introduction à mpls

7/28/2019 Introduction MPLS

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NORMES ET PROTOCOLES MPLS 2012-2013

Sommaire

Introduction MPLS ............................................................................................................ 2

1. Architecture MPLS ....................................................................................................... 4

2. Fonctionnement de MPLS ............................................................................................ 5

2.1 Notion de label ....................................................................................................... 5

2.2 La Commutation MPLS .......................................................................................... 5

2.3 Notions de Forwarding Equivalence Class (FEC) et Label Switched Path (LSP) 8

2.4 LAgrgation de flots ............................................................................................ 102.5 La Signalisation MPLS Le protocole LDP ................................................... 10

3. Applications du mcanisme MPLS ............................................................................. 12

Ingnierie de Trafic (Traffic Engineering) .............................................................. 12

VPN (Virtual Private Network) ............................................................................... 12

Bande passante garantie et qualite de service ........................................................ 13

Reroutage rapide ...................................................................................................... 13

4. Configuration MPLS de base dans GNS3 (Traffic Engineering) ............................... 14Conclusion .......................................................................................................................... 19


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Introduction MPLS

La gestion des rseaux d'oprateurs devient de plus en plus complexe. En effet, la tailledes rseaux qu'ils doivent grer, combine aux nombreuses contraintes techniques,

lgislatives et commerciales les oblige dvelopper des solutions compliques. Parmices contraintes techniques, nous pouvons mentionner l'acheminement rapide, la haute

disponibilit, la rpartition quilibre du trafic, la qualit de service, la scurit des

investissements, la scurisation des transactions... Ces contraintes rendent le routagedifficile raliser. Les accords de rgulation de trafic entre oprateurs sont galement

difficiles traduire en termes de routage.

Une technologie rseau longtemps rpondue nombre de ces contraintes, c'est

l'ATM (Asynchronous Transfer Mode). Malheureusement, les concepteurs de l'ATM

ont oubli d'intgrer la dimension conomique dans l'architecture en positionnant de

nombreuses tches au niveau lectronique.

Cela a eu comme consquence, d'alourdir les interfaces rseaux avec de nombreuxcomposants lectroniques. Les cartes ATM et les appareils actifs des rseaux ATM

cotaient extrmement chers comparativement aux quipements Ethernet parexemple. Nanmoins, seul l'ATM proposait directement de manire native dans la

technologie, plusieurs formes de qualit de service et par consquent la convergence

de la voix, des donnes et de l'image (VDI).

Aprs l'chec commercial de la technologie ATM principalement soutenue par les

grands oprateurs de tlphonie fixe tels que France Tlcom ou AT&T, l'IETF propose un groupe de travail de faire une nouvelle proposition. Il est question de:

- accrotre la vitesse de traitement des paquets au cur des grands rseaux,- proposer de la qualit de service pour les flux,- effectuer des stratgies de routage varies,- offrir des solutions d'ingnierie de trafic (Traffic Engineering) pour amliorer la

rpartition de charge du rseau.

l'poque, le constat est le suivant,

- au niveau 2, la commutation est rapide et s'effectue par exemple avec latechnologie ATM,

- au niveau 3, le routage est lent et s'effectue avec le protocole IP.


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Une solution l'interface des niveaux 2 et 3 est trouve et elle est logicielle. Elle

s'appuie sur un principe de commutation de labels, proche de l'ATM (commutation de

cellules).

C'est ainsi, que le protocole MPLS (Multi-Protocol Label Switching) a t propos.

Cest un mcanisme rseau normalis par l'IETF dont le rle principal est de combinerles concepts du routage IP de niveau 3, et les techniques de commutation de niveau 2

telles quimplmentes dans ATM ou Frame Relay.

MPLS permet d'amliorer le rapport performance/prix des quipements de routage,d'amliorer l'efficacit du routage (en particulier pour les grands rseaux) et d'enrichir

les services de routage (les nouveaux services tant transparents pour les mcanismes

de commutation de label, ils peuvent tre dploys sans modification sur le cur du

rseau).

