TP – Redes Ópticas, MPLS e GMPLS

Apresentação em tema: "TP – Redes Ópticas, MPLS e GMPLS"— Transcrição da apresentação:

1 TP – 319 - Redes Ópticas, MPLS e GMPLS
Prof. Carlos Roberto dos Santos

2 Conteúdo Introdução Rede ATM Rede MPLS Definições;
Fatores Motivadores; Rede ATM Definições e Características Básicas Rede MPLS Origem; Operação MPLS; Planos de Controle (Roteamento) e Encaminhamento Protocolo LDP; Protocolo RSVP; Técnicas de QoS; Proteção em Redes MPLS; Engenharia de Redes e de Tráfego; GMPLS Tipos de Interface; Labels; Conclusões

3 Critérios de Avaliação
Prova para casa; Entrega Individual; Prazo: até 17/12 para (documento em word ou pdf); Não haverá substitutiva/segunda chamada; A Nota Final (NF) da disciplina TP319 será a média ponderada dos assuntos ministrados pelos dois docentes em função da carga horária: NF=(12*N1+8*N2)/20; Onde: N1=> Nota obtida com o Alberti (parte de Óptica); N2=> Nota obtida com o Carlinhos (parte de MPLS); O Conceito será gerado de acordo com a seguinte tabela: Se NF ≥ 85; A; Se 70 ≤ NF < 85; B; Se 50 ≤ NF < 70; C; Se NF ≤ 50; D

4 INTRODUÇÃO

5 Definições MPLS – Multiprotocol Label Switching (Comutação de Rótulos Multiprotocolo); Encaminhamento do pacote na rede se dá por um rótulo (label, etiqueta, tag) e não com base em endereço; ROTEAMENTO X COMUTAÇÃO Roteamento: processo de que consiste em procurar um endereço de destino em uma tabela, a fim de descobrir para onde enviar um pacote; Comutação: utiliza um rótulo tirado do pacote como índice para uma tabela de encaminhamento;

6 Fatores Motivadores A evolução da Internet popularizou o protocolo TCP/IP, tornando o IP como um padrão; O serviço oferecido pelo IP é sem conexão; Complexidade nas tomadas de decisão no encaminhamento; A comunicação é não-confiável; O IP é considerado um protocolo de “melhor esforço” (best effort); No início sua simplicidade e flexibilidade eram suficientes;

7 Fatores Motivadores O crescimento rápido da Internet e a difusão de redes construídas sobre o protocolo IP geraram demanda de novas facilidades; Necessidade de integração de tecnologias de camada 2 e 3; Maior controle sobre o consumo dos recursos da Rede; Disponibilidade de novos serviços sobre IP.

8 Introdução - Tipos de Redes
X25 Frame Relay ATM MPLS IP

9 Introdução – Arquitetura em Camadas
Satélite Coaxial STP W.L. UTP F.O. Física ATM Frame Relay PPP Token Bus Token Ring Ethernet Enlace IP Rede UDP TCP Transporte DNS SNMP TFTP HTTP FTP Telnet Aplicação

10 ATM – Asynchronous Transfer Mode

11 ATM: Definição ATM (Asynchronous Transfer Mode ou Modo de Transferência Assíncrono). Modo de Transferência é o termo usado pelo ITU-T para descrever a tecnologia que cobre os aspectos de transmissão, multiplexação e comutação. O Modo de Transferência Assíncrono é uma tecnologia que utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados de células, para transmitir, multiplexar e comutar tráfegos de voz, vídeo, imagens e dados sobre uma mesma rede de alta velocidade. O ATM é uma tecnologia de comutação de pacotes baseada em circuitos virtuais.

12 Principais Características
Utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo (53 bytes), chamados de células, para transportar voz, dados e vídeo sobre uma mesma rede de alta velocidade. A funcionalidade do cabeçalho (5 bytes) das células ATM é mínimo. O campo de informações das células ATM é relativamente pequeno (48 bytes). Este valor otimiza os fatores conflitantes: Atraso na rede. Eficiência de transmissão. Complexidade de implementação.

13 ATM - Definições básicas
Segmentação e Montagem das Células

14 ATM - Definições básicas
REDE ATM DADOS VOZ VÍDEO A VISÃO ATM A Rede ATM transporta blocos de informação (células) com baixo delay e alta velocidade Dispositivos terminais convertem tráfego original para/de células

15 ATM - Definições básicas
Não existe proteção contra erros ou controle de tráfego na rede. A não proteção de erros é permitida uma vez que os enlaces são de alta qualidade. A perda de pacotes devido à overflow dos buffers, problema típico para a rede ATM, é minimizada à valores aceitáveis da ordem de a 10-12, através da adequada alocação de recursos e dimensionamento dos buffers. ATM opera no modo orientado à conexão. Antes da transferência da informação de um terminal para o destino, é realizada a fase de estabelecimento de conexão virtual (lógica), verificando se a disponibilidade recursos da rede é adequada para a necessidade, caso contrário, a sessão é descartada e não se inicia. Este modo orientado à conexão permite à rede garantir em todas as transmissões uma minimização da PLR. Com o encerramento da transmissão os recursos são colocados em disponibilidade para outras conexões.

