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MPLS Professor Mário Aquino. MPLS - MultiProtocol Label Switching Tecnologia de encaminhamento de pacotes baseada em rótulos (LABEL) padronizada pelo.

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1 MPLS Professor Mário Aquino

2 MPLS - MultiProtocol Label Switching Tecnologia de encaminhamento de pacotes baseada em rótulos (LABEL) padronizada pelo IETF. Adição de rótulos nos pacotes (na entrada da nuvem) entre o cabeçalho da camada de enlace e o cabeçalho da camada de rede. Conhecido como camada calço (Shim Header) O roteamento é feito com base no LABEL e não mais no endereço IP. Em redes ATM o LABEL é codificado nos campos VPI/VCI Interoperabilidade de redes com tecnologias heterogêneas. Professor Mário Aquino

3 MPLS - MultiProtocol Label Switching Rótulo localizado entre o cabeçalho da camada de enlace e o cabeçalho da camada de rede Ethernet = 0x8847, PPP = 0x0281, HDLC = 0x8847, FR = 0x80 Multiprotocol: Pode ser utilizado por qualquer protocolo de camada 2 e 3. A maioria das implementações suporta apenas IP na camada de rede.. Professor Mário Aquino

4 MPLS - MultiProtocol Label Switching VPN - Isolamento do tráfego com a criação de tabelas de labels - VRF (usadas para roteamento) exclusivas de cada VPN. QoS (Qualidade de Serviço) - com a priorização de aplicações críticas, dando um tratamento diferenciado para o tráfego entre os diferentes pontos. Utiliza o campo EXP Engenharia de Tráfegos: Seleção de caminhos de redes conhecidos como túnel (LSP), para encaminhamento de pacote de dados. Utilização balanceada dos canais de comunicação.. Professor Mário Aquino

5 Roteamento IP Professor Mário Aquino

6 Roteamento MPLS Professor Mário Aquino

7 MPLS Label - 32 bits Label (20 bits): 0 a 15 são reservados ( ). Possui significado local. Exp - Experimental (3 bits): Utilizado para QoS - Qualidade de Serviço BoS (1 bit)- Bottom of Stack: Suporta o empilhamento de LABELS. Se o valor for 1 indica o último (Bottom) label TTL (8 bits): 0 a 255. Decrementa 1 a cada salto e quando chegar a zero, o pacote sera descartado Professor Mário Aquino

8 MPLS - Label Stacking (Pilha) O primeiro Label é conhecido como TOP level e recebe o valor 0 Os labels intermediários recebem o valor 0 O último label (BOTTOM) recebe o valor 1 Utilizado para MPLS VPN, TE, AToM/VPLS Permite roteamento hierárquico Professor Mário Aquino

9 MPLS - Label Stacking (Pilha) Professor Mário Aquino

10 Label Switch Router - LSR Ingress LSR - ILSR: Recebe o pacote e adiciona um ou mais Labels Egress LSR - ELSR: Remove os Labels dos pacotes Intermediate LSR: Apenas encaminha de acordo com os LABELS aprendidos O LSR utiliza o top Label do pacote e a entrada correspondente no LFIB para determinar o próximo hop e a operação a ser executada Operações: POP, PUSH e SWAP SWAP: Troca o TOP Label e encaminha o pacote Professor Mário Aquino

11 Label Switch Router - LSR POP: O Top Label é removido e o pacote é encaminhado com ou sem Label PUSH: Troca ou adiciona um ou mais Labels na pilha Professor Mário Aquino

12 Label Switch Paths - LSP Caminho que o pacote deve percorrer da origem para o destino em redes MPLS. LSP são UNIDIRECIONAIS O LSP para a rede no roteador R4 é R4>R3>R2>R1 Professor Mário Aquino

13 FEC - Forwading Equivalence Class É um grupo ou fluxo de pacotes que são encaminhados pelo mesmo caminho e com o mesmo tratamento. Determina como os pacotes são mapeados para LSP Todos os pacotes que pertencem ao mesmo FEC possuem o mesmo LABEL, mas nem todos os pacotes que possuem o mesmo LABEL possuem o mesmo FEC, porque podem ter diferentes valores no campo EXP. O ILSR que classifica os pacotes em FEC-LABEL Exemplos: Pacotes camada 3 com o mesmo destino, multicast para o mesmo grupo, pacotes com o mesmo valor no cabeçalho IP DSCP, frames recebidos e um VC e transmitidos em outro VC, etc. Professor Mário Aquino

