MP - Multilink Point-to-Point Protocol

M ► MP MP Multilink Point-to-Point Protocol Autor: Prof. Dr.-Ing. Mit dem Ziel, Daten in Rechnernetzen über Punkt-zu-Punkt-Verbin- Anatol Badach dungen (P2P-Verbindungen), engl. Point-to-Point Connections (P2P Connections), übermitteln zu können, wurde das Point-to-Point Protocol (PPP) entwickelt und in zahlreichen Standards der Internet Engineering Task Force (IETF), in sog. RFCs1, spezifiziert. Das Multilink Point-to-Point Protocol (MP) stellt eine Erweiterung des PPP dar und ermöglicht die Verwendung mehrerer paralleler Übertragungskanäle zur Übermittlung von Daten zwischen zwei festlegten Punkten. Das MP ist also ein Protokoll zur parallelen Übermittlung von Daten in Frames des Protokolls PPP zwischen Auszug aus dem zwei festgelegten Endpunkten (vgl. Bild 004764). Werk: Es sei hervorgehoben, dass für das „Multilink Point-to-Point Proto- col“ mehrere Akronyme verwendet werden – wie MP, MLPPP, MLP oder MultiPPP. Die Akronyme MP und MLPPP kommen allerdings am häufigsten vor, wobei in den RFCs der IETF die Be- zeichnung „PPP Multilink Protocol“ mit dem Akronym MP und MLPPP in den Produktbeschreibungen diverser Hersteller zu finden sind. Im Weiteren wird das Akronym MP verwendet. Da in heutigen Rechnernetzen, also de facto im Internet und in Herausgeber: Intranets, alle Informationsarten – also Daten, Audio/Sprache und Heinz Schulte Video – nach dem Internet Protocol (IP) in Form von sog. IP- WEKA-Verlag Paketen übermittelt werden, bezeichnet man diese Rechnernetze als IP-Netze. In ihnen kann das MP zur Übermittlung von IP-Paketen ISBN 978-3-8276- zwischen zwei Netzkomponenten über parallele Übertragungskanäle 9142-2 – im Allgemeinen als Data Links oder kurz Links bezeichnet – ein- gesetzt werden. Dies könnte man sich so vorstellen, als ob mithilfe des MP mehrere Data Links zu einem „dickeren“ Data Link mit einer größeren Übertragungskapazität (Bandbreite) gebündelt wür- den. Logisch betrachtet ermöglicht das MP die Bündelung (Bund- ling) von Data Links und somit die Bereitstellung von Bandbreite nach Bedarf (Bandwidth on Demand, BoD). 1 Requests for Comments, http://www.rfc-editor.org 1 M ► MP Anmerkung: Als Data Link wird in diesem Kontext ein Übertra- gungskanal zur Übermittlung von Daten in Form von Frames ver- standen, welcher sowohl physikalisch – z.B. über elektrische Lei- tungen, Glasfasern oder durch Funkübertragungen – als auch virtuell – z.B. in ATM2- oder MPLS3-Systemen – realisiert sein kann. Das PPP wird oft in lokalen Netzwerken – nach dem Konzept des PPP over Ethernet (PPPoE)4 – zur Bereitstellung von P2P- Verbindungen auf Basis von Gigabit Ethernets (GE) mit Bitraten von 1 und 10 GBit/s verwendet. Hierbei kann das MP zur Bünde- lung von GE-Leitungen eingesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise in Datacentern gebündelte GE-Leitungen mit Bitraten von n × 1 oder n × 10 GBit/s – als skalierbares Gigabit Ethernet (Scalable Gigabit Ethernet) – einrichten. Systemlösungen solcher Art werden oft als MLPPP over PPPoE bezeichnet. Das Konzept des MP wurde erstmals im November 1994 seitens der IETF im RFC 1717 unter dem Titel „The PPP Multilink Protocol (MP)“ veröffentlicht. Das breite Spektrum von PPP-Anwendungen hat aber dazu geführt, dass das ursprüngliche Konzept des MP ver- bessert und erweitert wurde. Deshalb wurde RFC 1717 im August 1996 durch RFC 1990 ersetzt. Diese Spezifikation des MP ist noch heute verbindlich. Idee des MP Bild 004764 illustriert die Idee des MP.5 Wie hier ersichtlich ist, wird das MP zur Übermittlung eines Datenstroms in Form von Da- tenpaketen – beispielsweise von Paketen des IP oder anderer Proto- kolle der Netzwerkschicht – auf einer P2P-Verbindung über mehre- re, parallele Data Links verwendet. Mit dem MP werden praktisch mehrere Data Links gebündelt (aggregiert). Man spricht hierbei von Link-Bündelung, engl. Link Bundling, Link Aggregation oder Link Trunking. 2 Asynchronous Transfer Mode 3 Multiprotocol Label Switching 4 RFC 2516 5 Bild 004764 zeigt die Datenübermittlung in nur eine Richtung. Die Daten- übermittlung in Gegenrichtung verläuft nach dem gleichen Prinzip. 