16 ATM - Definições básicas
A funcionalidade do cabeçalho é reduzida. Permite um rápido processamento na rede devido a um número limitado de funções, causando um atraso de processamento e atraso de filas pequeno. Principal função é identificar a conexão virtual, por um identificador selecionado na fase de estabelecimento de conexão, e garantir o correto roteamento do pacote. Permite a multiplexagem de diversas conexões virtuais em um mesmo enlace. Erros no cabeçalho causarão roteamento indevido e conseqüentemente perda de pacotes. Desta forma, um bit errado no cabeçalho ocasionará n bits errados ( n igual ao tamanho do pacote). Técnicas de detecção e correção de erros, no cabeçalho, são implementadas para reduzir o efeito de multiplicação de erros.

17 ATM - Definições básicas
O comprimento do payload é pequeno. Reduz o tamanho dos buffers e o atraso de filas no nós de chaveamento, garantindo um atraso total e variação estatística do atraso adequados à implementação de serviços de tempo real.

18 ATM – Características Básicas
Roteamento de Células (VCs – Virtual Channels)‏ Nenhuma Proteção ou Controle de Fluxo no Nível de Enlace Operação Orientada a Conexão Controle de Congestionamento Controle de Erro no cabeçalho Suporte para Qualidade de Serviço.

19 A CÉLULA ATM Cabeçalho Payload 5 bytes 48 bytes pacote pequeno
tamanho fixo - comutação eficiente por hardware conexão virtual, permite a multiplexação assíncrona de pacotes cabeçalho contém informação do circuito virtual payload pode ser voz, vídeo, dados

20 Nomenclatura das Interfaces
NNI UNI UNI PNNI - Interface entre comutadores privados e entre grupos de comutadores (rede) privados O objetivo é rotear conexões SVC em redes autoconfiguradas SVC - Switched Virtual Circuit (Circuito Virtual Comutado) UNI UNI NNI

21 Nomenclatura das Interfaces
NNI REDE ATM 1 REDE ATM2 PNNI UNI PNNI - Interface entre comutadores privados e entre grupos de comutadores (rede) privados O objetivo é rotear conexões SVC em redes autoconfiguradas SVC - Switched Virtual Circuit (Circuito Virtual Comutado) PNNI - PRIVATE NETWORK-NETWORK INTERFACE

22 Cabeçalho das Células nas interfaces UNI e NNI
UNI – Interface Usuário / Rede  NNI – Interface Rede / Rede 8 1 8 1 Bits Bits GFC VPI VPI 1º Byte VPI VCI VPI VCI 2º Byte VCI VCI 3º Byte VCI PTI CLP VCI PTI CLP 4º Byte HEC HEC 5º Byte As células são transmitidas através de conexões com circuitos virtuais, onde uma rota é estabelecida no momento da conexão. Independente de ser na interface usuário rede (UNI) ou na interface rede-rede, cada célula consiste de: Cabeçalho: com um tamanho de 5 bytes, contém o campo utilizado para identificar o circuito virtual. Payload: com um tamanho de 48 bytes, contém as informações propriamente ditas, que podem ser de usuários ou de gerenciamento da rede. Existe uma pequena diferença entre os cabeçalhos das células na interface UNI e na NNI. Na célula UNI os 04 primeiros bits são utilizados para controle genérico de fluxo (GFC), que não foi ainda definido, e portanto, não é utilizado. Na célula NNI, os quatro primeiros bits são utilizados para VPI, permitindo que uma maior quantidade de caminhos virtuais possam ser suportados. Payload 48 Bytes Payload 48 Bytes Célula UNI Célula NNI

23 Meio Físico de Transmissão
Virtual Path Identifier - VPI Identifica o caminho virtual da célula, no meio de transmissão 8 bits na interface Usuário-Rede (UNI) Possibilidade de identificar 256 caminhos simultâneos 12 bits na interface Rede-Rede (NNI) Possibilita até 4096 caminhos simultâneos Meio Físico de Transmissão “Real” VPI 42 VPI 36 GFC Payload VPI VCI PTI CLP HEC

24 Virtual Channel Identifier - VCI
Identifica o canal virtual da célula em um determinado caminho virtual 16 bits tanto na UNI quanto na NNI Possibilita até (216)canais simultâneos por caminho virtual GFC Payload VPI VCI PTI CLP HEC Meio Físico VP VC

25 Conexões e Comutação ATM
Com o objetivo de se ter rapidez no processo de comutação, a rede ATM é orientada a conexão, ou seja, é estabelecido um circuito virtual através da rede entre os pontos envolvidos. Há dois tipos de conexões: PVC – Permant Virtual Circuit – Circuito Virtual Permanente. Conexões estabelecidas de forma permanente, por processos de gerência SVC – Switched Virtual Circuit – Circuito Virtual Comutado; Conexões estabelecidas sob demanda, através de sinalização.

26 Conexões ATM - SVC SVC - Switched Virtual Connection - Conexão Virtual Comutada - Conexões estabelecidas sob demanda, através de sinalização Sinalização Sinalização

27 Conexões ATM- PVC PVC - Permanent Virtual Connection - Conexão Virtual Permanente Gerência de Rede

28 Conexões e Comutação ATM
Para a transferência de informação na rede ATM é estabelecida uma conexão lógica chamada Virtual Chanel Connection - VCC. Uma VCC é formada pela concatenação de conexões virtuais, estabelecidas nos vários enlaces físicos da rede, denominadas de Virtual Chanel Link - VCL. NÓ ATM 1 2 3 A B C VCC VCL 4 D

29 Conexões e Comutação ATM
A utilização de VPC simplifica a arquitetura de comutação e reduz o tempo de processamento e estabelecimento de novas conexões. Comutador de VC VC VC VC VC VP VCI 4 VCI 1 VCI 2 VP VP VCI 3 VCI 1 VCI 1 VP VP VCI 2 VCI 2 Comutador de VP

30 Conexões e Comutação ATM
nó ATM 1 3 A C B VPI=7 VCI=1,2,3 VPI=9 VCI=3,4 VPI=3 VPI=5 VPIin VPIout 7 9 5 2

31 Comutador ATM Comutador de alta velocidade. Comutação por hardware.
Utiliza VPI e VCI para tomar decisões de rotas. Várias arquiteturas possíveis.

