MPLS – FLEXIBILIDADE, ECONOMIA E CONVERGÊNCIA MEDEIROS, MAYSA REGINA

AMPESSAN, DÉBORA A.

Faculdades Integradas Cândido Rondon Especialização em Computação Distribuída e Redes de Computadores

Cuiabá – Mato Grosso – Brasil maysa@senarmt.org.br

Universidade Federal de Santa Catarina Departamento de Informática e Estatística – INE

Curso de Pós-Graduação em Ciência da Computação - CPGCC Florianópolis – Santa Catarina – Brasil

ampessan@hotmail.com

Sumário: O rápido crescimento da Internet nos últimos anos e os recentes avanços na tecnologia vêm fazendo com que novos paradigmas de transmissão sejam vistos como a base para uma futura geração. Neste contexto, se destacam por apresentarem soluções mais inteligentes, eficientes e flexíveis do que as atuais. A Internet está se tornando o meio de comunicação preferido, e o crescimento de tráfego de dados é inevitável. Crescendo rapidamente aumenta a necessidade de tráfego interativo e o futuro tende trazer aplicações com mais demanda. A busca pela otimização e redução de custos favorece as pesquisas na área de TE (Engenharia de Tráfego), como também IP (Internet Protocol), QoS (Qualidade de Serviço), ATM (Asynchronous Transfer Mode) e MPLS (Multiprotocol Label Switching), dentre outras. Em geral este artigo engloba aspectos sobre a arquitetura MPLS. Palavras Chaves: MPLS, Redes de Computadores, Gerência de Redes, Roteamento, Aplicações Distribuídas e Internet.

1. INTRODUÇÃO A evolução no tratamento de informações não aconteceu somente na área de comunicação, equipamentos para processamento e armazenamento de informações também foram alvos de grandes invenções ao longo do nosso desenvolvimento. A introdução de sistemas de computadores na década de 1950 foi, provavelmente, o maior avanço do século. A transmissão de informação através de sistemas de comunicação pressupõe a passagem de sinais através de meios físicos de comunicação que compõem as redes. As propriedades físicas de meios físicos de transmissão e as características dos sinais transmitidos apresentam uma série de questões tecnológicas que influenciam na construção e no projeto de redes de computadores[11].

Os dados que atravessam a atual rede mundial têm de superar o desafio de percorrer uma ampla gama de tecnologias de comunicação modernas. Cada pacote é transportado, transmitido, copiado e mutilado tão freqüentemente durante sua breve vida que, às vezes, é impressionante o fato de ele realmente atingir seu destino. Mesmo assim, apesar de sua complexidade, as redes atuais são robustas e confiáveis. Isso é uma evidência do rápido avanço no desenvolvimento do hardware para comunicações, mas, talvez quase na mesma

proporção, do sucesso da adoção de uma abordagem de consenso em relação a aspectos de projeto por parte dos desenvolvedores[15].

A heterogeneidade de transporte hoje é grande e beneficia o desenvolvimento de novos paradigmas para Aplicações Distribuídas. O presente artigo tem com objetivo fazer uma avaliação nas definições da arquitetura MPLS, o que significa, suas vantagens e desvantagens e qual a sua finalidade.

2. MPLS É muito fácil esquecer que mesmo as tarefas mais simples se tornam complicadas pela necessidade de reduzir toda a comunicação a um único sinal trafegando por um fio de cobre ou algum outro meio de transmissão[15]. Comunicação indica a transferência de informação entre um transmissor e um receptor. A comunicação é feita por meio de comandos de programas que são codificados e transmitidos por sinais elétricos. O protocolo de comunicação é um programa de computador que, por meio de um conjunto de regras pré-programadas, permite a transferência de dados entre dois pontos, controlando o envio e recepção, checando a existência de erros na transmissão, confirmando o recebimento, fazendo o controle de fluxo de dados, endereçando as mensagens enviadas e controlando outros aspectos de uma transmissão[12].

