ラベルスイッチルータにおける OSPFフローアグリゲーションの実現 今泉英明 慶應義塾大学政策・メディア研究科 永見健一 東芝 杉浦一徳 通信総合研究所 村井純 慶応大学 研究概要 • LSR網における必要ラベル数の最適化 – 必要ラベル数 • 現状では冗長なラベルが利用されている – 同一OSPFエリア内のLSR網 – OSPF内のトポロジ情報を用いてラベル数を最適化す る手法 – LSR網の境界LSR数をN • 必要ラベル数 = (N * (N – 1)) – 評価実験では約56%のラベルを削減し、最適化した 発表内容 • ラベルスイッチ(Multi Protocol Label Switch)技術の概要 • 現状の問題点 • OSPFフローアグリゲーションの機能・実装 ラベルスイッチ技術概要 • Layer-3 パケットストリームをLayer-2の固定長ラベルに対 応させて、そのラベル情報をもとにパケット転送する技術 – Layer3転送/Layer2転送 • LSR(Label Switch Router) – ラベルスイッチ技術を用いたルータ • LSR網(LSR Network) – LSRで構成されるネットワーク – 内部(Core)LSRと境界(Edge)LSR • LDP(Label Distribution Protocol) – パケットストリームとラベルの対応を隣接LSRと交換 • IETF MPLS WG LSR Network Core LSR Edge LSR Default VC Label Switched VC Edge LSR Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder Layer3転送 Core LSR packet Edge LSR packet packet Default VC Label Switched VC Edge LSR packet packet Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder Layer2転送 Core LSR LDP Edge LSR LDP Edge LSR LSP(Label Switched Path) Default VC Label Switched VC Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder Layer2転送 Core LSR Edge LSR Edge LSR packet packet packet packet LSP(Label Switched Path) 1つのLSPに1つのラベル Default VC Label Switched VC Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder 必要ラベル数 • 必要ラベル数は以下の二つに依存して増減する – ラベルを割り当てるパケットストリームの粒度 • source port/address - destination port/address • source address - destination address • source network - destination network • 以上の組み合わせの集合など – 割り当てポリシー • トラッフィクドリブン • トポロジードリブン トラフィックドリブンの動作 Core LSR Edge LSR Default VC Label Switched VC Edge LSR Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トラフィックドリブンの動作 Core LSR packet Edge LSR packet packet Default VC Label Switched VC Edge LSR packet packet Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トラフィックドリブンの動作 このパケットがラベル付けされる べきパケットストリームの場合 Core LSR LDP Edge LSR LDP Edge LSR このパケットストリーム用にLSPを設定 Default VC Label Switched VC Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トラフィックドリブンの動作 Core LSR Edge LSR packet packet Edge LSR packet packet 一定時間パケットが流れないと LSPは解放される Default VC Label Switched VC Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トラフィックドリブンの特徴 • 利点 – パケットストリーム（ラベル）単位でのQoS制御 • 排他的帯域制御 • RSVPとの親和性 • 欠点 – 必要とされるラベル数が多い • 存在するフローの数に依存 – LSPの生成遅延 – Layer3転送によるパケット転送の存在 トポロジードリブン • あらかじめ、経路表のエントリ全てに対して ラベルを割り当てる • 必要ラベル数は経路表のエントリ数に依 存 トポロジードリブンの動作 Establish LSP for 10.1/16 LDP Core LSR LDP Edge A 10.1/16: CoreLSR 10.2/16:CoreLSR ………………... Default VC Label Switched VC Edge B 10.1/16: Edge B 10.2/16: Edge B 10.3/16: Edge A 10.4/16: Edge A ………………... 10.3/16: CoreLSR 10.4/16:CoreLSR ………………... Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トポロジードリブンの動作 Establish LSP for 10.3/16 LDP Core LSR LDP Edge A 10.1/16: CoreLSR 10.2/16:CoreLSR ………………... Default VC Label Switched VC Edge B 10.1/16: Edge B 10.2/16: Edge B 10.3/16: Edge A 10.4/16: Edge A ………………... 10.3/16: CoreLSR 10.4/16:CoreLSR ………………... Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トポロジードリブンの動作 Establish LSP for 10.2/16 and LSP for 10.4/16 LDP Core LSR LDP Edge A 10.1/16: CoreLSR 10.2/16:CoreLSR ………………... Default VC Label Switched VC Edge B 10.1/16: Edge B 10.2/16: Edge B 10.3/16: Edge A 10.4/16: Edge A ………………... 