MPLS n'est en aucune faon restreint une couche 2 spcifique (do lexpression

Multi-Protocol ) et peut fonctionner sur tous les types de support permettantl'acheminement de paquets de niveau 3.

MPLS effectue la commutation en mode connect, bas sur des labels ou tiquettespour la commutation des paquets. Des tiquettes sont attribues aux paquets lors de

leur entre dans l'infrastructure MPLS par un routeur dnomm Edge Label

Switching Router (E-LSR) do lexpression Label Switching .

Les tables de commutation tant calcules partir d'informations provenant desprotocoles de routage IP ainsi que de protocoles de contrle, MPLS peut tre considrcomme une interface apportant IP le mode connect et qui utilise les services de

niveau 2 (PPP, ATM, Ethernet, ATM, Frame Relay, SDH ...).


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1.Architecture MPLS

LSR

Routeur dans le cur du rseau qui participe la mise en place du circuit virtuel par

lequel les trames sont achemines. Les LSR se comportent comme des commutateurs

pour les flots de donnes utilisateur et comme les routeurs pour la signalisation.

LER

LSR daccs (Edge-LSR) au rseau MPLS. Un LER peut avoir des ports multiples

permettant daccder plusieurs rseaux distincts, chacun pouvant avoir sa propretechnique de commutation. Les LER jouent un rle important dans la mise en place

des rfrences.


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2.Fonctionnement de MPLS2.1 Notion de label

Un label a une signification locale entre 2 LSR adjacents et mappe le flux de trafic entre

le LSR (Label Switching Router) amont et la LSR aval. A chaque bond le long du LSP(Label Switching Path), un label est utilis pour chercher les informations de routage

(next hop, lien de sortie, encapsulation, queueing et scheduling) et les actions

raliser sur le label : insrer, changer ou retirer. La figure ci dessous, dcrit la mise enoeuvre des labels dans les diffrentes technologies ATM, Frame Relay, PPP, Ethernet et

HDLC.

Pour les rseaux Ethernet, un champ appel shim a t introduit entre la couche 2 et la

couche 3. Sur 32 bits, il a une signification d'identificateur local d'une FEC (Forwarding

Equivalence Class). 20 bits (0 - 1048575) contiennent le label, un champ de 3 bitsappel Classe of Service (CoS) sert actuellement pour la QoS, un bit S pour indiquer s'il

y a empilement de labels et un dernier champ, le TTL sur 8 bits (mme signification

que pour IP). L'empilement des labels permet en particulier d'associer plusieurs

contrats de service un flux au cours de sa traverse du rseau MPLS.

2.2 La Commutation MPLS


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Elle est base sur la permutation d'tiquettes. Au niveau d'un LSR (Label Switching

Router) du nuage MPLS, la permutation d'tiquette est ralise en analysant une

tiquette entrante, qui est ensuite permute avec l'tiquette sortante et finalement

envoye au saut suivant. Les tiquettes ne sont imposes sur les paquets qu'une seule

fois en priphrie du rseau MPLS au niveau du Ingress E-LSR (Edge LabelSwitching Router) o un calcul est effectu sur le datagramme afin de lui affecter un

label spcifique.

Ce qui est important ici, est que ce calcul n'est effectu qu'une fois. La premire fois

que le datagramme d'un flux arrive un Ingress E-LSR. Ce label est supprim l'autre

extrmit par le Egress E-LSR.

Donc le mcanisme est le suivant: Le Ingress LSR (E-LSR) recoit les paquets IP, raliseune classification des paquets, y assigne un label et transmet les paquets labelliss au

nuage MPLS. En se basant uniquement sur les labels, les LSR du nuage MPLS

commutent les paquets labelliss jusqu' l'Egress LSR qui supprime les labels et remetles paquets leur destination finale.

L'affectation des tiquettes aux paquets dpend des groupes ou des classes de flux FEC(forwarding quivalence classes). Les paquets appartenant une mme classe FEC sont

traits de la mme manire. Le chemin tabli par MPLS appel LSP (Label Switched

Path) est emprunt par tous les datagrammes de ce flux. L'tiquette est ajoute entre lacouche 2 et l'en-tte de la couche 3 (dans un environnement de paquets) ou dans le

champ VPI/VCI (identificateur de chemin virtuel/identificateur de canal virtuel dansles rseaux ATM). Le switch LSR du nuage MPLS lit simplement les tiquettes,

applique les services appropris et redirige les paquets en fonction des tiquettes.


