mpls

La technologie MPLS et son implantation chez les opérateurs

Sujet bibliographique présenté le 9 janvier 2003

Congduc PHAM

Maxime CHARPENNE Université Claude Bernard LYON I

Sébastien DUCHEMIN DESS IIR - Réseaux

Julien SIMBOLA 2002 - 2003


Sommaire1 Introduction___________________________________________________________- 2 -

2 Généralités____________________________________________________________- 3 -

2.1 Principe________________________________________________________________- 3 -

2.2 Concepts clefs___________________________________________________________- 4 -

3 La technologie MPLS___________________________________________________- 5 -

3.1 Interfaces MPLS_________________________________________________________- 5 -

3.2 Labels__________________________________________________________________- 5 -

3.3 Upstream LSR et Downstream LSR_________________________________________- 5 -

3.4 Paquet labellé___________________________________________________________- 6 -

3.5 Label Distribution Protocols (Protocoles de distribution de label)________________- 6 -

3.6 Assignation et distribution des labels________________________________________- 7 -

3.7 Distribution des labels et protocoles_________________________________________- 8 -

3.8 Rétention des labels______________________________________________________- 8 -

3.9 La pile label (Label Stack)_________________________________________________- 8 -

3.10 Les tables MPLS_________________________________________________________- 9 -

3.11 Echange de label (Label Swapping)________________________________________- 10 -

3.12 Portée (scope) et unicité des labels_________________________________________- 11 -

3.13 Label Switched Path (LSP), LSP Ingress, LSP Egress_________________________- 13 -

3.14 Penultimate Hop Popping - Le pop de l'avant-dernier saut_____________________- 14 -

3.15 LSP Next Hop__________________________________________________________- 14 -

3.16 Labels entrants invalides_________________________________________________- 15 -

3.17 Contrôle des LSP : Independent LSP Control ou Ordered LSP Control__________- 15 -

3.18 Agrégation et granularité_________________________________________________- 15 -

3.19 Sélection des routes_____________________________________________________- 16 -

3.20 Encodage des labels_____________________________________________________- 16 -

3.21 Tunnels LSP___________________________________________________________- 17 -

3.22 Exemple de hiérarchie : tunnel LSP dans un LSP____________________________- 17 -

4 MPLS chez les opérateurs_______________________________________________- 18 -

4.1 Les NGN ( Next Génération Network)______________________________________- 18 -

4.2 NGN : une nouvelle vision des réseaux et services____________________________- 21 -

4.3 Vers le MPLS puis le GMPLS_____________________________________________- 23 -

4.4 Conclusion_____________________________________________________________- 29 -

5 Conclusion générale___________________________________________________- 30 -

6 Annexes_____________________________________________________________- 31 -

6.1 Références_____________________________________________________________- 31 -

6.2 Acronyms and Abbreviations_______________________________________________- 31 -

1


1 IntroductionLa technologie MPLS (Multi Protocol Label Switching) est apparue au printemps 1997 au

travers d’un groupe de travail de l’IETF.

Elle répondait alors à une situation particulière présente dans les années 1990

Au début des années 90, le cœur du réseau était interconnecté avec des liaisons T1 à T3. La topologie relativement simple et le trafic peu important. Tout allait pour le mieux.

Puis, au milieu des années 90, on assista à une augmentation importante de la taille des réseaux avec l’apparition de goulots d’étranglements du à une progression importante du trafic.

De ce fait, on assista donc à l’augmentation des tables de routage.

Le mécanisme de recherche dans la table de routage étant consommateur de temps CPU, les routeurs se sont donc avérés trop lents pour gérer ce volume de flux.

Les recherches des opérateurs ont donc porté sur des méthodes permettant de router plus rapidement les paquets.

Le but de MPLS était à l’origine de donner aux routeurs IP une plus grande puissance de commutation, en basant la décision de routage sur une information de label (ou tag) inséré entre le niveau 2 (Data-Link Layer) et le niveau 3 (Network Layer).

Parallèlement au recherche sur MPLS, le développement de techniques de commutation comme CEF (Cisco Express Forwarding) et la mise au point de nouveaux ASIC (Application Specific Interface Circuits), a permis aux routeurs IP de voir leurs performances améliorées sans le recours à MPLS.

L’intérêt de MPLS n’est actuellement plus uniquement et principalement la rapidité mais surtout l’offre de services qu’il permet, avec notamment les réseaux privés virtuels (VPN) et le Trafic Engineering (TE), qui ne sont pas réalisables sur des infrastructures IP traditionnelles.

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2 GénéralitésLorsqu'un paquet transite sur un réseau qui n'utilise pas de protocole avec connexion

(typiquement le cas de IP), chaque routeur qu'il traverse prend une décision de routage indépendante pour ce paquet. Ce faisant, chaque routeur analyse l'entête du paquet pour calculer le saut suivant, d'une manière qui ne dépend pas des sauts précédents ni des prochains.

Les entêtes des paquets contiennent beaucoup plus d'information que nécessaire pour le simple choix du prochain saut. Le choix du prochain saut peut être vu comme la réunion de deux fonctions.

La première fonction partitionne tous les paquets possibles parmi un jeu de FEC "Forwarding Equivalence Classes (FEC)".

La deuxième relie chaque FEC à un prochain saut.

Ainsi, en ce qui concerne le routage, les différents paquets qui ont été mis dans une même FEC sont indistincts. Tous les paquets appartenant à une FEC particulière et qui transitent à partir d'un noeud particulier vont suivre le même chemin (ou si certains genres de routages multi chemin sont utilisés, ils vont tous suivre un jeu de chemins associés à la FEC). MPLS reprend ces concepts et les étend à un ensemble de machines au lieu de les restreindre à un seul noeud.

Un routeur qui supporte MPLS est désigné comme un "Label Switching Router", ou LSR.

Les routeurs MPLS situés à la périphérie du réseau MPLS considéré, qui possèdent à la fois des interfaces IP traditionnelles et des interfaces connectées au backbone MPLS, sont appelés Edge LSR.

MPLS est capable de fonctionner sur ATM, permet de mettre en oeuvre des VPN et de réaliser du Trafic Engineering.

2.1 PrincipeDans MPLS, l'assignement d'un paquet donné à une FEC donnée est effectué juste une fois,

quand le paquet entre dans le réseau. La FEC à laquelle est assignée le paquet est codée sur une courte valeur de longueur fixée et connue comme un "label". Puis le paquet est envoyé au noeud suivant après que le label lui ait été apposé. On dit que les paquets sont "labellés" avant d'être routés.

Lors des passages dans les noeuds MPLS suivants, il n'y a pas d'analyse supplémentaire de l'entête de la couche réseau des paquets. A la place, le label est utilisé comme un index dans une table qui spécifie le saut suivant et un nouveau label. L'ancien label est remplacé par le nouveau, et le paquet est routé jusqu'au saut d'après. C'est le principe de base de MPLS : la commutation de labels.

Des paquets appartenant à une même FEC suivront le même chemin et auront la même méthode de forwarding. Typiquement, les FEC sont des préfixes IP appris par l’IGP (cf. § 3.19. Sélection des routes) tournant sur le backbone MPLS, mais peuvent aussi être définies par des informations de QoS ou de Trafic Engineering. La classification des paquets s’effectue à l’entrée du backbone MPLS, par les Ingress Edge LSR. A l’intérieur du backbone MPLS, les paquets sont label-switchés, et aucune reclassification des paquets n’a lieu. Chaque LSR affecte un label local, qui sera utilisé en entrée, pour chacune de ses FEC et le propage à ses voisins. Les LSR voisins sont connus grâce à l’IGP. L’ensemble des LSR utilisés pour une FEC, constituant un chemin à travers le réseau, est appelé Label Switched Path (cf. § 3.13. LSP). Il existe un LSP pour chaque FEC et les LSP sont unidirectionnels.

3


2.2 Concepts clefsDans le paradigme de forwarding MPLS, lorsqu'un paquet est assigné à une FEC, aucune

analyse supplémentaire des entêtes des paquets n'est faite par les routeurs suivants ; tous les forwarding sont dirigés grâce aux labels.

Ceci a un certains nombre d'avantages par rapport au routage conventionnel de la couche réseau :

- Le routage MPLS peut être fait par des commutateurs capables de consulter les labels et de les remplacer.

- Dès lors qu'un paquet est assigné à une FEC lorsqu'il pénètre dans le réseau, le routeur d'entrée peut utiliser, pour déterminer quel assignement faire, toute information dont il dispose à propos du paquet, même si elle ne peut pas être glaner de la couche réseau. Par exemple, les paquets arrivant sur des ports différents peuvent être assignés à différentes FEC alors que le routage conventionnel peut seulement considérer l'information qui transitent avec le paquet dans son entête.

- Un paquet qui entre dans le réseau par une route particulière peut être labellé différemment que le même paquet qui entre par une route différente, telle la conséquence d'une décision de routage d'un routeur d'entrée ou d'un routeur précédent.

