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Curso: MPLS Prof. Motoyama 1 MultiProtocol Label Switching - MPLS Prof. S. Motoyama

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Curso: MPLS Prof. Motoyama1

MultiProtocol Label Switching -MPLS

Prof. S. Motoyama

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Curso: MPLS Prof. Motoyama2

Rede IP Tradicional

ROTROT

ROT

ROTROT

ROT

ROT

ROT ROT

ROT

ROT - roteador ROT

Nuvem IP

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Curso: MPLS Prof. Motoyama3

Encaminhamento de pacotena rede tradicional

Roteador

Roteador

PrefixoEnderereço Int.

153.55 2

163.85 2

... Roteador

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

...

Roteador

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

163.85 2

...

153.55

1

2

2

163.85153.55.33.6 Dados

153.55.33.6 Dados

153.55.33.6 Dados

153.55.33.6 Dados

Pacote é enviado utilizandoendereço IP.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama4

MPLS - Elementos Básicos

LERLSR

LER

LERLER

LER

LER

LER

LSR LSR

LSR

LER - Label Edge RouterRoteador de borda- Classifica os pacotes- Rotula os pacotes

LSR - Label Switching RouterRoteador de Rótulos- Comuta pacotes utilizando os rótulos

Nuvem MPLS

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Curso: MPLS Prof. Motoyama5

MPLS - Princípio de Operação

LERLSR

LER

LERLER

LER

LER

LER

LSR LSR

LSR

Nuvem MPLS

LAN

LAN

1. LER recebe o pacote de uma LAN e acrescentaum rótulo.

2. LSR comutapacote, através dapermutação de rótulos.

3. LER de egressoremove o rótulo eentrega o pacote

LSP

LSP – Label Switched Path

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Curso: MPLS Prof. Motoyama6

Exemplo de Encaminhamento de pacotena rede MPLS

LER LSR 1

2

2

LER163.85

LER153.55

PrefixoEnderereço Int.

153.55 2

163.85 2

...

RotEn

RotSai

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

163.85 2

...

RotEn

RotSai

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

...

RotEn

RotSai

3

5

8

2

8

3

5

153.55.33.6 Dados 153.55.33.6 Dados3

153.55.33.6 Dados8153.55.33.6 Dados

Roteador utilizao rótulo para comutar.Troca o rótulo na saida.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama7

MPLS – Estabelecimento de LSPO estabelecimento de um caminho entre o nó origeme o nó destino é realizado utilizando, por ex o protocolo

de roteamento OSPF.

LERLSR

LER

LERLER

LER

LER

LER

LSR LSR

LSRLAN

Nuvem MPLS

LAN

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Curso: MPLS Prof. Motoyama8

Exemplo de Distribuição de Informação de Roteamento

Roteador

Roteador

PrefixoEnderereço Int.

153.55 2

163.85 2

... Roteador

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

...

Roteador

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

163.85 2

...

153.55

1

2

2 153.55 pode ser alcançadoatravés deste roteador

153.55 e 163.85 podem ser alcançadosatravés deste roteador.

163.85 pode ser alcançadoatravés deste roteador.

163.85

Atualização de rotasutilizando o protocoloOSPF.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama9

MPLS –Distribuição de Rótulos1. Estabelece os rótulos a serem utilizados na rede para fins de comutação em cada roteador. O protocolo para essa finalidade pode ser LDP (Label Distribution Protocol), RSVP, BGP.

LERLSR

LER

LERLER

LER

LER

LSR LSR

LSR

LER

LAN

Nuvem MPLS

LAN

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Curso: MPLS Prof. Motoyama10

Exemplo de Distribuição de Informação de Rótulos em MPLS

Roteador Roteador 1

2

2

Roteador163.85

Roteador153.55

PrefixoEnderereço Int.

153.55 2

163.85 2

...

RotEn

RotSai

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

163.85 2

...

RotEn

RotSai

PrefixoEnderereço Int.

153.55 1

...

RotEn

RotSai

Use label 8 para 153.55

Use label 2 para 163.85

Use label 3 para 153.55 e 5 para 163.85

Distribuição de labels,utilizando o protocoloLDP.

3

5

8

2

8

3

5

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Curso: MPLS Prof. Motoyama11

Formato e Posição do Label

O label pode ser colocado:- no lugar de VPI/VCI no caso de utilizar a infra-estrutura ATM- no lugar de DLCI no caso de utilizar o Frame Relay- entre a camada enlace de dados (L2) e a camada rede (L3).

Formato quando está entre L2 e L3.

