Seção: Tutoriais Operação

 

Redes MPLS II: Links e LSPs Especiais

 

Esta seção é dedicada aos diferentes conceitos e mecanismos definidos pelo IETF para a constituição de links e de LSPs especiais. Serão apresentados os seguintes mecanismos:

  • Links não numerados, com base na RFC 3477 (Signalling Unnumbered Links in Resource ReSerVation Protocol – Traffic Engineering (RSVP-TE));
  • Agregação de links (link bundling), com base na RFC 4201 (Link Bundling in MPLS Traffic Engineering (TE));
  • Forwarding adjacencies (FAs), com base na RFC 4206 (Label Switched Paths (LSPs) Hierarchy with Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Traffic Engineering TE));
  • LSPs hierarquizados (H-LSPS), com base na RFC 6107 (Procedures for Dynamically Signaled Hierarchical Label Switched Paths);
  • LSP Stitching com GMPLS TE, com base na RFC 5150 (Label Switched Path Stitching with Generalized Multiprotocol Label Switching Traffic Engineering (GMPLS TE)).

 

Links Não Numerados

 

Até a emissão da RFC 3477, a sinalização para o MPLS-TE, e consequentemente para o GMPLS, não dispunha de suporte para links não numerados, ou seja, para links que não possuem endereços IP.

 

A RFC 3477 define procedimentos e extensões necessários para a sinalização de links não numerados especificamente pelo RSVP-TE.

 

O suporte a links não numerados pelo RSVP-TE, envolve também a habilidade de transportar informações relativas a esses links pelos protocolos de roteamento TE.

 

Anteriormente à RFC 3477, o RSVP-TE não suportava links não numerados porque não possuía uma forma de indicar esses links nos objetos ERO e RRO.

 

Um link não numerado tem que ser ponto a ponto. Para a identificação de um link não numerado, cada LSR em suas extremidades atribui um identificador para si. Esse identificador é um número com 32 bits, que é único no escopo do LSR que o atribuiu.

 

Os dois LSRs nos extremos de um link não numerado intercambiam os valores dos identificadores por eles atribuídos. Esse intercâmbio pode ocorrer por configuração, por meio de um protocolo como o LMP, por meio de extensões do OSPF ou do ISIS ou por meio do próprio RSVP-TE.

 

Do ponto de vista de cada um dos LSRs de um link não numerado, o identificador por ele atribuído é referido como “identificador local de link”, ou simplesmente “identificador local”. O identificador atribuído pelo outro LSR, por sua vez, é referido como “identificador remoto de link”, ou simplesmente “identificador remoto”.

 

Agregação de Links (Link Bundling)

 

Conforme a RFC 4201, o propósito da agregação de links (link bundling) é aumentar a escalabilidade da rede pela redução da quantidade de informação que ´conduzida pelas extensões do OSPF e/ou do IS-IS para TE. Em outras palavras, agregação de links reduz o volume de divulgações do roteamento TE, reduzindo, consequentemente o tamanho das TEDs.

 

Para que ocorra a agregação de dois ou mais links, é necessário que esses links satisfaçam as seguintes condições:

  • Eles devem iniciar e terminar nos mesmos LSRs;
  • Eles devem possuir o mesmo tipo de link (ou seja, ponto a ponto ou multiponto);
  • Eles devem possuir a mesma métrica TE;
  • Eles devem possuir o mesmo conjunto de classes de recurso em cada terminação de link.

 

Se todos os links forem multipontos, para que eles constituam um agregado de links é necessário que o conjunto de roteadores a eles conectados seja o mesmo, e que o roteador designado para cada um desses links seja o mesmo.

 

A RFC 4201 especifica uma forma de sumarizar os atributos de links de dados paralelos que satisfaçam as condições acima, e divulgar todo o agregado como um único link TE, ou seja, em um único Link TLV do OSPF-TE ou do GMPLS OSPF-TE, ou então em um único Extended IS Reachability TLV do ISIS-TE ou do GMPLS ISIS-TE.

 

Um link de dados no interior de um agregado de links é referido como umlink componente, que é identificado por umlink componenteID. Os links componentesIDs são relevantes exclusivamente no escopo dos controladores que controlam os LSRs nas extremidades do agregado de links.

 

Cabe ao controlador que controla o LSR upstream do agregado de links a responsabilidade da escolha dolink componente a ser utilizado em cada LSP em constituição. A definição do LSR upstream diz respeito ao sentido do estabelecimento do LSP. A escolha é sinalizada para o controlador ou controladores que controla(m) o outro LSR ou os outros LSRs do agregado de links.