32 Conexões ATM VPI 1 VPI 3 VPI 2 VPI 4 Virtual Channel Switch VCI 1
Virtual Path Switch Virtual Channel Switch VPI 1 VPI 2 VPI 3 VPI 4 VCI 1 VCI 2 VCI 4 VCI 3

33 Conexões ATM ATM Porta 1 Porta 2 Porta 1 Porta 2 VP 1 VP 3 VP 2 VP 4 1
Ponto de vista físico Porta 1 Porta 2 Porta 1 Porta 2 VP 1 VP 3 VC 1 VC 2 VC 2 VC 3 Entrada Saída Porta VPI VCI 1 2 3 4 Tabela de Roteamento VC 1 VC 4 VP 2 VP 4 Ponto de vista lógico

34 MPLS

35 Origem do MPLS O MPLS teve sua origem na necessidade do transporte do IP em redes ATM. Modelo Overlay para IP sobre ATM: LANE – LAN Emulation MPOA – Multi Protocol Over ATM Modelo Peer para IP sobre ATM: O Cell Switching Router – CRS (Solução Toshiba) IP Switching (Solução Ipsilon – Nokia) IP Navigator (solução Lucent)‏ Tag Switching (solução Cisco)‏ Aggregate Route-based IP Switching - ARIS (Solução IBM) MPLS (solução IETF)‏ Modelo Overlay para IP sobre ATM: A rede deve ser MESH (roteadores deve ser vizinhos - todos pontos ligados a todos pontos). Por isso não vingou. MPLS é baseado no Tag Switching da Cisco

36 Modelo Overlay O modelo Overlay usa a rede ATM apenas para transporte do IP. As redes mantém formas de endereçamentos independentes. Duas redes para serem gerenciadas. Roteadores IP interconectados por redes ATM são considerados vizinhos. Um número elevado de roteadores vizinhos pode provocar instabilidade no roteamento IP A convergência das tabelas de rotas é mais lenta e elas podem mudar com muita freqüência. O número elevado de roteadores, praticamente n2, causa uma instabilidade na rede

37 Modelo Overlay Os CVPs ATM são transparentes para o mundo IP. IP ATM
IP sobre ATM CVP CVP = caminho virtual permanente CVP ATM

38 Modelo Overlay E a convergência do roteamento em uma rede como esta?
A “inundação” usada por protocolos de roteamento pode ser crítica em uma arquitetura como esta.

39 Modelo Peer O modelo Peer integra as duas redes.
Os comutadores ATM passam a ser vistos como roteadores IP. Os problemas do modelo Overlay são eliminados. Fabricantes apresentaram suas implementações para o modelo Peer. O MPLS tem sua origem no modelo Peer. É uma solução independente de fabricantes (a solução foi proposta pelo IETF). Fazer com que o switch ATM se torner igual um roteador IP

40 Modelo Peer Os comutadores ATM passam a processar também o protocolo IP. Rede ATM IP IP IP Dois modos de operação: - Frame (MF): tem interface modo célula (53 bytes) e modo frame (tamanho variável) - Célula (MC): tamanho de 53 bytes (ATM) Se entrar IP no MF e o destino for um comutador MF, ele vai transmitir sem modificações, mas se o destino for para um MC, ele vai ter que fragmentar em 53 bytes. ATM ATM ATM

41 Switch ATM como LSR Roteadores IP conectados
entre si usando um overlay de circuitos virtuais em uma rede ATM R2 R5 R4 R3 Comutadores ATM transformados em LSR. Não há necessidade de manter circuitos virtuais entre os roteadores. Não há modificação no hardware, somente no software R1 R2 R3 R4 R5 R6 LSR1 LSR2 LSR3 LSR = Label Switch Router

42 MPLS e Modelo OSI O MPLS está localizado entre a camada de Rede (3) e a camada de Enlace (2) do modelo OSI. Protocolos de Rede (IPv4, IPv6, IPX, etc)‏ CAMADA 2 payload IP Header MPLS CAMADA “2.5” payload IP Header MPLS header ATM, Frame Relay, Gigabit Ethernet, PPP, etc CAMADA 3 payload IP Header MPLS header Layer 2 header

43 Operação MPLS Na tecnologia IP os pacotes são roteados a partir de seu endereço IP de destino. Diversos fluxos com o mesmo destino são tratados de forma independendente. Todos roteadores devem realizar funções de roteamento e encaminhamento. 1. Pacote é recebido 2. A tabela de rotas indicará o próximo roteador em função do destino final. 3. O pacote será encaminhado para o próximo roteador.

