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Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Mitschele-Thiel

Fachgebietsleiter

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INHALTE

MPLS - Multiprotocol Label Switching

Einführung

Multiprotocol Label Switching (MPLS) ist eine Technologie zur verbindungsorientierten Übertragung von Daten in einem Netzwerk. Anders als beim IP-Routing, das die Pakete von einem Router zum nächsten (Hop-by-Hop) sendet und dabei die Entscheidung für den günstigsten Weg in jedem Router aufs Neue treffen muss,  werden bei MPLS die Daten entlang eines vordefinierten Weges, dem Label-Switched-Path (LSP), weitergeleitet.

Die Entscheidung, auf welchem LSP ein Paket zu versenden ist, wird an einem der Eingangspunkte des Netzes im Ingress-Router getroffen. Der Ingress-Router versieht jedes Paket mit einem Label und schickt es an den nächsten Router entlang des gewählten LSPs. Auf den MPLS-fähigen Zwischenstationen, den Label-Switching-Routern (LSR), werden die Labels der Packete ausgewertet. Abhängig vom Label eines Pakets ordnet der LSR diesem entsprechend einer Forwarding-Tabelle einen Ausgang für die Weiterleitung zu und ersetzt das Eingangslabel durch ein neues ausgehendes Label. Dieser Austausch der Labels (Label-Swapping) ist erforderlich, da jedes Label aus Gründen der Skalierbarkeit nur lokale Bedeutung  besitzt.

Die Labels definieren somit einen Fluss von Paketen zwischen zwei Endpunkten, wobei jedem Fluss ein spezifischer LSP und somit eine feste Abfolge von Routern (LSRs) zugeordnet ist. Dieser verbindungsorientierte Ansatz ermöglicht es, die gegebene Dienstgüte (Quality of Service - QoS) zu berücksichtigen. Dadurch kann garantiert werden, dass für eine Verbindung eine Mindestbandbreite zur Verfügung steht, wie es beispielsweise bei der Übertragung von Audio- oder Video-Streams erforderlich ist.

Werden diese Anforderungen an die Übertragung bereits bei der Erstellung der LSPs berücksichtigt, lässt sich eine Optimierung der Datenflüsse erreichen. Durch dieses Traffic-Engineering (TE) lässt sich die nutzbare Kapazität des Netzwerkes erheblich steigern.

Forschungsschwerpunkte

  • Überwachung / Monitoring

Das Monitoring von Netzwerken ist erforderlich, um Ausfälle von Netzwerkkomponenten frühzeitig erkennen und diese beheben zu können. Dazu werden gezielt Knoten und Verbindungen überwacht. Um Kosten zu sparen und die zusätzliche Belastung des Netzwerks so gering wie möglich zu halten, sollten dabei jedoch möglichst wenige Monitore platziert werden.

In verschiedenen Arbeiten wurden daher Algorithmen zur optimalen Bestimmung von Anzahl und Position der Monitore untersucht. Diese Algorithmen nutzen die spezifischen Eigenschaften der Topologien von MPLS-Netzwerken und erreichen dadurch bessere Ergebnisse als vergleichbare Verfahren, die für reine IP-Netzwerke entwickelt wurden.
Im Rahmen eines Demonstrators konnten die Vorzüge der Positionierungs-Algorithmen an realen MPLS-Netzwerken getestet und verifiziert werden.

In weiteren Arbeiten soll untersucht werden, wie das Monitoring durch lernende und selbstorganisierende Verfahren weiter verbessert werden kann und wie es sich zur autonomen Planung und Rekonfiguration von LSPs bei Netwerkausfällen nutzen lässt.

  • Automatische und zugleich autonome Fehlererkennung und -behandlung

In den meisten heutigen Netzen ist die Fehlerbehandlung beim Ausfall eines Links oder eines Knotens sehr zeitaufwendig und rechenintensiv. Wenn sich die Topologie eines Netzes durch den Ausfall eines Links oder eines Knotens ändert, wird meist ein vollständiges Rerouting durchgeführt, wobei Routingtabellen aktualisiert und die Informationen über die neuen Routen im Netz bekannt gemacht werden müssen. Dadurch wird das Netz zusätzlich mit Traffic belastet. Je häufiger ein solcher Fehler auftritt, desto schlechter wird daher die Performanz des Netzes.

Bisherige im Rahmen des Projektes durchgeführte Arbeiten haben untersucht, wie sich derartige Ausfälle in MPLS-Netwerken möglichst effizient und zeitnah behandeln lassen. Dazu wurde auf das RSVP Protokoll und den RSVP-TE Standard zurückgegriffen, der neben der Reservierung von QoS-Anforderungen auch das Recovery und Rerouting von ausgefallenen LSPs unterstützt. In weiterführenden Arbeiten wurde zudem überprüft, inwieweit derartige Repair-Mechanismen auch in MPLS basierten Funkzugangsnetzen genutzt werden können.

  • Automatische Konfiguration

Ziel soll es innerhalb dieses Gebietes sein, möglichst optimale Mittel und Wege zu finden, eine festgelegte Routingstruktur von einem zentralen Punkt aus in das MPLS-basierte Netz propagieren zu können. Dabei sollen nach Möglichkeit möglichst viele Automatismen verwendet werden, um die menschlichen Interventionen gering zu halten.