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Unidad 06 — MPLS (Multi Protocol Label Switching)

El ruteo IP tradicional busca el prefijo más largo en cada salto, lo que consume procesamiento y no da control fino sobre el camino que toma el tráfico. MPLS no reemplaza al ruteo IP, lo complementa: agrega una capa de conmutación por etiquetas entre capa 2 y capa 3, de forma que los routers del núcleo solo miran una etiqueta de 20 bits en vez de la tabla de ruteo completa. Esto habilita ingeniería de tráfico y VPNs de capa 2 y 3 sobre una misma infraestructura compartida.

Conceptos clave

Tabla de definiciones MPLS: Label, FEC, LSP, LER/LSR, LIB — Glosario base de MPLS.

Label (etiqueta): Identificador de 20 bits, de significado local a cada router, que representa una FEC durante el reenvío.
FEC (Forwarding Equivalence Class): Conjunto de paquetes tratados de la misma manera (mismo destino, misma QoS, misma VPN).
LSP (Label Switched Path): Camino unidireccional predefinido a través de la red MPLS que une el router de ingreso (Ingress LER) con el de egreso (Egress LER).
LER / LSR: LER (Label Edge Router, = PE) agrega o quita etiquetas en el borde de la red. LSR (Label Switch Router, = P) solo conmuta etiquetas en el núcleo, sin conocer las rutas de los clientes.
LIB / LFIB: LIB: base de datos de etiquetas del plano de control (análoga a la RIB). LFIB: base de datos del plano de datos con la interfaz y next-hop de las mejores rutas (análoga a la FIB).

Tipos de routers MPLS: CE, LER (PE), LSR (P) — CE (cliente, no habla MPLS) · LER/PE (borde, asigna/quita etiquetas) · LSR/P (núcleo, solo conmuta).

Del ruteo IP tradicional a MPLS

En ruteo IP puro, cada router hace un lookup de prefijo por paquete. MPLS asigna una etiqueta a cada prefijo aprendido por el IGP, de forma que los routers P del núcleo solo conmutan etiquetas sin necesitar conocer las rutas de los clientes.

Enrutamiento en redes IP tradicional con tablas de ruteo por salto — Ruteo IP tradicional: búsqueda de prefijo en cada router.

Ubicación de PE y P en la red del proveedor — Los PE (LER) están en el borde de la red del proveedor; los P (LSR) forman el núcleo.

Encabezado MPLS

El encabezado MPLS ("shim header") de 32 bits se ubica entre el encabezado de capa 2 y el paquete IP: Label (20 bits) + Exp (3 bits, QoS) + S (1 bit, fin de pila) + TTL (8 bits).

Ubicación del encabezado MPLS entre capa 2 y capa 3 — Capa "Shim" entre el encabezado de capa 2 y el paquete IP.

Operaciones sobre etiquetas

PUSH (insertar), SWAP (sustituir), POP (remover). El Ingress PE hace push, los P hacen swap, y el Egress PE (o el penúltimo P con PHP) hace pop.

Operaciones PUSH, SWAP, SWAP, POP en una red MPLS — Recorrido CE-PE-P-P-PE-CE con las operaciones sobre la etiqueta en cada salto.

Dirección de envío de etiquetas (upstream) vs dirección de envío del tráfico (downstream) — Las etiquetas se distribuyen en sentido contrario (upstream) al del tráfico (downstream).

Ejemplo completo de tabla LFIB

Este es el tipo de ejercicio más frecuente en los exámenes: dado un diagrama con tablas LFIB, identificar etiquetas de entrada/salida e interfaces.

Ejemplo de tabla LFIB para PE1, P y PE2 — Tablas Int in / Label in / Dest / Int out / Label out para PE1 → P → PE2.

Valores especiales de etiquetas y PHP

Tabla de valores especiales de etiquetas MPLS — 0 = Explicit Null IPv4 · 1 = Alerta Router · 2 = Explicit Null IPv6 · 3 = Implicit Null (PHP) · 4-15 reservados.

Comparación entre Implicit Null y Explicit Null — Implicit Null: el penúltimo router quita la etiqueta y envía IP puro. Explicit Null: se envía etiqueta 0 y el egress hace el POP.

Penultimate Hop Popping (PHP): el penúltimo router (P) quita la etiqueta antes de enviar al Egress LER, gracias a que este anunció la etiqueta Implicit Null (valor 3). Así el egress recibe el paquete IP puro y ahorra un lookup de etiqueta innecesario.

Esquema de Penultimate Hop Popping — CE-PE-P-P-PE-CE: el penúltimo P hace el PHP en vez del Egress PE.

