Engenharia de Tráfego,
Proteção e GMPLS
Edgard Jamhour
Engenharia de Tráfego no
Roteamento Tradicional
• Todos os pacotes seguem rota única até o destino (menor
custo)
• Quando existe múltiplas rotas com custos iguais (ECMP –
Equal Cost Multipath):
• Uma é escolhida arbitrariamente (a primeira descoberta)
• Distribuição de carga (proprietária) por pacote ou fluxo
• Roteadores conhecem congestionamento apenas em seus
próprios enlaces
• Custos de enlaces fixos, função da velocidade dos enlaces. O
congestionamento não afeta o custo dos enlaces.
Extensões de Engenharia de
Tráfego
• Extensões foram feitas aos protocolos IGP, como o OSPF e o
IS-IS, para divulgar informações adicionais sobre os enlaces, a
fim de suportar a engenharia de tráfego e os requisitos do
MPLS e GMPLS.
• As informações do estado de enlace são divulgadas pelos
roteadores através de mensagens denominadas LSA (Link
State Advertisement) ou LSP (Link State PDU).
Estado de Enlace no OSPF
hello
hello
Link State
Database
Link State
Database
B
A
LSA
LSA
B
novo LSA
novo LSA
C
X
A
novo LSA
D
novo LSA
novo LSA
E
LSA Opacos no OSPF
• LSA (Link State Advertisements) opacos permitem que
roteadores compartilhem informações privadas ou
proprietárias pela rede, de maneira inter-operável.
• Roteadores que não entendem LSA opacos, simplesmente reencaminham as mensagens para outros roteadores sem
processar seu conteúdo.
Inundar LSA
opaco para
toda a área
OSPF
TE
TE
N
TE
Mensagens Link State Update
Byte 2
Byte 1
Byte 3
Byte 4
Contador de Anúncios (número de LSAs)
Opções
Idade do Estado de Enlace (LS)
Tipo de LS = 1
Identificador de estado do enlace
Roteador Anunciado
Número de Sequência de Estado do Enlace
Checksum do Estado de Enlace (LS)
Tamanho
Tipo
Tamanho
Valor
....
Objetos TLV
.....
Tipo
Tamanho
Valor
LSA Opacos no OSPF
Parâmetros de Engenharia de
Tráfego do Enlace
A banda reservável pode ser diferente da banda máxima. Por
exemplo, em um sistema WDM, a capacidade individual de
reserva pode ser de 2.5Gbit/s, mas a capacidade do enlace
pode multiplexar até 80 freqüências diferentes.
Sinalização do Túnel: RSVP-TE
• Informações desejadas do túnel:
• Prioridade: 0 mais alta, 7 mais baixa
• Banda desejada
• Afinidade e Máscara
• O túnel pode usar enlaces quando a afinidade do enlace & máscara
túnel = afinidade túnel
• Todos os enlaces ao longo do caminho de um LSP precisam
satisfazer aos requisitos sinalizados
• Caso algum enlace não satisfaça ao requisito, a criação do LSP
será rejeitada.
Exemplo
Como LSPs mais prioritários podem usar a banda alocada a
LSPs menos prioritários, a soma total de recursos de todas as
prioridades pode exceder a capacidade total do enlace.
A=0x0001
P1=10Mbit/s
P7=1Mbit/s
Banda: 1Mbit/s P7
Afinidade: 0x0/0x0
b
A=0x0003
P1=10Mbit/s
P7=3Mbit/s
a
Banda: 5Mbit/s P1
Afinidade: 0x2/0xff
A=0x0001
P1=10Mbit/s
P7=3Mbit/s
A=0x0002
P1=10Mbit/s
P7=1Mbit/s
c
A=0x0002
P1=10Mbit/s
P7=1Mbit/s
d
Critérios para LSA Updates
• Quando os roteadores aceitam reservas de LSPs, a banda de
seus enlaces é alterada.
• As alterações nas bandas dos enlaces são divulgadas através
das mensagens LSA de acordo com três estratégias:
• Banda alocada atinge limiares pré-definidos: variação (%) 15, 30,
45, 60, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 e 100.
• Periodicamente a cada 180 s.
• Imediatamente quando há um erro (pedido de alocação em um
enlaces sem recursos)
Métodos para Enviar Tráfego aos
Túneis LSP (Exemplo Cisco)
 Rotas Estáticas: O FEC define o túnel
 Policy-Based Routing (PBR): prefixo de origem do pacote, precedência do pacote,
tamanho do pacote, endereço de destino etc.
