MPLS: Uma alternativa para QoS e VPNs

MPLS –MPLS – José AristidesJosé Aristides Maio de 2003MPCOMP - UECEMPCOMP - UECE
MPLSMultiprot
ocol
Label Switchi
ng
MESTRADO INTEGRADO PROFISSIONAL EM COMPUTAÇÃOMESTRADO INTEGRADO PROFISSIONAL EM COMPUTAÇÃO
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁUNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ
DISCIPLINA:DISCIPLINA:
Redes de ComunicaçãoRedes de Comunicação
MESTRANDO:MESTRANDO:
JOSÉ ARISTIDESJOSÉ ARISTIDES
PROFESSOR:PROFESSOR:
DsC. JOAQUIM CELESTINODsC. JOAQUIM CELESTINO

MPLS –MPLS – José AristidesJosé Aristides Maio de 2003MPCOMP - UECEMPCOMP - UECE 2
ATMATM
ATMARP (ATM Address Resolution Protocol):ATMARP (ATM Address Resolution Protocol):
Mapeia os endereços IP em endereços ATM.Mapeia os endereços IP em endereços ATM.
Desvantagens:Desvantagens:
a impossibilidade de conexão direta entre endereços IP dea impossibilidade de conexão direta entre endereços IP de
diferentes subredes;diferentes subredes;
os pacotes IP não podiam se aproveitar da Qualidade deos pacotes IP não podiam se aproveitar da Qualidade de
Serviço oferecida pelo ATM.Serviço oferecida pelo ATM.
NHRP (Next Hop Routing Protocol):NHRP (Next Hop Routing Protocol):
Funciona utilizando NHS (Next Hop Servers) nos roteadores IP.Funciona utilizando NHS (Next Hop Servers) nos roteadores IP.
Desvantagens:Desvantagens:
número limitado de transmissões IP que poderiam ser feitasnúmero limitado de transmissões IP que poderiam ser feitas
devido ao armazenamento dos dados sobre as transmissõesdevido ao armazenamento dos dados sobre as transmissões
nos NHS’s;nos NHS’s;
o NHRP não suporta transmissões multicast.o NHRP não suporta transmissões multicast.
HistóricoHistórico

Várias tecnologias foram desenvolvidas, todas independentes entre si mas naVárias tecnologias foram desenvolvidas, todas independentes entre si mas na
mesma direção:mesma direção:
O IP Switching, da Ipslon - projetado para conectar subredes IPO IP Switching, da Ipslon - projetado para conectar subredes IP através deatravés de
nuvens ATM.nuvens ATM.
CSR (Cell Switching Routers) - Instituto de Tecnologia de Tóquio e queCSR (Cell Switching Routers) - Instituto de Tecnologia de Tóquio e que foifoi
depois adaptada pelas corporações Toshiba.depois adaptada pelas corporações Toshiba.
Tag Switching da CISCO, que já apresenta a maior parte dasTag Switching da CISCO, que já apresenta a maior parte das
características do MPLS.características do MPLS.
ARIS (Aggregate Route-Based IP Switching) da IBM.ARIS (Aggregate Route-Based IP Switching) da IBM.
Tanto a Ipslon como a CISCO, iniciaram esforços independentes pelaTanto a Ipslon como a CISCO, iniciaram esforços independentes pela
padronização de suas arquiteturas. Porém, foi criado um grupo de trabalhopadronização de suas arquiteturas. Porém, foi criado um grupo de trabalho
(WG) pelo IETF. Deste grupo de trabalho nasceu o(WG) pelo IETF. Deste grupo de trabalho nasceu o MPLS.MPLS.
HistóricoHistórico

IntroduçãoIntrodução
Este trabalho visa apresentar umaEste trabalho visa apresentar uma
nova arquitetura de encaminhamentonova arquitetura de encaminhamento
de pacotes IP, com base emde pacotes IP, com base em etiquetasetiquetas,,
denominada “MultiProtocol Labeldenominada “MultiProtocol Label
Switching – MPLS”, padronizada peloSwitching – MPLS”, padronizada pelo
Internet Engineering Task Force (IETF),Internet Engineering Task Force (IETF),
que vem se mostrando como umaque vem se mostrando como uma
tecnologia emergente e como umatecnologia emergente e como uma
alternativa de suporte a qualidade dealternativa de suporte a qualidade de
serviço (QoS), engenharia de tráfegoserviço (QoS), engenharia de tráfego
(TE) e redes virtuais privadas (VPN).(TE) e redes virtuais privadas (VPN).

O que éO que é MPLSMPLS??
MMultiultiPProtocolrotocol LLabelabel SSwitching.witching.
multiprotocol porque pode ser aplicado em todosmultiprotocol porque pode ser aplicado em todos
protocolos de rede da camada 3;protocolos de rede da camada 3;
os drafts do IETF se referem ao MPLS como “aos drafts do IETF se referem ao MPLS como “a
camada calço”;camada calço”;
é uma tecnologia aberta de comutação IPé uma tecnologia aberta de comutação IP

MPLS é a unificação de várias técnicas deMPLS é a unificação de várias técnicas de
comutação de pacotes IP, que surgiram nos anoscomutação de pacotes IP, que surgiram nos anos
9090
É uma técnica de comutação de pacotes centradaÉ uma técnica de comutação de pacotes centrada
em labels (rótulos).em labels (rótulos).
MPLS pode ser implantado sobre redes ATM,MPLS pode ser implantado sobre redes ATM,
DWDM, FR, Ethernet e etc.DWDM, FR, Ethernet e etc.
O que éO que é MPLSMPLS??

Fácil implantação de Engenharia de Tráfego;Fácil implantação de Engenharia de Tráfego;
Possibilidade de extensão para controle dasPossibilidade de extensão para controle das
futuras redes óticas de transporte (Multiprotocolfuturas redes óticas de transporte (Multiprotocol
Lambda Switching);Lambda Switching);
Baixo custo de implantação;Baixo custo de implantação;
Possibilidade de implantação incremental.Possibilidade de implantação incremental.
PorquePorque MPLSMPLS??