44 Operação MPLS LER – Label Edge Router
É o roteador de borda na arquitetura MPLS. Realiza funções de roteamento e classificação dos fluxos de dados. LSR – Label Switching Router É o roteador de núcleo na arquitetura MPLS. Realiza funções de comutação. LSP – Label Switched Path É o caminho unidirecional estabelecido para o encaminhamento de um fluxo de dados. Começa e termina em um LER, passando por vários LSR. IP MPLS MPLS MPLS IP [IP] ----> [LER] ----> [LSR] ----> [LSR] ----> [LER] ----> [IP] LSP é o caminho estabelecido / comutado por label

45 Operação MPLS Roteamento IP Encaminhamento MPLS Roteamento IP LSP LSR
LER LER LSR LSR Roteamento IP Encaminhamento MPLS Roteamento IP

46 Operação MPLS FEC – Forward Equivalent Class
Uma FEC é formada por um grupo de pacotes que atende a um mesmo critério de encaminhamento. LIB – Label Information Base É uma tabela usada como referência na comutação MPLS. Deve estar presente em todos LSR. A LIB não faz referência a origem/destino dos dados, apenas a entrada/saída dos dados em um LSR. FEC = conjunto de atributos que podem ser atribuídos a vários pacotes (ex. Mesmo endereço de destino) LIB = referencia somente interface de entrada / label entrada | interface saída / label sáida IE | LE | IS | LS 3 | L1 | 5 | L7 LIB IP LER LSR LSR LER IP

47 Operação MPLS Rótulo O rótulo é o cabeçalho com as informações necessárias pela tecnologia MPLS. Vários rótulos podem ser empilhados. Cabeçalho Camada 2 Rótulo MPLS Cabeçalho Camada 3 Dados 32 bits Label EXP BS TTL 20 bits 3 bits 1 bit 8 bits

48 Operação MPLS Campos do rótulo MPLS:
Label: é o valor de referência (20 bits) usado na comutação. EXP: bits onde pode ser colocado um código de priorização (solução DiffServ aplicada ao MPLS). BS: bit que sinaliza o final de uma pilha de rótulos. TTL: cópia do campo TTL do cabeçalho IP. Isso evita a necessidade de processamento do cabeçalho IP.

49 Operação MPLS – Onde colocar o Label
Como parte do cabeçalho MAC: VCI/VPI no ATM; DLCI no Frame Relay; Através de uma inserção entre os cabeçalhos das camadas MAC e de Rede

50 MPLS – Multiprotocol Label Switching
LSP 1 LSP 2

51 MPLS – Multiprotocol Label Switching
Core Edge LSP 1 LSP 2

52 Operação MPLS Rede MPLS realizando a troca de Rótulos: 77 50 11 31 92
Entr. Saíd. LIB Entr. Saíd. 77 50 11 31 92 Entr. Saíd. Entr. Saíd.

53 Planos de Controle e de Encaminhamento
Um pacote ao ingressar em uma rede MPLS será enviado através de um LSP. O roteador de borda (LER) irá inserir o rótulo (ou a pilha de rótulos) e iniciar o encaminhamento. O encaminhamento será feito com a comutação do pacote a partir de seu Label. O encaminhamento acontece no plano de encaminhamento. Como um LSP é configurado para o encaminhamento dos dados? Essa operação é feita no plano de controle.

54 Planos de Controle e de Encaminhamento
Plano de Controle Roteamento IP (Estático ou Dinâmico: OSPF. IS-IS, BGP, etc.)‏ Plano de Encaminhamento Comutação ATM, Frame Relay, Ethernet, etc.

55 Plano de Controle (Roteamento) e de Encaminhamento
Paradigma fundamental do MPLS: desacoplamento das funções dos planos de roteamento e encaminhamento; Comutadores ATM que suportem MPLS são verdadeiramente roteadores IP; Os comutadores ATM passam a ter endereços IP e funcionalidades dos protocolos de roteamento (do tipo OSPF, RIP, BGP, etc); Nos “roteadores” ATM, os datagramas dos protocolos de roteamento são mapeados sobre a ALL5 e distribuídos nas interfaces ATM em VPI/VCI reservados especificamente para este fim.

56 Protocolo LDP O protocolo LDP é uma das formas para estabelecimento automático de LSPs. Este protocolo fará a negociação dos Labels entre os LSRs e LERs para o estabelecimento do LSP. Funções principais do LDP: Descoberta de vizinhos: mensagens para anunciar a presença de um LSR e ratificar que o LSR continua presente; Estabelecimento e manutenção de sessões: mensagens para estabelecer, manter e terminar sessões LDPs entre dois LSR´s; Anúncio de rótulo (label): mensagens para criar, modificar e suprir mapeamentos de rótulos para FEC´s; Notificações: mensagens usadas para prover informações de estado da rede e sinalizar erros;

57 Vizinhos Vizinhos conectados diretamente:
Possuem conexão de camada 2 entre eles. Estão a 1 Hop IP de distância. A conexão de camada 2 pode ser uma rede Ethernet, um CVP ATM, etc. As mensagens de Hello são encapsuladas em UDP e enviadas para (Multicast). Vizinhos conectados indiretamente: Não possuem conexão de camada 2 entre eles. Estão a vários Hops IP de distância. A conexão entre eles pode ser feita através de um túnel MPLS-TE. Mensagens Unicast são enviadas para o endereço do vizinho (configuração prévia).