O MPLS é uma arquitetura de encaminhamento de pacotes IP, baseadas em etiquetas, em padronização pelo Internet Engineering Task Force (IETF), que se mostra como uma tecnologia emergente a ser empregada nos ISP, como uma alternativa de suporte a qualidade de serviço (QoS), engenharia de tráfego e redes virtuais privadas (VPN)[6].

Como em todas as estruturas de encaminhamento de pacotes na camada de rede, a arquitetura MPLS é dividida em dois componentes básicos: componente de controle e componente de encaminhamento. Componente de Encaminhamento é responsável pelo efetivo encaminhamento dos pacotes de uma dada entrada para uma dada saída de um roteador ou switch. Para enviar os pacotes o componente de encaminhamento utiliza duas fontes de informação: uma tabela de encaminhamento, mantida pelo componente de controle, e a informação contida na etiqueta. Componente de controle é responsável pela construção e manutenção da tabela de encaminhamento. O componente de controle tem como função (a) distribuir informações de roteamento entre os LSR(Label Switch Router) que compõe um domínio MPLS e (b) os procedimentos (algoritmos) que estes roteadores utilizam para converter estas informações em tabelas de encaminhamento que são utilizadas pelo componente de encaminhamento[5].

O MPLS pode ser considerado uma tecnologia de comunicação com a finalidade de usar mais inteligentemente o roteamento dinâmico. O MPLS proporciona melhor performance e capacidade de criação de serviços para a rede. Pode ser utilizado para facilitar a integração de IP com ATM, pois é possível trabalhar com os roteadores MPLS em conjunto com os switches ATM com devida atualização, sem a necessidade de se definir vários circuitos virtuais para uma sub-rede ATM. A tecnologia MPLS pode ser usada sob qualquer protocolo de rede.

3. CARACTERÍSTICAS DO MPLS A arquitetura MPLS desponta como um emergente padrão em normatização pelo IETF. Entre as suas características mais notáveis podemos citar[5]:

• A agilidade no encaminhamento de pacotes proporcionada pela inspeção de etiquetas no denominado roteamento explícito, onde os pacotes são analisados somente na borda de um domínio MPLS;

• Implementação de orientação à conexão em redes IP, o que propicia a Engenharia de Tráfego;

• Suporte otimizado às arquiteturas de IP QoS como o IntServ (Serviços Integrados) e DiffServ (Serviço Diferenciado);

• Independência da tecnologia de camada de ligação de rede e protocolos da camada de rede, propiciando a integração e interoperabilidade em ambientes heterogêneos;

• Simplificação na interoperabilidade de redes IP não ATM e redes IP ATM, possibilitando o mapeamento de requisitos IP QoS em rede IP sobre ATM, pois tanto em redes não ATM como em redes ATM o MPLS pode atuar como arquitetura única de encaminhamento de pacotes;

• Suporte à implementação de VPN em ambientes de grande escala, com simplificação de gerenciamento, incremento de desempenho e suporte a IP QoS.

A característica mais atrativa do MPLS é permitir uma implementação de roteamento baseado em restrições (CR). CR é um pilar para muitas funções de engenharia de tráfego visando introduzir qualidade de serviços nas redes IP. MPLS já é disponibilizado pelos principais fabricantes em roteadores e comutadores de alto desempenho[3].

Uma das características marcantes do MPLS é a desassociação de transmissão do roteamento e a transmissão de Label Switching(arquitetura de suporte) ao encaminhamento de pacotes. O MPLS assegura escalabilidade e segurança e amplia o escopo de serviços agregados, garante maior privacidade e integridade dos dados, características que o uso do MPLS pode agregar à rede, resultando em uma maior variedade de serviços.