- La manière d'assigner un paquet à une FEC peut devenir de plus en plus compliqué, sans aucun impact sur les routeurs qui se content de router purement et simplement les paquets labellés (et donc déjà assignés à une FEC).

- Il est parfois préférable de forcer un paquet à suivre une route particulière qui est explicitement choisie au moment ou avant que le paquet ne soit entré dans le réseau.

Certains routeurs analysent l'entête de la couche réseau pas uniquement pour calculer le saut, mais aussi pour déterminer la "priorité" ou "classe de service" d'un paquet. Ils peuvent appliquer différents seuils de rejet ou routines pour les différents paquets.

MPLS signifie "Multiprotocol" Label Switching, multiprotocol parce que ces techniques sont applicables à n'importe quel protocole de la couche réseau.

4


3 La technologie MPLS

3.1 Interfaces MPLSIl existe deux catégories d’interfaces MPLS sur les routeurs, dépendant de leur mode de

fonctionnement. Le premier mode, appelé mode trame ("framed mode"), correspond aux interfaces traitant des paquets de taille variable, comme par exemple Ethernet, Frame-Relay, PPP, etc. Le second mode concerne les interfaces ATM et est appelé mode cellule ("cell mode"), la commutation étant basée sur la notion de circuit. Sur ATM, les circuits virtuels sont définis par les champs VPI/VCI de l’entête des cellules. Suivant le mode de fonctionnement d’une interface, les méthodes de propagation des labels aux routeurs voisins diffèrent.

3.2 LabelsUn label est :

- court,

- de longueur fixée,

- un identifiant localement signifiant utilisé pour désigner une FEC.

Plus communément, un paquet est assigné à une FEC basée (complètement ou partiellement) sur son adresse réseau de destination.

Si Ru et Rd sont des LSR, ils doivent être en accord sur le fait que, lorsque Ru transmet un paquet à Rd, Ru va labeller ce paquet avec une valeur L si et seulement si le paquet est un membre de la FEC particulière F. Ainsi, ils peuvent s'accorder sur la manière de "lier" le label L à la FEC F pour les paquets transitant de Ru vers Rd. En conséquent de cet accord, L devient le "label sortant" de Ru pour représenter F, et L devient le "label entrant" de Rd pour désigner F.

Il faut noter que L ne représente pas nécessairement la FEC F pour tout paquet autre que ceux envoyés de Ru vers Rd. L est une valeur arbitraire qui désigne F à Ru et Rd, d'une manière strictement locale.

Il peut parfois être difficile voire impossible pour Rd de dire, d'un paquet arrivant avec le label L, que ce label L a été placé dans le paquet par Ru plutôt que par un autre LSR. (Typiquement dans le cas où Ru et Rd ne sont pas voisins directs). Un LSR ne doit donc pas acquitter deux fois la valeur L avec deux machines distinctes, à moins qu'il soit capable de savoir quel LSR a mis le label sur le paquet arrivant, et en déduire la FEC à laquelle le paquet appartient.

Il est de la responsabilité de chaque LSR de s'assurer qu'il peut interpréter ses labels entrants de manière unique.

3.3 Upstream LSR et Downstream LSRSupposons que Ru et Rd se soient mis d'accord pour que le label L désigne la FEC F pour des

paquets allant de Ru vers Rd. Alors, suivant cet attachement, Ru est le "upstream LSR", et Rd est le "downstream LSR".

La figure suivante illustre ces notions.

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Dire qu'un noeud est upstream et qu'un autre est downstream vis-à-vis d'un binding donné (un label lié à une FEC) signifie seulement que le label représente une FEC particulière pour les paquets transitant entre ces deux noeuds. Cela ne veut pas dire que les paquets de cette FEC doivent forcément être routés du noeud upstream vers le noeud downstream.

3.4 Paquet labelléUn paquet labellé est un paquet dans lequel un label a été encodé. Dans certains cas, le label

réside dans une entête d'encapsulation qui existe spécifiquement dans ce but (cf § 3.20. Encodage des labels). Dans d'autre cas, le label peut se situer dans une donnée de l'entête de la couche liaison ou réseau, du moment qu'il existe champ prévu à cet effet. La technique d'encodage à utiliser doit être approuvée tant par l'entité qui encode le label de celle qui le décode.

3.5 Label Distribution Protocols (Protocoles de distribution de label)

Ce sont des ensembles de procédures par lesquelles un LSR informe un autre du lien label/FEC qu'il a fait.

Deux LSR qui utilisent un protocole de distribution par label pour échanger les liens label/FEC sont connus comme des "label distribution peers" ("paires de distribution de label") par rapport aux informations de binding (les liens) qu'ils échangent. Si deux LSR sont des label distribution peers, on parle de "label distribution adjacency" (adjacence de distribution de label) entre eux.

N.B. : Deux LSR peuvent être des label distribution peers selon certains liens label/FEC, mais pas par rapport à d'autres liens.

Les protocoles de distribution de label incluent aussi toutes les négociations que chacun des deux label distribution peers ont besoin d'engager pour apprendre les capacités MPLS de l'autre.

L'architecture ne suppose pas qu'il n'y ait qu'un seul protocole de distribution de label. Différents protocoles de ce type sont standardisés (ou en cours), et les protocoles existants ont été étendus pour supporter la distribution des labels (voir par exemple : [MPLS-BGP], [MPLS-RSVP-TUNNELS]). De nouveaux protocoles ont également été définis dans le but explicite d'assurer les fonctions de distribution de labels (voir par exemple : [MPLS-LDP], [MPLS-CR-LDP]).

FEC

paquet paquet

Upstream LSR Downstream LSR

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3.6 Assignation et distribution des labelsDans l'architecture MPLS, la décision de lier le label particulier L à une FEC particulière est

prise par le LSR downstream. Le LSR downstream informe alors le LSR upstream du lien. La méthode de distribution des labels est dite "downstream", car les liens label/FEC sont distribués dans la direction downstream vers upstream et il en existe deux variantes.

Downstream-on-demand

L'architecture MPLS permet à un LSR de demander explicitement au prochain noeud d'une FEC, un label pour désigner cette FEC.

Unsolicited downstream

Les LSR downstream propagent systématiquement tous leurs labels à leurs voisins, même s'ils ne l'ont pas explicitement demandé.

Des implémentations MPLS fournissent seulement la distribution de label downstream-on-demand, d'autres fournissent la distribution de labels unsolicited downstream, et d'autres les deux. Cela dépend des caractéristiques des interfaces supportées par une implémentation donnée. Toutefois, ces deux techniques peuvent être utilisées dans le même réseau et dans le même temps.

Demande label pour 192.168.1.0/24

1

Demande label pour 192.168.1.0/24

2192.168.1.0/24

Utilise le label 26 pour 192.168.1.0/24

4


3

DestIn Out

… 26 192.168.1.0/24

DestIn Out

26 12 192.168.1.0/24

DestIn Out

12 … 192.168.1.0/24


2


1 192.168.1.0/24

DestIn Out

… 26 192.168.1.0/24

DestIn Out

26 12 192.168.1.0/24

DestIn Out

12 … 192.168.1.0/24

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A chaque adjacence de distribution de label, le LSR upstream et le LSR downstream doivent s'accorder sur la technique à employer.

3.7 Distribution des labels et protocolesLa plupart du temps, il est préférable de lier les labels à des FEC qui peuvent simplement être

des routes de préfixes d'adresse. Si il y a déjà un standard largement déployé qui distribue les routes unicast aux routeurs, la distribution des labels peut s'appuyer sur celles des routes elles-mêmes. Suivant le type des FEC, différents protocoles sont employés pour l’échange de labels entre LSR:

- TDP/LDP (Tag/Label Distribution Protocol): Mapping des adresses IP unicast ;

- RSVP (Resource Reservation Protocol): utilisé en Trafic Engineering pour établir des LSP en fonction de critères de ressources et d’utilisation des liens ;

- MP-BGP (MultiProtocol Border Gateway Protocol) pour l’échange de routes VPN.

Par exemple, pour échanger les labels correspondants aux routes unicast apprises par un IGP, les routeurs Cisco emploient TDP (Tag Distribution Protocol), utilisant TCP sur le port 711. Ce protocole est un protocole propriétaire défini par Cisco Systems. Le protocole défini par l’IETF est LDP (Label Distribution Protocol), qui utilise TCP sur le port 646. Bien que ces deux protocoles soient fonctionnellement identiques, ils sont incompatibles entre eux, à cause de différences dans le format des paquets. A l’avenir, Cisco IOS pourra utiliser soit TDP ou LDP, ou bien les deux simultanément.