Desenvolvimento das operadoras nos anos: 2000/2001Desenvolvimento das operadoras nos anos: 2000/2001
67 67
22
58
0
44
0
11
0 0
0
10
20
30
40
50
60
70
ATM MPLS DIFSERV CISCO
TAG
RSVP
2000
2001
Fonte: Bill Mitchael, “MPLS: Breaking Through, a Status Reporter”, Network Magazine.
http:/www.computertelefony.com/article/CTM20010425S0001.

CaracterísticasCaracterísticas
agilidade no encaminhamento de pacotes;agilidade no encaminhamento de pacotes;
implementação de orientação à conexão em redesimplementação de orientação à conexão em redes
IP;IP;
suporte as arquiteturas de IP QoS como o IntServ esuporte as arquiteturas de IP QoS como o IntServ e
DiffServ;DiffServ;
Interoperabilidade de redes com tecnologiasInteroperabilidade de redes com tecnologias
heterogêneas;heterogêneas;
independência da tecnologia de camada de ligaçãoindependência da tecnologia de camada de ligação
de rede e protocolos da camada de rede;de rede e protocolos da camada de rede;
suporte a implementação de VPN em ambientes desuporte a implementação de VPN em ambientes de
grande escala, com simplificação de gerenciamento,grande escala, com simplificação de gerenciamento,
incremento de desempenho e suporte a IP QoS.incremento de desempenho e suporte a IP QoS.

Princípios e ComponentesPrincípios e Componentes
Adicionar mecanismos orientados a conexão aos protocolos de redesAdicionar mecanismos orientados a conexão aos protocolos de redes
sem conexão;sem conexão;
>> Identificar caminhos pré-definidos na rede entre dois pontos de>> Identificar caminhos pré-definidos na rede entre dois pontos de
extremidade;extremidade;
>> Um rótulo é associado a cada caminho;>> Um rótulo é associado a cada caminho;
>> Um caminho é chamado de LSP (Label-Switched Path);>> Um caminho é chamado de LSP (Label-Switched Path);
Em cada ponto de entrada da rede, um roteador LER(Label-SwitchedEm cada ponto de entrada da rede, um roteador LER(Label-Switched
Router) examina o pacote para determinar o LSP;Router) examina o pacote para determinar o LSP;
>> O LSR de Entrada (ILER) adiciona um header MPLS antes do>> O LSR de Entrada (ILER) adiciona um header MPLS antes do
Pacote;Pacote;
Os LSR’s internos ao domínio MPLS enviam o pacote de acordo comOs LSR’s internos ao domínio MPLS enviam o pacote de acordo com
o rótulo e definem o novo rótulo;o rótulo e definem o novo rótulo;
O LSR de saída (ELER) retira o rótulo e envia o pacote ao seuO LSR de saída (ELER) retira o rótulo e envia o pacote ao seu
destino de acordo com a tecnologia IP tradicional.destino de acordo com a tecnologia IP tradicional.

ILERILER –– LSRLSR
de entradade entrada
ELERELER –– LSRLSR
de saídade saída
LSR’sLSR’s
LSP’sLSP’s
LSP’sLSP’s – caminhos que os pacotes percorrem de um Roteador a outro.– caminhos que os pacotes percorrem de um Roteador a outro.
DomínioDomínio
MPLSMPLS

FEC (Forwarding Equivalent Class)FEC (Forwarding Equivalent Class)
(Classe de Equivalência de Encaminhamento - CEE)(Classe de Equivalência de Encaminhamento - CEE)
Um conjunto de pacotes a ser tratado de formaUm conjunto de pacotes a ser tratado de forma
equivalente para fins de encaminhamento;equivalente para fins de encaminhamento;
São todos enviados ao mesmo próximo salto;São todos enviados ao mesmo próximo salto;
Uma FEC é definida por um rótulo.Uma FEC é definida por um rótulo.

Tabelas de encaminhamentoTabelas de encaminhamento
O MPLS utiliza dois tipos de tabelas que fazemO MPLS utiliza dois tipos de tabelas que fazem
mapeamentos distintos:mapeamentos distintos:
 Mapeamento FTN (FEC TO NHLFE)Mapeamento FTN (FEC TO NHLFE)
 Mapeamento ILM (Incoming Label Map)Mapeamento ILM (Incoming Label Map)
Cada entrada é chamada de NHLFE (Next Hop LabelCada entrada é chamada de NHLFE (Next Hop Label
Forwarding Entry)Forwarding Entry)
 O roteador que é o próximo salto do pacote;O roteador que é o próximo salto do pacote;
 Uma operação a ser realizada na pilha de rótulos doUma operação a ser realizada na pilha de rótulos do
pacote (substituição, empilhamento ou retirada);pacote (substituição, empilhamento ou retirada);
 Outras informações relevantes, como os níveis de QoSOutras informações relevantes, como os níveis de QoS
associados ao pacote.associados ao pacote.

Troca de RótuloTroca de Rótulo
Na chegada de um pacote num LSR podem ocorrer duas situações:Na chegada de um pacote num LSR podem ocorrer duas situações:
acote recebido é rotulado:acote recebido é rotulado:
o LSR utiliza o ILM–Incoming Label Map (Mapa dos Rótulos de Entrada)o LSR utiliza o ILM–Incoming Label Map (Mapa dos Rótulos de Entrada)
para mapear o rótulo para um NHLFE;para mapear o rótulo para um NHLFE;
II - pacote recebido não é rotulado:II - pacote recebido não é rotulado:
> o LSR utiliza o FTN (FEC-to-NHLFE), para encaminhar cada FEC para> o LSR utiliza o FTN (FEC-to-NHLFE), para encaminhar cada FEC para
uma NHLFE;uma NHLFE;

NHLFENHLFE
NHLFENHLFE
NHLFENHLFE
NHLFENHLFE
NHLFENHLFE
NHLFENHLFE
adicionaadiciona
rótulorótulo
trocatroca
rótulorótulo
retiraretira
rótulorótulo
LERLER
INGRESSOINGRESSO
LERLER
EGRESSOEGRESSO
LSRLSR
Mapeamento FTNMapeamento FTN Mapeamento ILMMapeamento ILM
FECFEC rótulorótulo
DomínioDomínio
MPLSMPLS
EncaminhamentoEncaminhamento MPLSMPLS
DadosDados 100.138.15.1100.138.15.1
100100DadosDados 100.138.15.1100.138.15.1
1515DadosDados 100.138.15.1100.138.15.1
DadosDados 100.138.15.1100.138.15.1

Arquitetura MPLSArquitetura MPLS
Componentes Básicos:Componentes Básicos: (RFC-3031)(RFC-3031)
Componente de Encaminhamento:Componente de Encaminhamento:
Encaminhamento dos pacotes de umaEncaminhamento dos pacotes de uma
certa entrada para uma certa saída de umcerta entrada para uma certa saída de um
roteador ou switch.roteador ou switch.
Componente de Controle:Componente de Controle:
Criação e manutenção da Tabela deCriação e manutenção da Tabela de
Encaminhamento.Encaminhamento.

