MPLS Multi Protocol Label Switching

O que está acontecendo nas redes públicas? POP Rede Frame Relay Rede ATM POP Redes híbridas, com múltiplas tecnologias convivendo não muito pacificamente, mas todas com serviços IP

Introdução Crescimento de Redes IP

O que os usuários querem? POP Rede de serviços POP Serviços públicos e privados Suporte para novas demandas por banda (sempre crescente) Acesso imediato a novos serviços SLAs Baixo custo

Características MPLS Modelo Convencional Cada roteador executa algoritmo de nível 3 para determinar qual o próximo “hop” A cada hop, o algoritmo é executado novamente – cada roteador toma uma decisão independente: roteador analisa cabeçalho roteador obtém rota através de leitura em tabela de roteamento

Características MPLS Modelo Convencional de Roteamento 10.1.1.1 Update: 10.1.1.1 Update: 10.1.1.1 Routing lookup Routing lookup Routing lookup

Características MPLS Modelo MPLS Rotas são definidas antecipadamente Qdo pacote entra na rede, roteadores usam informação do cabeçalho para escolher um dos caminhos pré-determinados Roteador adiciona rótulo (label) – que indica o caminho a seguir Roteadores intermediários usam rótulos para encaminhar pacote Ao fim da rede, rótulo é retirado e “entregue” a um roteador nível 3 convencional.

Características MPLS Roteamento MPLS 10.1.1.1 10.1.1.1 L=3 L=5 Routing lookup and label assignment 10.1.1.1  L=5 Label removal and routing lookup L=3 Label swapping L=5  L=3

Características MPLS Além de reduzir o processamento nos roteadores do núcleo da rede, o MPLS tem muitas vantagens sobre o modelo tradicional: Engenharia de Tráfego: melhor aproveitamento e uso de recursos de forma balanceada; QoS: Classificação dos pacotes por categorias e classes de serviços; MPLS permite a construção de caminhos (LSPs) entre roteadores de entrada e saída em um domínio; Eficiência: pacotes são encaminhados pelos roteadores (LSRs) sem consultar a tabela de roteamento.

Características MPLS Além de reduzir o processamento nos roteadores do núcleo da rede, o MPLS tem muitas vantagens sobre o modelo tradicional: O rótulo possui um tamanho fixo e consideravelmente pequeno; O rótulo serve como índice, indicando qual o próximo hop a ser alcançado; Pacotes idênticos podem entrar na rede através de roteadores distintos e serem rotulados de forma diferente. As decisões de encaminhamento dependerão do roteador de entrada, fato que não acontece no método convencional pois a identidade do roteador de entrada não trafega juntamente com o pacote.

Cisco Calls a BOF at IETF to Standardize Histórico Proposto na IETF – Depois de combinado com outras propostas da IBM (ARIS – Aggregate Route-based IP Switching), Toshiba (CSR – Cell Switching Router), Ipsilon (IP Switching) MPLS Group Formally Chartered by IETF Cisco Calls a BOF at IETF to Standardize Tag Switching Ships MPLS TE Traffic Engineering Deployed Cisco Ships MPLS (Tag Switching) MPLS VPN Deployed Large Scale Deployment 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Time

Componentes da Rede MPLS União do melhor de dois mundos: Networking (IP) + Switching (ATM) Networking (IP) Switching (ATM) Rede Simples Tecnologia crescente Baixo Overhead Alta Velocidade de Comutação Engenharia de Tráfego QoS MPLS Roteamento IP Comutação de Label IP Roteamento Comutação de Pacotes ATM Roteamento Comutação de Label

Componentes da Rede MPLS FEC – Forwarding Equivalence Class: FEC caracteriza um grupo de pacotes nível 3 que são tratados da mesma maneira. Todos os pacotes seguem o mesmo caminho e têm a mesma prioridade. Na nomenclatura MPLS, o FEC é identificado por um rótulo (label). Rótulos: O rótulo (label) identifica uma FEC, sendo assim, todos os pacotes com o mesmo rótulo serão encaminhados da mesma forma. Um rótulo é significativo em um par de equipamentos do domínio MPLS, ou seja, são locais no enlace. Ele materializa o acordo entre dois equipamentos descrevendo a relação entre um rótulo e um FEC. Corresponde a um valor numérico, é compacto e de tamanho fixo, adicionado ao pacote através do encapsulamento de cabeçalho e independente da tecnologia nível 2 utilizada. A única diferença é a posição que assume dentro do pacote. Por exemplo, em redes ATM, o cabeçalho VCI/VPI pode ser utilizado para armazenar o rótulo, assim como o DLCI do Frame Relay.