3.8 Rétention des labelsAfin d’accélérer la convergence du réseau lors d’un changement de topologie (lien

défectueux, dysfonctionnement d’un routeur), les LSR conservent dans leur table la liste des labels annoncés par leurs voisins. Ainsi, en cas de perte d’un lien ou d’un noeud, la sélection d’un nouveau label de sortie est immédiate : en effet, il suffit au routeur d’élire un nouveau next-hop et de sélectionner l’entrée correspondante dans ses tables. Ce mode de fonctionnement est appelé mode libéral (liberal mode). L’avantage de ce procédé est naturellement une convergence plus rapide lorsque les informations de routage au niveau 3 changent, avec pour inconvénients que davantage de mémoire est allouée et que des labels supplémentaires sont utilisés. Le mode libéral est appliqué dans le cas d’interfaces fonctionnant en mode trame. Il existe un autre mode appelé mode conservatif, qui correspond au downstream-on-demand, utilisé par les LSR ATM. Pour atteindre un sous réseau donné au-delà d’une interface de type « cellule », les LSR ATM demandent à leurs voisins downstream de leur fournir un label pour chaque couple (interface d’entrée, sous réseau IP).

3.9 La pile label (Label Stack)Jusqu'ici, on a parlé des paquets labellés comme s'ils n'avaient qu'un seul label. En fait, il est

utile d'avoir un modèle plus général dans lequel les paquets labellés transportent plusieurs labels, organisés comme une pile (dernier entré, premier sortie). C'est la pile label.

Bien que MPLS soit hiérarchisé, le traitement d'un paquet labellé est complètement indépendant du niveau de la hiérarchie dans lequel on se trouve. Le traitement est toujours basé sur le label du haut de la pile, sans se préoccuper de savoir s'il y aura des labels au-dessus (après) ou s'il y en a actuellement au-dessous (avant).

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Un paquet non labellé peut être vu comme un paquet dont la pile label est vide (c'est-à-dire que la profondeur de la pile est 0).

L'utilité de la pile label prend son sens lorsqu'on aborde les notions de tunnel LSP et de hiérarchie MPLS pour faire du TE (Trafic Engineering) ou des VPN.

3.10Les tables MPLS

3.10.1 Les tables de la norme

3.10.1.1 Next Hop Label Forwarding Entry (NHLFE)

La "Next Hop Label Forwarding Entry" (NHLFE) est une table utilisée pour le routage des paquets labellés. Elle contient les informations suivantes :

1. Le prochain saut du paquet

2. L'opération à effectuer sur le label du paquet ; c'est une des opérations suivantes :

a) remplacer le label du haut de la pile avec un nouveau label spécifié.

b) retirer le label de la pile.

c) remplacer le label du haut de la pile avec un nouveau label spécifié, puis ajouter un ou plusieurs nouveaux labels spécifiés dans la pile label.

La table peut aussi contenir :

d) l'encapsulation des données de liaison à utiliser lors de la transmission du paquet.

e) la manière d'encoder la pile label lors de la transmission du paquet.

f) toute autre information nécessaire pour disposer correctement du paquet.

Il se peut que, pour un LSR donné, le prochain saut du paquet soit le LSR lui-même. Dans ce cas, le LSR aurait besoin d'enlever le label du haut ("poper"), puis "router" le paquet résultant à lui-même. Il devrait alors prendre une autre décision de routage basée sur ce qui reste, après que le label empilé soit popé. Il peut toujours s'agir d'un paquet labellé, ou bien être le paquet IP natif.

Cela laisse entendre que, dans certains cas le LSR peut avoir besoin de manipuler l'entête IP pour router le paquet.

Si le prochain saut du paquet est le LSR courant, alors l'opération de pile label DOIT être "poper la pile".

3.10.1.2 Incoming Label Map (ILM)

La table "Incoming Label Map" (ILM) met en relation un jeu de NHLFE pour chaque label entrant. Elle est utilisé pour router les paquets qui arrive en tant que paquets labellés.

Si le jeu de NHLFE contient plus d'un élément, un seul doit être choisi pour traiter le paquet. Avoir plusieurs NHLFE pour un label peut être utile si, par exemple, on veut faire de la répartition de charge (load balancing) sur plusieurs chemins de coût identiques.

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3.10.1.3 FEC-to-NHLFE Map (FTN)

La table "FEC-to-NHLFE" (FTN) fait le lien entre chaque FEC et un jeu de NHLFE. Elle est utilisée pour router les paquets qui arrivent sans label mais qui doivent être labellés avant d'être redirigés.

Si le jeu de FTN contient plus d'un élément, un seul doit être choisi pour traiter le paquet. Avoir plusieurs FTN pour un label peut être utile si, par exemple, on veut faire de la répartition de charge (load balancing) sur plusieurs chemins de coût identiques.

3.10.2 Les tables des routeurs Cisco

A partir des informations apprises par TDP / LDP, les LSR construisent deux tables, la TIB et la TFIB. De manière générale, la TIB contient tous les labels appris des LSR voisins, tandis que la TFIB, utilisée pour la commutation proprement dite des paquets, est un sous-ensemble de la TIB.

3.10.2.1 Rôle de la TIB (Tag Information Base)

La première table construite par le routeur MPLS est la table TIB (Tag Information Base). Elle contient pour chaque sous réseau IP la liste des labels affectés par les LSR voisins. Il est possible de connaître les labels affectés à un sous réseau par chaque LSR voisin en utilisant la commande "show tag tdp bindings". Il est à noter qu’IOS emploie le terme TSR pour "Tag Switch Router", qui est équivalent à celui de LSR (pour les interfaces ATM fonctionnant en mode cellule, la commande à utiliser est "show tag atm-tdp bindings".

3.10.2.2 Rôle de la TFIB (Tag Forwarding Information Base)

A partir de la table TIB et de la table de routage IP, le routeur construit une table TFIB, qui sera utilisée pour commuter les paquets. Chaque réseau IP est appris par l’IGP, qui détermine le prochain saut pour atteindre ce réseau. Le LSR choisit ainsi l’entrée de la table TIB qui correspond au réseau IP et sélectionne comme label de sortie le label annoncé par le voisin déterminé par l’IGP (plus court chemin).

Le routeur, lorsqu’il reçoit un paquet tagué, se base sur la TFIB pour forwarder le paquet. A partir d’un label d’entrée (local tag), il en déduit l’interface et le label de sortie (Outgoing interface et Outgoing tag or VC). Pour pouvoir utiliser la TFIB, le routeur doit employer CEF comme technique de commutation, qui doit être activée globalement et pour chaque interface recevant des paquets taggués. CEF est en effet le seul mode de commutation capable d’utiliser la TFIB. Les anciens modes (fastswitching, optimum switching, etc.) ne sont pas conçus pour gérer cette table.

3.11Echange de label (Label Swapping)Cela consiste à utiliser les procédures suivantes pour router les paquets.

Pour router un paquet labellé, un LSR examine le label du haut de la pile label. Il utilise la table ILM pour savoir quel NHLFE utiliser. En consultant les informations de la NHLFE, il détermine où router le paquet et effectue les opérations nécessaires sur la pile label du paquet. Il peut alors encoder le nouveau label à mettre dans la pile et transmettre le résultat.

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Pour router un paquet non labellé, un LSR analyse l'entête de la couche réseau pour déterminer la FEC du paquet. Ensuite la FTN est utilisée pour choisir la NHLFE appropriée. En consultant les informations de la NHLFE, il détermine où router le paquet et effectue les opérations nécessaires sur la pile label du paquet. (Un pop de la pile label serait évidemment illégal dans ce cas). Il peut alors encoder le nouveau label à mettre dans la pile et transmettre le résultat.

Il est important de noter que lorsque le label swapping est à l'oeuvre, le prochain saut est toujours tiré de la table NHLFE ; il peut, dans certain cas, être différent de ce que le prochain saut aurait été si MPLS n'est pas utilisé.

3.12Portée (scope) et unicité des labelsSoit un LSR Rd qui fait le lien entre le label L1 à une FEC F, et distribue cette liaison

(binding) au "label distribution peer" Ru1. Rd peut faire de même pour le LSR Ru2 avec le label L2 et la FEC F. Que L1 == L2 ou non n'est pas défini par l'architecture ; c'est une signification locale.

Soit un LSR Rd qui fait le lien entre le label L à une FEC F1, et distribue cette liaison (binding) au "label distribution peer" Ru1. Rd fait aussi un lien entre le label L et la FEC F2, et distribue cette liaison (binding) au "label distribution peer" Ru2. Si (et seulement si) Rd peut dire, lorsqu'il reçoit un paquet dont le label du haut de la pile est L, s'il a été mis par Ru1 ou par Ru2, alors l'architecture ne nécessite pas que F1 == F2. Dans de tels cas, on peut dire que Rd utilise un "espace de labellage" ("label space") différent pour les labels qu'il distribue à Ru1 que celui des labels qu'il distribue à Ru2.

Ru1 Ru2

Rd

(L1, F) (L2, F)

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En général, Rd peut différencier qui de Ru1 ou de Ru2 a mis la valeur particulière L du label du haut la pile label si les conditions suivantes sont remplies :

- Ru1 et Ru2 sont les seuls "label distribution peers" à qui Rd distribue le label de valeur L, et

- Ru1 et Ru2 sont chacun directement connectés à Rd via une interface point-à-point (point-to-point interface).