Componente de ControleComponente de Controle
responsável pela distribuição de informações deresponsável pela distribuição de informações de
roteamento entre os LSR’s;roteamento entre os LSR’s;
além do roteamento convencional os seguintesalém do roteamento convencional os seguintes
procedimentos são executados por um LSR.procedimentos são executados por um LSR.
[Davie 2000]:[Davie 2000]:
criação de ligações entre etiquetas e as Classes de Equivalência decriação de ligações entre etiquetas e as Classes de Equivalência de
Encaminhamento (FEC’s);Encaminhamento (FEC’s);
distribuição de informação para os demais LSR’s destas ligaçõesdistribuição de informação para os demais LSR’s destas ligações
criadas;criadas;
construir e manter as tabelas de encaminhamento utilizadas pelaconstruir e manter as tabelas de encaminhamento utilizadas pela
componente de encaminhamento.componente de encaminhamento.

É um identificador de tamanho curto e fixo que serve como umÉ um identificador de tamanho curto e fixo que serve como um
índice para o próximo endereço de roteamento.índice para o próximo endereço de roteamento.
O rótulo é inserido no cabeçalho do pacote, quando na entrada doO rótulo é inserido no cabeçalho do pacote, quando na entrada do
domínio MPLS, e é a peça chave da Componente dedomínio MPLS, e é a peça chave da Componente de
Encaminhamento.Encaminhamento.
Rótulo (Label)Rótulo (Label)
Um Rótulo nativo eventual de nível 2 pode ser utilizado.Um Rótulo nativo eventual de nível 2 pode ser utilizado.
VPI/VCI (ATM), DLCI (Frame Relay), largura de onda (DWDM)VPI/VCI (ATM), DLCI (Frame Relay), largura de onda (DWDM)
MPLS define uma estrutura para rotular datagramas - Shim Header.MPLS define uma estrutura para rotular datagramas - Shim Header.
Operações com os Rótulos:Operações com os Rótulos:
Swap (nos LSR), push (no ingress LER), pop (no egress LER)Swap (nos LSR), push (no ingress LER), pop (no egress LER)

CabeçalhoCabeçalho
N2N2
N2N2
HeaderHeader
MPLSMPLS
HeaderHeader
MPLSMPLS
N3N3
N3N3
PDUPDUPDUPDU
Rótulo (20 bits)Rótulo (20 bits) EXP (3 bits)EXP (3 bits) B (1 bit)B (1 bit) TTL (8 bits)TTL (8 bits)
Label (Rótulo):Label (Rótulo): número de 20 bits;número de 20 bits;
S:S: O campo S (stack-pilha) indica o início/fim de uma pilha de rótulosO campo S (stack-pilha) indica o início/fim de uma pilha de rótulos
hierárquicos;hierárquicos;
EXP:EXP: O campo Exp (experimental) ainda está em processo de padronização,O campo Exp (experimental) ainda está em processo de padronização,
mas é utilizado com intuito de classificar os pacotes em classes de serviços;mas é utilizado com intuito de classificar os pacotes em classes de serviços;
TTL:TTL: O campo TTL, implementa o “time to live”, necessário para manterO campo TTL, implementa o “time to live”, necessário para manter
compatibilidadecompatibilidade com ferramentas de diagnóstico de rede e detectar o loop.com ferramentas de diagnóstico de rede e detectar o loop.
Rótulo (20 bits)Rótulo (20 bits)Rótulo (20 bits)Rótulo (20 bits) EXP (3 bits)EXP (3 bits)EXP (3 bits)EXP (3 bits) S (1 bit)S (1 bit)S (1 bit)S (1 bit) TTL (8 bits)TTL (8 bits)TTL (8 bits)TTL (8 bits)
RótuloRótulo
HeaderHeader
MPLSMPLS
HeaderHeader
MPLSMPLS
- - -- - -- - -- - -

Os 20 primeiros bits representam a identificação do rótulo. Este valorOs 20 primeiros bits representam a identificação do rótulo. Este valor
é usado para determinar como um pacote será encaminhado.é usado para determinar como um pacote será encaminhado.
Há vários valores de rótulo reservados [RFC 3032]:
Um valor de 0 representa o “IPv4 Rótulo NULO Explícito”. - ao fundo da
pilha de rótulo indica que a pilha deve ser estourada;
Um valor de 1 representa o “Rótulo de Alerta do Roteador”. - qualquer
lugar na pilha de rótulo exceto ao fundo. - ao topo da pilha de rótulo, o
pacote é entregue a um módulo de software local para processar;
Um valor de 2 representa o “IPv6 Rótulo NULO Explícito”;
Um valor de 3 representa o “Rótulo NULO Implícito”. - um LSR pode
nomear e pode distribuir, mas nunca de fato aparece no encapsulamento;
Os valores de 4 ao 15 estão reservados.

Pilha de RótulosPilha de Rótulos
Cabeçalho N2Cabeçalho N2 11 NN PDUPDUCabeçalho N3Cabeçalho N3
Rótulo = #XRótulo = #X ExpExp S=1S=1 TTLTTL
Rótulo = #YRótulo = #Y ExpExp S=0S=0 TTLTTL
NN
11
PilhaPilha
Topo da pilha – Decisão de encaminhamentoTopo da pilha – Decisão de encaminhamento
Quando um LSR de Borda (LER) insere mais de um rótulo num pacote, temos um
empilhamento de rótulos (último inserido é o primeiro a ser removido). [RFC 3032].

