MPLS AND ITS APPLICATION

Real-time and multimedia applications have grown enormously during the last few years. Such applications require guaranteed bandwidth in a packet switched networks. Moreover, these applications require that the guaranteed bandwidth remains available when a node or a link in the network fails. Multiprotocol Label Switching (MPLS) networks cater to these requirements without compromising scalability. Guaranteed service and protection against failures in an MPLS network requires backup paths to be present in the network. Such backup paths are computed and installed at the same time a primary is provisioned. This thesis explains the single-layer restoration routing by placing primary as well as backup paths in MPLS networks. Our focus will be on computing and establishing backup paths, and bandwidth sharing along such backup paths. We will start by providing a quick overview of MPLS routing. We will identify the elements and quantities that are significant to the understanding of MPLS restoration routing. To this end, we will introduce the information locally stored at MPLS nodes and information propagated through routing protocols, in order to assist in efficient restoration routing. L2VPNs and VPLS will also be covered in the end of this thesis. In the end SDN (software defined networks) will be introduced

ANALISIS LOAD BALANCE FAT LABEL LAG PADA JARINGAN METRO ETHERNET DENGAN SERVICE L2VPN (Studi Kasus Interoperability Test Fat-Label RFC6391 Metro Alcatel-Nokia dan Tera Router Cisco di DDS PT.TELKOM Divisi Broadband Core Network)

Jaringan komunikasi digital saat ini sudah menjadi prioritas di berbagai internet service provider, tidak terlepas dari hal tersebut komunikasi voice atau yang dulunya berbasis sirkit beralih menjadi teknologi berbasis paket karena masalah efisiensi. Perbedaan lokasi geografis juga menjadi faktor mengapa jaringan komunikasi berbasis paket yaitu internet adalah menjadi solusi untuk masa depan. Dengan adanya Metro Ethernet Network yang telah menggunakan media akses optik, maka jaringan backbone internet service provider yang berbeda letak goegrafisnya dapat terhubung satu sama lain menggunakan Metro Ethernet. Efisiensi link dan bandwidth menjadi faktor penting pada jaringan Metro Ethernet, untuk menyediakan hal tersebut maka Metro Ethernet dapat menggunakan link bundling atau LAG untuk meningkatkan bandwidth serta redudansi dan flow label untuk meningkatkan efisiensi trafik pada link bundling atau LAG. Flow label tersebut akan masuk kedalam struktur labeling pada MPLS ip transport yang akan mengontrol jumlah trafik berdasarkan flow dari egress node origin ke ingress destination. Sebagai hasil pengujian yang telah dilakukan, FAT label dapat berpengaruh positif terhadap load balance pada LAG dengan rata-rata dari mulai 3% hingga 45% dari hasil pengujian yang telah dilakukan. Dari hasil yang diperoleh bahwa penggunaan servicr VPLS dapat meningkatkan load balance dari LAG ketika menggunakan FAT label sebesar 42% dan juga dengan banyaknya flow dapat meningkatkan load balance dari LAG pada metro Ethernet. Kata Kunci : Metro Ethernet, LAG, MPLS, FAT label, L2VPN

