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Protocolo - Tecnologia MPLS
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Quando o ATM foi lançado, esperava-se que ele dominasse o cenário mundial devido às suas altas velocidades. Porém a tecnologia ATM não era compatível com o IP, o protocolo de rede mais difundido no mundo. Com isso foi criada a tecnologia LBS - Label Based Switching que possibilitou a utilização do que há de melhor das redes baseadas em pacotes (como as redes IP) e das redes orientadas a conexão (como redes ATM).
LBS usa etiquetas pequenas e de tamanho fixo, que são adicionados aos pacotes quando entram numa rede LBS. Os pacotes etiquetados podem ser agrupados em categorias, e os pacotes de uma mesma categoria vão seguir um mesmo caminho virtual, através da infra-estrutura LBS.
Muitas implementações comerciais proprietárias de LSB foram criadas. O IP Switching da Nokia; o CSR - Cell Switching Routers da Toshiba; o TAG Switching da Cisco; o ARIS da IBM; o IP Navigator da Ascend; o Fast IP da 3Com. Cada fabricante tinha implementações próprias de LBS, dificultando a interoperabilidade entre eles. Para obter uma solução aberta, interoperável e independente de protocolos foi padronizado o protocolo MPLS pelo IETF.
Com o crescimento e popularização da internet, tornou-se necessário agilizar o processo de roteamento, para poder suportar o tráfego. Além disso com a evolução da tecnologia, aplicações como vídeo, voz e outras aplicações em tempo real estão sendo exigidas.
No roteamento IP, cada roteador no caminho, analisa o cabeçalho do pacote IP e encaminha-o de acordo com sua tabela de roteamento, com isto o tempo de processamento é elevado. Um método de minimizar este tempo de processamento é a utilização do protocolo MPLS. Numa rede MPLS somente os roteadores de borda, analisam o pacote, criando um caminho para este e o atribui um label. Assim, os demais roteadores irão somente substituir, ou seja, fazer um chaveamento, de labels até que o pacote chegue ao seu destino. Desta forma a parte pesada do processamento dos pacotes é feita nas bordas da rede, diminuindo o processamento no núcleo. Como a taxa de pacotes no núcleo da rede é maior que a taxa de pacotes nas bordas, agilizamos o processo.
Em relação a aplicações que exigem tempo real, a rede MPLS oferece a implementação de QoS que não pode ser implementada em rede IP. Com a implementação do QoS podemos diferenciar diversos tipos de tráfegos e tratá-los de forma distinta, dando prioriadades às aplicações mais sensíveis.
Outro fator importante numa rede MPLS é a facilidade da implementação de engenharia de tráfego, onde temos a opção de distribuir a carga de um enlace saturado, podendo por exemplo escolher caminhos mais rápidos, porém com custo mais elevado, para pacotes de maior prioridade. Desta forma melhorando o desempenho da rede.
Um dos campos onde a arquitetura MPLS mostra-se extremamente promissora é no suporte a implementação de Virtual Private Networks-VPN’s de grande abrangência, onde conseguimos trafegar dados com segurança em uma rede aberta, como a internet, sem que os dados sejam descobertos por pessoas não autorizadas.
Resumidamente uma rede MPLS além de acelerar o processo de encaminhamento dos dados, fornece diversas aplicações tais como suporte à QoS, Engenharia de Tráfego e VPNs.
Além disso é facilmente escalonável e possui interoperabilidade, ou seja, suporta redes com tecnologias distintas (Ethernet, ATM, Frame Relay, entre outras), pois é capaz de calcular caminhos tanto para pacotes como para células.
Neste tópico serão abordados os principais componentes de uma rede MPLS, para em seguida entender como é realizado o encaminhamento dos pacotes, ou seja, o funcionamento desta rede.
LABEL
O label é um identificador curto, de tamanho fixo e significado local. Todo pacote ao entrar numa rede MPLS recebe um label, este pode ser pensado como uma forma abreviada para o cabeçalho do pacote. Desta forma os roteadores só analisam os labels para poder encaminhar o pacote. O cabeçalho MPLS deve ser posicionado depois de qualquer cabeçalho da camada 2 e antes do cabeçalho da camada 3, ele é conhecido como Shim Header e está apresentado na figura a seguir.
No esquema acima podemos observar uma rede MPLS (dentro da nuvem) com diversos caminhos possíveis entre os roteadores. Indicado pela seta observamos um exemplo de uma LSP calculada pelo protocolo MPLS.
O LDP é um protocolo que permite a distribuição de labels entres os roteadores de comutação de rótulos (LSR), desta forma possibilitando a criação das LSPs. Para isto o LDP oferece um mecanismo de “descoberta” de LSR para permitir que LSRs encontrem uns aos outros e estabeleçam comunicação. O LDP roda sobre TCP para garantir a entrega de mensagens. Outros protocolos também podem ser usados para esta função como por exemplo o BGP ou RSVP.