Domínio Externo
Domínio Interno
R1 R2 R21 R22 R3 R4 R5
L11 L21 L22 L13
LSP R2 -> R3
LSP R1 -> R5
L11
L12
L21
L12
L22 L12 L13
Empilhamento de Rótulos: Túneis e HierarquiasEmpilhamento de Rótulos: Túneis e Hierarquias

Protocolos para Distribuição de RótulosProtocolos para Distribuição de Rótulos
MPLS não impõe um protocolo específico para distribuição de
rótulos (associações rótulo-FEC).
Alguns protocolos já existentes foram estendidos para esta tarefa: oAlguns protocolos já existentes foram estendidos para esta tarefa: o
protocolo de roteamento BGP para MPLS e RSVP.protocolo de roteamento BGP para MPLS e RSVP.
Existe um protocolo específico para distribuição de rótulos emExiste um protocolo específico para distribuição de rótulos em
redes MPLS:redes MPLS: LDPLDP (( Label Distribution ProtocolLabel Distribution Protocol).). (RFC-3036/3037)(RFC-3036/3037)
Existem basicamente duas estratégias para distribuição de rótulos
em uma rede MPLS:
1. adicionar capacidade de distribuição de rótulos a um protocolo já
existente;
2. conceber um novo protocolo para distribuição de rótulos.

Label Distribution ProtocolLabel Distribution Protocol
A especificação LDP define quatro categorias de mensagens que sãoA especificação LDP define quatro categorias de mensagens que são
trocadas entre os LSR’s:trocadas entre os LSR’s:
de descoberta: para anunciar a presença de um LSR conectado ao
enlace;
de sessão: para estabelecer, manter e terminar sessões LDP entre
dois LSR’s vizinhos;
de anuncio: para criar, alterar e suprimir associações rótulo/FEC;
de notificação: para prover informações de estado e sinalizar a
ocorrência de erros.
LDP é um conjunto de procedimentos e mensagens através das quais um LSR
informa a outro LSR do mapeamento entre rótulos e fluxos que ele tem feito.
[Andersson].

LDP
TCP UDP
Sessão;
Anuncio;
Notificação.
Descoberta.
Mensagens de descoberta são transportadas através de UDP; as
demais através de TCP.

LDP HelloLDP Hello
Mecanismo de Descoberta:Mecanismo de Descoberta:
Realizada a Descoberta os LSR’s vizinhos estabelecem uma ConexãoConexão
de Transportede Transporte (TCP porta 646). Esta conexão será utilizada para
transporte de todas as demais mensagens LDP.
Uma vez estabelecida a Conexão de Transporte, os LSR’s tentam
estabelecer uma Sessão LDPSessão LDP (tornando-se LSR pares).
Estabelecimento de Conexão de Transporte (TCP):Estabelecimento de Conexão de Transporte (TCP):
Estabelecimento de Sessão:Estabelecimento de Sessão:
Upstream LSRUpstream LSR Downstream LSRDownstream LSR

Estabelecimento de Sessão - cont:Estabelecimento de Sessão - cont:
O LSR ativo envia uma mensagem de Inicialização contendo
informações como:
versão do protocolo (1);
forma de distribuição de rótulos;
tamanho máximo para PDU’s;
intervalo para envio de mensagens KeepAlive.
Uma vez estabelecida a Sessão a mesma entra em fase ativa,
onde se dá a distribuição de rótulos.

Estabelecimento de Sessão - cont:Estabelecimento de Sessão - cont:
Descoberta LDP Hello
Conexão de
Transporte
TCP SYN
TCP ACK
Estabelecimento
de Sessão
LDP Initialization
Diagrama de seqüência UML para estabelecimento de Sessão.Diagrama de seqüência UML para estabelecimento de Sessão.

Manutenção e Encerramento de Sessão:Manutenção e Encerramento de Sessão:
Manutenção de
Vizinhança LDP Hello
Manutenção de
Sessão
LDP KeepAlive
LDP Notification
Estabelecimento de
Sessão por Timeout
LDP Shutdown
Encerramento
Unilateral de Sessão
Diagrama de seqüência para Manutenção e Encerramento de Sessão.Diagrama de seqüência para Manutenção e Encerramento de Sessão.

Distribuição e Gerência de RótulosDistribuição e Gerência de Rótulos
Sessão LDP
LSR1 LSR2 LSR3 LSR4
LABEL_REQUEST
FEC
Hop Count = 1
Path Vector = {LSR 1 }
LABEL_REQUEST
FEC
HC = 2
PV = {LSR 1 , LSR 2 }
LABEL_REQUEST
FEC
HC = 3
PV = {LSR 1 , LSR 2 , LSR 3 }
LABEL_MAPPING
FEC
R = 456
ID = 7659
HC = 1
LABEL_MAPPING
FEC
R = 263
ID = 4531
HC = 3
LABEL_MAPPING
FEC
R = 78
ID = 8657
HC = 2
Diagrama de seqüência para mensagem de requisição e mapeamento de rótulo.Diagrama de seqüência para mensagem de requisição e mapeamento de rótulo.

Supressão de Associação de rótulo a uma FEC.Supressão de Associação de rótulo a uma FEC.
Sessão LDP
LSR1 LSR2 LSR3 LSR4
LABEL_RELEASELABEL_RELEASE
LABEL_ WITHDRAWLABEL_ WITHDRAW
FEC
R = 456
LABEL_ WITHDRAWLABEL_ WITHDRAW
FEC
R = 263
LABEL_WITHDRAWLABEL_WITHDRAW
FEC
R = 78
Diagrama de seqüência para suprimir associações rótulo-FEC.Diagrama de seqüência para suprimir associações rótulo-FEC.