CoS SLabel TTL

20 bits 8 bits13

4 bytes

S = Bottom of StackTTL = Time to LiveCoS = Class of Service

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Curso: MPLS Prof. Motoyama12

Formato e Posição do LabelPosição no cabeçalho da célula

GFC VPI VCI PTI CLP HEC Dados

Label

4 bits 8 bits 16 bits 3 bits 1 8 bits 48 bits

20 bits

Posição no cabeçalho PPP

PPP Header Label Header Layer 3 Header

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Curso: MPLS Prof. Motoyama13

Forwarding Equivalence Class - FEC

Os pacotes nos roteadores de borda são discriminados em classes, através das informações contidas nos cabeçalhos.

Os pacotes de uma mesma classe percorrem os mesmos caminhos, significando que os pacotes são tratados de uma mesma maneira nos roteadores da rede MPLS.

O termo Multiprotocol significa que a tecnologia MPLS pode ser aplicada para qualquer protocolo do nível 3.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama14

Comutadores IP

Comutador IP

1 1

2 2

3 3

N N

- Os pacotes são classificados em fluxos no roteador de borda (LER).- São acrescentados rótulos (labels) em cada pacote no roteador de borda.- Os pacotes são comutados utilizando as informações dos rótulos.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama15

Estratégias de Armazenamento

• Necessidade de armazenamento: dois ou mais pacotes podem seencaminhar a uma mesma saída.• Procedimentos para solução de conflito:

1. Colocar um buffer em cada enlace de entrada. Buffer na entrada (input buffering).

2. Colocar um buffer em cada enlace de saída. Buffer na saída (output buffering).

3. Colocar buffers nos enlaces de entrada e de saída.4. Colocar buffers nos estágios intermediários.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama16

Buffer na Entrada

xy

xy

•••

•••

1

N

1

N

y

x

enfileiramento roteamento

árbitro(resolução de contenção)

solicitação permissão controle

1

1

1

1

Algoritmo de roteamento pararesolução de contenção pode serdo tipo discutido em comutadoresATM. Entretanto, o gerenciamentodo buffer é mais difícil, porque ocomprimento do pacote é variável.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama17

Buffer na Saida

•••

•••

1

N

1

N

enfileiramentoroteamento

1

1

1

1N

N Inconveniente: a velocidadede transferência na matriz decomutação (roteamento) deveser maior (speed-up, no máximo,N vezes).

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Curso: MPLS Prof. Motoyama18

Buffer de Saída Virtual

•••

1

N

1

N

Enfileiramento (VOQ) roteamento

escalonador

solicitação permissão controle

Saída 1

Saída N

•••

Saída 1

Saída N

•••

O buffer de entrada de cadaenlace é organizada em N saídasvirtuais. Facilita o escalonamento,pois, o escalonador fica sabendoquanto pacotes devem ser encaminhados para cada saída.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama19

Buffer na Entrada e na Saída

•••

1

N

filas de saídaroteamento

•••

1

N

So

SoSi

Si

filas de entrada

•••

1

N

filas de saídaroteamento

•••

1

N

So

SoSi

Si

filas de entrada

•••

1

N

filas de saídaroteamento

•••

1

N

So

SoSi

Si

filas de entrada

Os pacotes são armazenados provisoriamente nos buffers de entrada, esão transferidos para buffers de saída. O armazenamento na entradapermite um tempo maior para o escalonamento

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Curso: MPLS Prof. Motoyama20

Exemplo de Implementação

Barr. ACK (N bits)

Barr.REQ (N bits)

CRT

CRT

CRT

Escalonador(SCH)

Porta saída 1 Porta saída 2 Porta saída N

Porta entrada 1

Porta entrada 2

Porta entrada N

Escalonador(SCH)

Escalonador(SCH)

. . .

1 2 ...m 1 2 ...m 1 2 ...m

. .

.

Barr. ACK (N bits)

Barr.REQ (N bits)

CRT

CRT

CRT

Escalonador(SCH)

Escalonador(SCH)

Porta saída 1 Porta saída 2 Porta saída N

Porta entrada 1

Porta entrada 2

Porta entrada N

Escalonador(SCH)

Escalonador(SCH)

Escalonador(SCH)

Escalonador(SCH)

. . .

1 2 ...m 1 2 ...m 1 2 ...m

. .

.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama21

Descrição da estrutura- Cada porta de entrada possui um único buffer do tipo FIFO enquanto cada porta de

saída possui um conjunto de m buffers também do tipo FIFO.

- Cada buffer de entrada é conectado aos m buffers de saída através de m enlaces físicos.

- Cada porta de entrada possui uma unidade de controle (CRT) enquanto cada porta de saída

possui um escalonador (SCH) com finalidades de controle.