58 Estabelecimento de Sessões
O estabelecimento de uma sessão possui duas etapas: 1ª Etapa: Determinar quem desempenha o papel ativo e quem desempenha o papel passivo na sessão. Normalmente isso é feito comparando o LSR-ID configurado em cada roteador. O de maior valor assume o papel ativo na sessão. O roteador ativo inicia o estabelecimento de uma conexão TCP (porta 646) com o roteador passivo.

59 Estabelecimento de Sessões
2ª Etapa: Inicializar os parâmetros da sessão. Os parâmetros são trocados através de mensagens de inicialização. Os parâmetros negociados incluem versão, método de distribuição de rótulos, timers e intervalos VPI/VCI (apenas para conexões através de redes ATM). A manutenção das sessões é feita através de mensagens periódicas de Hello e Keepalive. O intervalo de envio destas mensagens (cerca de 60 segundos) pode ser alterado.

60 Estabelecimento de Sessões
R4 R5 IPx IPy R6 R3 R2 R1 R3 R6 HELLO HELLO Descoberta Open TCP Conexão da Camada de Transporte TCP OK INITIALIZATION INITIALIZATION Inicialização da Sessão LDP KEEP_ALIVE KEEP_ALIVE

61 Anúncio de Rótulos O anúncio de rótulos é usado para a configuração do LSP. São usadas 7 mensagens: Endereço: (divulgar lista de endereços IP alcançáveis pelas interfaces do LSR); Retirada de endereço; Solicitação de rótulo; Mapeamento de rótulo; Retirada de rótulo; Liberação de rótulo; Pedido de cancelamento de rótulo;

62 IP Convencional - Informação de Roteamento
O roteadores usam os protocolos de roteamento para construir as suas tabelas de roteamento;

63 IP Convencional - Encaminhamento de Pacotes
Para encaminhar os pacotes, os roteadores procuram na tabela de roteamento usando o endreço IP do destino no pacote

64 MPLS - Informação de Roteamento
O roteadores usam os protocolos de roteamento para construir as suas tabelas de roteamento;

65 Distribuição de Rótulos
A distribuição de rótulos pode ser feito de duas formas: 1ª Forma: Downstream não solicitado Labels são distribuídos independentemente da necessidade.

66 MPLS – Encaminhamento de Pacotes
Os pacotes são encaminhados com base no rótulo

67 Distribuição de Rótulos
IPx IPy R6 R3 R2 R1 L3 L2 L1 R1 R2 R3 R6 LABEL_MAPPING(L3) Fase Ativa com Alocação Downstream: Criação do LSP da FEC Fy que mapaeia IPy LABEL_MAPPING(L2) LABEL_MAPPING(L1)

68 Distribuição de Rótulos
2ª Forma: Downstream por demanda Labels são distribuídos somente se houver necessidade. Requisição de Labels:

69 Distribuição de Rótulos
2ª Forma: Downstream por demanda Associação dos Labels requisitados:

70 Distribuição de Rótulos
IPx IPy R6 R3 R2 R1 L3 L2 L1 R1 R2 R3 R6 LABEL_REQUEST Fase Ativa com Alocação Downstream sob Demanda: Criação do LSP da FEC Fy que mapaeia IPy LABEL_REQUEST LABEL_REQUEST LABEL_MAPPING(L3) LABEL_MAPPING(L2) LABEL_MAPPING(L1)

71 Protocolo RSVP (ReSerVation Protocol)
Protocolo de sinalização usado para reserva de capacidade em elementos de rede. Desenvolvido inicialmente para uso em redes IP. Pode ser transportado sobre UDP ou diretamente sobre IP. Quando usado em MPLS o RSVP fará a reserva de capacidade (banda) fim-a-fim. Em MPLS o RSVP não é usado para alocação de espaço em filas WFQ (Weighted Fair Queuing).

72 Protocolo RSVP O RSVP aceita roteamento explícito.
O caminho a ser usado é indicado no momento da solicitação. Como saber o caminho no momento da solicitação? O roteamento IP escolhe apenas o caminho de menor custo até um destino. Isso resulta em um valor de custo total entre a origem e o destino para que seja tomada a decisão.

73 Protocolo RSVP A escolha do caminho passa a ser feita pelo algorítmo CSPF (Constrained Shortest Path First ). Considera requisitos de QoS (como BW). { Custo, BW } A A 5, 100 Mbps 10, 100 Mbps 10 5 3, 50 Mbps B 3 B C C 8, 90 Mbps 4, 60 Mbps 8 4 D D Caminho mais curto entre A e D: A -> B -> C -> D (custo 12)‏ Caminho mais curto entre A e D com garantia de 60 Mbps: A -> B -> D (custo 13)‏

74 Agregação Vários LSPs podem ser agregados, se tornando um único LSP.
Redução das LIBs. Melhora no desempenho. A agregação só pode ser feita se os LSPs tiverem o mesmo destino na rede. Ela poderá ser feita a partir do ponto onde os LSPs coincidem. LSP1 LSP2 LSP4 LSP3

75 Técnicas de QoS A tecnologia MPLS pode fazer uso das duas técnicas mais usadas para garantir QoS: Serviços Integrados (IntServ)‏ Serviços Diferenciados (DiffServ)‏ Na solução IntServ a QoS é garantida a partir da reserva de capacidade. O protocolo RSVP é usado para sinalização. LSPs podem ser estabelecidos a partir de critérios de QoS (como a BW), como vimos.