4 – FUNCIONAMENTO GERAL DO MPLS O MPLS sendo um novo modelo de transmissão e roteamento sua função principal é promover o envio de pacotes onde é realizada utilizando um rótulo de tamanho fixo, dinamizando este processo. Nas redes MPLS, os pacotes são rotulados assim que entram na rede, sendo encaminhados apenas com base no conteúdo desses rótulos. Capacitando os roteadores a decidir o encaminhamento mais adequado com base em tais rótulos, o MPLS evita o esquema de intenso processo de pesquisa de dados utilizado no roteamento convencional. Ao invés de um único rótulo, o MPLS permite que os pacotes de dados carreguem uma pilha de rótulo, segundo a ordem de que o último rótulo a ser colocado no pacote deve ser o primeiro rótulo a sair. Considerando a existência de pilhas de rótulo, o LSR(Label Switching Router) utiliza uma tabela chamada NHLFE(Next Hop Label Forwarding Entry), para determinar o procedimento de envio de um pacote qualquer. Às vezes o próximo nodo para enviar o pacote pode ser o próprio LSR emissor. Nesse caso o rótulo no topo da pilha deve ser necessariamente retirado, e então o pacote com o novo rótulo deve ser interpretado como se tivesse chegado por outro LSR. Pode ocorrer que após a retirada de um rótulo o pacote

fique apenas com o endereço IP nativo, que por sua vez é interpretado normalmente. Nota-se portanto que o MPLS, em certas situações, faz uso do roteamento IP convencional.

As transmissões em rede MPLS utilizam circuitos virtuais chamados LSPs(Label Switched Paths). Um LSP é determinado por uma coleção de roteadores que fazem a passagem dos pacotes. Cada LSP possui uma série de propriedades, de maneira que para um LSP <R1, ..., Rn> de nível m temos: O roteador R1 corresponde ao LSR inicial do LSP, responsável por colocar o rótulo inicial nos pacotes daquele LSP, gerando pilhas de rótulo de profundidade m. Para todo i, sendo 1 < i < n, qualquer pacote do LSP recebido por Ri deve ter a pilha de rótulos com profundidade de no mínimo m. Para todo i, sendo 1 < i < n, todo envio de Ri para R[i+1] deve seguir o procedimento MPLS. Isso implica a verificação do rótulo no topo da pilha do pacote em R1, checagem do NHLFE para aquele rótulo e a conseqüente passagem. Para todo i, sendo 1 < i < n, se um pacote for recebido e reenviado por um sistema S após ter sido enviado por Ri e antes de ter sido recebido por R[i+1], então a decisão de passagem em S não poderá usar o rótulo de nível m da pilha nem o cabeçalho do nível de rede. Isto só é possível se S for parte de uma subrede de comutação intermediária entre Ri e R[i+1]. S poderá fazer a passagem usando outras informações não descritas acima ou um rótulo em um nível superior na pilha MPLS. Nas LSPs de nível m muitas vezes o último LSR (também chamado de nodo “Egress”) recebe os pacotes com a pilha de labels de tamanho m-1. Como o último LSR que de fato precisa verificar o label correspondente ao nível do LSP para fazer a passagem é o LSR anterior ao Egress, ele pode desempilhar o label de nível m antes de envia-lo para o nodo final do LSP. Isto possui algumas vantagens práticas, porque o LSR Egress por convenção não poderá usar o label do nível m para realizar nenhum envio, portanto ele teria que desempilhar o label deste nível e verificar o seguinte para tanto. Então caso houvesse mais algum label na pilha ele o usaria para fazer um próximo envio. Caso contrário o LSR Egress poderá usar o próprio endereço de rede fazer o roteamento tradicional. Com o desempilhamento do label de nível m no penúltimo LSR do circuito esta redundância de operações no LSR Egress é evitada, conforme Figura 1.[8]

Fonte: (Um Estudo do MPLS e sua Importância para o REMA(2000)).