Quand ces conditions sont remplies, un LSR peut utilisé des labels à portée limitée "par interface", c'est-à-dire qu'ils sont unique par interface. On dit que le LSR utilise un "espace de labellage par interface". Quand ces conditions ne sont pas remplies, les labels doivent être uniques pour le LSR qui les a choisis, et on dira que le LSR utilise un "espace de labellage par plate-forme" ("per-platform label space").

Si un LSR Rd est connecté au LSR Ru par deux interfaces point-à-point, alors Rd pourra distribuer à Ru un binding (une relation entre) du label L et de la FEC F1, aussi bien qu'un binding du label L et de la FEC F2, F1 != F2, si et seulement si chaque binding est valide seulement pour les paquets que Ru envoie à Rd par une seule des deux interfaces (les FEC F1 et F2 ne peuvent pas être transmisent sur les même liens). Dans tous les autres cas, Rd ne doit pas distribuer à Ru des bindings de label de valeur identique pour deux différentes FEC.

Ru1 Ru2

Rd

(L, F1) (L, F2)

Rd

Ru

Liaisons point-à-

point(L, F1) (L, F2)

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Cette restriction reste valable même si les bindings sont situés à différents "niveaux de hiérarchie". Dans MPLS, il n'y a pas de notion de d'espace de labellage par niveaux de hiérarchie quand on interprète un label, le niveau du label n'a pas de sens.

La question est de savoir s'il est possible pour un LSR d'utiliser des espaces de labellage par plate-forme, ou d'utiliser des espaces de labellage par interface pour une interface donnée. Néanmoins, dans de tels cas, le LSR doit avoir un quelconque moyen de déterminer, pour un label entrant particulier, à quel espace de labellage il appartient. Par exemple, [MPLS-SHIM] spécifie qu'un espace de labellage différent est utilisé pour les paquets unicast et pour les paquets multicast. Une donnée de la couche liaison est utilisée pour distinguer les deux espaces d'adressage.

3.13Label Switched Path (LSP), LSP Ingress, LSP EgressUn "Label Switched Path (LSP) de niveau m" pour un paquet P donné est une séquence de

routeurs.

<R1, R2, ..., Rn>

ayant les propriétés suivantes :

1. R1, le Ingress LSP, est un LSR qui met un label sur la pile label de P, formant ainsi une pile label de profondeur m,

2. Pour chaque LSR Ri (1<i<n), la pile label de P a une profondeur m,

3. A aucun moment pendant le transit de P de R1 à R(n-1) sa pile label n'est moins profonde que m,

4. Pour chaque LSR Ri (1<i<n), Ri transmet P à R(i+1) au sens de MPLS, c'est-à-dire en le label du haut de la pile (c'est le label de niveau m) comme un index dans la table ILM,

5. Pour tout i, 1<i<n, si un système S reçoit et route P entre Ri et R(i+1) (par exemple si Ri et R(i+1) sont connectés par un sous-réseau à liaison de donnée commutée, et S est un des switches), alors la décision de routage de S n'est pas basée sur le label de niveau m ou sur l'entête de la couche réseau. Cela peut être à cause de :

a) La décision n'est pas basé du tout sur la pile label ou l'entête de la couche réseau,

b) La décision est basé sur la pile label sur laquelle des labels ont été ajouté (la pile est donc de profondeur > m).

En d'autres termes, on parle de LSP de niveau m pour un paquet P pour la séquence de routeurs :

1. qui commence avec un LSR ("LSP Ingress") qui ajoute un label de niveau m,

2. dont tous les LSR intermédiaires prennent leur décision de routage par commutation de label sur le label de niveau m,

3. qui se termine (par un "LSP Egress") quand une décision de routage est prise avec un label de niveau inférieur à m, ou quand la décision de routage est "ordinaire", n'est pas une procédure de routage MPLS.

Une conséquence (ou plutôt une présupposition) de ce mécanisme est que lorsqu'un LSR rajoute un label dans la pile label d'un paquet déjà labellé, il doit être sûr que le nouveau label correspond bien à une FEC dont le LSP Egress est le LSR qui a assigné le label (maintenant en seconde position dans la pile).

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Considérons l'ensemble des noeuds qui peuvent être LSP ingress pour une FEC F. Alors il y a un LSP pour la FEC F qui commence à chacun de ces noeuds et certains de ces LSP peuvent avoir des LSP egress communs (multipoint-to-point tree). On parle alors d'arbre LSP pour une FEC F donnée.

3.14Penultimate Hop Popping - Le pop de l'avant-dernier sautSelon les définitions précédentes, si <R1, ..., Rn> est un LSP de niveau m pour le paquet P, P

peut être transmis de R(n-1) à Rn avec une pile label de profondeur m-1. En effet, l'avant-dernier LSR du LSP peut faire un pop sur la pile label au lieu que ce soit le LSP Egress.

Du point de vue de l'architecture, c'est parfaitement cohérent. Le but du label de niveau m étant d'acheminer le paquet à Rn, dès que R(n-1) a décidé d'envoyer le paquet à Rn, le label ne rempli plus de fonction et n'a plus besoin d'être transporté.

Il y a aussi un avantage pratique à faire le penultimate hop popping.

Si ce n'est pas fait, lorsque le LSP egress reçoit un paquet, il regarde d'abord le label du haut de la pile et constate qu'il est en fait le LSP egress. Il doit donc sortir le label de la pile pour examiner le suivant. Si il y en a un, le egress le consulte pour router le paquet. Dans ce cas, le egress du LSP de niveau m du paquet est aussi un intermédiaire du LSP de niveau m-1. Si il n'y a pas d'autre label (la pile est vide), le paquet est routé selon l'adresse de destination de la couche réseau. On remarque que dans ce cas le LSP egress effectue deux recherches, que ce soient deux recherches de labels ou une recherche de label et une recherche d'adresse.

En revanche, si le penultimate hop popping est utilisé, l'avant-dernier noeud MPLS détermine:

- que c'est bien l'avant-dernier saut du LSP, et

- quel est le prochain saut.

L'avant-dernier noeud retire donc le label de la pile et route le paquet grâce à la valeur du label qui était précédemment au-dessus de la pile. Quand le LSP egress reçoit le paquet, le label qui est maintenant au-dessus de la pile sera celui qui lui est nécessaire pour prendre sa propre décision de routage. Sinon, si la pile était vide, il consulte la couche réseau pour savoir comment router ce paquet. Cette technique permet au LSP egress de ne faire qu'une recherche, tout comme l'avant-dernier noeud, ce qui simplifie les implémentations et répartie mieux la charge des traitements.

En fait, si le penultimate hop popping est employé, le LSP egress n'a même plus besoin d'être un LSR. Néanmoins, tous les matériels n'étant pas capable d'effectuer l'opération, ceci ne peut pas être universellement requis. L'avant-dernier noeud supportant MPLS pratique le penultimate hop popping si le LSP egress l'a spécifiquement demandé.

Les négociations des protocoles de distribution de label doivent donc permettre aux LSR adjacents de savoir si leurs voisins respectifs sont capable de retirer un label de la pile label.

3.15LSP Next HopLe LSP Next Hop (saut suivant LSP) est le LSR suivant dans le LSP d'un paquet labellé. On

le distingue du noeud suivant qui est choisi par l'algorithme de routage de la couche réseau et qu'on désigne comme le "L3 next hop" (saut suivant couche 3).

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3.16Labels entrants invalidesIl faut éviter de retirer les labels, pour retrouver le paquet IP natif, et le router comme un

paquet non labellé car, dans certaines situations, cela peut créer des boucles. La solution consiste donc à abandonner le paquet pour que l'émetteur ne crois pas que le label envoyé a bien été interprété.

3.17Contrôle des LSP : Independent LSP Control ou Ordered LSP Control

Lorsque des FEC correspondent à des préfixes d'adresses qui sont distribués par un algorithme de routage dynamique, la configuration des LSP pour ces FEC peut être faite de deux manières : Independent LSP Control ou Ordered LSP Control.

Dans le Independent LSP Control, chaque LSR, à condition qu'il reconnaisse une FEC particulière, fait un lien label/FEC indépendamment de ses label distribution peers et le leur distribue. Cela correspond au schéma du routage conventionnel du routage des datagrammes IP. Chaque noeud prend une décision isolé et on s'appuie sur l'algorithme de routage pour converger rapidment et assurer une transmission correcte de chaque datagramme.

Dans le Ordered LSP Control, un LSR ne lie un label à une FEC que si c'est le LSR egress de cette FEC, ou s'il a déjà reçu un label référençant cette FEC depuis le noeud suivant de cette FEC.

Si on veut être sûr que le trafic d'une FEC particulière suit un certain chemin (qui a des caractéristiques telles que : ne jamais traverser aucun noeud deux fois, avoir des ressources réservées à ce trafic, suivre explicitement un chemin spécifié, etc...), il faut utiliser le Ordered LSP Control, Avec le contrôle indépendant, les LSR d'une FEC peuvent commencer la commutation par label du trafic avant que tous les LSR du LSP soient opérationnels mais les caractéristiques du chemin ne seront pas celles attendues.