76 Serviços Diferenciados - DiffServ
Na solução DiffServ a QoS é garantida a partir da priorização dos dados no interior da rede. DiffServ aplicado em redes IP usa o DSCP (6 bits) para indicação da priorização. Em MPLS os bits EXP (3 bits) são usados para esta indicação. DSCP ≠ EXP DSCP → IP EXP → MPLS DSCP → 6 bits EXP → 3 bits Mapeamento

77 Serviços Diferenciados - DiffServ
Os bits EXP podem ser tratados de 3 formas diferentes: 1º Caso: IP2MPLS (IP para MPLS)‏ Situação de entrada de pacotes IP em uma rede MPLS. Um ou mais rótulos serão acrescentados ao pacote IP. O mapeamento DSCP para EXP deverá ser feito. Alguns fabricantes apenas copiam os 3 bits mais significativos do DSCP para o EXP. IP DSCP = 40 (4010 = )‏ MPLS EXP = 5 (510 = 1012)‏

78 Serviços Diferenciados - DiffServ
2º Caso: MPLS2MPLS (MPLS para MPLS)‏ Situação em que um rótulo MPLS é empilhado sobre outro rótulo MPLS. O EXP é copiado de um rótulo para outro. Se for feita apenas a troca de rótulo, o EXP é copiado do rótulo antigo para o rótulo novo. 3º Caso: MPLS2IP (MPLS para IP)‏ Situação de saída de pacotes da rede MPLS para uma rede IP. Com a retirada do rótulo (ou dos rótulos) o EXP desaparece. Na rede IP o DSCP voltará a ser processado.

79 Empilhamento de Rótulos, Túneis e Hierarquia
Empilhamento de Rótulos no MPLS: provê capacidade de criação de túneis; mantém a identidade de várias correntes de pacotes quando estes são agregados em um único LSP, permitindo separar os pacotes no ponto de desagregação;

80 Empilhamento de Rótulos, Túneis e Hierarquia
Domínio do backbone L11 L21 L22 L23 L12 L13 L14 R1 R2 R21 R23 R22 R3 R4 R5 L11 L12 L21 L12 L22 L12 L23 L12 L13 L14 LSP1 R1→R5 LSP2 R2→R3 LSP1 <R1, R2, R3, R4, R5> LSP2 <R2, R21, R22, R23, R3> LSP1 tunelado no LSP2 R2 e R21 são pares LDP Locais (vizinhos IGP) R2 e R3 são pares LDP remotos

81 Necessidade de Proteção na Rede
Cabos, Fibras, Adaptadores, etc Enlaces Falham Redes Falham Roteadores Falham Falta de alimentação, Manutenção preventiva, Falha do roteador, etc Dados são perdidos !!!

82 Necessidade de Proteção na Rede
Os caminhos em uma rede MPLS são derivados do roteamento IP (IGP). Exceto se os LSPs forem estabelecidos por critérios de QoS. O roteamento IP busca sempre o caminho mais curto. Em situação de falha, o caminho mais curto (derivado do IGP) não poderá ser usado. Os LSPs estabelecidos são perdidos e novos devem ser estabelecidos (esse procedimento não é considerado proteção).

83 Necessidade de Proteção na Rede
Rede operando normalmente IGP dispara a atualização do roteamento IP Falha contornada !!! (no mundo IP)‏ Falha contornada !!! (no mundo MPLS)‏ Pacotes deixam de ser perdidos tempo Falha !!! (pacotes começam a ser perdidos)‏ LSPs perdidos Tabelas de roteamento atualizadas Novos LSPs devem ser estabelecidos Rede operando normalmente

84 Necessidade de Proteção na Rede
Proteção é ter procedimentos preparados que, quando aplicados a recursos selecionados, garantem a perda mínima de tráfego na falha. Isso é denominado Fast Reroute. A proteção pode ser feita em recursos físicos (enlace e/ou nós) ou em recursos lógicos (LSP que atravessam enlaces ou nós). A proteção pode ser concentrada em recursos lógicos a partir de falhas físicas. A proteção deve estar preparada antes da falha. Não se considera como proteção alocar capacidade quando a falha é identificada.

85 Necessidade de Proteção na Rede
Rede operando normalmente Tráfego desviado para a proteção tempo Falha !!! (pacotes começam a ser perdidos)‏ Rede operando normalmente

86 LSP Sinalizado, mas sem tráfego
Proteção de Caminhos Proteção de Caminhos (fim-a-fim)‏ Para cada LSP principal estabelecido um LSP de proteção (LSP de backup, secundário ou standby) é criado. O caminho do LSP de backup deve ser o mais diferente possível do caminho do LSP principal. LSP Principal LSP Sinalizado, mas sem tráfego LSP Backup

87 Proteção de Caminhos Proteção de Caminhos (fim-a-fim)‏
É possível usar os dois LSPs, dividindo o tráfego entre eles (balanceamento de carga). Na situação de falha, 100% do tráfego é enviado pelo LSP que permaneceu ativo. LSP com 50% da carga e 50% de capacidade de proteção LSP com 50% da carga e 50% de capacidade de proteção

88 Proteção Local Proteção Local
Apenas um segmento do LSP principal é protegido. Um LSP de backup é roteado contornando o segmento protegido. É mais rápida do que a proteção de caminhos. Pode trabalhar na forma 1:N (1 LSP de proteção protegendo N LSPs principais). Terminologia: PLR – Ponto de Reparo Local: ponto de início do LSP de proteção. MP – Ponto de Mesclagem: ponto final do LSP de proteção. NHop – Roteador do Salto Seguinte: roteador localizado a um salto de distância do PLR (define um enlace protegido). NNHop – Roteador de Salto Após o Seguinte: roteador localizado a dois saltos de distância do PLR (define um nó protegido).