Planning tools for MPLS networks

Verkot, joissa MPLS-tekniikkaa (Multi Protocol Label Switching) käytetään pakettien reitittämiseen, kasvavat jatkuvasti yhä suuremmiksi ja toiminnallisuus, jota verkoissa tarvitaan, monipuolistuu koko ajan. Tämän syyn vuoksi verkon suunnittelija tarvitsee yhä parempia apuvälineitä, jotta suunnittelu olisi onnistunutta, optimaalista ja tuottaisi halutun tuloksen. Tämän diplomityön tarkoitus on selvittää tärkeimmät toiminnallisuudet ja ominaisuudet, joita MPLS-verkkojen suunnitteluun laadittu työkalu vaatii. Diplomityö on jaettu kolmeen osaan. Ensimmäisessä osassa valotetaan MPLS-verkkojen käyttämää tekniikkaa. Tuossa osiossa käydään läpi tekniikat ja protokollat, joita MPLS-verkot käyttävät erinäisiin tehtäviin. Ensin käydään läpi yleisesti miksi MPLS-tekniikkaa ylipäätään tarvitaan ja miksi sitä käytetään verkkojen reitittämiseen. Tämän jälkeen tarkastellaan MPLS-protokollan otsikkokenttää ja sen osien käyttötarkoitukset selitetään. Sitten tarkastellaan MPLS-verkon rakennetta ja siihen kuuluvia laitteita. Seuraavaksi siirrytään osioon, joka selvittää kaikki yleisesti MPLS-polkujen rakentamiseen käytettävät protokollat ja miten ne eroavat toisistaan. Tämän jälkeen kerrotaan MPLS-vuonohjauksesta Differentiated Services-tekniikan avulla ja siitä miten se auttaa erilaisten liikenneluokkien erittelyssä MPLS-liikenteessä. Viimeinen kohta tässä osassa listaa erilaiset VPN-yhteydet, jotka ovat mahdollisia MPLS-tekniikkaa käytettäessä. Osio selventää näiden tekniikoiden eroavaisuudet ja mahdollisuudet, joita nämä MPLS-tekniikan avulla toteutettavat VPN-yhteydet suovat verrattuna aiempiin VPN-toteutuksiin. Toinen osa tässä diplomityössä kertoo verkon suunnittelusta. Ensin käydään läpi verkon suunnittelua yleisellä tasolla. Tämä osa sisältää verkon suunnittelun eri vaiheet pääosittain: erilaiset ennustusmallit esitellään ja selvitetään mitoituksen ja vuonohjauksen rooli verkkosuunnittelussa. Näiden jälkeen siirrytään yleisestä verkonsunnittelusta osioihin, joita käytetään MPLS-verkon suunnittelussa ja joiden yleisesti oletetaan tai halutaan löytyvän MPLS-verkkoihin tarkoitetusta suunnittelutyökalusta. Viimeinen kohta kertoo toiminnallisuus- ja skaalautuvuushaasteista, joihin MPLS:n on tekniikkana vastattava nykypäivänä. Kolmannessa osiossa tarkastellaan kahta eri suunnittelutyökalua, jotka on laadittu MPLS-verkkojen suunnitelua varten: WANDL-yhtiön julkaisemaa IP/MPLSView:ta ja Aria Networks Oy:n julkaisemaa iVNT:ta. Tässä osiossa käydään läpi näiden työkalujen toiminnallisuutta kertomalla erilaisista simulaatiomahdollisuuksista, joita kumpikin työkalu tarjoaa. Lisäksi kerrotaan mitä toimintoja ja protokollia näihin työkaluihin on mallinnettu, miten hyvin työkalut skaalautuvat kaupallisten MPLS-verkkojen tarpeisiin ja minkälaisita moduuleista työkalut on rakennettu. Työn lopussa on pohdittu näiden kolmen osion perusteella, että mitkä ominaisuudet tulisi ottaa huomioon MPLS-verkon suunnittelutyökalua laadittaessa ja millä tavalla nämä ominaisuudet tulisi toteuttaa työkalussa. Näiden jälkeen on työhön vielä tehty loppuyhteenveto, joka kertoo työ tuloksista ja mahdollisista jatkokehitysmahdollisuuksista. MPLS-verkon suunnittelu koostuu monesta eri vaiheesta, ja jokainen vaihe sisältää suuren määrän toiminnallisuusvaatimuksia. Nämä toiminnallisuusvaatimukset on mallinnettava MPLS-verkkojen suunnitteluun laaditussa työkalussa, jos halutaan että työkalu pystyy mallintamaan koko verkon suunnitteluprosessin alusta loppuun. Tärkeimmät toiminnallisuudet, jotka MPLS-verkon suunnittelutyökalun tulee omata ovat simulointimahdollisuudet MPLS-poluille (LSP:t), MPLS-TE:lle, eri VPN-tyypeille ja DiffServ-liikenteelle, sillä nämä ovat tärkeimmät toiminnallisuudet MPLS-verkoissa tänä päivänä. Jos edellä mainittu toiminnallisuus on toteutettu ja mallinnettu suunnittelutyökalussa ja työkalu osaa optimoida liikennettä hyvin saadaan verkon pääoma- ja operaationaaliset kulut laskemaan. MPLS-verkon suunnittelutyökalua laadittaessa on myös tärkeää ottaa huomioon työkalun skaalautuvuusominaisuudet. Runkoverkot voivat koostua tänä päivänä tuhansista solmuista ja sadoista tuhansista liikennevirroista, joten suunnitelutyökalun tulisi omata toiminnallisuutta joka automatisoi joitain vaiheita verkonsuunnittelussa, mikä mahdollistaa tämän kokoluokan verkkojen suunnittelun. Tällainen toiminnallisuus voisi esimerkiksi olla automatisoitu vuonohjaus ja verkkojen topologiakokonaisuuden vienti ja tuonti suunnittelutyökaluun ja siitä ulos. /Kir1

