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TP – 319 - Redes Ópticas, MPLS e GMPLS
Prof. Carlos Roberto dos Santos
Conteúdo
• Introdução
– Definições;
– Fatores Motivadores;
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• 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
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Critérios de Avaliação
• Prova para casa;
NF=(12*N1+8*N2)/20;
• Entrega Individual;
Onde:
• Prazo: até 17/12 para e– N1=> Nota obtida com o
Alberti (parte de Óptica);
mail [email protected]
– N2=> Nota obtida com o
(documento em word ou
Carlinhos (parte de MPLS);
pdf);
• O Conceito será gerado de
• Não haverá
acordo com a seguinte tabela:
substitutiva/segunda
chamada;
– Se NF ≥ 85; A;
– Se 70 ≤ NF < 85; B;
• A Nota Final (NF) da
– Se 50 ≤ NF < 70; C;
disciplina TP319 será a
média ponderada dos
– Se NF ≤ 50; D
assuntos ministrados
pelos dois docentes em
função da carga horária:
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INTRODUÇÃO
Definições
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• 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;
Fatores Motivadores
• A evolução da Internet popularizou o protocolo
TCP/IP, tornando o IP como um padrão;
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• 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;
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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.
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Introdução - Tipos de Redes
• X25
• Frame Relay
• ATM
• MPLS
• IP
Introdução – Arquitetura em Camadas
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Aplicação
Telnet
Transporte
FTP
HTTP
TFTP
TCP
SNMP
DNS
UDP
Rede
IP
Enlace
Ethernet
Token
Ring
Token
Bus
PPP
Frame
Relay
ATM
Física
F.O.
UTP
W.L.
STP
Coaxial
Satélite
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ATM – Asynchronous Transfer Mode
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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.
Principais Características
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• 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.
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ATM - Definições básicas
• Segmentação e Montagem das Células
ATM - Definições básicas
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A VISÃO ATM
VÍDEO
DADOS
VOZ
REDE
ATM
DADOS
A Rede ATM transporta blocos de informação (células) com baixo delay
e alta velocidade
Dispositivos terminais convertem tráfego original para/de células
ATM - Definições básicas
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• 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.
ATM - Definições básicas
• A funcionalidade do cabeçalho é reduzida.
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– 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.
ATM - Definições básicas
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• 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.
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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.
A CÉLULA ATM
Cabeçalho
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5 bytes
Payload
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
Nomenclatura das Interfaces
NNI
UNI
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UNI
UNI
UNI
NNI
Nomenclatura das Interfaces
REDE ATM 1
REDE ATM2
NNI
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NNI
NNI
NNI
NNI
NNI
PNNI
NNI
NNI
NNI
NNI
UNI
PNNI - PRIVATE NETWORK-NETWORK INTERFACE
UNI
Cabeçalho das Células nas interfaces UNI e NNI
UNI – Interface Usuário / Rede  NNI – Interface Rede / Rede
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8
1
Bits
GFC
VPI
VPI
VCI
8
1º Byte
VPI
VPI
VCI
PTI
HEC
Payload
48 Bytes
Célula UNI
CLP
VCI
2º Byte
3º Byte
VCI
VCI
VCI
1
Bits
PTI
HEC
Payload
48 Bytes
Célula NNI
CLP 4º Byte
5º Byte
Virtual Path Identifier - VPI
• Identifica o caminho virtual da célula, no meio de
transmissão
• 8 bits na interface Usuário-Rede (UNI)
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– Possibilidade de identificar 256 caminhos simultâneos
• 12 bits na interface Rede-Rede (NNI)
– Possibilita até 4096 caminhos simultâneos
VPI 42
VPI 36
Meio Físico de Transmissão
“Real”
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
HEC
Payload
CLP
Virtual Channel Identifier - VCI
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• 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
VP
Meio Físico
VC
VC
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
VP
VC
PTI
HEC
Payload
CLP
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.