Cabeçalho LDP.Cabeçalho LDP.
Version 16-bits - contém o número de versão do protocolo;
PDU Length 16-bits - comprimento total deste PDU – excluindo versão e
comprimento do campo – máximo 4096 bytes;
LDP Identifier (LDP ID) 48-bits - identifica exclusivamente o espaço de
rótulo enviado ao LSR para o qual este PDU aplica.
2 octetos 2 octetos
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Version PDU Length
LDP Identifier
Trocas de mensagens LDP são realizadas enviando PDU’s (Unidades de
Dados de Protocolo) LDP que são codificados no padrão TLV (type-length-
value).

2 octetos 2 octetos
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Type LengthU F
Value
Codificação TLV (Type-Length-Value)Codificação TLV (Type-Length-Value)
U - bit de TLV desconhecida;
F - bit de envio de uma TLV desconhecida;
Type - define o tipo de mensagem;
Length - especifica o comprimento do campo Value em octetos;
Value - campo de tamanho variável com a informação para ser
interpretado como especificado pelo campo Type.

Formato de Mensagem LDPFormato de Mensagem LDP
U Message Type
Mandatory Parameters
Optional Parameters
0 15 31
Message Length
Message ID
U bit:U bit: Bit de mensagem desconhecida;
Message type:Message type: Este campo identifica o tipo de mensagem;
Message lenght:Message lenght: Especifica o comprimento cumulativo em octetos da
Mensagem ID, Parâmetros obrigatórios, e Parâmetros Opcionais;
Message ID:Message ID: Usado pelo LSR de origem para facilitar a identificação de
mensagens de notificação que podem aplicar para esta mensagem;
Mandatory Parameters:Mandatory Parameters: Comprimento variável para fixar parâmetros
obrigatórios da mensagem;
Optional Parameters:Optional Parameters: Comprimento variável para fixar parâmetros
opcionais da mensagem.

0 Hello (0x0100)
Common Hello Parameters TLV
Optional Parameters
0 15 31
Message Length
Message ID
Hello Message.Hello Message.
Message ID:Message ID: 32 bits usados para identificar a mensagem;
Common Hello Parameters TLV:Common Hello Parameters TLV: especifica os parâmetros comuns das
mensagens Hello;
Optional Parameters:Optional Parameters: Comprimento variável para fixar parâmetros
opcionais da mensagem.- Ex.: Endereço Transp. IPv4, IPv6.

Common Hello Parameters TLVCommon Hello Parameters TLV
Hold Time:Hold Time: tempo de espera em segundos que o LSR emissor manterá o registro
de Hellos do receptor sem receber outro Hello;
T, Targeted HelloT, Targeted Hello:: T=1  Hello com destino. T=0  Hello de enlace;
R, Request Send Targeted Hellos:R, Request Send Targeted Hellos: R=1 solicita hellos periodicamente com
destino a fonte. R=0 não há pedido;
Reserved: fixado em zero para TX e ignorado em RX.
0 0 Common Hello Params(0x0400) Length
Hold Time T R Reserved

NotificationNotification
HelloHello
InitializationInitialization
KeepAliveKeepAlive
AddressAddress
Address WithdrawAddress Withdraw
Label MappingLabel Mapping
Label RequestLabel Request
Label Abort RequestLabel Abort Request
Label WithdrawLabel Withdraw
Label ReleaseLabel Release
Os tipos de mensagem que estão definidos nesta versão de LDPOs tipos de mensagem que estão definidos nesta versão de LDP

Roteamento de LSP’s
É o processo através do qual a rota de um LSP é determinada por
ocasião de seu estabelecimento.
Existem duas maneiras de roteamento de LSP’s:
Roteamento hop-by-hop: cada LSR é autônomo na escolha do próximo
LSR da rota.
Roteamento com restrição: a rota do LSP é determinada (total ou
parcialmente), através de ação de gerência ou configuração.
Funcionamento BásicoFuncionamento Básico

1a. Protocolos de roteamento existentes(como OSPF, IS-IS)1a. Protocolos de roteamento existentes(como OSPF, IS-IS)
estabelece acesso para rede de destino;estabelece acesso para rede de destino;
1b. Protocolo de Distribuição de Rótulo(LDP) estabelece destino1b. Protocolo de Distribuição de Rótulo(LDP) estabelece destino
de rótulo;de rótulo;
2. LSR de extremidade de entrada(LER)2. LSR de extremidade de entrada(LER)
recebe pacote da camada 3 e adicionarecebe pacote da camada 3 e adiciona
rótulo ao pacote;rótulo ao pacote;
3. LSR – comuta a troca3. LSR – comuta a troca
de rótulo nos pacotes;de rótulo nos pacotes;
4. LSR de extremidade4. LSR de extremidade
de saída(LER) –de saída(LER) –
remove o rótulo eremove o rótulo e
entrega o pacote.entrega o pacote.
PacotePacote
RótuloRótulo

PrefixoPrefixo Etiq. SEtiq. S
Introdução
de
Etiqueta
Introdução
de
Etiqueta
Etiq. EEtiq. E Etiq. SEtiq. S
Retirada
de
Etiqueta
Retirada
de
Etiqueta
Troca deTroca de
EtiquetasEtiquetas
Troca deTroca de
EtiquetasEtiquetas
Troca deTroca de
EtiquetasEtiquetas
Troca deTroca de
EtiquetasEtiquetas
Transporte
Nível 2
Transporte
Nível 2
LSRLSR LSRLSR
LER de IngressoLER de Ingresso
(Entrada no domínio MPLS)(Entrada no domínio MPLS)
LER de EgressoLER de Egresso
(Saída do domínio MPLS)(Saída do domínio MPLS)Domínio MPLSDomínio MPLS
55 22 ----
55 99 99 22
212.95.193.1212.95.193.155 99 22
212.95/16212.95/16
212.95.193.1212.95.193.1

1111
2222
3333
4444
5555
6666Etiq. = 45Etiq. = 45Etiq. = 45Etiq. = 45
Etiq. = 22Etiq. = 22Etiq. = 22Etiq. = 22
LSRLSR
Tabela de encaminhamento MPLSTabela de encaminhamento MPLS
Porta EPorta E Porta SPorta SEtiq. EEtiq. E Etiq. SEtiq. S
2
3
--
5
6
--
-- --
51
15
--
37
34
--
-- --
3333 45454545 22222222 4444

Evolução das redes:Evolução das redes:
mapeamento dos fluxos de tráfego baseado nos IGP’s (Internet
Gateway Protocols);
característica: envio do tráfego pelo caminho mais curto;
tendência de congestionamento nos enlaces → aumento da
capacidade dos enlaces;
Crescimento da rede → demanda de uma maior eficiência no uso
dos recursos;
Necessidade de uma abordagem mais sistemática → requisitos
mais rígidos de controle da rede;
Engenharia de TráfegoEngenharia de Tráfego
Técnicas de Engenharia de Tráfego no backbone IP podem contribuir
de forma significativa para a evolução da rede.