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Illustration

Lorsqu'un paquet arrive dans un rseau MPLS (1). En fonction de la FEC laquelle appartientle paquet, l'ingress node consulte sa table de commutation (2) et affecte un label au paquet (3),

et le transmet au LSR suivant (4).

Lorsque le paquet MPLS arrive sur un LSR [1] interne du nuage MPLS, le protocole deroutage fonctionnant sur cet quipement dtermine dans la base de donnes des labels

LIB (Label Base Information), le prochain label appliquer ce paquet pour qu'il

parvienne jusqu' sa destination [2]. L'quipement procde ensuite une mise jourde l'en-tte MPLS (swapping du label et mise jour du champ TTL, du bit S) [3], avant

de l'envoyer au noeud suivant (LSR ou l'egress node) [4]. Il faut bien noter que sur unLSR interne, le protocole de routage de la couche rseau n'est jamais sollicit.


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Enfin, une fois que le paquet MPLS arrive l'egress node [1], l'quipement lui retiretoute trace MPLS [2] et le transmet la couche rseau.

2.3 Notions de Forwarding Equivalence Class (FEC) et LabelSwitched Path (LSP)

Un Label Switched Path (LSP) est un chemin travers le rseau MPLS. Il est mis en

place par des protocoles comme LDP (Label Distribution Protocol), RSVP-TE


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(Resource Reservation Protocol Traffic Engineering), BGP (Border Gateway Protocol)

ou CR-LDP (Constraint-based Routing Label Distribution Protocol).

Le chemin est bas sur une Forwarding Equivalence Class (FEC), la FEC tant un

ensemble de paquets ou de flux sur lesquels sont appliques les mmes rgles dans le

rseau MPLS. Tous les paquets appartenant la mme FEC ont le mme label.Cependant tous les paquets ayant le mme label nappartiennent pas forcment au

mme FEC.

Cest le routeur dentre au rseau MPLS (LER) qui classifie les paquets selon les FECen leur assignant des labels. Voici des exemples de FEC :

- Des paquets dont les adresses IP de destination ont le mme prfixe.- Des paquets dont les adresses IP de destination ont le mme prfixe BGP, avec

le mme BGP next hop comme illustr ci-dessous.


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2.4 LAgrgation de flots

Considrons lafigure ci-contre

o les terminaux1,2 et 3

souhaitentmettre un flux

de paquets IP

vers la stationterminale 4. Pour

cela la station 1met ses trames

(encapsulant les paquets IP) avec la rfrence 28, qui est commut vers la rfrence 47

puis commute vers la reference77, puis 13 puis 36. Le flot partant de la station 2 est

commut de 53 en 156 puis en 77, 13 et 36. Enfin, le troisime flot, partant de la station

3 est commut partir des valeurs 134 puis 197, 13 et 36. On voit que lagrgation

seffectue sur les deux premiers flots avec la seule valeur 77 et que les trois flux sont

agrgs sur les valeurs 13 et 36. La station 4 aurait pu tre remplace par un sous-

rseau, ce qui aurait certainement permis dagrger beaucoup plus de flux et davoir

une granularit moins fine. Un problme pos par les tables de routage impliquant lesFEC est celui des boucles potentielles, cest dire un possible retour un nud qui a

dj vu passer la trame.

2.5 La Signalisation MPLS Le protocole LDPLorsquun paquet doit transiter par un rseau MPLS, le LER regarde son adresse de

destination et lui assigne un label, avant de lenvoyer dans le rseau. Une fois dans le

rseau, chaque LSR qui reoit le paquet lablis change son label avant de le renvoyer.

A la sortie du rseau, le LER retire le label du paquet et envoie le paquet non lablis

vers un nud extrieur au rseau MPLS.

