Les éléments de base de MPLS

2.4.2.1 Les étiquettes (Labels)

Une étiquette est un important identifiant de longueur courte, et fixe, qui est généré localement et utilisé pour identifier une FEC. L’étiquette, qui est attribuée à un paquet particulier, représente la classe FEC à laquelle il est assigné.

L’étiquette, dont la taille totale est de 32 bits, est composée de quatre champs. Sa . Elle est insérée entre l’entête de la couche 2 et celle de la couche 3, comme le montre la figure 2.5.

— Le premier champ (20 bits) : contient la valeur de l’étiquette MPLS, qui est un

saut.

— Le deuxième champ (3 bits) : champ qui indique la Classe de service (CoS), il est

utilisé pour implémenter la QoS et fournir des niveaux de service différenciés.

— Le troisième champ (1 bit) : un champ d’un seul bit ; la valeur « 1 » indique que ce

label est le dernier dans la pile d’étiquettes, alors que la valeur « 0 » indique que d’autres labels existent dans la pile.

— Le quatrième champ (8 bits) : le champ de Durée de vie (Time To Live : TTL)

fournit des fonctionnalités classiques du champ TTL dans l’entête IP, sa valeur est décrémentée après chaque saut.

L’implémentation simple de MPLS utilise une seule étiquette dans chaque paquet. Cepen- dant, comme indiqué précédemment, MPLS offre également la possibilité d’avoir plusieurs étiquettes dans le même paquet selon les applications avec lesquelles MPLS est utilisé.

Les applications suivantes peuvent ajouter des étiquettes supplémentaires aux paquets MPLS :

— MPLS-VPN (Virtual Private Network) [83] : qui utilise le protocole BGP, ce type

d’application insère une seconde étiquette aux paquets.

— MPLS-TE (Tunneling Extension) [6] : qui utilise le protocole RSVP pour établir

des tunnels à commutation d’étiquettes. RSVP ajoute également une étiquette sup- plémentaire aux paquets.

— Toute application de transport sur MPLS (Any Transport over MPLS : AToM)

[59, 62, 60, ?, 61] : qui utilise une session LDP multi-hop entre les routeurs de bordure peut propager une seconde étiquette supplémentaire.

On note qu’en combinant les mécanismes mentionnés ci-dessus avec d’autres fonction- nalités, on pourra avoir plus de trois étiquettes supplémentaires insérées dans le même paquet.

2.4.2.2 Le routeur à commutation d’étiquettes (LSR)

L’élément de base d’un domaine MPLS est le routeur à commutation d’étiquettes (LSR). Tout routeur ou commutateur, qui met en œuvre les procédures de distribution d’étiquettes et peut transmettre les paquets en se basant sur ces étiquettes, est considéré comme un LSR.

Plusieurs types de LSR sont définis, et chaque type a une fonctionnalité particulière dans l’infrastructure du réseau. Ces différents types de LSR sont : edge-LSR, ATM-LSR, et ATM edge-LSR. La distinction entre les différents types de LSR est purement fonctionnelle et non pas physique, cela veut dire qu’un seul nœud peut servir plusieurs rôles.

Un Edge-LSR est un routeur qui est chargé soit « d’imposer », soit de «disposer» une étiquette à la périphérie du réseau MPLS. « Imposer » une étiquette consiste à placer

une étiquette ou une pile d’étiquettes, à l’entête du paquet au niveau du point d’entrée du domaine MPLS. « Disposer» une étiquette est l’inverse de cela, et donc c’est le fait d’enlever la dernière étiquette d’un paquet au niveau du point de sortie avant qu’il ne soit transmis à un voisin en dehors du domaine MPLS.

Tout nœud LSR qui est connecté à des voisins non-MPLS est considéré comme un Edge-LSR. Toutefois, si ce LSR a des interfaces qui se connectent via MPLS à un ATM- LSR, il est également considéré comme un ATM Edge-LSR.

Un Edge-LSR utilise une table de transmission IP classique, complétée par des infor- mations sur l’étiquetage, afin d’étiqueter les paquets IP ou d’enlever les étiquettes des paquets déjà étiquetés avant de les envoyer à des nœuds non-MPLS. Les paquets IP en- trants peuvent être transférés sous forme de paquets IP seulement (sans étiquettes MPLS) aux nœuds non-MPLS, ou peuvent être étiquetés et transférés à d’autres nœuds MPLS sous forme de paquets étiquetés. Les paquets entrants qui sont déjà étiquetés peuvent être transférés à d’autres nœuds MPLS sous leur forme,alors que pour les paquets étique- tés destinés à nœuds non-MPLS, l’étiquette doit être enlevée et une recherche de niveau couche 3 (IP forwarding) est effectuée pour trouver la destination non-MPLS.