14 LDP - Label Distribution Protocol - RFC3036 Protocolo que atribui os valores do LABEL local e divulga para os LSR Descobre vizinhos que estão rodando LDP ( UDP 646) Estabelece conexões (TCP 646) Divulga os mapeamentos de labels Limpeza por meio de notificações Suporta autenticação MD5 Possui dois modos de aprendizagem: Downstream unsolicited e downstream on-demand MP-BGP é utilizado para divulgar Labels em MPLS-VPN RSVP-TE é utilizado para divulgar Labels em MPLS-TE. Obs: Teoricamente qualquer protocolo de roteamento pode ter suas funções estendidas para divulgar os Labels Professor Mário Aquino

15 MPLS - LDP Downstream unsolicited Professor Mário Aquino

16 MPLS - LDP Professor Mário Aquino

17 MPLS - LDP Downstream on-demand Professor Mário Aquino

18 Label Forwarding Information Base LFIB é a tabela de encaminhamento que o MPLS utiliza para encaminhar pacotes com Labels. Similar à tabela de roteamento IP. É alimentada com informações da LIB LIB - Label Information Base: Cada roteador possui uma LIB para armazenar mapeamentos locais e os anúncios dos vizinhos (LDP, RSVP-TE, MP-BGP, entradas estáticas). Professor Mário Aquino

19 MPLS - LFIB Local ou Tag é o LABEL que o roteador lactomer atribui e divulga para os vizinhos Ao receber um pacote com top label 22, ele executa um swap alterando para 17 e encaminha na interface Et0/0/0 (Label-to-label forwading) Ao receber um pacote com top Label 16, o LSR remove o Label e encaminha como um pacote IP (Label-to-Ip forwading) Ao receber um pacote com top Label 18, ele executa o POP encaminhando o pacote com LABEL ou IP, depende se houver mais labels. Professor Mário Aquino

20 MPLS - QoS O campo MPLS EXP de três bits pode ser mapeado para os campos do IP TOS (IP Precedence) Professor Mário Aquino

21 MPLS - Engenharia de Tráfegos - TE Balanceamento de tráfego, utilizando de forma otimizada os diversos caminhos existentes Utilizado em redes que possuem caminhos alternativos O roteador da origem (Head end) define o caminho mais eficiente (LSP) até o roteador de destino (Tail End). O Head end precisa conhecer a topologia da rede e as informações dos enlaces, por isso é necessário um protocolo de roteamento link state (OSPF, IS-IS) com extensões (algumas modificações) O LSP também é conhecido como MPLS TE Túnel (unidirecional) Professor Mário Aquino

22 MPLS - TE Para balancear o tráfego entre os roteadores R1 e R5 é necessário que os dois caminhos possuam os mesmos custos. Professor Mário Aquino

23 MPLS - TE xxxxxxxxxxxxxxx Professor Mário Aquino

24 MPLS - Engenharia de Tráfegos - TE Source-Based Routing Utilizam algoritmos como o Path Calculation (PCALC) ou Constrained SPF (CSPF) para calcular o melhor caminho entre o Head End e o Tail End. PCALC e CSPF são algoritmos SPF. Utiliza não somente o caminho mais curto, mas também outros requisitos. O TE Túnel pode ser dinâmico ou manualmente configurado no Head End. No modo dinâmico especificamos o Tail End e o LSP é calculado de acordo com os requerimentos configurados no Head End. No manual todos os LSR são especificados inclusive o Tail End O requisito mais importante do túnel é a largura de banda Professor Mário Aquino