Next generation control of transport networks

It is widely understood by telecom operators and industry analysts that bandwidth demand is increasing dramatically, year on year, with typical growth figures of 50% for Internet-based traffic [5]. This trend means that the consumers will have both a wide variety of devices attaching to their networks and a range of high bandwidth service requirements. The corresponding impact is the effect on the traffic engineered network (often referred to as the “transport network”) to ensure that the current rate of growth of network traffic is supported and meets predicted future demands. As traffic demands increase and newer services continuously arise, novel network elements are needed to provide more flexibility, scalability, resilience, and adaptability to today’s transport network. The transport network provides transparent traffic engineered communication of user, application, and device traffic between attached clients (software and hardware) and establishing and maintaining point-to-point or point-to-multipoint connections. The research documented in this thesis was based on three initial research questions posed while performing research at British Telecom research labs and investigating control of transport networks of future transport networks: 1. How can we meet Internet bandwidth growth yet minimise network costs? 2. Which enabling network technologies might be leveraged to control network layers and functions cooperatively, instead of separated network layer and technology control? 3. Is it possible to utilise both centralised and distributed control mechanisms for automation and traffic optimisation? This thesis aims to provide the classification, motivation, invention, and evolution of a next generation control framework for transport networks, and special consideration of delivering broadcast video traffic to UK subscribers. The document outlines pertinent telecoms technology and current art, how requirements I gathered, and research I conducted, and by which the transport control framework functional components are identified and selected, and by which method the architecture was implemented and applied to key research projects requiring next generation control capabilities, both at British Telecom and the wider research community. Finally, in the closing chapters, the thesis outlines the next steps for ongoing research and development of the transport network framework and key areas for further study