Uma FEC consiste numa classe de equivalência, ou seja, um conjunto de parâmetros, que irão determinar um caminho para os pacotes. Pacotes associados a uma mesma FEC serão encaminhados pelo mesmo caminho.
A FEC é representada por um label e cada LSP é associada a uma FEC. Ao receber um pacote, o roteador da entrada da rede MPLS verifica qual FEC ele pertence e o encaminha através da LSP correspondente. Portanto há uma associação pacote-label-FEC-LSP.
A associação pacote-FEC acontece apenas uma vez, quando o pacote entra na rede MPLS. Isto proporciona grande flexibilidade e escabilidade a este tipo de rede.
A FEC pode ser determinada por um ou mais parâmetros, especificados pelo gerente da rede. Alguns desses parâmetros são:
♦ Endereço IP da fonte ou destino ou endereço IP da rede
♦ Número da porta da fonte ou destino
♦ ID do protocolo IP
♦ QoS
O LIB contém uma tabela de encaminhamento, ou seja, uma tabela que apresenta informações correlacionando os labels às interfaces do roteador. Uma vez criada uma LSP, a relação do label com a interface, será armazenada no LIB.
Quando o pacote entra no LSR, este verifica para qual interface esse pacote deve ser encaminhado, através do LIB. Sendo assim, realiza a troca do label de entrada por um label de saída, para que o pacote possa alcançar o próximo nó.
Desta forma o LIB contém uma tabela que é usada para adicionar ou remover um label a um pacote, enquanto determina a interface de saída pela qual o pacote deve ser enviado.
um índice na tabela de encaminhamento do próximo roteador. Sendo assim, quando um pacote rotulado chega, o roteador procura em sua tabela MPLS pelo índice representado pelo label. Ao encontrar este índice o roteador substitui o label de entrada por um label de saída associado à FEC a que pertence o pacote. Após completada a operação de troca de labels o pacote é encaminhado pela interface que está especificada na LIB.
Quando o pacote chega ao E-LSR de saída da rede MPLS, o label é removido e o pacote é encaminhado pela interface associada à FEC a qual pertence o pacote. Neste momento o pacote deixa de ser analisado pelo protocolo MPLS e é roteado normalmente pelos protocolos de roteamento.
No esquema acima podemos observar o funcionamento básico do Protocolo MPLS, através do trajeto percorrido pelo Pacote IP. Verificamos que ele recebe um label quando ingressa na nuvem MPLS, sendo este retirado na saída da nuvem.
VPN é uma rede privada, onde pode trafegar informações de forma segura, construída sobre a infra-estrutura de uma rede pública, como a internet. Utilizando a técnica chamada de tunelamento, pacotes são transmitidos na rede pública em um túnel privado que simula uma conexão ponto-a-ponto. As VPN's permitem estender as redes corporativas de uma empresa a pontos distantes. Porém, ao invés de utilizar um grande número de linhas dedicadas para
interconexão entre seus diversos pontos, o que onera muito o custo da rede, uma VPN utiliza os serviços das redes IP.
A utilização de redes públicas tende a apresentar custos muito menores que os obtidos com a implantação de redes privadas, sendo este, justamente o grande estímulo para o uso de VPN’s. No entanto, para que esta abordagem se torne efetiva, a VPN deve prover um conjunto de funções que garanta confidencialidade, integridade e autenticidade. O MPLS, atuando como mecanismo de encaminhamento dentro de um cenário de VPN, provê agilidade, facilidade de gerenciamento para grandes redes e suporte a QoS, bem como suporte a segurança.
No esquema acima podemos observar o objetivo da criação de VPNs. Note que com ela o tráfego entre redes (nesse caso pode ser a internet ou somente um backbone) fica totalmente tranparente, sendo mostrado como Túnel Virtual. Esse túnel é que garante a privacidade da rede.
A seguir será mostrado um exemplo de VPN numa rede MPLS.
O protocolo MPLS desponta como uma arquitetura emergente, que através do modelo de encaminhamento de pacotes baseados em labels, permite a interoperabilidade e compatibilidade de diversas tecnologias de rede usadas pelos principais backbones do mundo. Podemos ainda citar outras características importantes propostas por esse protocolo: a agilidade no encaminhamento de pacotes proporcionada pela simplificação no processo de roteamento, onde os pacotes são analisados apenas nas bordas de um domínio MPLS e são somente comutados pelos demais roteadores; a implementação de orientação a conexão em redes IP, o que propicia a engenharia de tráfego; o suporte ao IP QoS, que possibilita a utilização de qualidade de serviço em redes baseadas em IP. Isto tudo sem alterar totalmente a estrutura já existente das rede de comunicações.
Todas essa características nos levam a creditar o protocolo MPLS como uma tecnologiacapaz de melhorar sensivelmente a qualidade das transmissões de voz e vídeo (através do QoS), a segurança (através das VPNs) e a velocidade e planejamento nas transmissões de dados (através do TE).
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