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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.
Conexões ATM - SVC
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• SVC - Switched Virtual Connection - Conexão Virtual
Comutada - Conexões estabelecidas sob demanda, através
de sinalização
Conexões ATM- PVC
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• PVC - Permanent Virtual Connection - Conexão Virtual
Permanente
Gerência
de Rede
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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.
VCC
A
B
VCL
NÓ ATM
1
NÓ ATM
2
VCL
VCL
NÓ ATM
3
NÓ ATM
4
C
D
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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 2
VP
VP
VCI 1
VCI 2
Comutador de VP
Conexões e Comutação ATM
VPI=7
VCI=1,2,3
A
nó
ATM
1
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VPI=9
VCI=3,4
VPIin
7
9
VPI=5
VCI=1,2,3
VPI=7
VCI=1,2,3
nó
ATM
2
VPIout
5
7
VPIin VPIout
5
7
VPI=7
VCI=3,4
VPI=3
VCI=3,4
C
nó
ATM
3
VPIin VPIout
7 3
B
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Comutador ATM
•
•
•
•
Comutador de alta velocidade.
Comutação por hardware.
Utiliza VPI e VCI para tomar decisões de rotas.
Várias arquiteturas possíveis.
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Conexões ATM
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
1 2
2 1
1 1
3 3
Porta 1
4 4
2 3
Porta 2
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ATM
Ponto de vista físico
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
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
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MPLS
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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
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• 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.
Modelo Overlay
• Os CVPs ATM são transparentes para o mundo IP.
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IP
CVP
ATM
ATM
CVP
IP sobre
ATM
CVP
CVP
ATM
Modelo Overlay
• E a convergência do roteamento em uma rede como
esta?
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– A “inundação” usada por protocolos de roteamento pode
ser crítica em uma arquitetura como esta.
Modelo Peer
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• 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).
Modelo Peer
• Os comutadores ATM passam a processar também o protocolo IP.
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Rede ATM
IP
IP
IP
ATM
ATM
ATM
Switch ATM como LSR
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Roteadores IP conectados
entre si usando um overlay
de circuitos virtuais em
uma rede ATM
R6
R1
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
R6
R1
LSR1
R2
LSR3
LSR2
R3
R5
R4
MPLS e Modelo OSI
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• 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)
payload
IP Header
payload
IP Header
MPLS
header
payload
IP Header
MPLS
header
CAMADA 2
MPLS
CAMADA “2.5”
ATM, Frame Relay, Gigabit
Ethernet, PPP, etc
CAMADA 3
Layer 2
header
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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.
Operação MPLS
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• 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.
Operação MPLS
LSP
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LSR
LSR
LER
LER
Roteamento
IP
LSR
LSR
Encaminhamento
MPLS
Roteamento
IP
Operação MPLS
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• 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
IP
LER
LSR
LIB
LSR
LER
IP
Operação MPLS
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• 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
Operação MPLS
• Campos do rótulo MPLS:
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– 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.
Operação MPLS – Onde colocar o Label
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•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
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MPLS – Multiprotocol Label Switching
LSP 1
LSP 2
MPLS – Multiprotocol Label Switching
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Core
Edge
LSP 1
LSP 2
Operação MPLS
• Rede MPLS realizando a troca de Rótulos:
LIB
77
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Entr. Saíd.
Entr. Saíd.
50
31
77
50
11
11
31
92
Entr. Saíd.
31
50
Entr. Saíd.
11
92
Planos de Controle e de Encaminhamento
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• 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.
Planos de Controle e de Encaminhamento
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Plano de Controle
Roteamento IP
(Estático ou
Dinâmico: OSPF.
IS-IS, BGP, etc.)
Plano de Encaminhamento
Comutação
ATM, Frame Relay,
Ethernet, etc.
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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.
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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;
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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
224.0.0.2 (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).
Estabelecimento de Sessões
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• 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.
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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.