 Autoroute: Cria rotas para todos os roteadores downstream em relação ao LER
egresso
 Forwarding Adjacency: Divulga dois túneis MPLS como um enlace através do
OSPF
 Pseudowire Class: Insere apenas tráfego não IP, de forma seletiva, no túnel
 Class-Based Tunnel Selection: Redireciona o tráfego usando marcações de QoS
Nuvem
MPLS
LER de
ingresso
LER de
egresso
Balanceamento de Carga em LSPs
• Caso dois ou mais LSPs permitam chegar a uma mesma de
destino, técnicas de balanceamento de carga podem ser
utilizadas.
• As técnicas fazem o balanceamento de forma proporcional a
capacidade de cada túnel.
• Por pacote ou por fluxo.
• Balanceamento por pacote não é recomendado para tráfego em
tempo real.
Técnicas de Proteção
• A sinalização MPLS inclui opções sobre o nível de proteção
oferecido pelos enlaces ao longo do caminho.
• As seguintes proteções são consideradas:
• Path Protection: um túnel de backup é sinalizado entre o
roteador de ingresso e egresso utilizando caminhos disjuntos
• Link Protection: um túnel de backup é definido entre cada
roteador do caminho e seu próximo salto (NHOP).
• Node Protection: um túnel de backup é definido entre cada
roteador do caminho e o roteador seguinte ao próximo salto
(NNHOP).
Exemplos de Proteção
Tunel 1: Proteção de Link
Tunel 2: Proteção de nó
Hierarquia de LSPs Aninhados
Princípio: Divulgar LSPs já criados como se fossem enlaces
virtuais para a criação de outros LSPs.
Passos:
1. Um LSR cria um TE LSP
2. O LSR anuncia o TE LSP como um link usando o Forwarding
Adjacency (FA)
3. Outros LSRs usam o FA para o cálculo de seus caminhos (o
custo do FA é feito propositalmente baixo).
4. O aninhamento de LSPs originados por outros LSRs no LSP é
feito usando empilhamento de labels.
TE Parâmetros de anúncio de um
FA
Link Type: "point-to-point".
Link ID: Router ID do tail-end do FA-LSP.
Interface: Local (head-end) e Remota (tail-end): endereço do
FA-LSP.
Traffic Engineering Metric: 1 por default para atrair tráfego de
outros LSPs
Maximum Bandwidth: A mesma do LSP para todas as
prioridades (default)
Unreserved Bandwidth: A mesma do LSP
Resource Class/Color: sem cor por default
Link Multiplex Capability: capacidade de multiplexagem do
último link do FA-LSP
TE Parâmetros de anúncio de um
FA
FA-LSP
a
b
head
c
d
tail
GMPLS: Generalized MPLS
• Conjunto de extensões aos protocolos de sinalização e
roteamento:
• CR-LDP e RSVP-TE
• OSPF e IS-IS
• Capacidade de criar LSPs utilizando recursos de comutação
das camadas de enlace e física
• Plano de controle independente da rede de dados.
• Novo protocolo de gerenciamento de enlaces.
• LMP: Link Management Protocol
Tipos de Comutações
Camada 2:
 ATM
Camada 3:
 MPLS
Time Division Multiplexing:
 SONET e SDH
Comutação de Lambda:
 CWDM e DWDM
Comutação de Banda de Onda
 Comuta grupo de freqüências adjacentes
Comutação de Fibra e Porta
 Comuta todos os comprimentos de onda de uma fibra para outra
Definições do GMPLS:
Granularidade da Comutação
• Packet Switch Capable (PSC)
• Router/ATM Switch/Frame Reply Switch
• Time Division Multiplexing Capable (TDMC)
• SONET/SDH ADM/Digital Crossconnects
• Lambda Switch Capable (LSC)
• All Optical ADM or Optical Crossconnects (OXC)
• Fiber-Switch Capable (FSC)
PSC
TDMC
LSC
TDMC
LSC
FSC
Hiearquia de LSPs
 LSPs tem diferentes granularidades de divisão de banda.
 A menor granularidade é o pacote (PSC).
 A maior granularidade é a comutação de todos os lambdas de uma
fibra.
 Fibra paralelas pode ser agrupadas em bundles para reduzir a
quantidade de informações de sinalização.
RSVP-TE
• O GMPLS define várias extensões no RSVP-TE para suportar o
estabelecimento de circuitos óticos (lightpaths) ou circuitos
TDM (SDH).
• No MPLS, os labels são apenas números que podem ser
escolhidos livremente.
• No GMPLS, os labels usados para criação de circuitos óticos
correspondem a frequências do WDM ou identificação de
Hierarquias SDH.