Comme nous avons expliqué précédemment, la fonction d’un Edge-LSR est d’attribuer une étiquette à un paquet dès son entrée dans le domaine MPLS. Après l’exécution de cette fonction, le Edge-LSR construit une classe de transmission d’équivalence (FEC). Une FEC peut être définie comme une description d’un groupe de paquets IP qui sont transmis de la même manière, sur le même chemin, et avec le même traitement de transfert. Un paquet particulier n’est affecté à une FEC particulière qu’une seule fois, au niveau du dispositif de bordure dès son entrée dans le réseau. La FEC, à laquelle est affecté le paquet, est ensuite codée comme un identificateur de longueur fixe, connue sous le nom d’une étiquette MPLS. Alors, quand un paquet est transmis au prochain saut, l’étiquette est déjà ajoutée à l’entête du paquet IP afin que le prochain nœud du chemin du paquet puisse le transmettre sur la base de cette étiquette.

Un ATM-LSRest un commutateur ATM qui peut jouer le rôle d’un LSR. le ATM-

LSR assure le routage IP, l’attribution des étiquettes, et le transfert des paquets de données en utilisant des mécanismes de commutation de cellules ATM. En d’autres termes, la matrice de commutation ATM d’un commutateur ATM est utilisée comme une table de transfert d’étiquette d’un nœud MPLS. On note que les commutateurs ATM standards, peuvent être redéployés comme ATM-LSR grâce à une mise à niveau logicielle de leur unité de contrôle.

2.4.2.3 Le chemin à commutation d’étiquettes (LSP)

Dans un réseau MPLS, chaque paquet entre par un LSR d’entrée et le quitte par un LSR de sortie. Ce mécanisme crée ce qu’on appelle un chemin à commutation d’étiquettes (LSP), qui décrit l’ensemble des LSR par lesquels un paquet étiqueté doit passer pour atteindre le LSR de sortie, et ceci pour une FEC donnée. Ce LSP est unidirectionnel, ce

qui signifie qu’un autre LSP différent est utilisé pour le retour trafic.

La création du LSP est un système « orienté connexion » parce que le chemin est mis en place avant la réception du flux de trafic. Cependant, cette configuration de la connexion est basée sur des informations de topologie plutôt que sur les exigences du flux de trafic. Cela signifie que le chemin est créé indépendamment du fait que le trafic est effectivement présent pour s’écouler le long du chemin pour un ensemble particulier de FECs.

Quand le paquet traverse le réseau MPLS, chaque LSR remplace l’étiquette d’entrée avec une nouvelle étiquette de sortie. Cela continue jusqu’à atteindre le LSR de sortie.

La création de LSP est réalisée en utilisant des protocoles de routage IP étendus, et la distribution des étiquettes le long de ces chemins est réalisée par des protocoles de distribution d’étiquettes. La distribution d’étiquettes peut être accompagnée d’une réservation de la bande passante pour les LSP spécifiques.

2.4.2.4 Les protocoles de distribution d’étiquettes LDP

Un protocole de distribution d’étiquettes (Label Distribution Protocol : LDP) est un ensemble de procédures par lesquelles un LSR donné informe un autre LSR sur les cor- respondances entre les étiquettes et les FECs correspondantes qu’il a établies. Deux LSR qui utilisent un protocole de distribution d’étiquettes pour échanger des informations de correspondances étiquettes/ FEC sont nommés des «pairs de distribution d’étiquettes ». Un LDP est nécessaire pour créer un LSP en se basant sur les informations de routage IP. Le LDP permet d’établir des chemins à travers un réseau MPLS en distribuant les étiquettes appropriées, et en réservant, si nécessaire, les ressources appropriées.

Un protocole LDP est bi-directionnel, il assure la découverte dynamique des nœuds MPLS voisins grâce à des messages Hello échangés via le protocole UDP. Une fois que les deux nœuds se reconnaissent, ils établissent une session TCP qui joue le rôle d’un mécanisme de transport fiable pour les messages d’établissement de session TCP, les messages d’annonce d’étiquettes et les messages de notification.

Il existe des extensions du LDP, qui sont des protocoles plus complexes qui permettent de dépasser les protocoles de routage existants, et de fournir les réservations de ressources requises. Dans ce cadre, deux principaux protocoles ont été proposés pour offrir des mé- canismes d’ingénierie de trafic et de réservation de ressources : le protocole CR-LDP et le protocole RSVP-TE.

Le protocole CR-LDP

Le protocole CR-LDP (Constraint based Routing-LDP) [3, 2] a été créé par une modi- fication du protocole LDP en ajoutant des fonctionnalités d’ingénierie de trafic. CR-LDP ne nécessite pas de rafraîchissements périodiques, et il est transporté par des sessions TCP établies entre les nœuds LSR.

Les demandes de réservations sont générées par l’expéditeur. Alors, pour générer un nouveau LSP, un message de demande d’étiquette « LABEL_REQUEST » est envoyé du

LSR d’entrée vers celui de sortie, soit via des protocoles de routage classiques, indiquant explicitement le chemin, ou via un chemin partiel. La demande peut inclure, en option, un descripteur de flux si une réservation de ressources est nécessaire.