Estabelecimento de Sessões
R4
IPx
R5
R6
R1
R2
R3
R3
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IPy
HELLO
HELLO
Open TCP
TCP OK
R6
Descoberta
Conexão da
Camada de
Transporte
INITIALIZATION
INITIALIZATION
KEEP_ALIVE
KEEP_ALIVE
Inicialização
da Sessão
LDP
Anúncio de Rótulos
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• 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;
IP Convencional - Informação de Roteamento
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• O roteadores usam os protocolos de roteamento para
construir as suas tabelas de roteamento;
IP Convencional - Encaminhamento de Pacotes
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• Para encaminhar os pacotes, os roteadores procuram na tabela
de roteamento usando o endreço IP do destino no pacote
MPLS - Informação de Roteamento
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• O roteadores usam os protocolos de roteamento para
construir as suas tabelas de roteamento;
Distribuição de Rótulos
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• A distribuição de rótulos pode ser feito de duas formas:
• 1ª Forma: Downstream não solicitado
– Labels são distribuídos independentemente da necessidade.
MPLS – Encaminhamento de Pacotes
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• Os pacotes são encaminhados com base no rótulo
Distribuição de Rótulos
R4
IPx
R5
R6
R2
R1
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L1
R1
R2
R3
L2
IPy
L3
R3
R6
LABEL_MAPPING(L3)
LABEL_MAPPING(L2)
LABEL_MAPPING(L1)
Fase Ativa com
Alocação
Downstream:
Criação do LSP
da FEC Fy que
mapaeia IPy
Distribuição de Rótulos
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• 2ª Forma: Downstream por demanda
– Labels são distribuídos somente se houver necessidade.
– Requisição de Labels:
Distribuição de Rótulos
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• 2ª Forma: Downstream por demanda
– Associação dos Labels requisitados:
Distribuição de Rótulos
R4
IPx
R5
R6
R2
R1
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L1
R1
R3
L2
R2
IPy
L3
R3
R6
LABEL_REQUEST
LABEL_REQUEST
LABEL_MAPPING(L2)
LABEL_MAPPING(L1)
Fase Ativa com
Alocação
Downstream
LABEL_REQUEST sob Demanda:
Criação do LSP
da FEC Fy que
LABEL_MAPPING(L3) mapaeia IPy
Protocolo RSVP (ReSerVation Protocol)
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• 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).
Protocolo RSVP
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• 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.
Protocolo RSVP
• A escolha do caminho passa a ser feita pelo algorítmo CSPF
(Constrained Shortest Path First ).
– Considera requisitos de QoS (como BW).
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A
5, 100 Mbps
10
5
{ Custo, BW }
A
10, 100 Mbps
3, 50 Mbps
B
3
8
C
4
D
Caminho mais curto entre A e D:
B
C
8, 90 Mbps
4, 60 Mbps
D
Caminho mais curto entre A e D
com garantia de 60 Mbps:
A -> B -> C -> D (custo 12)
A -> B -> D (custo 13)
Agregação
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• 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
LSP3
LSP4
Técnicas de QoS
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• 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.
Serviços Diferenciados - DiffServ
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• 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 → IP
EXP → MPLS
Mapeamento
DSCP → 6 bits
DSCP ≠ EXP
EXP → 3 bits
Serviços Diferenciados - DiffServ
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• 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
MPLS
DSCP = 40
EXP = 5
(4010 = 1010002)
(510 = 1012)
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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.
Empilhamento de Rótulos, Túneis e Hierarquia
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• 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;
Empilhamento de Rótulos, Túneis e Hierarquia
Domínio do backbone
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R1
L11
R2
L11
L21
R21
L22
L21
L12
LSP1 R1→R5
•R2 e R21 são pares LDP Locais
(vizinhos IGP)
•R2 e R3 são pares LDP remotos
R23
L22
L12
L23
R22
L23
L12
L12
R3
L12
L13
R4
L14
L13
LSP2 R2→R3
•LSP1 <R1, R2, R3, R4, R5>
•LSP2 <R2, R21, R22, R23, R3>
•LSP1 tunelado no LSP2
R5
L14
Necessidade de Proteção na Rede
Cabos, Fibras,
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Enlaces
Falham
Adaptadores, etc
Redes
Falham
Roteadores
Falham
Dados são perdidos !!!