Componentes da Rede MPLS Encapsulamento MPLS: O MPLS define uma estrutura para rotular datagramas chamada SHIM Header. Esse cabeçalho possui 32 bits e vai ficar entre o cabeçalho de nível 2 e o de nível 3. O rótulo é um campo específico deste cabeçalho com 20 bits. Time do Live Experimental Field Use: CoS

Rótulo MPLS Frame Header Label 1 Label 2 Label 3 IP Header Payload PID=MPLS-IP S=1 S=0 S=0 CAMPO S: O protocolo MPLS pode criar suporte à estrutura de roteamento hierárquico, colocando múltiplos rótulos sobre um único pacote. Um conjunto de rótulos associado a um único pacote é denominado de “Label Stack”, ou pilha de rótulos. Como o pacote atravessa a rede, ocorrerá uma transferência do rótulo no topo da pilha. Os rótulos são organizados de forma last-in first-out (LIFO), último a entrar, primeiro a sair. Em outras palavras, o rótulo no topo representa o LSP de ordem maior, cada rótulo subseqüente a um LSP de ordem inferior. Quando o bit S está setado em 1 indica o final da pilha, ou seja, a última entrada no cabeçalho.

Componentes da Rede MPLS LSR – Label Switching Routers: Dispositivo de rede capaz de encaminhar um pacote rotulado. Roteadores que ficam no núcleo do domínio MPLS. Realizam operações sobre a pilha de pacotes a partir da análise do rótulo no topo. O processo de encaminhamento de um pacote rotulado é comumente chamado de chaveamento de rótulo (Label Switching), pois ele imita as idéias do chaveamento ATM. Às vezes, isto é chamado de troca de rótulos (Label Swapping) porque o valor do rótulo pode mudar a cada passo do LSP. Além de comutar o tráfego MPLS, um LSR pode servir como interface entre uma rede não MPLS e um core MPLS, aceitando um datagrama de uma rede convencional e classificando-o para atribuir um rótulo inicial e o caminho que será percorrido. LER – Label Edge Routers: Um dispositivo de rede que atua como fronteira entre o encaminhamento de nível três e o núcleo MPLS. Inserem ou retiram pilhas de rótulos dos pacotes/célula. Um LER tem a habilidade de adicionar um rótulo a um pacote não rotulado, e remover os rótulos de um pacote rotulado. Um LER que adiciona um rótulo a um pacote é chamado de LER de ingresso e um LER que remove o rótulo de um pacote é chamado de LER de egresso.

Label switching IN OUT Label (1,22) (2,17) SWAP (1,25) (4,19) IP 25 port 1 port 2 IP 19 port 3 port 4 Roteador mantém tabela com mapeamento de rótulos e caminhos A entrada (porta, label) determinada qual a operação com o label e qual a porta de saída.

Componentes da Rede MPLS LSP – Label Switch Patch: Um pacote que atravessa uma rede MPLS deve ser submetido a três transições. 1) O pacote passa de seu encaminhamento nativo de nível três para encaminhamento rotulado MPLS. Este processo consiste na adição de um rótulo ao cabeçalho do pacote. 2) Um pacote (agora rotulado) deve ser capaz de atravessar um caminho MPLS. Este caminho consiste de todos os roteadores que sabem como este pacote e outros pacotes como ele devem atravessar a rede. Este caminho é chamado LSP - Label Switched Path. Este é um caminho orientado à conexão e é configurado anteriormente ao encaminhamento de qualquer pacote. 3) O pacote volta ao encaminhamento de nível três. Este processo consiste em remover o rótulo do cabeçalho do pacote e então enviá-lo ao protocolo de nível três apropriado para tratamentos adicionais. Numa rede MPLS, o encaminhamento de nível três é utilizado nas bordas da rede, e o encaminhamento MPLS é usado no núcleo da rede.