25 MPLS - Engenharia de Tráfegos - TE. Professor Mário Aquino

26 MPLS - Engenharia de Tráfegos - TE Utiliza o protocolo RSVP-TE para sinalizar o túnel. É uma extensão ao protocolo RSVP. Envia solicitação de Label entre outras informações (explicit route, record route) para o funcionamento do MPLS O RSVP-TE é necessário para que os LSR intermediários negociem os Labels do túnel e reservem recursos. Head End envia uma mensagem RSVP PATH requisitando o LABEL e os requisitos da comunicação. A mensagem RESV PATH contém o ERO (Explicit Route Object) que determina os LSR do LSP para formar o túnel. Tail End responde com uma mensagem RSVP RESV que retorna o caminho alocando os Labels no túnel TE (LSP) e confirmando os requisitos necessários (Largura de banda, jitter, delay,…) Professor Mário Aquino

27 MPLS - TE Professor Mário Aquino

28 MPLS - VPN Conjunto de redes privadas interconectadas por uma infra- estrutura compartilhada Os Labels são distribuidos apenas entre os membros da VPN Roteadores mantém tabelas de roteamentos separadas chamadas VRF (Virtual Routing Foward) para cada VPN Professor Mário Aquino

29 MPLS - VPN O ILSR e ELSR em VPN é conhecido como PE - Provider Edge router O PE de entrada adiciona dois Labels no pacote. O Label de baixo indica qual tabela VRF o pacote pertence e o top Label indica o próximo salto. O TOP Label é utilizado para indicar o próximo salto e é distribuido através do LDP entre os roteadores intermediários e o PE. O Bottom Label indica a VPN que o pacote pertence e é distribuido através do BGP entre os roteadores PE RFC 3107 “Carrying Label Information in BGP” define um atributo de extensão ao multiprotocolo BGP (MP-BGP) para transmitir os Labels e identificar a VPN entre os PE Professor Mário Aquino

30 MPLS - VPN Professor Mário Aquino

31 MPLS - VPN MP-BGP é responsável por atribuir o LABEL VPN e divulgá-lo ao PE remoto Professor Mário Aquino

32 MPLS - VPN Professor Mário Aquino

33 MPLS - AToM - Any Transport over MPLS É a solução para interligar os dispositivos da camada 3 dos clientes, através de tecnologias de camada 2 MPLS VPN cria VPN em camada 3 e o AToM cria VPN em camada 2 (L2VPN) Suporta ATM, FR, HDLC, PPP, Ethernet, … A inteligência da configuração é realizada entre os PE de entrada e saída Somente suporta ponto-a-ponto. Para conexões ponto- multiponto é necessário utilizar VPLS O cliente não precisa modificar sua estrutura. O roteador do cliente continua utilizando o mesmo encapsulamento de camada 2 e conecta no roteador da provedora, não necessitando de um protocolo de roteamento IP. Professor Mário Aquino

34 MPLS - AToM AToM simula uma conexão de camada 2 entre os roteadores do cliente - CE Os roteadores do provedor (PE) encapsulam os dados simulando uma conexão ponto-a-ponto camada 2 Professor Mário Aquino

35 MPLS - AToM Para os roteadores do clientes é como se houvesse uma conexão direta entre eles camada 2 Os roteadores PE possuem uma conexão camada 2 com o roteador do cliente - CE. Ao receber um frame, o PE encapsula e adiciona os LABELS para enviar ao PE de destino que remove o LABEL e entrega para o circuito no CE de destino No AToM, o túnel é o LSP. O túnel pode ser sinalizado com LDP ou com RSVP-TE para engenharia de tráfego. Para identificar o VC do cliente são necessários dois LABELS, o do VC e o do túnel (LSP) Professor Mário Aquino

36 MPLS - AToM O Label 33 foi mapeado para o circuito 100 através do LDP entre os PE Professor Mário Aquino

37 MPLS - AToM No AToM cada par de PE possui uma sessão LDP para trocar informações como o LABEL do VC, método de encapsulamento, entre outros O roteador de entrada PE adiciona o LABEL VC e depois adiciona o LABEL do túnel Professor Mário Aquino