 

Em configurações de rede em que ocorre o paralelismo de links ou de LSPs, constata-se ambiguidade na identificação de cada um deles. A agregação desses links e/ou desses LSPs elimina essa ambiguidade, pela identificação de cada um deles como um link componente.

 

Observa-se que links não numerados podem constituir-se em links componentes de um agregado de links, inclusive juntamente com links numerados e com FAs, ressalvado o atendimento das condições para tanto.

 

Forwarding Adjacencies (FAs)

 

O conceito de forwarding adjacency (FA) foi ventilado em diferentes RFCs para aplicação no MPLS-TE e no GMPLS, mas a sua especificação formal foi efetivada na RFC 4206.

 

Forwarding adjacency é uma ferramenta que possibilita ao administrador da rede a constituição de TE LSPs entre dois quaisquer LSRs de uma rede MPLS-TE ou GMPLS, de forma tal que esse TE LSPs se comportem como um único link TE. Objetiva-se, dessa forma, a redução da carga de overhead na rede.

 

O tratamento de uma FA como um só link TE afeta a transmissão de informações de roteamento, o cálculo de rotas e a sinalização. Os objetos ERO e RRO, por exemplo, transportam uma única informação de rota correspondente a uma FA, ao invés das múltiplas rotas que compõem essa FA.

 

Os LSRs conectados por um link TE comum podem possuir uma adjacência de roteamento. Contudo, os LSRs conectados por uma FA não possuem usualmente adjacências de roteamento, uma vez que as adjacências de roteamento se encontram entre os LSRs que compõem a FA.

 

Os LSRs limites de um link TE de qualquer tipo, seja do tipo comum seja uma FA, podem possuir uma adjacência de sinalização, para com isso possibilitar o estabelecimento de TE LSPs utilizando o link.

 

A criação de uma FA pode ser concretizada por meios administrativos via plano de gerenciamento, ou por meio de sinalização controlada pelo head end LSR da FA.

 

A RFC 4206 só considera o caso em que a criação de uma FA e a sua utilização como um link TE ocorrem em uma mesma instância do plano de controle.

 

Quando múltiplos FA LSPs começam e terminam em um mesmo par de LSRs, a técnica link bundling pode ser aplicada, inclusive em conjunto com links TE. Ressalva-se, contudo, a necessidade de satisfação das condições para essa possibilidade.

 

A Figura 1 apresenta uma rede GMPLS com a utilização de duas FAs.

 

Figura 1: Rede GMPLS com duas FAs

 

Nessa figura, caso não houvessem sido criadas ainda as FAs representadas em linhas pontilhadas, todo o tráfego entre o LSR A e o LSR F fluiria pelos LSRs B e D, o que incorreria em um custo igual a 15 (3x5), inferior ao custo da outra alternativa, que é igual a 20 (4x5).

Não satisfeita com essa condição e com o propósito de reduzir a carga de controle na rede, foram criadas duas FAs na rede, com os respectivos FA-LSPs, uma no trecho <LSR B, LSR F> e a outra no trecho <LSR C, LSR F>. Foram também criadas duas FAs nos sentidos inversos, que são as FAs <LSR F, LSR B> e <LSR F, LSR C>.

 

Para essas FAs foi atribuído o custo seis (6).

 

Dessa forma, após a constituição das FAs o caminho mais curto indicado para o tráfego entre os LSRs A e F passou a ser, indiferentemente, via LSRs B e D ou via LSRs C, E e G, pois ambos os caminhos passaram a apresentar o custo 11 (5+6).

 

Essa nova condição caracteriza o ECMP, possibilitando a aplicação de algoritmos para a distribuição do tráfego entre os dois caminhos.

 

LSPS Hierarquizados (H-LSPS)

 

O conceito de LSP hierarquizado foi abordado inicialmente na RFC 4206, mas a sua definição foi formalizada na RFC 6107 (Procedures for Dynamically Signaled Hierarchical Label Switched Paths).

 

É possível a criação de TE LSPs (que passaremos a denominar simplesmente LSPs nesta seção) entre dois quaisquer LSRs, adjacentes ou não adjacentes, de um TE LSP fim a fim. Os LSPs assim criados podem ser classificados da seguinte forma:

  • LSPs ordinários;
  • LSPs hierarquizados (H-LSPs);
  • Stitching LSPs (S-LSPs).

 

Os H-LSPs e S-LSPs constituem a base para a construção de TE links em uma rede MPLS-TE ou em redes controladas pelo GMPLS (redes GMPLS), sendo coletivamente referidos como links virtuais.

 

Os H-LSPs podem constituir forwarding adjacencies (FAs) caso sejam instalados como links TE incorporados a uma instância do plano de controle.