Le controle ordonné peut être initié tant par le LSP egress que le LSP ingress.

Les deux mécanismes peuvent fonctionner ensembles sans problème, mais si on veut qu'un contrôle LSP ordonné soit efficace (pour que le trafic d'une FEC bénéficie des caractéristiques voulues par l'administrateur), il faut impérativement que tous les LSR du LSP soient en "mode ordonné", sinon le comportement est celui d'un LSP en "mode indépendant".

Il ne faut pas perdre de vue que, quelle que soit le contrôle LSP employé, les mécanismes de distribution des labels à besoin d'être défini (cf. § 3.6. Assignation et distribution de label).

3.18Agrégation et granularitéUne manière de partitionner le trafic dans les FEC est de créer une FEC séparée pour chaque

préfixe d'adresse apparaissant dans les tables de routage. Cependant, à l'intérieur d'un domaine MPLS, plusieurs FEC peuvent suivre le même chemin. Par exemple, un ensemble de préfixes différents peuvent avoir le même noeud egress, et la commutation par label est utilisée seulement pour diriger le trafic vers ce noeud. Dans ce cas, l'union des FEC est aussi une FEC. Cela crée donc un choix : doit-on lier un label différent à chaque FEC, ou doit-on lier un seul label à une union de FEC et appliquer ce label à l'ensemble du trafic de l'union ?

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Le fait de lier un seul label à une union de FEC est donc appelé une agrégation. Elle permet de réduire le nombre de labels à manipuler et aussi le trafic lié au contrôle de la distribution des labels.

Agréger plus ou moins de FEC ensembles introduit la notion de granularité, la plus grosse étant celle qui englobe le plus de FEC possibles, la plus fine étant atteinte lorsque aucune agrégation n'est effectuée.

La granularité est à prendre en compte pour chaque LSR et pour un ensemble de FEC, lorsque le contrôle ordonné est employé. Chaque LSR doit adopter la même granularité que son suivant dans le LSP.

La plupart du temps, il est plus judicieux d'adopter un label par noeud egress, ou par préfixe IP de la table de routage.

3.19Sélection des routesLa sélection de la route englobe les méthodes utilisées pour choisir le LSP d'une FEC donnée.

Il y a deux manières de le faire : explicitement ou non (hop by hop routing).

Le routage saut par saut est le mécanisme actuel des réseaux IP : chaque noeud choisi indépendamment le prochain saut pour chaque FEC.

Dans les LSP explicitement routés, le choix des sauts est pris par un seul LSR, en général le egress ou le ingress. Il précise plusieurs ou tous les LSR du LSP, explicitement routé "strictement", ou "partiellement" ("loosely").

Le routage explicite est utile pour de nombreux besoins, tels que les politiques de routages ou la supervision de trafic. Avec MPLS, la route explicite doit être spécifiée au moment où les labels sont assignés, pas à chaque paquet IP. C'est ce qui rend le routage MPLS explicite beaucoup plus efficace que l'alternative d'IP qu'est le routage par la source.

3.20Encodage des labelsIl y a plusieurs manières de coder les labels MPLS qui est fonction des technologies

employées. Ils peuvent se situer dans la couche 2 (avec ATM ou Frame Relay) ou bien dans une entête MPLS spécifique, une entête "shim". L'entête shim permet de gérer le TTL et les boucles plus finement et est utilisé par les protocoles spécifiques des matériels supportant MPLS.

Le format des labels MPLS est générique et peut notamment être utilisé sur Ethernet, 802.3, PPP, Frame-Relay et sur des PVC ATM (backbone ATM natif). En cas d’emploi d’un médium non supporté (par ex. ISDN), des tunnels GRE peuvent être mis en place. L’adjacence TDP peut alors s’établir entre les deux extrémités du tunnel et les paquets labellisés sont encapsulés dans IP.

Label CoS S TTL

20 bits 8 bits3 bits 1

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3.21Tunnels LSPIl est possible de mettre en place un tunnel et d'utiliser la commutation de label au lieu

d'encapsuler le paquet dans la couche réseau. Le tunnel est un LSP <R1, ..., Rn>, avec R1 l'"entrée" et Rn la "sortie" de ce tunnel.

L'ensemble des paquets qui sont envoyés par ce tunnel constituent une FEC et chaque LSR du tunnel assigne un label pour cette FEC. Pour faire emprunter le tunnel à un paquet, R1 pose le label de la FEC du tunnel et transmet au prochain saut du tunnel.

3.22Exemple de hiérarchie : tunnel LSP dans un LSPSoit le LSP <R1, R2, R3, R4>. R1 reçoit un paquet P non labellé, il met donc un label pour

suivre le LSP. De plus, R2 et R3 ne sont pas directement connectés, mais sont "voisins" grâce à un tunnel LSP. La séquence des LSR traversée par P est en fait <R1, R2, R21, R22, R23, R3, R4>.

P transite de R1 vers R2 avec une pile label de profondeur 1. R2, en commutant le label, détermine que P doit entrer dans le tunnel. R2 remplace d'abord le label entrant par un label significatif pour R3 puis il met un nouveau label. Ce nouveau label est donc de niveau 2 et est significatif pour R21. La commutation est effectuée sur le label de niveau 2 par R21, R22, R23. R23 qui est l'avant-dernier saut du tunnel R2-R3, retire le label de la pile label avant de transmettre le paquet à R3. A ce moment, P étant sorti du tunnel, c'est donc un paquet labellé de niveau 1. R3 est également l'avant-dernier saut dans le LSP du niveau 1 de P. R3 retire donc le label de niveau 1 de P et R4 reçoit un paquet non labellé.

Dans cet exemple, R2 et R3 sont voisins du point de vue du label de niveau 1, ils doivent donc pouvoir s'échanger des informations sur les valeurs des labels qu'ils emploient, même s'il ne sont pas voisins directs dans le réseau MPLS. C'est la diffusion des labels.

R1 R2 R3 R4

R22 R23

LSP

FEC 1

Tunnel LSP

FEC 2 R21

Entrée du paquet Sortie du paquetApposition d’un nouveau label de niveau m Déposition du label de niveau m

Penultimate Hop Popping

Entrée dans le tunnelApposition d’un nouveau label de niveau m+1

Sortie du tunnelDéposition du label de niveau m+1

C’est R2 qui, en commutant le paquet, détermine qu’il doit entrer dans le tunnel

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4 MPLS chez les opérateurs

4.1 Les NGN ( Next Génération Network)

4.1.1 Le contexte et les enjeux des réseaux et services de nouvelle génération

L’évolution progressive du monde des télécommunications vers des réseaux et des services de nouvelles génération est aujourd’hui une tendance forte qui suscite l’intérêt d’une majorité d’acteurs. Elle résulte de la conjonction d’un ensemble de facteurs favorables dont :

les évolutions du secteur des télécommunications :

dérégulation des marchés, le recours à l’externalisation (ressources, services, développement), la recherche de l’économie (VoIP, opérateurs virtuels…), le regroupement des entreprises (opérateurs et constructeurs…).

le développement de gammes de services nouveaux

développement général d’Internet et du multimédia (internationalisation, accès utilisateur de plus en plus rapide), mixage des réseaux (UMTS, WLAN), développement du commerce électronique (sécurité).

les progressions technologiques

l’évolution de l’optique vers le très haut débit ( commutation, WDM), migration d’IP vers Ipv6.

Il résulte de ce contexte le besoin - et la faisabilité technique - d’une évolution vers un nouveau modèle de réseaux et de services appelé NGN (Next Generation Networks). Les NGN sont basés sur une évolution progressive vers le « tout IP » et sont modélisés en couches indépendantes dialoguant via des interfaces ouvertes et normalisées :

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la couche « Accès » qui permet à l’utilisateur l’accès aux services via divers supports (cuivre, fibre optique, xDSL, boucle radio…)

la couche « transport » qui gère le cheminement du trafic vers sa destination. En bordure, les media gateways gère la conversion des flux et conversent avec les softswitch à l’aide de protocoles comme MEGACO ou MGCP.

La couche « contrôle » qui se compose de serveurs dits softswitch qui gèrent les mécanismes de contrôle d’appel (gestion des adresses et de la couche transport) et l’accès aux services (profils, répartition, bases de données …). Ces serveurs constituent le cœur du réseau et utilisent des mécanismes de contrôles d’appel comme BICC, SIP ou H.323.

La couche « service » qui regroupe les plates-formes applicatives et de diffusion de contenus (middleware actuel). Elles dialoguent avec le cœur de réseau via des interfaces indépendantes de la nature du réseau d’accès utilisé et tendent à uniformiser leur langages de développement (XML, java …)

Alors que les débats sur l’évolution vers le tout IP ou les conditions de mise en œuvre de modèles économiques viables pour les opérateurs et fournisseurs de services dans le cadre de l’UMTS, de l’xDSL ou de la boucle locale radio alimentent la presse spécialisée, les constructeurs, de leur côté, font démonstration de leurs nouveaux produits et se disent mûrs sur le plan technologique pour accompagner le passage de leurs clients aux réseaux de nouvelle génération.