38 MPLS - AToM xxxxxxxxxxxxxxx Professor Mário Aquino

39 MPLS - VPLS Virtual Private LAN Service simula uma LAN Ethernet através da nuvem MPLS VPLS permite encaminhar frames Ethernet em point-to- multipoint, permitindo tráfego de broadcast e multicast Para os clientes a nuvem MPLS funciona como um switch interligando os sites VPLS suporta encaminhar frames broadcast e multicast em mais de uma porta, previnindo loops, e aprendendo MAC. Utiliza dois LABELS. O top LABEL indica o túnel (LSP) e o bottom LABEL indica o VC (porta ethernet ou VLAN) Os PE possuem uma tabela MAC, assim como os switches Professor Mário Aquino

40 MPLS - VPLS Professor Mário Aquino

41 MPLS - VPLS Se o switch CE enviar um broadcast, ele será encaminhado para os sites LON e PAR Professor Mário Aquino

42 MPLS - VPLS Cada instância VPLS requer uma topologia full mesh entre os PE. Cada PE possui uma sessão LDP para divulgar o LABEL da porta ethernet O provedor não necessita de um protocolo de roteamento para configurar VPLS, diferente do MPLS VPN Professor Mário Aquino

43 Frame Relay Professor Mário Aquino

44 Frame relay Orientado a conexões com comutação de pacotes por meio de circuitos virtuais bidirecionais, sendo possível definir diferentes velocidades de transmissão em cada direção. Baseado no X 25. Removeu a correção de erros devido o meio ser mais confiável Possui detecção de erros (FCS), mas sem recuperação de erros e sem controle de fluxos. Não é confiável (garantia da entrega). Full duplex - não necessita de arbitragem. O enlace entre o DTE (roteadores) e o DCE (switch) é ponto a ponto. O roteamento (baseado no DLCI) e a multiplexação ocorrem na camada de enlace de dados do modelo OSI. Professor Mário Aquino

45 Frame relay Enlaces de multi acesso (diferente de ponto a ponto, mais de dois dispositivos podem estar conectados à rede). O switch FR encaminha os pacotes baseado no DLCI Quadros de tamanhos variados. CIR (Commited Information Rate) - Garantia mínima de largura de banda fornecida pelo provedor. Professor Mário Aquino

46 Frame Relay - VC - Circuito Virtual Caminho lógico que o frame percorre entre dois roteadores (DTE). O VC simula um enlace ponto-a-ponto (virtual). VC compartilha o enlace de dados na rede Frame Relay (nuvem) DLCI (Data-Link Connection Identifier) - Endereço utilizado no cabeçalho para identificar o VC. Devem ser únicos em cada enlace de acesso. Obs: Somente um campo de DLCI Professor Mário Aquino

47 Frame relay - LMI - Local Management Interface. Professor Mário Aquino Protocolo que o roteador utiliza para comunicar-se com o primeiro switch Frame Relay na nuvem.O LMI é executado somente entre o DTE e o DCE, não sendo transportado através da nuvem. O LMI permite a criação dinâmica de circuitos virtuais São responsáveis pelo mecanismo dos keep-alives, que verifica a operacionalidade do VC. Garante que VC não seja desativado devido a períodos de inatividade. Tipos: ANSI, Q933a (ITU), Autosense.

48 Frame relay - Quadro Flag: Id do pacote DLCI (Data link connection identifier) - Endereço utilizado no cabeçalho para identificar o VC. Só tem valor localmente Data -Tamanho variável (1600 bytes, máximo recomendado) FCS (Frame Check Sequence) - Verificação de integridade Professor Mário Aquino

49 Frame relay - Congestionamento Switchs enviam notificações sobre congestionamentos aos DTEs marcando os bits ECN (Explicit Congestion Notification) BECN - Congestionamento no sentido contrário FECN - Congestionamento no mesmo sentido DE - Discard Eligibility – o campo DE identifica pacotes que podem ser descartados em casos de congestionamento.. Professor Mário Aquino

50 Frame relay - DLCI. Professor Mário Aquino

51 Frame relay - Malha completa Cada site é ligado a todos os outros sites através de um VC Somente uma sub-rede é necessária para a nuvem inteira. Professor Mário Aquino

52 Frame relay - Malha parcial Nem todos os sites que possuem um link virtual direto para com os outros sites. Algumas vezes, mais de um salto é necessário para chegar a um destino. Mais de uma sub-rede é necessária para a nuvem inteira. Professor Mário Aquino