5 - CONCLUSÃO Com o MPLS as redes ficaram muito mais seguras, com melhor desempenho econômico, confiáveis, fáceis de administrar e de personalizar conforme as necessidades de cada cliente, além de possibilitar o uso de aplicações convergentes. O domínio é transparente, o roteamento é realizado uma única vez por pacote. Têm-se uma maior velocidade na busca na tabela de rótulos e redução de custos pela possibilidade de integração com muitas outras tecnologias. O MPLS permite a implementação de uma TE (Engenharia de Trafégo) eficaz como também uma série de atributos dos recursos e roteamento explícito. Tem a facilidade de se adaptar aos aumentos na utilização e no escopo da rede sem causar impacto na implementação. A aplicabilidade de MPLS para diferentes tipos de VPN (Virtual Private Networks) tem se destacado, tais como VPRN (Virtual Private Routed Networks) dentre outras. Futuramente o MPLS poderá ser utilizado para unificar o plano de controle dos diferentes equipamentos da rede ótica moderna. Soluções MPLS possibilitam a implementação de redes práticas, econômicas e interoperáveis, propiciando o uso mais adequado e racional da rede.

5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] GRAWAL, Shishir. IP Switching. Disponível em: http://www.cis.ohio-state.edu/~jan/cis788-97/ip_switching/. Acesso em 16 de set. 2002 [2] AROCA, Rafael V. Estudo sobre Qualidade de Serviço em Redes IP. Associação das Escolas Reunidas – ASSER, setembro de 2001. Disponível em: <http://www.geocities.com/rafaelaroca/qos/paper/ic.html> Acesso em 16 de set. 2002. [3] BADAN, T. A. C., Prado, R. C. M., Zagari, E. N. F., Cardozo, E. e Magalhães, M., Uma Implementação do MPLS para Redes Linux DCA - FEEC - UNICAMP, 19° Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores. Florianópolis, Santa Catarina, maio de 2001. [4] CEREDA, Ronaldo L. D. ATM: o futuro das redes. São Paulo-SP: Makron Books, 1997. [5] DAVIE, Bruce, Rekhter, Yakov. MPLS. technology and applications”. Morgan Kaufmann Publishers. 2000. [6] DIAS, Alexandre R. Análise da Arquitetura MPLS como Infra-Estrutura para Suporte aos Serviços Diferenciados. UFSC. Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Departamento de Informática e Estatística (INE), Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina, Gerência de Tecnologia de Informações (GTI), setembro de 2000. [7] DIAS, Alexandre R. Tutorial MPLS – Uma Arquitetura para suporte a QoS em Redes IP. UFSC. Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Departamento de Informática e Estatística (INE), Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina, Gerência de Tecnologia de Informações (GTI), setembro de 2000. [8] PINHEIRO, Ana J. F., Figueiredo, G., B., MICHELI, M. P., CARDOSO, C., G. Um Estudo do MPLS e sua Importância para o REMA. Projeto REMAv Salvador. Salvador-Bahia: abril de 2000. [9] ROBERTS, Jim. Tutorials Traffic Theory and Internet Traffic Engineering. Disponível em: <http://www.anatel.gov.br/index.asp?link=itc17/technicalprogramme.htm> Acesso em 16 de set. 2002. [10]. ROSEN, Eric C.; VISWANATHAN, Arun; CALLON, Ross. Multiprotocol Label Switching Architecture. IETF Internet draft, work in progress. Agosto 1999. [11] SOARES, Luiz F. G., Lemos, G., Colcher, S. Redes de Computadores: das LANs, MANs e WANs às redes ATM. Rio de Janeiro: Campus, 1995. [12] SOUSA, Lindeberg B. de. Redes de Computadores: Dados, Voz e Imagem. São Paulo: Érica, 1999. [13] SIMON, Errol. Distribuited Information System: from client/server to distributed multimedia. England: McGraw-Hill Publishing Company, 1996. [14] TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Campus, 1997. [15] ZACKER, Craig; DOYLE, Paul. Redes de Computadores: Configuração, Manutenção e Expansão. São Paulo-SP: Makron Books, 2000.