TP – 319 - Redes Ópticas, MPLS e GMPLS

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

2. Introdução 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 Conteúdo

3. Prova para casa; Entrega Individual; Prazo: até 17/12 para e-mail carlos@inatel.br (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 Critérios de Avaliação

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

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. VOZ REDE ATM VOZ VÍDEO DADOS DADOS VÍDEO ATM - Definições básicas 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 10-8 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. Cabeçalho Payload 48 bytes 5 bytes A CÉLULA ATM • 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. UNI Nomenclatura das Interfaces NNI UNI UNI UNI NNI

21. REDE ATM 1 REDE ATM2 NNI NNI PNNI NNI NNI NNI NNI NNI NNI NNI NNI UNI UNI Nomenclatura das Interfaces PNNI - PRIVATE NETWORK-NETWORK INTERFACE

22. Bits Bits Cabeçalho das Células nas interfaces UNI e NNI • UNI – Interface Usuário / Rede  NNI – Interface Rede / Rede 1 8 1 8 VPI GFC 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 Payload 48 Bytes Payload 48 Bytes Célula UNI Célula NNI

23. Meio Físico de Transmissão “Real” GFC VPI VPI 42 VPI VCI VCI VPI 36 VCI PTI CLP HEC Payload 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

24. VC GFC VPI VC VP VPI VCI Meio Físico VCI VCI PTI CLP VC VP HEC Payload 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 65536 (216)canais simultâneos por caminho virtual

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. VCC A B NÓ ATM 1 NÓ ATM 2 VCL VCL VCL NÓ ATM 3 NÓ ATM 4 C D 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.

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 VP VP VCI 3 VCI 2 VCI 1 VCI 1 VP VP VCI 2 VCI 2 Comutador de VP

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

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

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

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

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.

37. Modelo Overlay IP • Os CVPs ATM são transparentes para o mundo IP. CVP ATM ATM CVP IP sobre ATM CVP 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).

40. Modelo Peer • Os comutadores ATM passam a processar também o protocolo IP. Rede ATM IP IP IP ATM ATM ATM

41. R6 R1 LSR1 LSR3 R2 LSR2 R5 R4 R3 Switch ATM como LSR R6 R1 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

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 MPLSCAMADA “2.5” MPLS header payload IP Header ATM, Frame Relay, Gigabit Ethernet, PPP, etcCAMADA 3 Layer 2 header MPLS header IP Header payload

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.

45. Operação MPLS LSP LSR 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. IE | LE | IS | LS 3 | L1 | 5 | L7 LIB IP LER IP LSR LSR LER

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 8 bits 1 bit 3 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. 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 Operação MPLS – Onde colocar o Label

50. MPLS – Multiprotocol Label Switching LSP 1 LSP 2