53 Controle de congestionamento Professor Mário Aquino

54 Terminologia Largura de banda: Número máximo de bits que podem passar teoricamente através de uma área determinada por um tempo específico (sob dadas condições). Medido em bps ou em hertz. Latência ou delay: Tempo do pacote da origem ao destino Jitter: Variação da latência. Throughput : Transferência de dados combinando largura de banda e latência. Velocidade real. Utilização: Porcentagem de utilização do meio. Gargalo: É o atraso causado por um segmento de rede mais lento que outro. Eficiência: Porcentagem de dados do frame comparado ao seu tamanho total (dados + cabeçalhos) Professor Mário Aquino

55 QoS - Quality of Service Congestionamento ocorre quando a utilização (carga) na rede é superior à capacidade total. Controle de congestionamento se refere aos mecanismos e técnicas para controlar o congestionamento, aplicando politicas de prioridades e descartes. QoS é a capacidade da rede de fornecer tratamento preferencial para um fluxo identificado. O objetivo é fornecer níveis de performance (largura de banda, jitter, latência,…) que são requeridos por algumas aplicações. Professor Mário Aquino

56 QoS - Quality of Service Aplicações elásticas ( , web, compartilhamento de arquivos...) • Não possuem requisitos quanto a atrasos • Grandes atrasos são incômodos, mas não prejudiciais • Não são tolerantes à perda. Aplicações multimídia/real-time (áudio, vídeo) • Possuem requisitos de serviços (largura de banda, delay, jitter, ….). • Em geral são sensíveis a atraso. • Tolerantes à perda (pequena quantidade). Professor Mário Aquino

57 Técnicas para minimizar o congestionamento Superdimensionamento Divisão do tráfego em rotas Utilizar UDP em vez de TCP Retardar a reprodução no receptor para áudio/vídeo armazenados. Exceto para aplicações interativas em tempo real (Telefone por Internet, vídeoconferência…) Quando não for possível aumentar a capacidade dos recursos ou o limite já foi alcançado, precisamos diminuir a carga. (prioridade, descarte, negação, buffer, …) Shaping (Moldagem) : Técnica que Limita a largura de banda total para evitar congestionamento em links de baixa velocidade. Armazena os pacotes excedentes em buffers, evitando que esses pacotes sejam descartados. Policing é similar ao shapping com exceção do buffer. Os pacotes excedentes serão descartados Professor Mário Aquino

58 Princípios de QOS Princípio 1: Classificação dos pacotes - permite que os dispositivos façam distinção de pacotes pertencentes a diferentes classes e se necessário marcá-los. Princípio2: Isolamento dos tráfegos - Mecanismo que regula os limites de utilização, para que uma aplicação não consuma todos os recursos, impedindo a comunicação de outra. Princípio 3: Utilização da largura de banda eficiente com isolamento de tráfegos. Quando somente uma aplicação estiver sendo utilizada, toda a largura de banda será fornecida. Princípio 4: Aceite ou bloqueio - Quando não houver recursos suficientes o sistema deve recusar ou adiar a aplicação, de acordo com os requisitos. Professor Mário Aquino

59 QoS - Algoritmos de escalonamento FIFO (First In First Out) ou FCFS (First Come First Served): Os pacotes são transmitidos na mesma ordem de chegada na fila. Caso o buffer esteja cheio, a politica de descarte determinará o pacote a ser descartado. Priority Queuing (PQ) : Pacotes são classificados em filas de prioridades. Durante a transmissão, a fila de maior prioridade tem preferência absoluta de envio. As filas podem ser classificadas por protocolo, interface, endereço origem/destino, entre outros). Utiliza configuração estática, não se adptando a mudanças. Somente quando a fila de maior prioridade for finalizada, a outra será atendida Professor Mário Aquino