C’est dans le cadre de cette mutation globale des réseaux qu’intervient la technologie MPLS, visant à corriger les lacunes de la couche Transport. Permettant ainsi les trafics data, voix et video tant nécessaires aux services. MPLS constitue la première version du protocole GMPLS qui généralisera l’utilisation des classes de services sur fibre optique notamment.

Approche générale et concepts communs

« L’ETSI a présenté les réseaux de nouvelle génération comme un concept permettant de

définir et déployer des réseaux évolutifs et favorisant pour les fournisseurs de services et

les opérateurs la création et la gestion de services innovants. Ils reposent sur une architecture en couches indépendantes (transport, contrôle, services) communiquant via des interfaces ouvertes et normalisées. Les services doivent être évolutifs et accessibles indépendamment du réseau d’accès utilisé. »

(D’après : Rapport de l’ETSI-NGN Starter Groupe, compte-rendu de l’assemblée

GA38 des 20-21/11/01).

Cette définition reflète globalement la position des différents acteurs (opérateurs, constructeurs), qui s'accordent globalement pour définir les NGN comme un réseau de transport en mode paquet permettant la convergence des réseaux Voix/données et Fixe/Mobile.

Ces réseaux permettront de fournir des services multimédia accessibles depuis différents réseaux d’accès. En ce sens, ils permettront une évolution des services disponibles sur le réseau

Internet d'aujourd'hui. Le protocole IP sera l'élément fédérateur, le concept réseau « tout-IP » ayant été fréquemment abordé bien que nuancé parfois par les acteurs du monde des télécoms

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considérant que cette solution n'est pas actuellement assez mature pour offrir un niveau de qualité de service satisfaisant, et que le recours à ATM est indispensable à court terme.

Certaines variantes ont donc été constatées. Notamment dût à la séparation entre les domaines d’origine « data » et « télécom », mais aussi à des centres d’intérêts privilégiés.

4.1.2 Une vision des NGN plus ou moins homogène chez les constructeurs

Par leur positionnement, les constructeurs ont une analyse technique poussée des NGN, Il est communément admis qu’il sera nécessaire d’associer à IP des protocoles garantissant la qualité de service.

Pour les constructeurs issus des réseaux de données, la mise en œuvre directe d’un transport IP, avec l’utilisation des classes de services (mécanisme DiffServ) associé au protocole MPLS, est une solution envisageable dès à présent. L’évolution de la solution IP/MPLS sera apportée, à plus long terme, par le protocole G-MPLS qui simplifie la gestion du réseau de transport.

Pour les constructeurs télécoms généralistes, même si certains orientent fortement leur discours commercial vers le « tout-IP », la solution passe généralement par ATM à court terme, avant d’éventuellement se tourner vers des solutions « tout-IP ». De plus, ATM est encore très présent au niveau de la boucle locale (xDSL, BLR, UMTS pour les premières versions) ; cependant les constructeurs issus du monde des réseaux de données pensent que les solutions basées sur Ethernet permettront d’adresser les besoins de bande passante pour la boucle locale et les réseaux régionaux ou MAN (Metropolitan Area Network)

L’importance relative entre l’évolution « tout IP » et la séparation du réseau en couches diffère selon les acteurs. Mais une majorité s’accordent à dire que le concept majeur des NGN est bien l’évolution « tout IP », la séparation en couches n’étant qu’une étape, ou une nécessité pour optimiser les réseaux.

4.1.3 Une vision plus contrastée chez les opérateurs et fournisseurs de services

L’approche des opérateurs et fournisseurs de services vis-à-vis des NGN donne naturellement la priorité aux aspects stratégiques, économiques et opérationnels plutôt qu’à la technique pure. Ils ont donc une réflexion beaucoup moins avancée que les constructeurs. Cependant, tous s’accordent sur la convergence des réseaux qui doit permettre de réaliser des économies d’échelles grâce à la flexibilité des solutions et des architectures et à la simplification des réseaux. Pour eux, l’évolution vers le tout IP semble inéluctable.

Cependant, la convergence des réseaux fixe/mobile et voie/data implique l’ouverture des réseaux à de multiples fournisseurs de services tiers, ce qui est un point très délicat à mettre en œuvre plus pour des raisons économiques que techniques. On constate ainsi le manque de volonté évidemment des opérateurs suite au contexte économique actuel où les capacités de financement réduites et le retour sur investissements rapide sont de rigueur.

Ils estiment donc à ce jour que la mise en œuvre de l’évolution vers les NGN, guidée davantage par des facteurs économiques, sera lente et que la coexistence avec les réseaux actuels

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persistera pendant une longue période. Cela ne les empêche pas de mener des expérimentations, voire de commencer à déployer des solutions NGN comme MPLS.

4.1.4 Conclusion

Afin de faire face aux besoins futurs, les opérateurs doivent passer par des modifications en profondeur de leurs infrastructures pour évoluer vers les NGN. Cela implique de nombreuses étapes et un changement de mentalité qui n’est pas encore à l’ordre du jour.

Cependant, une étape consistant à unifier les trafics voix/données/multimédia est aujourd’hui possible grace à l’arrivée à maturité de MPLS.

4.2 NGN : une nouvelle vision des réseaux et services

4.2.1 Introduction : l’architecture cible

Comme nous l’avons vu la mise en place d’une architecture NGN implique de nombreuses modifications. Nous ne nous interesseront pas aux couches contrôle et services car elles sortent de notre étude.

Voici un exemple de réseau NGN simplifié :

Les évolutions au niveau des réseaux d’accès, qui sont connexes à la notion de NGN : multiplication des technologies, évolutions vers le haut débit et vers des interfaces ATM ou IP avec le cœur de réseau.

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Les évolutions au niveau des réseaux de transport : les backbones sont susceptibles d’évoluer afin de supporter le très haut débit, mais surtout le transport unifié de flux mixtes voix / donnée / multimédia avec la qualité de service adéquate.

4.2.2 Impact des évolutions de la couche Accès

Les nouvelles technologies d’accès sont une composante très importante car elles influencent la rapidité d’introduction et les modalités techniques de mise en œuvre des cœurs de réseau NGN. Elles ont donc chacune un rôle à jouer dans le développement des services IP multimédia de nouvelle génération et sont caractérisées par :

leur niveau de maturité (existence de produits)

la commutation utilisée (interface vers le cœur de réseau)

le débit

La multitude et la montée en charge de ces technologies devenant ingérable en matière de qualité de service sur le mode de fonctionnement actuel, l’intégration de MPLS s’est avéré urgent dans la couche transport. Comme nous l’avons vu en première partie, ce protocole permet de prendre en compte différentes classes de services afin d’assurer qualité et sécurité.

4.2.3 Vers un réseau de Transport IP, multiservices et haut débit

Dans les architectures traditionnelles, un opérateur possède (ou loue) un réseau de transmission sur lequel s’appuient en général plusieurs réseaux de commutation, l’un dédié à la commutation de la voix, l’autre dédié à la commutation de données. L’idée qui sous-tend les NGN est de fusionner ces deux réseaux en un seul.

Le problème est donc le suivant : les techniques utilisées en grande majorité dans les réseaux de transmission et de commutation pour le transport des flux voix ont été optimisées pour cet usage ? Comment faire évoluer ce réseau pour mieux l’adapter à réseau de transport et de commutation de données ?

On peut mettre en évidence deux évolutions majeures des réseaux de transport :

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le réseau de commutation de paquets s’appuie (surtout en périphérie) majoritairement sur une transmission TDM, qui n’a pas été conçue pour cela. La tendance actuelle est de migrer les réseaux de transmission actuels vers un réseau de transmission unique, neutre, voire favorable à la commutation de paquets.

concernant la commutation de la voix, la technique utilisée reste très largement la commutation de circuits. D’un autre côté, la commutation de données utilise des techniques de commutation de paquets qui permettent, entre autres, d’économiser de la bande passante. La solution d’utiliser les réseaux de commutation de circuits comme réseau de commutation unique ayant déjà été évoquée et testée (à travers l’expérience du RNIS), puis abandonnée face à des limitations techniques, la solution du réseau de commutation de paquets s’est alors imposée. La tendance actuelle est donc de développer un réseau de commutation unique, s’appuyant sur l’actuel réseau de commutation de paquets, qui permettrait de transporter tout type de trafic (voix, vidéo, donnée, etc.).

Toute la question est alors : quelles sont ces tendances en termes de choix technologiques autour des réseaux de commutation de paquets en vue de leur faire supporter tout type de trafic ?