Au niveau du LSR d’entrée, et au niveau de chaque LSR intermédiaire, la réserva- tion de ressources est faite avant le transfert de la demande. Une fois la réservation de ressources faite, au niveau du LSR de sortie, un message d’attribution d’étiquettes « LA- BEL_MAPPING » est renvoyé vers le LSR d’entrée contenant une nouvelle étiquette LSP et des informations concernant la réservation qui vient d’être faite. Au niveau des LSR intermédiaires, une fois une réservation en attente est achevée, une nouvelle étiquette LSP est créée, et la table de transfert est mise à jour pour contenir le nouveau LSP.

Le protocole RSVP-TE

Le protocole RSVP-TE (RSVP- Tunneling Extensions) [6] est largement utilisé pour la distribution d’étiquettes dans les réseaux qui exigent des mécanismes d’ingénierie de trafic et de QoS. RSVP-TE est défini comme un ensemble d’extensions des tunnels du protocole RSVP original. RSVP-TE fonctionne sur les routeurs qui supportent RSVP et les extensions de tunnels permettent de créer des LSPs, de fournir un « re-routage » facile, et de détecter les boucles de routage.

Pour créer un nouveau LSP en utilisant RSVP-TE, un message « PATH » est envoyé du LSR d’entrée vers celui de sortie. Le message «PATH» passe à travers tous les nœuds intermédiaires. Une fois ce message atteint le LSR de sortie, un message «RESV» est construit contenant un descripteur de flux qui décrit la réservation demandée. Après avoir fait sa propre réservation, le LSR de sortie crée une nouvelle étiquette LSP et l’ajoute au message RESV, et ce dernier sera retourné en arrière à travers le chemin inverse. Les LSR intermédiaires vont faire des réservations de ressources, mettre à jour la table de transfert avec l’étiquette reçue, et ajouter une nouvelle étiquette LSP. Le LSR d’entrée fera la même chose, mais sans ajouter une nouvelle étiquette.

RSVP-TE présente plusieurs différences par rapport au RSVP standard dont on cite :

1. le RSVP standard fournit la signalisation entre une paire d’hôtes, alors que RSVP-

TE fournit la signalisation entre une paire de LSR de bordure.

2. le RSVP standard s’applique à un seul flux hôte-à-hôte, tant que RSVP-TE crée un état pour un circuit de trafic. Un tunnel LSP regroupe généralement plusieurs flux hôte-à-hôte ce qui réduit la quantité des états RSVP dans le réseau.

3. le RSVP standard utilise des protocoles de routage standards qui fonctionnent en

se basant sur l’adresse de destination, alors que RSVP-TE utilise un protocole de routage étendu et un routage de contrainte (CR).

Tout comme le RSVP standard, RSVP-TE peut prendre en charge différents services du modèle IntServ, et peut distribuer divers paramètres de conditionnement de trafic tels que,

par exemple, le débit moyen, le débit maximal et la taille de rafale (burst size) pour le service de charge contrôlée (Controlled load). Ces caractéristiques permettent aux réseaux avec MPLS-TE et RSVP-TE de fournir divers services qui répondent aux exigences de QoS.

2.4.2.5 La procédure de sélection de route

La sélection de route est la méthode utilisée pour la sélection d’un LSP pour une FEC particulière. L’architecture du protocole MPLS prend en charge deux options de sélection de route : la première est le routage saut-par-saut, et la deuxième est le routage explicite. Le routage saut-par-saut permet, à chaque nœud, de choisir indépendamment le saut suivant pour chaque FEC. C’est le mode utilisé dans la majorité des réseaux IP existants. Un « LSP routé saut-par-saut » est un LSP dont la route est sélectionnée en utilisant le routage saut-par-saut.

Dans le routage explicite, la possibilité de choisir indépendamment le prochain saut n’est pas offerte à tous les nœuds LSR, c’est plutôt un seul LSR, généralement le LSR d’entrée ou de sortie, qui spécifie plusieurs (ou la totalité) LSR dans le LSP. Si un LSR spécifie l’ensemble du LSP, le LSP est dit «strictement» explicitement routé. Si un LSR ne spécifie qu’une partie du LSP, le LSP est dit alors "faiblement" explicitement routé.

La séquence des LSR suivie par un LSP explicitement routé peut être choisie par confi- guration, ou peut être sélectionnée de manière dynamique par un seul nœud (par exemple, le nœud de sortie peut utiliser les informations sur la topologie du réseau apprises à partir de la base de données d’état du lien pour calculer l’ensemble du chemin se terminant à ce nœud de sortie).

Le routage explicite permet de répondre à plusieurs objectifs, tels que la politique de routage ou l’ingénierie du trafic. Dans MPLS, la route explicite doit être spécifiée au moment où les étiquettes sont attribuées, mais n’a pas à être spécifiée pour chaque paquet IP. Pour cela, le routage explicite de MPLS est beaucoup plus efficace que le routage IP usuel.