89 Proteção Local LSP Principal MP NNHop MP PLR NHop LSP Proteção 0
Enlace Protegido PLR Nó Protegido NHop LSP Proteção 0 LSP Proteção 1

90 Empilhamento de Rótulos na Proteção Local
A comutação para a proteção torna necessário o empilhamento de rótulos. Garantia de transparência. O rótulo usado no LSP backup é sobreposto ao rótulo usado no Enlace que falhou. LSP Principal 16 Operando no “Modo Global de Rótulos” Os Labels não são associados com as interfaces 22 33 Enlace Protegido 33 78, 33 O Label do enlace protegido fica abaixo do Label da Proteção 45, 33

91 Proteção de Nó Proteção de Nó
A proteção de Nó também faz a proteção de Enlace. Na proteção de Enlace o rótulo de proteção é sobreposto ao rótulo do enlace que falhou. Na Proteção de Nó, o Nó que falhou (o NHop) faria a troca de rótulos. Como saber qual o rótulo esperado pelo NNHop? O PLR deverá conhecer os rótulos usados ao longo do LSP.

92 Proteção de Nó LSP Principal NNHop PLR
16 22 33 NNHop PLR 22 Nó Protegido Operando no “Modo Global de Rótulos” Os Labels não são associados com as interfaces 78, 22 11, 22 45, 22 O Label esperado pelo NNHop fica abaixo do Label usado no LSP de proteção

93 Engenharia de Rede A expansão da rede é função da expansão do tráfego.
Engenharia de Rede é a manipulação da rede para que ela se ajuste ao tráfego. A expansão da rede é função da expansão do tráfego. A expansão da rede é lenta e a do tráfego pode ser rápida. Necessidade de antecipação (semanas/meses/anos).

94 Engenharia de Tráfego Engenharia de Tráfego é a manipulação do tráfego para que ele se ajuste à rede. O tráfego nunca atenderá a uma previsão feita na Engenharia de Rede. A taxa de crescimento do tráfego normalmente excede qualquer previsão. A estrutura da rede pode ser alterada repentinamente. Situações de falha em equipamentos e/ou enlaces. A engenharia de Tráfego não é exclusividade do MPLS. Engenharia de Tráfego é um conceito que pode ser aplicado a várias tecnologias de rede. Objetivo: prover uma rede confiável com mínima vulnerabilidade em situações de erros e falhas;

95 Engenharia de Tráfego Objetivo: prover uma rede confiável com mínima vulnerabilidade em situações de erros e falhas; Responsável por customizar a rede, levando em consideração aspectos de custo (banda, buffer, e recursos computacionais) e qualidade (atraso, jitter, perda de pacotes, throughput);

96 Engenharia de Tráfego Dois caminhos possíveis entre R1 e R3:
R1 -> R2 -> R3: custo 20 R1 -> R4 -> R5 -> R3: custo 30 O roteamento IP usará sempre o caminho mais curto. O outro caminho não será utilizado. Custo = 10 Custo = 10 R1 R2 R3 Custo = 10 Custo = 10 Custo = 10 R4 R5

97 Engenharia de Tráfego Para distribuir o tráfego entre os dois enlaces os custos poderiam ser alterados. Iniviável fazer isso em IP. Poderia alterar todo o roteamento na rede. Traria mais problemas do que soluções. Em ATM isso pode ser feito estabelecendo PVCs com mesmo custo. Esta solução não interfere nas outras comunicações da rede. Solução com tecnologia de circuito virtual. O MPLS possui semelhanças com as tecnologias de circuito virtual ? O MPLS possui semelhanças com as tecnologias de circuito virtual ? Sim existe. As formas de estabelecer caminhos são diferentes, mas o encaminhamento dos pacotes são baseados em labels, igual o ATM utiliza.

98 Engenharia de Tráfego com MPLS
O MPLS-TE combina capacidades de engenharia de tráfego ATM com a flexibilidade e a diferenciação de classes do IP. ATM Circuitos virtuais estabelecidos para a comunicação entre dois pontos. Encaminhamento restrito a estes circuitos. Capacidade de reserva de capacidade para estes circuitos virtuais. IP Comunicação flexível, baseada no endereço de destino. Possibilidade de priorização de determinados dados no interior da rede.

99 GMPLS – Generalized MPLS
MPLS: técnica que realiza o encaminhamento de pacotes e células de uma rede de dados; GMPLS: estende esse conceito para outras classes de interface e comutação, como por exemplo, TDM e comutação óptica (lambda e fibra); No GMPLS os LSP´s para o encaminhamento de informação é também baseado em time slots, comprimento de ondas ou portas físicas.

100 Tipos de Interfaces GMPLS
PSC (Packet Switch Capable): interfaces que reconhecem pacotes ou células; TDM (Time Division Multiplex): interfaces que tratam informação contida em time slot repetidos ciclicamente; LSC (Lambda Switch Capable): interfaces que trabalham com comprimento de ondas ópticos; FSC (Fiber Switch Capable): interfaces que encaminham dados entre interfaces físicas/portas.