Falta de alimentação,
Manutenção preventiva,
Falha do roteador, etc
Necessidade de Proteção na Rede
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• 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).
Necessidade de Proteção na Rede
Rede
operando
normalmente
IGP dispara a
atualização do
roteamento IP
Falha
contornada
!!!
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(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
Necessidade de Proteção na Rede
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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.
Necessidade de Proteção na Rede
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Tráfego
Rede
operando desviado para a
proteção
normalmente
tempo
Falha !!!
Rede
(pacotes
operando
começam a ser
normalmente
perdidos)
Proteção de Caminhos
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• 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
Proteção de Caminhos
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• 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
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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).
Proteção Local
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LSP Principal
MP
MP
PLR
Enlace Protegido
Nó Protegido
LSP Proteção 0
LSP Proteção 1
NHop
NNHop
Empilhamento de Rótulos na Proteção Local
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• 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
22
33
Operando no “Modo
Global de Rótulos”
• Os Labels não são
associados com as
interfaces
Enlace Protegido
33
78, 33
45, 33
O Label do enlace protegido fica
abaixo do Label da Proteção
Proteção de Nó
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• 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.
Proteção de Nó
LSP Principal
16
22
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33
NNHop
PLR
22
Operando no “Modo
Global de Rótulos”
Nó Protegido
78, 22
11, 22
• Os Labels não são
associados com as
interfaces
45, 22
O Label esperado pelo NNHop fica
abaixo do Label usado no LSP de
proteção
Engenharia de Rede
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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).
Engenharia de Tráfego
Engenharia de Tráfego é a manipulação do tráfego para que ele se ajuste à rede.
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• 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;
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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);
Engenharia de Tráfego
• Dois caminhos possíveis entre R1 e R3:
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– 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
R3
R2
Custo = 10
Custo = 10
Custo = 10
R4
R5
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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 ?
Engenharia de Tráfego com MPLS
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• 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.
GMPLS – Generalized MPLS
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• 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.
Tipos de Interfaces GMPLS
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• 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.
Labels no GMPLS
• Novos formatos de labels foram definidos para possibilitar o
tráfego de informação no domínio do tempo e óptico;
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• 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.
Generalized Label Request
• É usado quando um caminho está sendo criado;
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LSP Enc. Type
Indica o
tipo de
codificação
que será
usado no
LSP
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
Generalized Label Request
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LSP Enc. Type
Switching Type
Tipo de Codificação Tipo de Comutação
•Pacote;
•PSC-1;
•Ethernet;
•PSC-2;
•ANSI/ETSI PDH; •PSC-3;
•Lambda;
•PSC-4;
•Fibra, etc.
•TDM;
•LSC;
•FSC.
G-PID
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;
Generalized Label
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• 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.
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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;
Waveband ID
Start Label
Identifica a largura dos comprimentos
de onda. Esse valor é selecionado e
reusado em todas as mensagens
subseqüentes.
Identifica o comprimento de onda com
menor valor que forma a Waveband.
End Label
Identifica o comprimento de onda com
valor mais elevado que forma a
Waveband.
Suggested Label
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• 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.
Label Set
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• 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.
Label Set
•
Quatro casos que mostram como o Label Set é útil no domínio
óptico.
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– 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.
Conclusões
• MPLS X CIRCUITO VIRTUAL
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– 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;
Conclusões
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• 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.
Referências Bibliográficas
•
•
www.inatel.br
•
•
•
•
•
•
•
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
http://www.ipmplsforum.org/