Realiza o mapeamento dos fluxos de tráfego em uma infra-
estrutura física de transporte de modo a atender critérios
definidos pela operação da rede;
Permite mover o tráfego para caminhos diferentes do caminho
mais curto determinado pelo IGP;
Classificada como uma atividade complementar à infra-estrutura
de roteamento.
Conceitos:Conceitos:

Benefícios:Benefícios:
Evitar pontos de congestionamento;
Reroteamento rápido do fluxo no caso de falhas;
Uso mais eficiente da banda disponível;
Redução dos custos operacionais da rede;
Redução do jitter;
Maximização do throughput.

Engenharia de Tráfego & InternetEngenharia de Tráfego & Internet
Maior problema para a oferta de QoS:Maior problema para a oferta de QoS:
CONGESTIONAMENTOCONGESTIONAMENTO
Razões para a ocorrência de congestionamento:
carência de recursos (ex: banda);
má distribuição na utilização dos recursos.
No caso da carência de recursos → atualização da infra-estrutura.
Má distribuição no uso dos recursos → Engenharia de Tráfego.

Congestionamento pelo caminho mais curtoCongestionamento pelo caminho mais curto
Roteador #1 Roteador #2 Roteador #3
Roteador #5 Roteador #4
Congestionamento
Caminho mais curto
LSP
Roteador #1 Roteador #2 Roteador #3
Roteador #5 Roteador #4

Congestionamento pelo caminho mais curtoCongestionamento pelo caminho mais curto
Extensões aos protocolos de roteamento permitem a
realização de algum grau de engenharia de tráfego.
não elimina o congestionamento pois não leva em
conta o estado dos enlaces.
OSPF: rotas com pesos iguais para um mesmo destino
→ balanceamento de tráfego;

Engenharia de Tráfego no IPEngenharia de Tráfego no IP
Utilização do MPLS como forma de integrar a capacidade de
Engenharia de Tráfego no plano de controle do IP.
Podemos organizar os componentes da ET associados ao MPLS
nos seguintes elementos:
Encaminhamento dos pacotes;
Distribuição das informações;
Seleção do caminho;
Sinalização.

Encaminhamento dos pacotes:
• o caminho físico de um LSP não é limitado ao caminho mais
curto;
distribuição das informações:
• conhecer a topologia da rede / informações dinâmicas
sobre a carga da rede;
• extensões ao OSPF (novos LSA’s - Link State
Advertisements) e ao IS-IS (novos TLV’s – Type Length
Values);

Seleção do caminho:
• baseada em um algoritmo do tipo CSPF (Constrained Shortest
Path First) utilizado pelo CBR (Constraint Based Routing);
• o caminho para o LSP é determinado levando em conta as
restrições da rede e os atributos do LSP.
Sinalização:
• responsável pelo estabelecimento do LSP e distribuição dos
rótulos: CR-LDP e RSVP-TE.

Roteamento Baseado em Restrições (CBR)Roteamento Baseado em Restrições (CBR)
O IGP utiliza o algoritmo SPF – seleção da rota com menor custo.O IGP utiliza o algoritmo SPF – seleção da rota com menor custo.
Conserva os recursos da rede mas causa os seguintes problemas:Conserva os recursos da rede mas causa os seguintes problemas:
rotas de diferentes origens podem se sobrepor em alguns enlaces
provocando congestionamento;
o tráfego pelo menor caminho pode exceder a capacidade da rota;
• rotas alternativas mais longas podem possuir capacidade
suficiente!

Com a utilização do CBR o processo deCom a utilização do CBR o processo de ETET é aprimorado.é aprimorado.
permite a seleção de rotas diferentes das obtidas pelo SPF
baseado nas restrições estabelecidas;
otimiza a utilização dos recursos e do desempenho da rede de
maneira integrada em um só algoritmo.

Em linhas gerais o CBR deve determinar rotas que satisfaçam:Em linhas gerais o CBR deve determinar rotas que satisfaçam:
os atributos associados aos Troncos de Tráfego (banda,
prioridade, afinidade, etc.);
os atributos associados aos recursos de rede (banda, política
administrativa, etc.).
No caso mais simples o algoritmo apenas tenta achar rotas para
todos os Troncos de Tráfego (Traffic Trunks – TT’s);

Principais objetivosPrincipais objetivos
orientado a recursos: otimização dos recursos da rede - banda é o
recurso mais importante;
orientado a tráfego: aspectos relacionados à QoS;
agregação de tráfego: Troncos de Tráfego ( Traffic Trunks) -
agregados de tráfego pertencentes à mesma classe
troncos de tráfego são objetos roteáveis, unidirecionais e
distintos dos LSP’s.

MPLS e Engenharia de TráfegoMPLS e Engenharia de Tráfego
Para tornar possível aPara tornar possível a ETET no MPLS, os seguintes elementos sãono MPLS, os seguintes elementos são
necessários:necessários:
conjunto de atributos associados aos TT’s e que especificam suas
características comportamentais;
conjunto de atributos associados aos recursos de rede que regula a
participação dos mesmos nos LSP’s;
ambiente para implementação de CBR usado para selecionar caminhos
para os TT’s.

Vantagens do MPLS para Eng. de Tráfego:Vantagens do MPLS para Eng. de Tráfego:
Permite esquemas sofisticados de roteamento baseados no
estabelecimento de LSP’s explicitamente roteados;
Mapeamento de Troncos de Tráfego em LSP’s;
Projeto e arquitetura de rede mais simples do que o Modelo
Sobreposto ( Overlay);
Menor custo;
Permite agregação e desagregação de tráfego;
Relativamente simples de integrar CBR.