101 Labels no GMPLS Novos formatos de labels foram definidos para possibilitar o tráfego de informação no domínio do tempo e óptico; Denominados de labels generalizados; Contém informação suficiente para que os nós na rede montem as suas conexões; Cinco tipos: Generalized Label Request; Generalized Label; Waveband Switching; Suggested Label; Label Sets.

102 Generalized Label Request
É usado quando um caminho está sendo criado; LSP Enc. Type Switching Type G-PID Indica o tipo de comutação que deve ser realizada em um enlace particular. Esse campo é necessário em enlaces que permitem mais de um tipo de comutação. Informa o Payload que será transportado pelo LSP, identificando o tipo de aplicação que será usado no LSP Indica o tipo de codificação que será usado no LSP

103 Generalized Label Request
LSP Enc. Type Switching Type G-PID Tipo de Codificação Pacote; Ethernet; ANSI/ETSI PDH; Lambda; Fibra, etc. Tipo de Comutação PSC-1; PSC-2; PSC-3; PSC-4; TDM; LSC; FSC. Tipo de Payload Asynchronous mapping of E4 – SDH; Asynchronous mapping of E3 – SDH; Asynchronous mapping of E1 – SDH; Byte synchronous mapping of E1 – SDH; Bit synchronous mapping of E3 – SDH; DS1 SF Asynchronous – SONET; DS3 M23 Asynchronous – SONET; ATM mapping – SDH; Ethernet – SDH, Lambda, Fibra; SONET/SDH – Lambda, Fibra;

104 Generalized Label Está presente em mensagens de sinalização no sentido do nó de destino para o nós origem; Identifica os dados no formato pacotes, time-slots, comprimentos de onda e posições físicas de porta; No caso de configurações FSC ou LSC que usam múltiplos canais de dados controlado por um único canal de controle, o label indica o canal de dados que deve ser usado pelo LSP; Assim, o label indica a fibra ou o comprimento de onda que deve ser usado.

105 Identifica o comprimento de onda com menor valor que forma a Waveband.
Waveband Switching Mesmo formato do Generalized Label; Usado para representar um conjunto contínuo de comprimentos de onda que podem ser comutados juntos; Todos os campos possuem 32 bits; Identifica a largura dos comprimentos de onda. Esse valor é selecionado e reusado em todas as mensagens subseqüentes. Waveband ID Start Label End Label Identifica o comprimento de onda com menor valor que forma a Waveband. Identifica o comprimento de onda com valor mais elevado que forma a Waveband.

106 Suggested Label Formato idêntico ao do Generalized Label;
Usado quando há interesse do nó de origem em sugerir o label (quando o tempo para estabelecer o label no hardware de nós intermediários é considerável); Cabe ao nó de destino responder à solicitação do nó origem; Caso o nó de destino informe um label diferente, o nó de origem irá se configurar para usar o label informado ou enviará uma mensagem de erro.

107 Label Set Usado para limitar as escolhas de label que poderão ser feitas pelo nó de destino, restringindo o label que pode ser usado por um determinado caminho LSP entre dois nós; No recebimento da informação de label set, o nó de destino irá restringir a sua escolha de label, comparando os labels disponíveis na sua interface com o label set; Caso não haja compatibilidade, uma mensagem de erro será enviada.

108 Label Set Quatro casos que mostram como o Label Set é útil no domínio óptico. Quando um equipamento envolvido é capaz apenas de transmitir sob um grupo específico de comprimentos de onda; Quando a seqüência de interfaces não suporta a conversão de comprimentos de onda, exigindo assim que o mesmo comprimento de onda seja usado fim-a-fim; Quando é desejável limitar os valores de comprimento de onda usados para reduzir a distorção dos sinais ópticos; Quando as duas extremidades de um enlace suportam diferentes comprimentos de onda.

109 Conclusões MPLS X CIRCUITO VIRTUAL MPLS ≠ Comutação de Circuito
O modo como as rotas são construídas na Internet (MPLS) é diferente do modo de construção das rotas nas redes orientadas a conexão; A despeito do fato de muitas pessoas na comunidade da Internet terem uma intensa antipatia pelas redes orientadas a conexão, a idéia parece ser recorrente, e desta vez para permitir o roteamento rápido e oferecer qualidade de serviço;

110 Conclusões Vantagem direta: encaminhamento baseado em rótulos (consideravelmente mais rápido); Permite a utilização de diversos mecanismos, como Engenharia de Tráfego, associação de Parâmetros de QoS, etc; “Orientação a conexão” em redes IP; Integração mais fácil com outras tecnologias de rede.

111 Referências Bibliográficas
ALWAYN, V., Advanced MPLS Design and Implementation – Cisco Press ENNE, Antônio J. F. Frame Relay – Redes, Protocolos e Serviços - Axcel Books do Brasil Editora LTDA KUROSE, James F. e Ross, Keith W. Redes de Computadores e a Internet. Addison Wesley McDYSAN, D., ATM and MPLS – Theory and Application – McGraw-Hill McDYSAN, D., QoS & Traffic Management in IP & ATM Networks, McGraw-Hill, 2000 PEPELNJAK, I. E Guichard, J., MPLS and VPN Architectures – Cisco Press PRYCKER, M. D., Asynchronous Transfer Mode, Solution for Broadband ISDN, Third Edition, Prentice Hall, 1995. TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores – 5a edição. Editora Campus. The Basic Guide to Frame Relay Networking – Tutorial disponível em