Pour que ceci fonctionne, il faut que les routeurs adjacents du rseau MPLS saccordent

sur quel label utiliser pour chaque protocole de routage. Par consquent, chaque LSR

doit tre en mesure de dterminer pour chaque paquet entrant quel est son label de

sortie. Ceci signifie quon a besoin dun mcanisme qui renseigne les routeurs sur quel


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label insrer dans un paquet envoyer. Un label na de sens que lors dune

communication entre deux routeurs et na aucune signification globale dans le rseau.

Les routeurs adjacents ont donc besoin dune certaine forme de communication entre

eux afin de saccorder sur quel label insrer dans le paquet envoyer, sinon, ils ne

sauraient faire correspondre un label de sortie un label dentre donn. Un protocole

de distribution de labels est donc indispensable cet effet.

On peut distribuer les labels de deux faons: en utilisant un protocole de routage

(piggybacking) ou un protocole spcifique de distribution de labels.

La premire mthode prsente lavantage de navoir plus besoin dinstaller un

nouveau protocole sur les routeurs mais ncessite une extension du protocole de

routage utilis, ce qui nest pas vident du tout vident. En plus cette extension doit

tre faite indpendamment pour chaque protocole de routage utiliser.La seconde mthode quant elle a lavantage dtre indpendante du protocole

de routage. On distingue entre autre les protocoles suivants : TDP (Tag DistributionProtocol), LDP (Label Distribution Protocol), RSVP (Ressource Reservation Protocol).

Dans le cadre de cet expos, nous allons nous attarder sur le protocole LDP.

Le protocole LDP

Ce protocole ralise la distribution de labels aux LSR. Il dfinit une suite de

procdures et de messages utiliss par les LSR pour sinformer mutuellement du

mapping entre les labels et les flux. Leslabels sont spcifis selon le chemin

Hop By Hop dfini par lIGP (InteriorGateway Protocol) dans le rseau.

Chaque nud doit donc mettre en uvre

un protocole de routage de niveau 3, et

les dcisions de routage sont prisesindpendamment les unes des autres.

LDP est bi-directionnel et permet la

dcouverte dynamique des nuds

adjacents grce des messages Hello changs par UDP. Une fois que les 2 nuds se

sont dcouverts, ils tablissent une session TCP qui agit comme un mcanisme de

transport fiable des messages dtablissement de session TCP, de messages dannonce

de labels et des messages de notification.

LDP supporte les spcifications suivantes :


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Les labels sont assigns un nud amont partir des informations contenues dansla table de routage.

Trois(3) FEC (ForwardingEquivalent Class) sont dfinies : il

est possible de mapper un label soit un flux de trafic, un prfixe

dadresse IP ou un router-ID. Le

flux de trafic reoit le mmetraitement de forwarding selon lelabel qui lui est associ.

Une connexion LDP peuttre tablie entre deux LSR

directement ou indirectement

connects.

Il existe deux modes de rtention de label : soit conservatif soit libral . Pourle mode de rtention conservatif , seul le label correspondant au meilleur bondest retenu. Par contre, pour le mode de rtention libral , tous les labels transmis

par les LSR adjacents pour un flux donn sont retenus. Ce mode permet unreroutage rapide en cas de problme car des labels alternatifs sont disponiblesinstantanment.

3.Applications du mcanisme MPLS Ingnierie de Trafic (Traffic Engineering)L'ingnierie de trafic est active par des mcanismes MPLS permettant de diriger letrafic via un chemin spcifique, qui n'est pas ncessairement le chemin le moins

coteux. Les administrateurs de rseau peuvent mettre en uvre des politiques visant assurer une distribution optimale du trafic et amliorer l'utilisation globale durseau.

VPN (Virtual Private Network)Les rseaux privs virtuels MPLS simplifient considrablement le dploiement desservices par rapport aux VPN IP traditionnels. Lorsque le nombre de routes et de

clients augmente, les VPN MPLS peuvent facilement monter en charge, tout en offrant


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le mme niveau de

confidentialit que les

technologies de niveau

2. Ils peuvent

galement transporterdes adresses IP non-

uniques travers un

domaine public.

