (ou next-hop)
le plus approprié pour que le paquet rallie sa
destination. Ce calcul est effectué sur tous les
datagrammes d’un même flux, et cela autant de fois
qu’il y a de routeurs intermédiaires à traverser.
Il est donc gourmand en terme de ressource machine. Le
mode non connecté du protocole IP, qui était
initialement l’un de ses atouts, est devenu
aujourd’hui un frein à son évolution.
MPLS est une technologie toujours
en cours de standardisation à l’IETF. 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 giga routeurs, 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,
·
Traffic Engineering permettant de définir
des chemins de routage explicites dans les réseaux IP
(avec RSVP ou CR-LDP),
·
flexibilité : possibilité
d’utiliser plusieurs types de media (ATM, FR,
Ethernet, PPP), met en oeuvre IP/MAS,
·
Differential
Services (DiffServ)
·
routage multicast
Dans
une architecture MPLS, un paquet est codé par un
‘label’ (entité de taille fixe) au niveau d’un
E-LSR source (Edge - Label Switching Router), placé
en périphérie de domaine MPLS. Ce paquet ‘labélisé’
est ensuite transmis à un
LSR en cœur de domaine, qui remplace l’ancien
label par un nouveau label indiquant le LSR suivant.
Une fois arrivé en bout du réseau, le label est
retiré par le E-LSR destination et le paquet seul est
retransmis. Le chemin établi par MPLS est un LSP
(Label Switched Path).
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| Label,
Tag MPLS |
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Le
label ou tag
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Un
label, dans sa forme la plus simple, identifie le chemin
que le paquet doit suivre. Un label est transporté ou
encapsulé dans l'en-tête de niveau 2 du paquet. Le
routeur qui le reçoit examine le paquet pour déterminer
le saut suivant selon son label. Une fois qu'un paquet
est labellisé, le reste de son voyage est basé sur la
commutation de labels. Les valeurs du label ont
simplement une signification locale. Ces valeurs peuvent
d'ailleurs directement déterminer un chemin virtuel
(DLCI en Frame Relay ou VCI et VPI en ATM).
Les
labels sont associés à un FEC (que nous expliquerons
plus en détails dans le paragraphe FEC) suivant une
logique ou une politique déterminant cette association.
Cette décision peut se faire sur les critères suivants
: Routage unicast vers la destination, gestion du
trafic, multicast, Virtual Private Network (VPN) ou QoS.
Un label a une signification locale
entre 2 LSR adjacents et mappe le flux de trafic entre
le LSR amont et la LSR aval. A chaque bond le long du
LSP, un label est utilisé pour chercher les
informations de routage (next hop, lien de sortie,
encapsulation, queueing et scheduling) et les actions à
réaliser sur le label : insérer, changer ou
retirer
Le
format générique d'un label est illustré par la
figure ci-dessous. Le label peut aussi se situer dans
l'entête de la couche 2, ou entre les couches 2 et 3.
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Ø
Selon le type de protocole de niveau 2 véhiculé, le label MPLS
est localisé différemment.
Dans le cas de l’ATM, le label
est stocké dans les champs VPI/VCI du protocole ATM.
Dans le cas du Frame Relay, le
label est stocké dans le champ DLCI du protocole Frame Relay.
Enfin dans le cas des Protocole
Ethernet, PPP (Point to Point Protocol) ou HDLC, le
label est situé entre les couches 2 et 3.
Ø
Si on examine en détail les champs du label MPLS, on constate que
les 20 premiers bits sont utilisés pour le label en lui-même. C’est cette
partie qui est traité par les routeurs LSR.
Le champ COS est utilisé pour définir
différentes classes de services afin de traiter de manières différenciées
des flux du client en fonction de leur nature. Ce champ est aussi appelé
Experimental car il est aujourd’hui encore très peu utilisé par les
constructeurs.
Le champ S est un bit qui vaut 1
lorsqu’il y a un empilement de labels (utilisé pour les VPN) et 0 lorsqu’il
n’y a qu’un seul label.
Enfin le champ TTL (pour Time To
Live) est identique au TTL du datagramme IP encapsulé. A chaque passage par un
routeur la valeur du TTL est décrémenté. Lorsque la valeur du TTL est nulle,
le paquet MPLS est détruit.
Remarque : les
champs CoS et TTL sont des simples recopies des champs ToS et TTL de la trame IP
encapsulée. En effet, les routeurs MPLS ne regarde que les labels associés aux
paquets IP. Il est donc nécessaire d’avoir c’est deux champs si on veut les
utiliser au niveau du protocole MPLS.
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Le
FEC
La
Forward Equivalence Class (FEC) est la représentation
d'un groupe de paquets qui ont en commun les mêmes
besoins quant à leur transport. Tous les paquets d'un
tel groupe reçoivent le même traitement au cours de
leur acheminement. Contrairement aux transmissions IP
classiques, dans MPLS, un paquet est assigné à une
FEC une seule fois, lors de son entrée sur le réseau.
Les FEC sont basés sur les besoins en terme de
service pour certains groupes de paquets, ou même un
certain préfixe d'adresses. Chaque LSR se construit
une table pour savoir comment un paquet doit être
transmis. Cette table est appelée Label Information
Base (LIB, Base d'information sur les labels).
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Suite
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