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Curso: MPLS Prof. Motoyama1
MultiProtocol Label Switching -MPLS
Prof. S. Motoyama
Curso: MPLS Prof. Motoyama2
Rede IP Tradicional
ROTROT
ROT
ROTROT
ROT
ROT
ROT ROT
ROT
ROT - roteador ROT
Nuvem IP
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.
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
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
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.
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
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.
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
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
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
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
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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
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
. .
.
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.
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.
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
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.
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
−
=ρ
ρρ
λ
ρ
}{}{
e }{}{
NETE
NENE q
=
+=
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