Componentes MPLS FEC LSP LSP LSP 172.168.10.20 LER LSR LSR LER LER LER CLIENTE “X” RJ LER LSP CLIENTE “X” SP LER LSP LSR LSR 172.168.10.20 LER FEC LER LER

Componentes da Rede MPLS LDP (Label Distribution Protocol): Para que os LSR’s possam comutar pacotes rotulados, é necessário um mecanismo de distribuição de rótulos. Tal mecanismo pode ser obtido de várias maneiras, como estender os protocolos de roteamento para carregar mapeamentos entre FEC’s e rótulos, ou criar novos protocolos especialmente para este serviço. O protocolo de distribuição de rótulos (LDP) é basicamente um conjunto de procedimentos através dos quais um LSR informa a outro LSR quais associações rótulo/FEC ele realizou. LER LSR LSR LDP LSP LER LSR LSR

LDP (Label Distribution Protocol) LDP usa o seguinte processo para estabecer uma sessão: Mensagens “hello” são periodicamente transmitidas em todas as interfaces habilitadas para MPLS. Se existir um outro roteador ligado nesta interface, ele irá responder tentando estabelecer uma sessão com a fonte das mensagens “hello”. UDP é usado para as mensagens “hello” (multicast address 224.0.0.2). TCP é usado para estabelecer a sessão. TCP e UDP usam a porta número 646. IP Header UDP Header LDP Hello Message Source address=1.0.0.1 Destination address=224.0.0.2 Source port=1050 Destination port=646 Transport address=1.0.0.1 LDP ID=1.0.0.1:0 TLV opcional é usado para identificar o endereço IP fonte durante a sessão TLV de 6 bytes identifica o roteador e o espaço de rótulos Endereço multicast que endereça todos os roteadores da subrede. LDP usa endereço de porta bem conhecido TLV = type, length, value

LDP (Label Distribution Protocol) Message Type Message Number Notification 0x0001 Hello 0x0100 Initialization 0x0200 Keepalive 0x0201 Address 0x0300 Address Withdraw 0x0301 Label Mapping 0x0400 Label Request 0x0401 Label Release 0x0403 Label Withdraw 0x0402 Label Abort Request 0x0404

LDP (Label Distribution Protocol) Requisição de atribuição para FEC F LSR1 LSR2 Atribuição de rótulo #R p/ FEC F Existem quatro tipos de mensagens: 1. Discovery messages: anunciar e manter a presença de um LSR na rede; 2. Session messages: estabelecer, manter e terminar sessões entre pares LDP; 3. Advertisement messages: criar, mudar e terminar mapeamentos de FECs (requisições / atribuições); 4. Notification messages: prover informações de consulta e sinalizar erros.

Operação MPLS 1a. Protocolo de Roteamento/Comutação Existente estabelece conectividade para a rede de destino 4. O LER de saída remove o label e entrega o pacote 1b. Label Distribution Protocol (LDP) estabelece o mapa do label para a rede de destino 2. O LER de entrada recebe o pacote, executa Layer 3, e aloca um label ao pacote 3. LSR comuta os pacotes usando a troca de labels

Operação MPLS - Exemplo In label Address Prefix Out I’face Out label In label Address Prefix Out I’face Out label In label Address Prefix Out I’face Out label - 128.89 1 4 171.69 5 4 128.89 9 5 171.69 1 7 9 128.89 - ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... LER LSR 128.89 LER 128.89.25.4 Data 128.89.25.4 Data 9 1 LER insere label 128.89.25.4 Data 171.69.25.4 128.89.25.4 Data 4 171.69.25.4 5 1 LSR transmite baseado no label 171.69.25.4 Data 7 LER 171.69.25.4 Data 171.69

Na prática: operação híbrida MPLS é usado em grandes sites, enquanto VPNs são utilizadas em sites menores ou como back-up. O serviço pode ser parte de produtos oferecidos por operadoras.

Na prática: operação híbrida VPN usadas como back-up para operação de MPLS

Na prática: operação híbrida Internet IPSec VPNs MPLS Aplicações sem restrições de qualidade Aplicações com CoS/QoS Aplicações “batch” Aplicações transacionais E-mail VoIP Transferência de arquivos Vídeo conferência Distribuição de conteúdo ERPs (SAP, Siebel) Instant messaging Compartilhamento de arquivos

Gente “nova” na área: PBT PBT: Provider Backbone Transport Tecnologia para obter uma rede orientada à conexão (como em uma rede SDH, mas construída sobre uma infraestrutura Ethernet Basicamente, o que se faz é desabilitar a capacidade de aprendizado (spanning tree) das switches Todos as VLANs e conexões são pré-configuradas manualmente. Sistema substitui todo roteamento de nível 3 (MPLS) em redes Ethernet metropolitanas. Fonte: www.lightreading.com/document.asp?doc_id=146364 www.lightreading.com/document.asp?doc_id=115612

Gente “nova” na área: PBT

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Fim