- Cada CRT é conectado a cada SCH através de uma linha reservada para transportar

a informação de solicitação (REQ). A informação REQ é enviada do CRT ao correspondente

SCH quando um novo pacote tem que ser transportado do buffer de entrada para uma saída.

- O escalonador ao receber os pedidos de REQs dos CRTs utiliza um algoritmo de agendamento

para escolher até m CRTs para transmitir os seus pacotes aos m buffers de saída. Aos CRTs

escolhidos o SCH envia um sinal de confirmação (ACK) através de uma linha reservada.

- Ao terminar a transmissão do seu pacote, o CRT envia um outro sinal de informação de fim de

transmissão (EOT) ao SCH. Este sinal pode ser enviado usando as mesmas linhas usadas para

transmitir o sinal REQ.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama22

Operação do Comutador

1 2 3CRT

CRT

CRT

CRT

CRT

Escalonador(SCH)

Porta de saída j

Porta entrada 1

Porta entrada 2

Porta entrada 3

Porta entrada 4

Porta entrada 5

1 2 3CRT

CRT

CRT

CRT

CRT

Escalonador(SCH)

Porta de saída j

Porta entrada 1

Porta entrada 2

Porta entrada 3

Porta entrada 4

Porta entrada 5

- As portas de entradas i1, i2, i3, i4 e i5 possuem em seus buffers pacotes endereçados a mesma porta de saída de endereço j. - O número de enlaces internos é igual a três (m=3). - O esquema de agendamento é do tipo round robin. - Após as entradas terem enviado o sinal REQ ao escalonador j, apenas as entrada i1, i2 e i3 receberão o sinal ACK. - Simultaneamente o escalonador j irá escolher os enlaces internos 1, 2 e 3, enviará ACKs e habilitará os respectivos pontos de cruzamentos. - Assim que uma das portas i1, i2 ou i3 terminar a sua transmissão e enviar o sinal de fim de transmissão (EOT) para o SCH, a entrada i4 receberá o sinal ACK e irá ser servida usando um enlace interno livre.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama23

Análise - Modelagem

Como a estrutura crossbar é simétrica, para a modelagem da estrutura do comutador podemos considerar apenas uma saída genérica j. Para a porta de saída j, as filas de entrada são filas distribuídas e podem ser modeladas como sendo uma única fila e os m enlaces como sendo m servidores. Na porta de saída, o conjunto das m filas pode ser também considerado como uma única fila. Desta forma, o modelo completo do comutador pode ser representado por uma rede aberta de filas, como mostrado na figura abaixo.

1

NN.λ

2

λ

m

1

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Curso: MPLS Prof. Motoyama24

Análise

aPara a análise foram feitas as seguintes considerações: o número de enlaces

de entrada ou de saída é N, a chegada dos pacotes em cada enlace de

entrada obedece a uma distribuição de Poisson com taxa média de chegada

igual a λ, e o comprimento dos pacotes é exponencialmente distribuído com

média 1/µ. A probabilidade de um pacote em uma entrada ser encaminhado

a uma determinada saída é 1/N. Os pacotes são servidos em um esquema

FIFO. Assumindo as considerações anteriores, a rede aberta de filas pode

ser modelada como uma fila M/M/m na entrada, e como uma fila M/M/1 na

saída. Utilizando o teorema de Burke para uma rede aberta de filas, a fila de

entrada pode ser considerada independente da fila de saída.

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Curso: MPLS Prof. Motoyama25

Análise

Tempo médio de atraso na fila de entrada.Para uma fila do tipo M/M/m, temos

{ }µλρ

ρρρ =−

= , )(,2 mENE mq

( )mmk

P mm

k

k

ρρρ−

+=

∑−

= 1!!

11

0

00,2 !

)( Pmm

mE

m

m

ρρ

λ

ρ

}{}{

e }{}{

NETE

NENE q

=

+=

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Curso: MPLS Prof. Motoyama26

Análise

Tempo de espera dos pacotes nobuffer de entrada.

Tempo de espera dos pacotes nobuffer de saída.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.910-25

10-20

10-15

10-10

10-5

100

Load

Ave

rage

Pac

ket W

aitin

g Ti

me

in Q

ueu

(sec

.)

m=1

m=2m=3

m=4

m=5

m=6 Link Capacity: 100 Mbps P acket Length: 8000 bits

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

1

2

3

4

5

6

7

8x 10

-4

Traffic Load

Ave

rage

Wai

ting

Tim

e in

Out

put Q

ueue

(sec

.)

2.4 Gbps

100 Mbps

622 Mbps

150 Mbps

P acket Length: 8000 bits