Alors qu’il y a quelques années le routage IP (niveau 3) était fortement utilisé, les nœuds de commutation modernes reposent maintenant de plus en plus sur une commutation de niveau 2 qui s’avère plus efficace. Les protocoles ATM (Asynchronous Transfer Mode) ou FR (Frame Relay) sont pour cela largement utilisés. La commutation en mode circuit virtuel est plus rapide (elle permet d’offrir une qualité de service au niveau réseau), plus souple dans la gestion des liens (pour créer un VPN, par exemple) et dans ce qu’on appelle le « trafic engineering », c’est-à-dire la gestion de la bande passante et de l’acheminement du trafic sous contrainte

L’arrivée de la commutation MPLS (Multiprotocol Label Switching) a renforcé cette tendance. Cette technique a, entre autres avantages, celui de pouvoir créer des circuits virtuels afin de maîtriser l’acheminement du trafic, et celui d’avoir des délais d’acheminement plus courts du fait de l’abandon de la gestion des procédures de mise à jour de tables de routage, calcul de métriques, découverte de réseau, etc... qui caractérisent le routage IP de niveau 3.

Ainsi, on peut dégager trois types de nœud de commutation, utilisés actuellement dans les réseaux longue distance :

Le commutateur ATM ou FR

Le routeur IP, par nature sans matrice de commutation

Le commutateur MPLS.

4.3 Vers le MPLS puis le GMPLS

4.3.1 Les atouts de MPLS

Cette technique offre plusieurs fonctions, qui sont autant d’arguments favorables à l’architecture MPLS pour supporter tous types de flux applicatifs :

La qualité de service

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Au niveau de la qualité de service, la norme Diffserv (Differentiated Services) a défini un ensemble de niveaux de qualité de service qui permettent de mettre tous les acteurs d’un réseau (opérateurs, fournisseurs d’accès, utilisateurs, etc.) d’accord sur des niveaux de service communs. Au niveau du transport, cela se traduit par l’application à un des champs d’une trame MPLS de ces valeurs de qualité de service, qui définissent alors les trames prioritaires et le traitement adapté à ces trames par un commutateur MPLS. Diffserv s’appuie sur les modèles mathématiques des files d’attente et est plus simple que sa concurrente Intserv (Integrated Services), qui est trop ambitieuse (allocation dynamique de ressources réseau avec une notion d’appel) et ne favorise l’extensibilité du réseau auquel elle s’applique.

De plus, la commutation MPLS permet un contrôle de congestion beaucoup plus fin que la commutation IP classique.

L’ingénierie de trafic

La commutation MPLS rend possible une ingénierie de trafic performante (optimisation de la capacité disponible en transmission et commutation), qui n’est pas possible actuellement en commutation IP.

La diffusion

La commutation MPLS permet facilement de créer des services de diffusion par la création de circuits virtuels MPLS de point à multipoint associés à une adresse IP de diffusion.

La sécurité

Au niveau de la sécurité, le simple fait que la commutation MPLS utilise des circuits virtuels garantit la sécurité. De plus, sur un réseau public, IPsec garantit lui aussi la sécurité. Cette évolution se fera car le protocole IPsec, situé juste en-dessous du protocole IP, permet une gestion souple de la sécurité pour tout type d’applications.

Le plan de contrôle – création de circuits virtuels

En regard du développement de la commutation de paquets en mode « circuit virtuel », la question de la signalisation se pose pour la création de ces circuits. Si, en ATM, cette signalisation existe et est bien maîtrisée, en MPLS, la signalisation utilise un mécanisme original, parfaitement adapté à la structure des réseaux Internet. Ce plan de contrôle permet créer dynamiquement et de manière logicielle des circuits virtuels « par défaut » entre routeurs externes au réseau MPLS. Cette souplesse, que l’on ne trouve pas dans la commutation ATM, facilite grandement l’évolution de la configuration physique du réseau (interconnexion à un autre réseau ou ajout d’un nouveau client par exemple).

4.3.2 Les tendances du réseau de transport : diffusion progressive de MPLS

Il apparaît clairement que la commutation MPLS est une des techniques de commutation candidates pour s’imposer dans les réseaux de transport futur.

Les principaux avantages de cette commutation sont les suivants :

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L’architecture MPLS s’appuie sur une commutation de paquets en mode « circuit virtuel ». Ce type de commutation est plus rapide qu’une commutation de paquets en mode « datagramme » de type IP avec une séquence des trames MPLS respectée.

L’architecture MPLS a été taillée sur mesure à la topologie d’adressage IP. Un plan de contrôle permet de gérer les circuits virtuels de manière logicielle, sans administration manuelle lourde. Plus généralement, la commutation MPLS est la plus adaptée au transport des paquets IP.

Ce passage à la commutation MPLS se fait de plusieurs manières, selon la nature de la base technique de commutation initialement installée chez l’opérateur :

Si sa base de commutateurs repose sur des commutateurs ATM ou FR, ou des routeurs IP, une mise à jour logicielle des commutateurs est possible pour les rendre compatibles MPLS. La plupart des constructeurs commencent à proposer cette fonctionnalité dans les dernières versions de leurs logiciels. La mise en œuvre rapide de MPLS peut par ailleurs s’avérer très bénéfique pour acquérir les compétences dans l’utilisation et la gestion de MPLS avant que l’utilisation de MPLS ne devienne un réel besoin pour l’opérateur.

Enfin, l’opérateur peut déployer directement ou progressivement de nouveaux commutateurs MPLS natifs indépendants. C’est a priori la solution cible.

On peut prévoir (et on constate déjà) une diffusion progressive de la commutation MPLS dans les réseaux de transport.

4.3.3 Les offres MPLS

Les principaux opérateurs actuels ont déjà équipé leur backbone en MPLS. Si la qualité de leur réseau s’est nettement améliorée, le retour sur investissement reste encore faible. Certes, cette technologie est encore jeune mais on constate déjà une multitude d’offres pronant principalement la sécurité et dans une moindre mesure la qualité de service.

Généralement équipés de matériels CISCO (IGX 8400, BPX 8600 ou MGX 8800) ou Nortel (passport 15000, passport 20000 ou opTera Metro 8000), on retrouve les trois classes de services implémentés dessus :

standard : trafic non urgent ni important (mail, web…)

urgent : trafic important (transactions, ERP, workflow, groupware)

temps réel : voix et video

ces offres s’accompagnent généralement de contrat de maintenance, de hotline et de services annexes comme l’hébergement de site. A noter tout de même qu’il est important de vérifier la couverture du backbone de l’opérateur choisi afin de s’assurer qu’il puisse bien interconnecter tous les sites.

Equant IP VPN

Par ses filiaires Oleane et Equant, France telecom fourni un transport sécurisé à travers 125 pays. Repondant de matériel cisco, trois accès sont possibles : accès permanent (FR, ATM…)

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jusqu’à 2Mb/s en standard en 155 Mb/s pour une solution sur mesure, ADSL (TurboDSL ou ADSL/IP) et accès commuté (RTC, RNIS). A noter que toutes les classes de services ne sont pas disponibles sur tous les accès.

Cable & Wireless : IP VPN QoS

Cable & Wireless s’appuie sur des commutateurs Jupiler capable de commuter jusqu’à 10 Gb/s pour proposer une connectivité any to any redondée dans son SLA (Service Level Agreement). Seul un accès permanent ATM ou FR est possible (jusqu’à 155Mb/s). A noter que cable and Wireless possède le backbone le plus étendu au monde (d’après leur site).

Worldcom : VPN IP

S’appuyant sur du matériel Cisco, Worldcom offre une solution sur mesure intégrant des services d’e-busisness intra et extranet. Worldcom assure une sécurité sans faille. Leur backbone est de couverture mondiale (ancien uunet)

Cegetel : FedeLAN

Une des premières offres destinée aux PME/PMI, cegetel propose une solution sécurisée sans classes de services mais prend en compte les utilisateurs mobiles. A noter que l’offre se limite à la France (backbone limité).

A noter que de nombreux opérateurs comme AT&T ont déployé leur réseau MPLS mais ne font pas encore d’offre en relation avec cette technologie.

4.3.4 Du MPLS au GMPLS (Generalized Multi Protocol Label Switching)

Les constructeurs de commutateurs IP et MPLS travaillent actuellement sur la généralisation du plan de contrôle à tous les nœuds du réseau, incluant les nœuds de transmission.

Cette idée permettrait de configurer les circuits virtuels entre commutateurs MPLS, mais aussi de configurer (ou de reconfigurer) les liens entre des nœuds de multiplexage TDM ou WDM. Un réseau de transmission, composé de brasseurs et de multiplexeurs TDM ou WDM se configurerait alors sous le contrôle du plan contrôle MPLS.

Cette solution apporterait une grande souplesse de gestion et une grande évolutivité du réseau de transport, qui s’adapterait parfaitement au profil de son trafic actuel et futur, tant au niveau de la commutation (ce qu’il fait déjà avec la commutation MPLS), qu’au niveau de la transmission.