Equal cost multipath routing in IP networks

IP verkkojen palveluntarjoajat ja loppukäyttäjät vaativat yhä tehokkaampia ja parempilaatuisia palveluita, mikä vaatii tuotekehittäjiä tarjoamaan hienostuneempia liikennesuunnittelumenetelmiä verkon optimointia ja hallintaa varten. IS-IS ja OSPF ovat standardiratkaisut hoitamaan reititystä pienissä ja keskisuurissa pakettiverkoissa. Monipolkureititys on melko helppo ja yleispätevä tapa parantaa kuorman balansointia ja nopeaa suojausta tällaisissa yhden polun reititykseen keskittyvissä verkoissa. Tämä diplomityö kirjoitettiin aikana, jolloin monipolkureititys toteutettiin Tellabs-nimisen yrityksen 8600-sarjan reitittimiin. Tärkeimpiä kohtia monipolkureitityksen käyttöönotossa ovat lyhyimmän polun algoritmin muokkaukseen ja reititystaulun toimintaan liittyvät muutokset ohjaustasolla sekä kuormanbalansointialgoritmin toteutus reitittimen edelleenkuljetustasolla. Diplomityön tulokset sekä olemassa oleva kirjallisuus osoittavat, että kuormanbalansointialgoritmilla on suurin vaikutus yhtä hyvien polkujen liikenteen jakautumiseen ja että oikean algoritmin valinta on ratkaisevan tärkeää. Hajakoodaukseen perustuvat algoritmit, jotka pitävät suurimman osan liikennevuoista samalla polulla, ovat dominoivia ratkaisuja nykyisin. Tämän algoritmityypin etuna on helppo toteutettavuus ja kohtuullisen hyvä suorituskyky. Liikenne on jakautunut tasaisesti, kunhan liikennevuoiden lukumäärä on riittävän suuri. Monipolkureititys tarjoaa yksinkertaisen ratkaisun, jota on helppo konfiguroida ja ylläpitää. Suorituskyky on parempi kuin yksipolkureititykseen perustuvat ratkaisut ja se haastaa monimutkaisemmat MPLS ratkaisut. Ainoa huolehdittava asia on linkkien painojen asettaminen sillä tavalla, että riittävästi kuormantasauspolkuja syntyy.Increasing efficiency and quality demands of services from IP network service providers and end users drive developers to offer more and more sophisticated traffic engineering methods for network optimization and control. Intermediate System to Intermediate System and Open Shortest Path First are the standard routing solutions for intra-domain networks. An easy upgrade utilizes Equal Cost Multipath (ECMP) that is one of the most general solutions for IP traffic engineering to increase load balancing and fast protection performance of single path interior gateway protocols. This thesis was written during the implementation process of the ECMP feature of Tellabs 8600 series routers. The most important parts in adoption of ECMP are changes to shortest path first algorithm and routing table modification in the control plane and implementation of load balancing algorithm to the forwarding plane of router. The results of the thesis and existing literature prove, that the load balancing algorithm has the largest affect on traffic distribution of equal cost paths and the selection of the correct algorithm is crucial. Hash-based algorithms, that keep the traffic flows in the same path, are the dominating solutions currently. They provide simple implementation and moderate performance. Traffic is distributed evenly, when the number of flows is large enough. ECMP provides a simple solution that is easy to configure and maintain. It outperforms single path solutions and competes with more complex MPLS solutions. The only thing to take care of is the adjustment of link weights of the network in order to create enough load balancing paths

Teleprotection signalling over an IP/MPLS network

Protection of electricity networks have developed to incorporate communications, referred to as protection signalling. Due to the evolution of the electricity supply system, there are many developments pending within the scope of protection signalling and protection engineering in general. This project investigates the use of current and emerging communications technologies (i.e. packetised networks) being applied and incorporated into current protection signalling schemes and technologies. The purpose of the project is to provide a more cost-effective solution to protection schemes running obsolescent hardware. While the medium-term goal of the industry is to move entirely to IEC 61850 communications, legacy teleprotection relays using non-IP communications will still exist for many years to come. For companies to be ready for an IEC 61850 rollout a fully deployed IP/MPLS network will be necessary and it can be seen that various companies worldwide are readying themselves in this way. However, in the short-term for these companies, this means maintaining their existing TDM network (which runs current teleprotection schemes) and IP/MPLS network. This is a costly business outcome that can be minimised with the migration of services from and decommissioning of TDM networks. Network channel testing was the primary testing focus of the project. The testing proved that teleprotection traffic with correct QoS markings assured the system met latency and stability requirements. Furthermore, MPLS resiliency features (secondary LSPs & Fast-reroute) were tested and proved automatic path failover was possible under fault conditions at sub-30ms speeds