2 M ► MP Bild 004764: Idee des MP: die Bündelung von Data Links Beim Einsatz des MP sind immer zwei sog. MP-Instanzen als End- punkte einer P2P-Verbindung beteiligt. Zwischen ihnen wird eine aus mehreren Data Links bestehende Verbindung für die Übermitt- lung von Datenpaketen der Protokolle aus der Netzwerkschicht (d.h. aus dem Layer 3) aufgebaut. Weil diese P2P-Verbindung mehrere Data Links enthält, wird sie oft als Multilink-Bündel (Multilink Bundle) bezeichnet. Falls die Länge eines zu übermittelnden Datenpaketes den beim Verbindungsaufbau festgelegten Wert des Parameters Maximum Receive Unit (MRU) überschreitet, wird dieses Paket vor seiner Übermittlung auf der Sendeseite zuerst in mehrere Datenfragmente6 aufgeteilt. Diese werden dann um bestimmte Kontrollparameter des MP ergänzt. Auf diese Weise entstehen kleinere, autarke Datenpake- te, die sog. MP-Pakete (vgl. Bild 004768). Sie werden in PPP- Frames eingekapselt und beim Senden auf einzelne Data Links verteilt. Auf der Empfangsseite werden die MP-Pakete zuerst aus den PPP-Frames herausgenommen, zwischengespeichert und an- schließend wird aus den in den MP-Paketen enthaltenen Datenfrag- menten das ursprüngliche Datenpaket zurückgewonnen. MP-Pakete in PPP-Frames Das MP legt die Struktur von Dateneinheiten (MP-Paketen) fest, in denen Fragmente von Paketen eines Netzwerkprotokolls (d.h. Layer- 3-Datenfragmente) als Nutzlast (Payload) übermittelt werden kön- 6 Ein Datenfragment kann ein vollständiges IP-Paket oder nur einen Teil davon umfassen. 3 M ► MP nen. Bild 004765 zeigt, wie MP-Pakete aufgebaut sind und wie sie zur Übermittlung in PPP-Dateneinheiten eingekapselt werden. Die PPP-Dateneinheiten werden noch vor ihrer Übermittlung in die Frames des bekannten Protokolls HDLC7 eingebettet. Da die Felder Address und Control im HDLC-Header auf Dauer festgelegte – und PPP-spezifische – Angaben enthalten, bezeichnet man sie als PPP/HDLC-Frames bzw. kurz als PPP-Frames. Bild 004765: MP-Pakete und deren Übermittlung in PPP-Frames FCS: Frame Checking Sequence MP-H: MP-Header PID: Protocol Identifier Die Steuerkomponenten der HDLC-Frames – d.h. Header und Trai- ler – in PPP-Frames enthalten folgende Angaben: • Flag: Mit Flags als Bitfolge 01111110 werden der Frame- Beginn und das -Ende markiert. • Address-Feld: Da die Adresse der Gegenseite bei der Daten- übermittlung über einen Punk-zu-Punkt-Link nicht nötig ist, steht hier immer 0xFF (11111111). • Control-Feld: Die Angabe 0x03 (00000011) verweist dar- auf, dass die PPP-Frames nicht nummeriert sind. 7 High Level Data Link Control 4 M ► MP • FCS-Feld: Dieses enthält eine – aus den Feldern Address, Control und aus der PPP-Dateneinheit beim Absenden des PPP-Frames berechnete – Prüfsequenz, die man zur Entdeckung von Übertragungsfehlern in diesen Frame-Komponenten ver- wendet. Wie Bild 004765 zum Ausdruck bringt, verweist die Angabe 8 0x003D im Feld Protocol Identifier (PID) in der PPP- Dateneinheit darauf, dass diese ein MP-Paket als PPP-Nutzlast beinhaltet. Eine PPP-Dateneinheit dient somit als „Container“ für den Transport von MP-Paketen mit Datenfragmenten. Die maximale Länge des als PPP-Nutzlast transportierten MP-Pakets kann beim Aufbau einer Multilink-Verbindung als Parameter MRU festgelegt werden. Der Default-Wert von MRU beträgt 1500 Byte und ent- spricht somit der maximalen Länge der Nutzlast in Ethernet-Frames. Jedes MP-Paket besteht aus einen MP-Header und einem Daten- fragment, wobei der MP-Header entweder 16 Bit oder 32 Bit lang sein kann. Demzufolge spricht man vom kurzen bzw. vom langen MP-Header. Der Unterschied zwischen ihnen besteht insbesondere in der Länge des Feldes Sequence Number (SN), denn die SN im kurzen MP-Header hat 12 Bit und die im langen MP-Header 24 Bit. Die Angaben im MP-Header haben folgende Bedeutung (vgl. Bild 004768): • B (Beginning Fragment Bit): Mit B=1 wird das erste Fragment aus jedem Datenpaket eines Netzwerkprotokolls – beispielswei- se des Protokolls IP – markiert. Somit ist nur im MP-Paket mit dem ersten Datenfragment B=1 und in allen MP-Paketen mit den darauf folgenden Fragmenten aus demselben Datenpaket B=0. • E (Ending Fragment Bit): Mit E=1 wird das letzte Fragment aus jedem Datenpaket markiert.