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On peut d’ores et déjà imaginer quelques exemples de nouveaux services optiques pouvant être apportés par GMPLS : la gestion dynamique de longueurs d’onde, la reconfiguration automatique de réseau en fonction des besoins de trafic, les VPN optiques dynamiques, la restauration automatique de la transmission optique, etc. Ainsi, des jeunes pousses américaines comme Caspian Networks ou Village Networks proposent des solutions matérielles fondées sur une architecture mixte MPLS et WDM.

On peut cependant prévoir que, compte tenu de la révolution induite par cette architecture et du relatif manque de maturité de cette technique, les opérateurs ne commenceront pas à déployer des architectures GMPLS avant 2006.

4.3.5 La persistance d’ATM

L’évolution actuelle des réseaux d’accès influence le développement du réseau de transport. Un certain nombre de faits est notable pour l’avenir du réseau de transport :

La technique d’accès DSL, appelée à un large déploiement, utilise pour la gestion de sa bande passante la commutation ATM. En DSL, un circuit virtuel permanent est crée entre le DSLAM (qui est en gros un commutateur ATM « unidirectionnel ») et le BAS (Broadband Access Server), qui offre les fonctions dites « AAA » (Authentication, Authorization, Accounting). De même, l’architecture d’accès BLR utilise pour la gestion de sa bande passante et le transport des données la commutation ATM.

Les constructeurs de télécommunications proposent des architectures UMTS « de bout en bout » aux opérateurs, incluant un réseau de transport. La plupart de ces constructeurs ont noué des

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partenariats avec des acteurs de monde Internet, proposant des routeurs IP et commutateurs MPLS, pour le cœur des réseaux UTMS. Cependant, la norme UMTS spécifie dans ses premières versions, elle aussi, l’utilisation de la commutation ATM en accès pour la gestion de la bande passante et le transport de la voix.

Un opérateur dont le trafic est à l’origine (en sortie du réseau d’accès) majoritairement ATM ne verre pas forcément d’intérêt à migrer vers un réseau IP natif, et sera enclin à conserver une épine dorsale ATM. Ainsi, pour mieux connecter des clients accédés par DSL ou BLR, et face à l’arrivée de l’UMTS ou encore afin de conserver une certaine étanchéité entre des flux pour en simplifier la gestion, il semble que certains opérateurs conserveront encore pour plusieurs années une commutation ATM dans leurs réseaux de transport.

Cette utilisation assez large d’ATM dans les nouveaux réseaux d’accès pose donc la question de la concurrence éventuelle entre les deux techniques de commutation ATM et MPLS en cœur de réseau.

Rappelons cependant que la technologie MPLS ne se limite pas à être une technologie concurrente d’ATM. L’objectif initial de MPLS était de simplifier l’intégration d’ATM et des routeurs. Ainsi, un opérateur peut très bien implémenter le protocole MPLS au-dessus d’ATM afin de bénéficier de ses services d’ingénierie de trafic.

Les choix stratégiques des constructeurs confirment que cette tendance est bien réelle. Il y a en effet un partage entre certains équipementiers qui délaissent le marché de l’ATM pour se concentrer sur la fourniture de solutions de migration rapide vers IP / MPLS (ex. : Lucent) et d’autres qui continuent d’investir dans ce domaine, et pensent que les opérateurs conserveront un cœur de réseau ATM, tout en migrant en douceur vers IP / MPLS (ex. : Alcatel, Nortel).

4.3.6 L’accroissement d’Ethernet

Le leader des réseaux locaux inonde petit à petit les réseaux MAN grâce à sa portabilité sur fibre optique et a pour vocation de se développer dans les WAN. Ceci à travers le standard Gigabit Ethernet et bientôt 10 Gigabit Ethernet, qui offre des débits de l’ordre de plusieurs Gbit/s. On pourra citer des constructeurs tels que Nortel, Foundry Networks ou Atrica.

La modulation DWDM devrait favoriser le développement d’Ethernet pour ces usages, car elle permet le transport de l'Ethernet sur de longues distances et à un débit très élevé. Par ailleurs, le MPLS, qui se généralise dans les réseaux WAN, est transparent aux protocoles LAN et apporte une flexibilité de gestion de la bande passante, ce qui en fait un support efficace pour les services d’interconnexion de LAN de manière transparente.

Le développement d’offres de transport basées sur Ethernet représente des compétences nouvelles pour les opérateurs télécoms. Sa simplicité de mise en œuvre du point de vue de l’utilisateur (transparence du WAN), ainsi que l’extensibilité et la souplesse apportées par son association avec le WDM et MPLS pour l’opérateur sont deux facteurs clé du succès à venir de cette technologie. Mais

surtout, Ethernet est inévitablement associé au transport de flux IP, qui est le protocole de transport convergent des réseaux NGN.

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4.4 ConclusionAu niveau du réseau de commutation pour le transport du trafic IP, on peut anticiper la

diffusion progressive des commutateurs MPLS, avec les tendances suivantes qui se dégagent :

Une tendance plus forte vers une commutation MPLS seule

Une tendance moindre vers un réseau mixte ATM et MPLS (persistance d’une commutation ATM, qui permettra une interconnexion avec les réseaux d’accès fondés sur l’architecture DSL, BLR ou UTMS ).

A plus long terme l’apparition du GMPLS (MPLS sur WDM). Au niveau d’un éventuel plan de contrôle du réseau global de transport.

Les opérateurs ayant une grosse base de commutateurs ATM et de routeurs IP, passeront lentement à la commutation MPLS. Ils resteront longtemps sur une architecture mixte ATM / MPLS. La diffusion rapide des techniques d’accès DSL renforce ce mouvement « conservateur » vis-à-vis de l’architecture native MPLS.

En revanche, des nouveaux entrants, voulant profiter de la commutation de paquets en mode « circuit virtuel », choisiront sans doute la commutation MPLS native.

Parfaitement adapté au transport de l’IP, ayant une gestion des circuits virtuels lui permettant de supporter des changements fréquents de topologie et de profil de trafic (en anglais, on parle de « scalable network »), la commutation MPLS sera clairement favorisée par rapport à la commutation ATM. De plus, elle promet, à travers ses mécanismes de qualité de service, de transporter de la voix et de la donnée.

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5 Conclusion généraleMPLS est une technologie qui réduit le temps de calcul du routage en le réservant aux

routeurs de frontières et en déchargeant ainsi les routeurs de cœur.

Même si le temps de routage n’est plus l’intérêt de cette technologie, MPLS dispose toujours de plusieurs atouts pour s’imposer comme solution de routage.

Les offres MPLS tant au niveau de la qualité de services que des VPN ou de l’ingénierie de traffic assureront à ce protocole un succès tant au près des utilisateurs que des opérateurs et intégrateurs.

Son succès vient également du fait qu’il ne remet pas en cause les protocoles existant de niveau 2 et 3 et qu’il permet le passage en douceur à de nouveaux protocoles ( IPV6 ).

Mais MPLS fait également partie d’un mouvement d’ensemble vers les NGN ( Next Networks Generation ) ( « tout IP », convergence voix/données et fixe/mobile, services multimédia accessibles depuis différents réseaux d’accès )

Cependant, on n’assistera pas à un déferlement de MPLS dans les cœurs de réseaux. En effet, les opérateurs vont temporiser son développement pour différentes raisons (rentabilité des équipements existants : ATM).

Pourtant, on peut prévoir sa généralisation aux alentours des années 2006

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6 Annexes

6.1 Référenceshttp://www.renater.fr/Video/MPLS

http://www.renater.fr/Video/MPLS/Picardie/Index.html

http://www.mplsrc.com/

http://www.mplsrc.com/mplsfaq.shtml

http://www.cisco.com/global/FR/cisco_library/presentations_precedentes/toutes_les_pres.shtml

http://www.watersprings.org/links/mlr/list.html

http://www.watersprings.org/links/mlr/#mpls

http://www.mplsrc.com/books.shtml

RFC 3031 : MPLS architecture

A titre indicatif :

RFC 3032 : MPLS stack encoding

RFC 3034 : MPLS on Frame Relay Network

RFC 3035 : MPLS using LDP and ATM VC Switching

RFC 3036 : LDP specification

RFC 3037 : LDP Applicability

6.2 Acronymes et abréviations

ATM Asynchronous Transfer Mode

BGP Border Gateway Protocol

DLCI Data Link Circuit Identifier

FEC Forwarding Equivalence Class

FTN FEC to NHLFE Map

IGP Interior Gateway Protocol

ILM Incoming Label Map

IP Internet Protocol

LDP Label Distribution Protocol

L2 Layer 2

L3 Layer 3

LSP Label Switched Path

LSR Label Switching Router

MPLS MultiProtocol Label Switching

NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry

SVC Switched Virtual Circuit

SVP Switched Virtual Path

TTL Time-To-Live

VC Virtual Circuit

VCI Virtual Circuit Identifier

VP Virtual Path

VPI Virtual Path Identifier

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http://www.renater.fr/Video/MPLS/Picardie/Index.html

http://www.renater.fr/Video/MPLS

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