Afin d'interconnecter

des rseaux au travers

d'un rseau TCP/IP (par exemple Internet), l'encapsulation de leurs protocolesrespectifs dans IP est ralise grce L2TP(Layer 2 Tunneling Protocol). Ce dernier est

capable de transporter n'importe quel protocole rseau (IP, IPX, Appletalk...). II ouvreen fait un tunnel entre deux rseaux ou entre un poste de travail et un rseau autravers du rseau ouvert Internet (voir schma). Ce protocole est inaccessible depuisl'Internet afin de garantir l'intgrit du rseau de l'entreprise. Afin de fonctionner, ce

protocole a besoin de deux choses: un concentrateur d'accs L2TP, ou LAC (L2TPAccess Concentrator), et un serveur de rseau L2TP, ou LNS (L2TP Network Server).

Les rseaux privs virtuels offrent un service de rseau IP priv sur une infrastructure

de rseau IP public, utilisant la couche rseau, la possibilit d'utilisation d'un adressage

priv sur un rseau public et accs contrl et tanche vis vis des autres flux sur

l'infrastructure public.

Bande passante garantie et qualite de serviceLa bande passante garantie constitue une amlioration forte valeur ajoute parrapport aux mcanismes d'ingnierie de trafic traditionnels. MPLS permet aux

fournisseurs de services d'allouer des largeurs de bande passante et des canaux

garantis. La bande passante garantie permet galement la comptabilit des ressources

QoS (qualit de service) de manire organiser le trafic 'prioritaire' et 'au mieux', telsque la voix et les donnes. La fonction Classe de service (CoS) MPLS assure que letrafic important est trait avec la priorit adquate sur le rseau et que les exigences

de latence sont respectes. Les mcanismes de qualit de service IP peuvent tre mis

en uvre de faon transparente dans un environnement MPLS.

Reroutage rapide


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Le reroutage rapide permet une reprise trs rapide aprs la dfaillance d'une liaison

ou d'un noeud. Une telle rapidit de reprise empche l'interruption des applications

utilisateur ainsi que toute perte de donnes.

4.Configuration MPLS de base dans GNS3 (TrafficEngineering)

Objectif : Montrer les commandes de base pour la configuration du mcanisme MPLS

sur des routeurs CISCO notamment pour raliser lIngnierie de Trafic.

1. Topologie

2. Dfinition des adresses IP des interfaces srie et loopbackRouteur

InterfaceLoopback 0

Interface Adresse IP Masque

R1 10.0.0.1 s1/0 192.168.14.2

255.255.255.252

s1/1 192.168.1.1R2 10.0.0.2 s1/0 192.168.2.1

s1/1 192.168.1.2s1/2 192.168.13.2s1/3 192.168.11.2

R3 10.0.0.3 s1/0 192.168.11.1s1/1 192.168.8.1s1/2 192.168.12.2s1/3 192.168.7.2

s1/4 192.168.10.2R4 10.0.0.4 s1/0 192.168.3.1


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s1/1 192.168.2.2s1/2 192.168.10.1s1/3 192.168.6.1

R5 10.0.0.5 s1/0 192.168.9.2s1/1 192.168.5.2

s1/2 192.168.8.2R6 10.0.0.6 s1/0 192.168.5.1

s1/1 192.168.4.2s1/2 192.168.7.2s1/3 192.168.6.2

R7 10.0.0.7 s1/0 192.168.14.1s1/1 192.168.9.1s1/2 192.168.13.1s1/3 192.168.12.1

R8 10.0.0.8 s1/0 192.168.4.1s1/1 192.168.3.2

R9 10.0.0.9 s1/0 192.168.15.1

3. Configuration du protocole de routage OSPFRouteur OSPF

process-id

OSPFarea

Rseauxconnects

Wildcardmask

R1 1 0192.168.1.0

0.0.0.3

192.168.14.0

R2 1 0

192.168.1.0192.168.2.0192.168.11.0192.168.13.0

R3(Area Border

Router)1 0

192.168.7.0192.168.8.0192.168.10.0192.168.11.0192.168.12.0

R4 1 0

192.168.2.0192.168.3.0192.168.6.0192.168.10.0

R5 1 0192.168.5.0192.168.8.0192.168.9.0

R6 1 0

192.168.4.0192.168.5.0192.168.6.0192.168.7.0

R7 1 0

192.168.9.0

192.168.12.0192.168.13.0


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192.168.14.0

R8 1 0192.168.3.0192.168.4.0

R9 1 0 192.168.15.0NB :

- Tous les liens ont le mme cot OSPF (64).- Le OSPF Hello interval vaut 10 s pour toutes les interfaces et le OSPF Dead

interval vaut 15 s.