• O GMPLS introduz o conceito de rótulos genéricos:
• Encapsulamento: Ethernet, SDH, Lambda, etc.
• Comutação: Pacote (PSC), Camada 2 (L2SC), TDM, Lambda (LSC)
e Fibra (FSC)
• GPID: Identifica o tipo de tráfego de payload
Labels Genéricos
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
Generalized Label Request
Length
Encapsulation
Class-Num
C-Type
G-PID
Switching
Generalized Label Object
Length
Class-Num
C-Type
Class-Num
C-Type
Label
Label Set Object
Length
Action
Reserved
Label-Type
Sub-Channel 1
...
Sub-Channel N
5
6
7
Alterações na Sinalização
• Canal de controle diferente do canal de dados
• Timeslot ou lambda dedicado para controle
• Enlaces separados
• O enlace não é mais identificado pela interface que recebe a
mensagem de sinalização.
• Identificadores de Interface:
• Endereço IPv4, Endereço IPv6
• Índice de Interface (interfaces do tipo bundle)
• Múltiplas interfaces paralelas entre os mesmos LSRs
• IP identifica o bundle e a interface um componente.
• Possibilidade de criação um LSP bidirecional com um uma
única sinalização.
WDM
• WDM: Wavelength Division Multiplexing
• CWDM (Coarse WDM)
• 18 comprimentos de onda por fibra
• DWDM (Dense WDM)
• 100 comprimentos de onda por fibra
Comutador Ótico
• OXC: Optical Cross-Connect
Extraído de http://www.globalspec.com/
Portas WDM e Add-Drop
Porta
Add-Drop
(uma frequência
por fibra)
WDM
WDM
Add-Drop
Add-Drop
WDM
WDM
Porta
WDM
(muitas frequências multiplexadas)
LightPath: sequência de lambdas
em enlaces distintos
l2
l
l2
l1
l
l2
l
l
Custo da Conversão Ótica
• A capacidade de efetuar conversões de frequência dos OXC é
limitada
• Geralmente, os OXC possuem um pool de conversores, que pode
sem compartilhado por todas as portas do switch, ou ter alguma
capacidade de conversão por porta
• O desejável é ter o menor número de conversões possível por
lightpath.
Pool de conversores óticos limitado
l
l1
l2
l
Gerenciamento de Labels
• O label é sempre escolhido pelo switch downstream
• Label Set:
• Conjunto de labels que o switch upstream consegue usar.
• Suggested Label:
• Label preferido pelo switch upstream
• Permite que o switch faça o “cross-connect” no envido do pedido (PATH)
ao invés de aguardar o RESV
• O cross-connect ótico é uma operação muito lenta
PATH
Suggested Label (SL)
Label Set (LS)
l
Generalized Label (GL)
RESV
Exemplo
SG=l1
LS={l1, l2, l3}
PATH
l
PATH
SG=l1
LS={l1, l3}
l1
Já está usando
l2 em outro
lighpath
l
GL=l1
l
l1
l1
RESV
GL=l1
RESV
Serviços de Proteção
• Capacidade de provisionar conexões fim-a-fim que sejam
capazes de sobreviver a interrupções de rede.
• Dois métodos:
• Criar LSPs paralelos (primário e backup)
• Criar um caminho usando enlaces protegidos
a
g
h
b
c
e
f
d
GMPLS: Objeto de Proteção
• As seguintes informações podem ser inseridas na sinalização
para criação de um novo LSP :
• S = 0 (primário), S=1 (proteção)
• flags de enlace:
• Tráfego Extra: pode usar enlaces que protegem outros LSPs (esse
enlace pode ser preemptado para suportar tráfego ativo).
• Desprotegido: não usa nenhum tipo de proteção
• Compartilhado: enlace de proteção compartilhado 1:n
• Dedicado 1:1: enlace de proteção dedicado 1:1
• Dedicado 1+1: enlace de proteção dedicada 1 para mais que 1
• Aprimorado: proteção melhor que a rpoteção 1+1
0
S
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
Reservado
7
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
6
7
Flags de Enlace
Conclusão
• GMPLS provê um novo mecanismo para gerenciar e
provisionar recursos de rede.
• MPLS pode ser considerado um subset do MPLS, onde apenas
a comutação por pacote é usada.
• Um único plano de controle pode configurar múltiplas
camadas de comutação de equipamentos de múltiplos
vendedores.
• O provisionamento de serviços pode ser mais rápido e
automático.
• Maior eficiencia no gerenciamento e provisionamento de
serviços.