10.3/16: CoreLSR 10.4/16:CoreLSR ………………... Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トポロジードリブンの動作 Core LSR Edge A 10.1/16: CoreLSR 10.2/16:CoreLSR ………………... Default VC Label Switched VC Edge B 10.1/16: Edge B 10.2/16: Edge B 10.3/16: Edge A 10.4/16: Edge A ………………... 10.3/16: CoreLSR 10.4/16:CoreLSR ………………... Layer-3 Forwarder Layer-2 Forwarder トポロジードリブンの特徴 • 利点 – 必要ラベル数がトラフィックドリブンよりも少ない – LSPの生成遅延がない – 全てのパケットをLayer2転送できる • 欠点 – 細かいフローの単位でQoS制御ができない • 排他的帯域制御やRSVPなどに利用できない – 必要ラベル数は経路数に依存し増加 現状の問題点 • ラベルの冗長性 – 同一Edge LSRペアに複数のLSP • 利用可能ラベル数の制限 – 実装形態がATM-LSRの場合 • ラベルとしてvci/vpi • ATM NICのリアセンブルバッファの量に依存 現状のラベル割り当て Edge AがNetwork A当ての LSPを設定 Network A Edge B Network B Core Edge A 現状のラベル割り当て Edge AがNetwork B当ての LSPを設定 Network A Edge B Network B Core Edge A 現状のラベル割り当て •Layer2転送できるのは、Edge-Edge間だけ •同一Edge-Edge間で複数のLSP Network A Edge B Network B Core Edge A 問題に対する解決案 • 冗長なラベルの最適化 – 各Edge LSR - Edge LSRの組に対し、ひとつラ ベルを割り当てる方式 • (EdgeLSR – EdgeLSR) のパケットフローへ集約 – ラベル数は(EdgeLSR数 * (EdgeLSR数 – 1)) Flow Aggregate Edge Edge Core Edge Edge Core Edge Edge 各Edge LSRから他のEdgeへ１つのラベルを割り当て LSR網全体の総ラベル数は常に EdgeLSR数*(EdgeLSR数-1) Flow Aggregate Edge Edge Core Edge Edge Core Edge Edge 各Edge LSRから他のEdgeへ１つのラベルを割り当て LSR網全体の総ラベル数は常に EdgeLSR数*(EdgeLSR数-1) 実現するために必要な機能 • このフローアグリーゲーションを実現する ための機能 – 経路ごとにどのEdge LSRを通るかを検出する 機能 • OSPF/ISISなどのLink State型Routing Protocol – 他のEdge LSRを検知する機能 – それぞれのEdge LSRに対する経路をLDPモ ジュールに対して通知する機能 OSPFを用いたフローアグリゲーション • 本研究ではOSPFを利用 – OSPF内のトポロジ情報を用い以下の機能を 実現 • SPF木を構成する際に、経路がどのEdge LSRを通るかを検出する機能 OSPF SPF Tree A Network A C B B A D E G C E F G F Network A Network B D Network B OSPF SPF Tree in LSR Network A Network A C B B A D E G C E F G F Network A Network B D Network B Flow Aggregate using LSDB Network A C B A D E G Network B F Edge LSR A 1. Map Edge E a label 2. Map G same label 3. Map F same label 4. Map Network B same label Flow Aggregate using LSDB Network A それぞれのEdgeLSRは自分以外 のEdgeLSRへラベルを割り当てる C B A D E G Network B F 常に全体の総ラベル数は (Edge LSR数-1) * Edge LSR数 OSPF Flow Aggregateの実装 • 他のEdge LSRを検出する機能 – OSPFルータIDを静的に設定 • 他にOpaque LSAの利用やLDPの拡張 • LDPモジュールに対する通知 – 経路とEdgeLSRの対応を通知 – UNIXドメインソケットを利用 • 東芝のCSR(Cell Switch Router)上 • Gated-3.5.9を利用 実装モデル gated OSPF モジュール 経路情報 Edgeと対応した 経路情報 LDPモジュール ラベルとパケットストリームの 対応情報 Kernel 98秋WIDE合宿での実験 • OSPFフローアグリゲーションの評価実験 – CSRを利用 – 130台のホストの接続するネットワーク上で4日 間の実験 – OSPFフローアグリゲーション機能をON/OFF の時の利用ラベル数の比較 実験トポロジー ATM 100BaseTX Core CSR Edge 1 Edge 5 external ASX200WG Edge 2 Edge 3 Edge 4 実験内容 • 以下の設定で利用されたラベル数を取得 – 方式１ • トラフィックドリブン • Telnet,http,ssh,nntpのパケットに対して、始点、終点 ホストペアに対するLSPを動的に設定する – 方式２ • トポロジドリブン • 本研究で実装したフローアグリゲートされたLSPを あらかじめ設定する 実験結果 方式１のラベル数の推移 方式２のラベル数の推移 実験の評価 • 方式２ではエッジCSRが5台あるために、常 にラベル数は20に最適化 • 最大で56%のラベルを削減 結論 • OSPFフローアグリゲーション – 最大56%のラベルを削減した – 最適なラベルの利用を実現 – 常にラベル数を以下にできる • (EdgeLSR数 * (EdgeLSR数 –1)) – 大規模なネットワークでも利用可能 • 瞬間のフロー数や経路エントリ数などに依存せず にEdgeLSR数に依存 今後の課題 • Opaque LSAによるEdge LSRの検知 – rfc2370 • 様々な規模のネットワークで評価実験
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