4. Activer CEF (Cisco Express Forwarding) sur tous les routeurs et mpls surtoutes les interfaces dsires.

CEF estun mcanisme propritaire de CISCO qui permet doptimiser le routage dansles curs de rseaux.

Router(config)#ip cef et Router(config-if)#mpls ip

5. Activer MPLS sur IP sur tous les routeurs ainsi que le mcanisme ou leprotocole de distribution de labels aux interfaces des routeurs.

Router(config)#mpls label protocol ldp

6. Activer MPLS-TE sur tous les routeurs.Router(config)# mpls traffic-eng tunnels

7. Configurer les interfaces des routeurs pour le trafic MPLS-TE.Router(config-if)#mpls traffic-eng tunnels

Router(config-if)#ip rsvp resource-provider none

Router(config-if)#ip rsvp bandwidth 1024 !! Dbit en kbps

8. Configurer OSPF pour MPLS-TE sur tous les routeursRouter(config)#router ospf 1

Router(config-router)#mpls traffic-eng router-id lo 0

Router(config-router)#mpls traffic-eng area 0

Router(config-router)#router-id 10.0.0.x

9. Configurer les TE Tunnels sur le routeur R1Router(config)#interface Tunnel1


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!! nom du tunnel

Router(config-if)#ip unnumbered lo 0

!! adresse IP du tunnel unnumbered parce que le tunnel est unidirectionnel

Router(config-if)#tunnel destination 10.0.0.9

!! adresse IP de destination du tunnel

Router(config-if)#tunnel mode mpls traffic-eng

!! le mode dencapsulation du tunnel cest mpls-te

Router(config-if)#tunnel mpls traffic-eng autoroute announce

Router(config-if)#tunnel mpls traffic-eng priority 7 7

!! dfinir la priorit du trafic de ce tunnel (0 7), 1er

chiffre pour setup priority et le 2me

chiffre pour hold priority

Router(config-if)#tunnel mpls traffic-eng bandwidth 100

!! Dbit du tunnel

!! Path-option cest un chiffre entre 1 et 1000 quon utilise pour dfinir les chemins dans le

tunnel

!! le chemin peut tre soit dfini explicitement ou dfini de manire dynamique

!! Plus la valeur du path-option est faible, plus le chemin est prioritaire. Il est conseill de dfinir

le dernier chemin comme dynamique .

Router(config-if)#tunnel mpls traffic-eng path-option 10 explicit name P1732489

Router(config-if)#tunnel mpls traffic-eng path-option 20 explicit name P175689

Router(config-if)#tunnel mpls traffic-eng path-option 50 dynamic

10.Dfinir les chemins P1732489 et P175689 crs ci-dessusRouter(config)#ip explicit-path name P1732489 enable

Router(cfg-ip-expl-path)#next-address 10.0.0.2




Router(cfg-ip-expl-path)#end


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Router(cfg-ip-expl-path)#ip explicit-path name P175689 enable






Router(cfg-ip-expl-path)#end


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Conclusion

Selon les applications et la configuration dun rseau, des services bass sur MPLS

peuvent rduire les cots de 10 25% par rapport des technologies comparables tels

que ATM et Frame Relay. Avec lajout des trafics voix et vido, la plus-value peutpourrait slever jusqu 40%, tout en garantissant une QoS. Les temps de latencesont mieux grs et des nuds ou liens du rseau peuvent tre contourns

automatiquement par des chemins prdfinis en cas de dfaillance de ceux-ci. MPLSest vritablement une technologie davant-garde qui a de lavenir dans les curs desrseaux des oprateurs de tlcommunication.

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