60 Priority Queuing (PQ) Professor Mário Aquino

61 QoS - Algoritmos de escalonamento Fair Queuing (FQ) - Enfileiramento justo : Os pacotes são classificados em filas que recebem um escalonamento em round-robin, não havendo prioridade entre as filas. Weighted Fair Queuing (WFQ) - Enfileiramento justo ponderado: Semelhante ao FQ, porém as filas são balanceadas pela quantidade de bytes. Se a fila 1 possui pacotes de 100 bytes e a fila 2, de 50 bytes, o WFQ permite o envio de 2 pacotes na fila 2 e 1 na fila 1 Professor Mário Aquino

62 Weighted Fair Queuing (WFQ) Professor Mário Aquino

63 QoS - Disciplinas de regulação Regulação é o ajuste da taxa com a qual é permitido que um fluxo injete pacotes na rede. Possui duas características importantes: Taxa média: Taxa média durante um período de tempo (pacotes por intervalo de tempo) Taxa de pico (tamanho da rajada): Taxa máxima de pacotes enviados em um período curto Professor Mário Aquino

64 QoS - Disciplinas de regulação Leaky Bucket (Balde Furado): Sistema de enfileiramento finito com um tempo de serviço constante. A taxa média de saída é fixa. Utilizado para suavizar tráfegos de rajadas reduzindo a possibilidade de congestionamentos. Pacotes são descartados quando o balde enche. Professor Mário Aquino

65 QoS - Disciplinas de regulação Token Bucket (Balde de Token): Balde que vai sendo lentamente preenchido com tokens (tickets). Cada pacote para ser enviado necessita de um token. A velocidade que os tokens chegam regula a taxa média do fluxo de tráfego O volume (profundidade) do balde dita a variação permitida no fluxo do tráfego (tamanho da rajada). Permite um tráfego em rajadas a uma velocidade máxima regular Mais flexivel que o leaky bucket pois permite economizar tokens para rajadas maiores e nunca descarta pacotes. Professor Mário Aquino

66 Arquiteturas QOS Melhor esforço (Best-effort): Não garante melhorias. Ex: FIFO O IETF definiu dois dipos de arquiteturas: DiffServ e InteServ Differentiated Services - DiffServ: Qualidade por meio de agregação de fluxos de dados, diferenciando os serviços por classes. Integrated Services - IntServ: Baseia-se na reserva de recursos por fluxos de dados. Utiliza RSVP Professor Mário Aquino

67 Arquitetura IntServ (serviços integrados) A aplicação, que necessita de um determinado requisito, é responsável por fazer reservas individuais até o destino utilizando protocolos de reservas (RSVP). Baseia-se em fluxos independentes O RSVP é um protocolo de sinalização para definir caminhos e reservar recursos. Utiliza duas mensagens: O transmissor envia mensagem PATH informando as especificações do fluxo (largura de banda, duração e o caminho até o remetente) e definindo o caminho O receptor ao receber a mensagem PATH responde com mensagem RESV, requisitando recursos. Cada roteador pode aceitar ou rejeitar a reserva. A reserva é realizada pelo destinatário Professor Mário Aquino

68 Arquitetura IntServ (serviços integrados) O IntServ fornece duas classes de serviços: Guaranteed Service Class: Serviços garantidos para aplicações que necessitam de um atraso constante Controlled-Load Service Class: Serviços garantidos para aplicações que suportam delays, mas não suportam perda de pacotes. O principal problema do modelo IntServ é a escalabilidade, devido a necessidade de armazenar os múltiplos estados em cada roteador. Não há uma distinção entre serviços. A reserva é baseada em fluxos por hosts Professor Mário Aquino

69 Arquitetura DiffServ (Serviços Diferenciados - DS) Criado pela IETF para suprir as deficiências do IntServ O modelo utiliza o campo DSCP do cabeçalho IP. Os bit correspondem a prioridades e politicas de descartes A decisão tomada por cada roteador é conhecida como PHB - Per Hop Behaviors. Cada roteador possui sua própria tabela de encaminhamento Opera sobre grandes volumes de dados em oposição a fluxos ou reservas individuais Os roteadores não precisam armazenar informações dos fluxos Os pacotes são roteados de acordo com a classe do serviço e não por fluxos como no Intserv. Professor Mário Aquino

70 ToS - Type of Service Professor Mário Aquino


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