O uso de CBR permite que as seguintes características essenciais àO uso de CBR permite que as seguintes características essenciais à
E.T.E.T. sejam implementadas:sejam implementadas:
atributos podem ser atribuídos a TT’s que modulam seus
comportamentos;
atributos podem ser atribuídos a recursos da rede que regulam a
sua utilização por TT’s.

Esquemas de roteamento do tipo CBR devem atender os seguintesEsquemas de roteamento do tipo CBR devem atender os seguintes
requisitos:requisitos:
encontrar uma solução p/ o mapeamento dos LSP’s na infra-
estrutura física atendendo as restrições ou sinalizar a
impossibilidade;
escalabilidade → a freqüência de cálculo das rotas não deve ser
alta;
possuir mecanismo para disseminação das informações de
estado da rede .

Os atributos que governam os LSP’s escolhidos para os TT’s naOs atributos que governam os LSP’s escolhidos para os TT’s na
estrutura física da rede se dividem em dois grupos:estrutura física da rede se dividem em dois grupos:
Atributos dos Recursos e Atributos do Tráfego.Atributos dos Recursos e Atributos do Tráfego.
Maximum Allocation Multiplier: define a proporção do recurso que
está disponível para alocação a LSPs;
Classe de recurso: particiona os recursos em classes - valores
definidos administrativamente e usados para implementação de
políticas gerais.
Atributos dos Recursos de Rede:Atributos dos Recursos de Rede:

CBR - Atributos do TráfegoCBR - Atributos do Tráfego
Banda: mínimo de banda reservável que o tráfego do TT/LSP
necessita;
Atributo do caminho: se o caminho para o LSP deve ser especificado
manualmente ou calculado pelo CBR;
Prioridade: indica a preferência no caso de múltiplos LSP’s
competirem por um mesmo recurso;
Prioridade de manutenção: indica se um LSP pode ser preemptado;
Afinidade (cor): que classes de recursos podem ser incluídas no
caminho para o LSP;
Adaptabilidade: permite ou não a mudança do LSP quando um
caminho melhor torna-se disponível;
Resiliência: define se um LSP pode ser reroteado ou não em caso de
falha de algum elemento do caminho.

CBR e E.T. em Redes MPLSCBR e E.T. em Redes MPLS
Decomposta em quatro componentes:Decomposta em quatro componentes:
1. Gerenciamento de caminhos;
2. Atribuição de tráfego a LSP’s;
3. Disseminação da informação do estado da rede;
4. Gerenciamento da rede.

1. Gerenciamento de Caminhos1. Gerenciamento de Caminhos
a) Seleção de caminho:
Determina rota explícita no nó de origem do túnel LSP;
Rota é uma seqüência de nós abstratos (nós ou grupos de nós);
Rota pode ser estrita ou relaxada ( loose);
CBR pode ser usado para automatizar a Eng. de Tráfego.
b) Estabelecimento do caminho (LSP):
protocolo de sinalização para estabelecer o caminho de um LSP:
RSVP-TE & CR-LDP;
c) Manutenção do caminho:
inclui o monitoramento, finalização de LSP’s e reroteamento de
LSP’s.

2. Atribuição de tráfego a LSP’s
Particionamento do tráfego ingressante (classificação);
Alocação do tráfego aos LSP’s existentes.
balanceamento de carga;
filtragem do tráfego (DiffServ/MPLS).
3. Disseminação da informação do estado da rede
distribuição da topologia e estado da rede no domínio MPLS;
usadas pelo CBR;
Extensão do OSPF e IS-IS.
4. Gerenciamento da Rede
Monitoramento de desempenho e contabilização;
Gerenciamento de configuração;
Gerenciamento de falhas.

O MPLS utiliza os mesmos paradigmasO MPLS utiliza os mesmos paradigmas
de encaminhamento de dadosde encaminhamento de dados
empregado pelo ATM:empregado pelo ATM:
MPLS sobre ATMMPLS sobre ATM
MPLSMPLS –– EtiquetaEtiqueta
ATMATM –– VPI/VCIVPI/VCI
MPLSMPLS –– EtiquetaEtiqueta
ATMATM –– VPI/VCIVPI/VCI
Não altera o hardware dos comutadores ATM;Não altera o hardware dos comutadores ATM;
Substituição do plano de controle do ATM, pela componente deSubstituição do plano de controle do ATM, pela componente de
controle da arquitetura MPLS;controle da arquitetura MPLS;
Para que a componente de controle do MPLS possa suportar aPara que a componente de controle do MPLS possa suportar a
tecnologia ATM alguns requisitos devem ser observados como:tecnologia ATM alguns requisitos devem ser observados como:
encapsulamento dos pacotes etiquetados em links ATM;encapsulamento dos pacotes etiquetados em links ATM;
detecção de loop e ajuste de TTL;detecção de loop e ajuste de TTL;
intercalação de células e VP-merge.intercalação de células e VP-merge.
O controle dos comutadores ATM pode ser executado por protocolosO controle dos comutadores ATM pode ser executado por protocolos
como OSPF, BGP, PIM, RSVP ao invés do UNI e PNNI.como OSPF, BGP, PIM, RSVP ao invés do UNI e PNNI.
O controle dos comutadores ATM pode ser executado por protocolosO controle dos comutadores ATM pode ser executado por protocolos
como OSPF, BGP, PIM, RSVP ao invés do UNI e PNNI.como OSPF, BGP, PIM, RSVP ao invés do UNI e PNNI.