 

Sendo links TE virtuais, os H-LSPs ou os S-LSPs, assim como as FAs em geral, podem ser agrupados (bundled) nos termos da RFC 4201, desde que comecem e terminem nos mesmos LSRs e que possuam as mesmas propriedades de TE.

 

Trataremos dos H-LSPs na presente seção, enquanto os S-LSPs serão abordados na seção subsequente.

 

Os LSPs hierarquizados podem ser utilizados para definir links de dados que atravessam a rede entre LSRs que não são necessariamente fisicamente adjacentes, mas que são adjacentes em uma camada de rede particular. Esses links de dados podem multiplexar LSPs e se constituir em parte da topologia da rede, isto é, proverem flexibilidade adicional à rede.

 

Os H-LSPs oferecem uma vantagem significativa em termos de escalabilidade em redes que utilizam TE, por permitirem que múltiplos LSPs sejam multiplexados e tunelados em um único H-LSP. Disso resultam uma considerável simplificação e redução de carga nos planos de controle e de dados nos LSRs de trânsito da rede.

 

A RFC 4206 estabeleceu que um H-LSP podem transportar outros LSPs somente em conformidade com os respectivos tipos de comutação, que se refletem nas formas pelas quais os labels são utilizados.

 

Assim, em redes PSC, um H-LSP pode transportar outros LSPs PSC utilizando a pilha de labels (label stack) do plano de dados da rede.

 

Em redes ópticas de transporte (redes não PSC), por outro lado, onde os labels são implícitos no plano de dados, as pilhas de protocolo não podem ser usadas, e os H-LSPs baseiam-se na habilidade de multiplexação da rede servidora. Assim, por exemplo, um LSC LSP pode transportar TDM LSPS, mas não pode transportar outros LSC LSPs.

 

A Figura 2 ilustra a utilização de um H-LSP unidirecional (<LSR W, LSR X, LSR Y, LSR Z>), aplicável tanto em redes PSC quanto em redes ópticas de transporte, que transporta três LSPS nele multiplexados. O H-LSP é parte integrante do processo de controle de todos os três LSPs multiplexados quando considerados fim a fim.

 

Figura 2: Exemplo de H-LSP transportando múltiplos LSPs

Fonte: livro GMPLS – Architecture and Applications, editora Morgan Kaufmann

 

H-LSPS em Redes PSC

 

O IP/MPLS e o MPLS-TP, que são redes PSC, possibilitam a criação de H-LSPs por meio de pilhas de labels, de forma tal que os LSPs transportados pelos H-LSPs preservem suas individualidades nas extremidades dos H-LSPs.

 

Essa possibilidade aumenta a escalabilidade dos LSRs no interior da rede e aprimora significativamente o gerenciamento dos LSPs através da rede.

 

Para a criação dinâmica de um túnel (H-LSP) em um sentido entre dois LSRs de um LSP fim a fim, é necessário aplicar-se o procedimento normal de sinalização a partir do head end LSR do túnel, quando se distribui os labels do túnel. Esses labels localizam-se na base da pilha de labels, ou seja, na posição mais próxima à camada física. Em outras palavras, os labels de túnel envelopam os labels do LSP (labels do LSP fim a fim).

 

No GMPLS, é possível a constituição de túneis bidirecionais sobre LSPs fim a fim bidirecionais. A sinalização no GMPLS será apresentada em um futuro tutorial.

 

Para exemplificar, vamos considerar a Figura 3.

 

Figura 3: H-LSP em rede PSC

Fonte: livro MPLS: Next Steps, Editora Morgan Kaufmann

 

Nessa figura, foi criado um túnel H-LSP unidirecional do LSR W para o LSR Z, passando pelos LSR X e LSR Y. Esse túnel transporta, por multiplexação estatística, os LSPs fim a fim <LSR P, LSR S> e <LSP R, LSP U>.

 

Nos retângulos onde se encontram os labels no interior do túnel, os labels à esquerda são os labels do túnel, enquanto os labels à direita são os labels do LSP.

 

Como se observa, os valores envelopados dos labels do LSP permanecem imutáveis ao longo do túnel, não tendo qualquer função, uma vez que a comutação se baseia nos labels do túnel. Os labels do LSP reassumem suas funções a partir do final do túnel.

 

Suponhamos, por exemplo, que o LSR P tenha enviado um quadro com o label do LSP igual a 5 para o LSR W, com destino final no LSR S. O LSR W altera esse valor para 3, insere o label do túnel igual a 9, e envia o quadro para o LSR X.

 

O LSR X, já comutando com base no label do túnel, altera o valor 9 para 4, ignora e mantém o valor 3 (label do LSP), e envia o quadro para o LSR Y.