Concepção e implementação de experiências laboratoriais sobre MPLS

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesO Multiprotocol Label Switching (MPLS) é um mecanismo de transporte de dados, sob a forma de um protocolo agnóstico, com grande potencial de crescimento e adequação. Opera na “Camada 2.5” do modelo OSI e constitui um mecanismo de alto desempenho utilizado nas redes de núcleo para transportar dados de um nó da rede para outro. O sucesso do MPLS resulta do facto de permitir que a rede transporte todos os tipos de dados, desde tráfego IP a tráfego da camada de ligação de dados, devido ao encapsulamento dos pacotes dos diversos protocolos, permitindo a criação de “links virtuais” entre nós distantes. O MPLS pertence à família das “redes de comutação de pacotes”, sendo os pacotes de dados associados a “etiquetas” que determinam o seu encaminhamento, sem necessidade de examinar o conteúdo dos próprios pacotes. Isto permite a criação de circuitos “extremo-aextremo” através de qualquer tipo de rede de transporte e independentemente do protocolo de encaminhamento que é utilizado. O projecto do MPLS considera múltiplas tecnologias no sentido de prestar um serviço único de transporte de dados, tentando simultaneamente proporcionar capacidades de engenharia de tráfego e controlo “out-of-band”, uma característica muito atraente para uma implementação em grande escala. No fundo, o MPLS é uma forma de consolidar muitas redes IP dentro de uma única rede. Dada a importância desta tecnologia, é urgente desenvolver ferramentas que permitam entender melhor a sua complexidade. O MPLS corre normalmente nas redes de núcleo dos ISPs. No sentido de tornar o seu estudo viável, recorreu-se nesta dissertação à emulação para implementar cenários de complexidade adequada. Existem actualmente boas ferramentas disponíveis que permitem a recriação em laboratório de cenários bastante complicados. Contudo, a exigência computacional da emulação é proporcional à complexidade do projecto em questão, tornando-se rapidamente impossível de realizar numa única máquina. A computação distribuída ou a “Cloud Computing” são actualmente as abordagens mais adequadas e inovadoras apara a resolução deste problema. Esta dissertação tem como objectivo criar algumas experiências em laboratório que evidenciam aspectos relevantes da tecnologia MPLS, usando para esse efeito um emulador computacional, o Dynamips, impulsionado por generosas fontes computacionais disponibilizadas pela Amazon ec2. A utilização destas ferramentas de emulação permite testar cenários de rede e serviços reais em ambiente controlado, efectuando o debugging das suas configurações e optimizando o seu desempenho, antes de os colocar em funcionamento nas redes em operação.The Multiprotocol Label Switching (MPLS) is a highly scalable and agnostic protocol to carry network data. Operating at "Layer 2.5" of the OSI model, MPLS is an highperformance mechanism that is used at the network backbone for conveying data from one network node to the next. The success of MPLS results from the fact that it enables the network to carry all kinds of traffic, ranging from IP to layer 2 traffic, since it encapsulates the packets of the diverse network protocols, allowing the creation of "virtual links" between distant nodes. MPLS belongs to the family of packet switched networks, where labels are assigned to data packets that are forwarded based on decisions that rely only on the label contents, without the need to examine the packets contents. This allows the creation of end-to-end circuits across any type of transport medium, using any protocol. The MPLS design takes multiform transport technologies into account to provide a unified data-carrying service, attempting simultaneously to preserve traffic engineering and out-of-band control, a very attractive characteristic for large-scale deployment. MPLS is the way to consolidate many IP networks into a single one. Due to this obvious potential, it is urgent to develop means and tools to better understand its functioning and complexity. MPLS normally runs at the backbone of Service Providers networks, being deployed across an extensive set of expensive equipment. In order to turn the study of MPLS feasible, emulation was considered as the best solution. Currently, there are very good available tools to recreate, in a lab environment, quite complicated scenarios. However, the computational demand of the emulation is proportional to the complexity of the project, becoming quickly unfeasible in a single machine. Fortunately, distributed computing or Cloud computing are suitable and novel approaches to solve this computation problem. So, this work aims to create some lab experiments that can illustrate/demonstrate relevant aspects of the MPLS technology, using the Dynamips emulator driven by the computational resources that were made available by the Amazon ec2 cloud computing facilities. The utilization of these emulation tools allows testing real networks and service scenarios in a controlled environment, being able to debug their configurations and optimize their performance before deploying them in real operating networks