EtiquetaEtiquetaGFCGFC VPIVPIVPIVPI VCIVCIVCIVCI PTIPTI CLPCLP HECHEC PDUPDU
EtiquetaEtiquetaEtiquetaEtiqueta
Encapsulamento de MPLS baseado no ATMEncapsulamento de MPLS baseado no ATM
Célula ATMCélula ATM

MPLS over an existing ATM networkMPLS over an existing ATM network
(White Paper – Nortel network – figura-8, pag. 9)(White Paper – Nortel network – figura-8, pag. 9)

Um dos campos onde a arquitetura MPLS se mostraUm dos campos onde a arquitetura MPLS se mostra
extremamente promissora é no suporte a implementação de redesextremamente promissora é no suporte a implementação de redes
virtuais privadas (VPN) de grande abrangência.virtuais privadas (VPN) de grande abrangência.
O MPLS atuando como mecanismo de encaminhamento dentro deO MPLS atuando como mecanismo de encaminhamento dentro de
um cenário de VPN provê agilidade, facilidade de gerenciamentoum cenário de VPN provê agilidade, facilidade de gerenciamento
para grandes redes e suporte a QoS, bem como suporte apara grandes redes e suporte a QoS, bem como suporte a
segurança.segurança.
MPLS e suporte a VPNMPLS e suporte a VPN

MPLS e suporte a VPNMPLS e suporte a VPN
Montando VPN’s com MPLSMontando VPN’s com MPLS

Pelas características de agilização no encaminhamento dePelas características de agilização no encaminhamento de
pacotes e sobretudo a capacidade de conferir orientação àpacotes e sobretudo a capacidade de conferir orientação à
conexão em redes IP, facilitando a implementação de técnicas deconexão em redes IP, facilitando a implementação de técnicas de
Engenharia de Tráfego (capacidade de se definir os caminhosEngenharia de Tráfego (capacidade de se definir os caminhos
por onde serão encaminhados os pacotes, através de políticaspor onde serão encaminhados os pacotes, através de políticas
de admissão ou ação de gerência) o MPLS desponta como umade admissão ou ação de gerência) o MPLS desponta como uma
tecnologia também promissora, no cenário dos grandestecnologia também promissora, no cenário dos grandes
“backbones” de rede, como a Internet.“backbones” de rede, como a Internet.
O MPLS surge como uma arquitetura emergente, queO MPLS surge como uma arquitetura emergente, que
representa o esforço de padronização do modelo derepresenta o esforço de padronização do modelo de
encaminhamento de pacotes baseados em etiquetas e que jáencaminhamento de pacotes baseados em etiquetas e que já
existe comercialmente, produzido por uma série de fabricantes.existe comercialmente, produzido por uma série de fabricantes.
Este esforço permitirá a interoperabilidade e compatibilidadeEste esforço permitirá a interoperabilidade e compatibilidade
necessária para compor os “backbones” que interconectarão anecessária para compor os “backbones” que interconectarão a
Internet2.Internet2.
ConclusãoConclusão

Le Faucheur et al (2001) Extensions to RSVP-TE and CR-LDP for support of Diff-Serv-aware MPLS Traffic Engineering. Internet Draft. February of 2001.
http://ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mpls-diff-you-reqts-00.txt
RFC 3107, Carrying Label Information in BGP-4. Y. Rekhter, E. Rosen. May 2001. ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc3107.txt
RFC 3063, MPLS Loop Prevention Mechanism. Y. Ohba, Y. Katsube, E. Rosen, P. Doolan. February 2001. ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc3063.txt
RFC 3037, LDP Applicability. B. Thomas, E. Gray. January 2001. ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc3037.txt
RFC 3036, LDP Specification. L. Andersson, P. Doolan, N. Feldman, A. Fredette, B. Thomas. January 2001. ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc3036.txt
RFC 3034, Use of Label Switching on Frame Relay Networks Specification. A. Conta, P. Doolan, A. Malis. January 2001. ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc3034.txt
RFC 3032, MPLS Label Stack Encoding. E. Rosen, D. Tappan, G. Fedorkow, Y. Rekhter, D. Farinacci, T. Li, A. Conta. January 2001.
ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc3032.txt
RFC 3031, Multiprotocol Label Switching Architecture. E. Rosen, A. Viswanathan, R. Callon. January 2001. ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc3031.txt
RFC 2917, A Core MPLS IP VPN Architecture. K. Muthukrishnan, A. Malis. September 2000. ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc2917.txt
RFC 2702, Requirements for Traffic Engineering Over MPLS. D. Awduche, J. Malcolm, J. Agogbua, M. O'Dell, J. McManus. September 1999.
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Le Faucheur, et all (2000). MPLS Suport of Differentiated Services. Internet Draft. Junho de 2000. http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mpls-diff-ext-05.txt.
E. Rosen, A. Viswanathan and R.Callon, "Multiprotocol Label Switching Architecture", Internet draft <draft-ietf-mpls-arch-06.txt>, Aug. 1999.
http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-mpls-arch-06.txt
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[Blake98] Blake, S., Black, D. L., Carlson, M., Davies, E., Wang, Z. e Weiss, W. (1998). An architecture for differentiated services, Internet RFC 2475
D. Awduche, L. Berger, D. Gan, T. Li, G. Swallow and V. Srinivasan, "Extension to RSVP for Traffic Engineering", Internet draft <draft-ietf-mpls-rsvp-lsp-tunnel-
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L. Andersson, P. Doolan, N. Feldman, A. Fredette and B. Thomas, “LDP Specification”, Internet draft <draft-ietf-mpls-ldp-06.txt>, Oct. 1999.
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T. Li, G. Swallow and D. Awduche, “IGP requirements for Traffic Engineering with MPLS”, Internet draft <draft-li-mpls-igp-te-00.txt>, Feb. 1999.
X. Xiao and L. Ni, "Internet QoS: A Big Picture", IEEE Network Magazine, March/April, pp. 8-18, 1999.
N. Shen and H. Smit, “Calculating IGP routes over Traffic Engineering LSPs”, Internet draft <draft-hsmitmpls- igp-spf-00.txt>, June 1999.
MPLS Forum, MPLS in the broadband IP Network. www.mplsforum.org.
REFERÊNCIAS
MPLSMPLS

MPLS –MPLS – José AristidesJosé Aristides Maio de 2003MPCOMP - UECEMPCOMP - UECE
MuitíssimoMuitíssimo
Obrigado!Obrigado!
FIMFIM
aristides@centec.org.br
MPLSMultiprot
ocol
Label Switchi
ng

MPLS: Uma alternativa para QoS e VPNs

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