 

O LSR Y repete as ações do LSR X, enviando o quadro para o LSR Z, tendo alterado o valor 4 para 6. No caso do IP/MPLS (mas não no caso do MPLS-TP, que é controlado pelo GMPLS), o label do túnel com valor 6 poderia ser descartado, quando se aplicaria a técnica referida como PHP (penultimate hop popping) no nível de túnel.

 

O LSR Z, sendo a terminação do túnel, descarta o label do túnel (valor 6), passa a considerar o label de LSP, alterando o valor 3 para 1, e envia o quadro para o LSR S, encerrando assim a transmissão.

 

Uma observação importante é que, tanto no LSP <LSR P, LSR S> quanto no LSP <LSR R, LSR U>, os valores dos labels de túnel são os mesmos ((9, 4 e 6). Se considerarmos a possível existência de um número considerável de LSPs fim a fim compartilhando um túnel, e também o congelamento dos valores de labels de LSP no interior do túnel, resultará uma também considerável redução de escala no número necessário de valores de labels e a simplificação dos processos de roteamento e sinalização.

 

H-LSPS em Redes Ópticas de Transporte

 

Conforme menção anterior, como as redes ópticas de transporte controladas pelo GMPLS não utilizam labels no plano de dados, não é possível o uso de tunelamento, e em consequência o uso de H-LSPs, com base em pilhas de labels como em redes de comutação de pacotes (redes PSC).

 

A solução para essa questão ocorre naturalmente, dada a característica multiplexadora dos sistemas ópticos de transporte. Como se sabe, fibras ópticas são multiplexadas por WDM, que são multiplexados por TDM (SDH e/ou OTN), que por sua vez são multiplexador por redes de pacotes.

 

Para exemplificar, vamos considerar a Figura 4.

 

Figura 4: H- LSPs em redes ópticas de transporte

Fonte: livro MPLS: Next Steps, Editora Morgan Kaufmann

 

A parte central dessa figura é constituída por WDM switches (WDM OXCs) controlados por GMPLS. Nos extremos localizam-se redes TDM também controladas por GMPLS.

 

Nas fronteiras entre essas redes encontram-se os LSR C e LSR F, que operam no modo misto TDM/WDM. Verifica-se a existência de um H-LSP na rede WDM entre esses LSRs.

 

Nesse caso, os dois (poderiam ser mais) LSPs TDM, <A, G> e <B, H> são transportados pelo H-LSP <C, F>, que representa um único canal WDM.

 

A alternativa seria a alocação de um canal WDM para cada um dos LSPs TDM, o que obviamente representaria uma subutilização da rede WDM.

 

LSP Stitching com GMPLS TE

 

Em certos cenários, pode tornar-se necessário combinar diversos LSPs GMPLS, de forma tal que seja estabelecido um único LSP fim a fim (referido como um LSP e2e, de end-to-end LSP) constituído por essas combinações. Essa construção é denominada “LSP stitching” (costura de LSPs), e cada um dos LSPs combinados é referido como um segmento de LSP (S-LSP).

 

A RFC 5150 define extensões do protocolo GMPLS RSVP-TE para possibilitar o estabelecimento de LSPs e2e a partir dos S-LSPs que os constituem, além de definir o modo pelo qual os LSPS são gerenciados pelos protocolos de roteamento e sinalização do GMPLS. Os LSPs e2e assim criados operam tanto no plano de controle quanto no plano de dados.

 

Nos limitaremos no presente documento à apresentação dos conceitos básicos de LSP stitching, não abordando extensões de protocolos consequentemente.

 

Para o melhor entendimento do que representa LSP stitching, vamos comparar S-LSPs com H-LSPS.

 

Em primeiro lugar, os H-LSPs são constituídos por componentes de diferentes camadas, sendo os LSPs de maior ordem aninhados (nested) em LSP de menor ordem. Como vimos anteriormente neste texto, o aninhamento pode ocorrer por label stacks (redes modo pacote) ou por multiplexação modo circuito (redes ópticas de transporte).

 

Um S-LSP criado em uma camada, ao contrário, provê um link de dados para outros LSPs nessa mesma camada. Não se utiliza label stacking nem tampouco multiplexação.

 

Enquanto existe uma forwarding adjacency (FA) entre pontos de terminação de um link H-LSP TE, não existe FA entre pontos de terminação de um link S-LSP TE.

 

De forma similar ao que se passa em H-LSPs, diferentes S-LSPs podem ser agrupados (bundled) para constituir um único link TE. Dessa forma, os ganhos de escalabilidade e de reotimização proporcionados por esses mecanismos tornam-se mais expressivos.

 

Por outro lado, tanto H- LSPs quanto S-LSPs podem ser links TE numerados ou não numerados.