راه اندازی MPLS در روتر سیسکو

راه اندازی MPLS در روتر سیسکو، در این مقاله قصد داریم مفاهیم Multi-Protocol Label Switching یا به اختصار MPLS و نحوه راه اندازی آن در روتر های سیسکو را مورد بررسی قرار دهیم. در ابتدا به مفاهیم MPLS خواهیم پرداخت.

راه اندازی MPLS در روتر سیسکو

فهرست مطالب

1. MPLS چیست
2. مزایای MPLS
3. مکانیزم عملکرد MPLS
4. پیاده سازی

MPLS چیست

MPLS مخفف عبارت Multi-Protocol Label Switching می باشد. پیکربندی MPLS این امکان را فراهم می سازد تا روتر تصمیم های Forwarding را بر اساس لیبل زدن (Label) انجام دهد و از IP Header برای تصمیم گیری های خود استفاده نکند. ارائه دهندگان سرویس (Service Provider) همواره از MPLS در شبکه های خود بهره می گیرند. در شبکه یک Service Provider به واسطه استفاده از پروتکل مسیریابی مانند OSPF یا ISIS، ارتباطات داخلی برقرار می باشد و روتر های ارائه دهنده سرویس از کلیه مسیر های داخلی و اینترفیس های Loopback مطلع می باشند. در چنین شرایطی مسیریابی و ارسال اطلاعات در این شبکه بر اساس IP Header ها انجام خواهد گرفت. اما هنگامی که MPLS را پیکربندی می کنیم، اتفاقی که رخ می دهد این است که به شبکه این قابلیت را می دهیم که به جای اینکه تصمیمات Forwarding را بر اساس IP Header انجام گیرد، این تصمیمات بدون بررسی IP Header توسط لیبل های MPLS ( Label ) انجام پذیرد.

MPLS (Multiprotocol Label Switching) یک تکنیک مسیریابی شبکه است که به جای اینکه روتر ها Hop بعدی را در لحظه تعیین کنند، این کار را بر اساس مسیرهای از پیش تعیین شده انجام می دهند. MPLS امکان مسیریابی سریع تر و کارآمد تر را فراهم می کند چرا که روتر به جای جستجوی مقصد آدرس در جداول مسیریابی پیچیده، فقط باید لیبل بسته را مشاهده نماید. زیرساخت اختصاصی MPLS کیفیت بالا، تاخیر کم و Jitter پایین را تضمین می نماید. همچنین مسیریابی بر اساس لیبل ها (Label) در یک شبکه خصوصی تحویل بسته ها به مقصد را به طور چشم گیری تضمین می نماید.

مزایای استفاده از MPLS

• بهبود استفاده از شبکه
• ثبات در عملکرد شبکه
• کاهش ازدحام شبکه
• افزایش مدت زمان Uptime
• سرویس های IP VPN مقیاس پذیر

مکانیزم عملکرد MPLS

جهت آشنایی با مکانیزم عملکرد MPLS توپولوژی ساده ای از یک Service Provider را به صورت زیر در نظر می گیریم.

در توپولوژی فوق یک Service Provider با 4 روتر را در نظر می گیریم. در ابتدا می بایست این روتر ها به واسطه پروتکل مسیریابی مثل OSPF یا ISIS با یکدیگر همسایه و از مسیر ها در سطح شبکه مطلع باشند. در مرحله بعدی می بایست MPLS روی هر روتر به صورت مجزا پیکربندی گردد. پس از پیاده سازی MPLS هر روتر با توجه به مسیر هایی که دارد برای هر مسیر یک لیبل (Local Label) ایجاد می نماید. برای مثال چنانچه 10 مسیر در روتر وجود داشته باشد به همین تعداد Local Label ایجاد می شود. این فرایند در تمامی روتر های موجود (R1، R2، R3، R4) انجام خواهد گرفت. پس از ایجاد لیبل ها در مرحله بعدی هر روتر اطلاعات لیبل خود را به همسایه ای که به صورت مستقیم با آن در ارتباط است برای مثال (R1 و R2) به اشتراک می گذارد. این فرایند با پروتکل Label Distribution Protocol (LDP) انجام می گیرد. برای مثال روتر R1 تمام مسیر ها و Label هایی که برای هر کدام دارد را با R2 به اشتراک خواهد گذاشت و بالعکس.

با توجه به موارد ذکر شده چنانچه روتر R4 یک اینترفیس Loopback با آدرس 4.4.4.4 داشته باشد با توجه به اینکه تمامی روتر ها این مسیر را به واسطه پروتکل مسیریابی در جدول مسیریابی خود دارند، روتر R3 به صورت تصادفی یک لیبل (Label) برای مسیر 4.4.4.4 ایجاد می کند به عنوان مثال 325. همچنین این اتفاق در تمامی روتر ها خواهد افتاد و هرکدام یک شماره لیبل به این مسیر اختصاص خواهند داد. در شبکه مبتنی بر MPLS چنانچه روتر R1 قصد داشته باشد بسته ای به سمت آدرس 4.4.4.4 در روتر R4 ارسال نماید، با توجه به Cache خود و اطلاعات لیبل روتر همسایه (R2) بسته را بین لایه 2 و لایه 3 یعنی لایه 2.5 و به مقصد لیبل R2 ارسال می نماید. هنگامی که بسته به روتر R2 می رسد روتر R2 لیبل خود را برداشته و بسته را با لیبل R3 به سمت روتر R3 ارسال می نماید. در مرحله بعدی روتر R3 لیبل خود را برداشته و نهایتا آن را به سمت روتر R4 ارسال می نماید و بسته به مقصد خواهد رسید.