Ejemplo numérico completo de PHP con R1 a R4 — R1 (Push) → R2 (Swap) → R3 (Pop, PHP) → R4, con tablas LFIB completas.

Plano de control y plano de datos

Relación entre ruteo IP, señalización LDP y reenvío MPLS — Plano de control: IGP + LDP. Plano de datos: LFIB/CEF.

Definiciones de LIB y LFIB — LIB = plano de control (todas las etiquetas). LFIB = plano de datos (solo las mejores rutas).

LDP (Label Distribution Protocol, RFC 3036) requiere que el IGP ya esté configurado: las etiquetas se asocian a rutas ya existentes.

Configuración básica de MPLS en Cisco IOS — Configuración básica: `ip cef distributed`, `mpls label protocol ldp`, `mpls ip` por interfaz.

ip cef distributed
mpls label protocol ldp
mpls ldp router-id loopback0
!
interface GigabitEthernet0/0
 mpls ip
 mpls mtu 1504

VPNs sobre MPLS

L2VPN: el cliente mantiene servicios WAN (Frame Relay, ATM, Ethernet) y el proveedor los transporta dentro de un túnel MPLS (VPWS/Pseudo Wire punto a punto, o VPLS multipunto).

Arquitectura de VPN capa 2 sobre MPLS — L2VPN: FR/ATM/Ethernet del cliente encapsulados a través del túnel MPLS.

L3VPN: cada cliente tiene su propia instancia de ruteo (VRF, Virtual Routing and Forwarding). Una interfaz de PE pertenece a una única VRF, pero una VRF puede tener varias interfaces.

VPN capa 3 sobre MPLS con múltiples clientes — Múltiples VRF (clientes A, B, C, D) comparten el mismo core MPLS de forma aislada.

Route Distinguisher (RD) y Route Target (RT)

El RD (64 bits) hace único cada prefijo entre VPNs, generando un prefijo vpnv4 (RD + IPv4 = 96 bits). No decide qué rutas se importan — solo evita colisiones en MP-BGP. El RT es una comunidad extendida de BGP que sí decide qué rutas se importan/exportan entre VRFs (route-target import / route-target export).

Funcionamiento del Route Target con 4 VRFs — Una VRF instala la ruta solo si su `route-target import` coincide con el `route-target export` de la ruta recibida.

El stack de doble etiqueta

En VPN L3, cada paquete viaja con dos etiquetas: la exterior (LSP, asignada salto a salto vía LDP/IGP) navega por el core MPLS hasta el PE de egreso; la interior (VPN, asignada por el egress PE y enviada directamente al ingress PE junto con el prefijo vpnv4 por MP-BGP) identifica a qué VRF pertenece el paquete.

Stack de doble etiqueta y ruteo de paquetes — Etiqueta interior = VPN (solo la conocen los PE) · etiqueta exterior = LSP (la conocen los P).

Distribución de rutas y VRFs entre CE y PE — Los PE aprenden rutas de clientes vía CE (RIP/OSPF/eBGP/estática) y las redistribuyen a otros PE vía MP-BGP.

Configuración Cisco IOS de VRF y BGP vpnv4 — Configuración de VRF (rd, route-target) y de BGP con `address-family vpnv4`.

ip vrf clientea
 rd 65100:1
 route-target export 65100:1
 route-target import 65200:1

router bgp 65000
 neighbor 10.100.100.4 remote-as 65000
 address-family vpnv4
  neighbor 10.100.100.4 activate
  neighbor 10.100.100.4 send-community both
 address-family ipv4 vrf clientea
  redistribute connected
  redistribute static

Cheat sheet — MPLS

Encabezado (32 bits): Label(20) + Exp(3) + S(1) + TTL(8)
PE = LER (borde, push/pop) · P = LSR (núcleo, solo swap)
Etiquetas especiales: 0 Explicit Null IPv4 · 1 Alerta Router · 2 Explicit Null IPv6 · 3 Implicit Null (PHP)
PHP: el penúltimo router (P) hace el POP, no el egress PE
LIB = plano de control (todas las etiquetas) · LFIB = plano de datos (mejores rutas + next-hop)
LDP requiere IGP ya configurado (asocia etiquetas a rutas existentes)
RD: hace único el prefijo entre VPNs (prefijo vpnv4 = RD + IPv4). No decide import.
RT: decide import/export de rutas entre VRFs (comunidad extendida BGP)
VPN L3: doble etiqueta — exterior = LSP (la ven los P) · interior = VPN (solo la ven los PE, viaja por MP-BGP)