همانطور که گفته شد بسته ها در شبکه های MPLS بر اساس Label ارسال می گردند و IP Header نقشی در ارسال بسته از مبدا به مقصد نخواهد داشت. به مسیری که از مبدا به مقصد در MPLS شکل می گیرد Label Switching Path (LSP) و به هر کدام از روتر ها که در سوئیچینگ لیبل مشارکت دارند Label Switching Router (LSR) گفته می شود.

پیاده سازی MPLS

جهت پیاده سازی MPLS توپولوژی زیر مفروض می باشد.

در این سناریو از قبل پروتکل مسیریابی OSPF بر روی روتر ها پیکربندی شده و تمامی مسیر ها در شبکه در دسترس می باشند.

پیکربندی R1

این امکان وجود دارد که برای لیبل های هر روتر یک Range تعیین کنیم و با توجه به سیاستی خاص بتوانیم بعد ها در عیب یابی ها و گزارش ها به راحتی لیبل ها را تشخصیص دهیم. برای مثال برای روتر R1 یک محدوده برای مثال 100 تا 199 را در نظر بگیریم. این کار در آینده بسیار کارآمد خواهد بود و همواره پیشنهاد می شود محدوده لیبل ها را به این صورت پیکربندی گردد.

R1(config)#mpls label range 100 199

در مرحله بعدی MPLS را به صورت عمومی و سپس بر روی اینترفیس متصل به روتر همسایه فعال می نماییم.

R1(config)#mpls ip
R1(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R1(config-if)#mpls ip

پیکربندی R2

پیکربندی R2 به صورت زیر انجام خواهد گرفت.

R2(config)#mpls label range 200 299
R2(config)#mpls ip
R2(config)# interface gigabitEthernet 0/0
R2(config-if)#mpls ip
Apr 16 10:30:12.959: LDP-5-NBRCHG: LDP Neighbor 1.1.1.1:0 (1) is UP
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface gigabitEthernet 1/0
R2(config-if)#mpls ip

همانطور که مشاهده می نمایید، بین روتر R1 و R2 همسایگی برقرار و MPLS به درستی پیکربندی شده است و یک Log به عنوان تایید همسایگی نمایش داده شده است.

پیکربندی R3

پیکربندی R3 به صورت زیر انجام خواهد گرفت.

R3(config)#mpls label range 300 399
R3(config)#mpls ip
R3(config)#interface gigabitEthernet 1/0
R3(config-if)#mpls ip
Apr 16 10:33:40.647: LDP-5-NBRCHG: LDP Neighbor 2.2.2.2:0 (1) is UP
R3(config-if)#exit
R3(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R3(config-if)#mpls ip

پیکربندی R4

جهت تکمیل سناریو مورد نظر روتر R4 را به این صورت پیکربندی خواهیم نمود.

R4(config)#mpls label range 400 499
R4(config)#mpls ip
R4(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R4(config-if)#mpls ip
Apr 16 10:42:29.475: LDP-5-NBRCHG: LDP Neighbor 3.3.3.3:0 (1) is UP

دستور زیر تمامی لیبل هایی که به مسیر های مختلف تخصیص داده شده را نمایش خواهد داد.

R1#show mpls ldp binding

همچنین برای مشاهده لیبل ها برای یک مسیر خاص می توان آدرس مورد نظر را به انتهای دستور فوق اضافه نمود و خروجی این دستور لیبل ایجاد شده توسط خود روتر و لیبل ایجاد شده توسط روتر همسایه برای مسیر مورد نظر را نمایش خواهد داد. در نظر داشته باشید عدد 32 در واقع Subnet mask می باشد.

R1#show mpls ldp binding 4.4.4.4 32

خروجی دستور فوق به صورت زیر خواهد بود.

جهت مشاهده جدول MPLS Forwarding از دستور زیر استفاده می نماییم.

R1#show mpls forwarding-table

خروجی دستور فوق به این صورت خواهد بود:

برای اطمینان از کارکرد MPLS می توانیم از دستور Traceroute در روتر R1 استفاده نماییم و خروجی دستور به صورت زیر خواهد بود.

همانطور که مشاهده می نمایید دستور Traceroute نشان می دهد که بسته بر اساس لیبل های MPLS از مبدا به مقصد ارسال می گردد.

یک سوال که در MPLS پیش می آید این است که چنانچه روتر R2 برای یک مسیر دو لیبل در جدول خود داشته باشد مکانیزم بهترین مسیر و انتخاب Next Hop چگونه خواهد بود. برای درک بهتر فرض کنیم روتر R2 برای مسیر 4.4.4.4 یک لیبل از طرف روتر R1 و یک لیبل از طرف روتر R3 دریافت می نماید. حال روتر R2 چگونه تصمیم می گیرد که بسته ای به مقصد 4.4.4.4 را به کدام سمت ارسال نماید؟! این تصمیم با استفاده از جدول مسیریابی (Routing table) که در پس زمینه MPLS در حال اجرا می باشد گرفته خواهد شد. در چنین شرایطی که دو لیبل از دو همسایه متفاوت وجود دارد Next hop بر اساس جدول مسیریابی انتخاب خواهد گردید. اطلاعات همسایگی در MPLS نیز توسط دستور زیر در اختیار قرار خواهد گرفت که این اطلاعات به رفع این سوال کمک خواهد نمود.

R2#show mpls ldp neighbor

خروجی دستور فوق به صورت زیر قابل مشاهده می باشد.