ESCUELA DE INGENIERÍA
ESTUDIO PARA LA MIGRACIÓN DE UNA RED DE DATOS
PERTENECIENTE A UNA EMPRESA PORTADORA DE
SERVICIOS DE TELECOMUNICACIONES A LA TECNOLOGÍA
ATM-MPLS (MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING)
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
FELIPE ESTEBAN ESPINEL ANDRADE
DIRECTOR: MSc. MARÍA SOLEDAD JIMÉNEZ
Yo, Felipe Esteban Espinel Andrade, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley, Reglamento de Propiedad Intelectual y por la normatividad institucional vigente.
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Felipe Esteban Espinel Andrade, bajo mi supervisión.
MSc. M$RIA SObEDAD JIMÉNEZ DIRECTORA DEL PROYECTO
A la Escuela Politécnica Nacional por todo el conocimiento y enseñanza impartida,
A la MSc. María Soledad Jiménez por su acertada y excelente dirección en este proyecto.
A SURATEL por su apoyo y auspicio.
A todas las personas que de una u otra forma colaboraron en la realización de este proyecto.
A Dios, Padre bueno que siempre está conmigo; a mi Madre, a mi Esposa, a mi Hermana y a mi Abuela, quienes siempre me brindan su amor, apoyo y cariño.
PAGINA ÍNDICE GENERAL I
ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS
CAPÍTULO I
1. ARQUITECTURA MPLS 1
1.1 MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING (MPLS) 1 1.1.1 INTRODUCCIÓN 1 1.1.2 FUNCIONAMIENTO DE MPLS 2
1.1.2.1 Clase Equivalente de Enrutamiento FEC (Forwarding Equivalen cy Class)
1.1.2.2 Arquitectura de un nodo MPLS 5
1.1.2.2.1 Plano de Conmutación 5 1.1.2.2.1.1 Etiqueta MPLS. 6 1.1.2.2.1.2 Pila de Etiquetas 7 1.1.2.2.1.3 Label Forwarding Information
Base(LFIB) 1.1.2.2.1.4 Algoritmo de Enrutamiento de 8 Etiqueta 1.1.2.2.2 Plano de Control. 8 1.1.2.2.3 Elementos MPLS. 10 1.1.2.2.3.1 Enrutador de Conmutación de
Etiquetas (Label Swüched 10 Router.LSR)
! 1.1.2.2.3.2 Operación del Enrutador de
Conmutación de Etiquetas 11 Packet-BasedLSR
\ LSRATM. 14
1.1.212.4 Rutas conmutadas mediante etiquetas
; 17
1.1.2.2.5 Establecimiento mediante Control
18
Independiente
1.1.2.2.6 Establecimiento según Control
18
Ordenado
1.1.2.3 Protocolo de Distribución de Etiquetas (Label
\ Distribution Froto col, LDP)
1.1.2.4 Prevención y detección de lazos de
21 enrutamiento
1.1.2.5 Efectos de lazos de enrutamiento en MPLS 22
1.1.2.5.1 Control de Lazos en MPLS. 22 1.1.2.5.2 Loop Survival. 22 1.1.2.5.3 Detección de lazo 23 1.1.2.5.4 Prevención de Lazo 23 1.2 ATM-MPLS 24 1.2.1 COMPONENTE DE CONMUTACIÓN 24 1.2.2 COMPONENTE DE CONTROL 25 1.2.3 VCMERGE 26 1.2.4 CIRCUITOS VIRTUALES ETIQUETADOS (LVC)... 28 1.2.5 LABEL SWITCHCONTROLLER 30 1.2.6 LSC EXTERNO 31 1.2.7 CIRCUITOS VIRTUALES DE CONTROL 31 1.2.8 ATM CON FUNCIONALIDAD IP (IP + ATM) 32
CAPÍTULO II
2. INFRAESTRUCTURA DE LA RED 34
2.1 SDH (SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY} 34
2.1.1 MODELO DE CAPAS SDH 35 2.1.2 JERARQUÍAJS DE MULTIPLEXACION 36 2.1.3 TRAMA STM-1 37 2.1.4 CONTENEDORES VIRTUALES 38 i 2.1.5 CABECERAS SDH (SDH OVERHEAD} 45n
2.1.5.1 RSOH (Cabecera de la Sección de
45 Regeneración)
2.1.5.2 MSOH (Cabecera de la Sección de
46 Multiplexación)
2.1.5.3 POH (Path Overhead) 47 2.1.6 ANILLO SDH 49
2.2 DESCRIPCIÓN DE LA RED SDH DE LA EMPRESA
51
SURATEL
2.2.1 SISTEMA DE PROTECCIÓN DEL ANILLO STM-1.. 72 2.2.2 DESCRIPCIÓN DE ENLACES DE ÚLTIMA MILLA 73 2.2.3 MANEJO DEL TRÁFICO DENTRO DE LA RED
78 SDH
CAPÍTULO III
3. DISEÑO DE LA RED ATM-MPLS 83
3.1 RED ATM-MPLS SURATEL QUITO 84
3.1.1 ESQUEMA DE DISTRIBUCIÓN DE EQUIPOS LSR-85 ATM Y LSR-ATM DE BORDE
3.1.2 DIMENSIONAMIENTO DE LAS TRONCALES DE
87 LA RED ATM-MPLS
3.1.2.1 Monitoreo de Tráfico 88
3.1.2.1.1 Dimensionamiento de Troncales 91 3.1.2.1.2 Proyección de tráfico a 5 años 98
3.1.2.2 Topología de Troncales 106 3.1.2.3 Cálculo estimado de la Capacidad de los
107 enlaces
3.1.2.4 Asignación de la capacidad a los enlaces 108 3.1.3 ESQUEMA DE DIRECCIONAMIENTO IP 109
3.1.3.1 Elección del protocolo de enrutamiento del
113 Backbone ATM-MPLS
3.1.3.2 Elección del protocolo de enrutamiento entre
LSR de Borde y el CPE ( Customer Premise 113 Equipment)
3.1.4 SELECCIÓN DE EQUIPOS ATM-MPLS 114 3.1.4.1 Selección de equipos LSR-ATM 114 3.1.4.2 Selección de equipos LSR-ATM de Borde 119 3.1.5 DIMENSIONAMIENTO DE LOS RECURSOS PARA
122
MPLSLVC
3.1.5.1 Cálculo de diseño para Edge LSR 123 3.1.5.2 Cálculo de diseño para LSR ATM utilizando
124 VCMerge
3.2 DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN 127
3.3 PRESUPUESTO REFERENCIAL 129
3.4 PLAN DE MIGRACIÓN 135
CAPÍTULO IV4.1 CONCLUSIONES 139
4.2 RECOMENDACIONES 141
BIBLIOGRAFÍA 144 ANEXOSA. PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO
Al.l OSYF(OPENSHORTESTPATHFIRST) 148 A1.2 BGP (BORDER GATEWAY FROTO COL) 152 A1.3 PIM (PROTOCOLINDEPENDENT MULTICAST) 162B. ASYNCHROÑOUS TRANSFER MODE ATM 166
C. ESTADÍSTICAS DE TRONCALES 191
D. EQUIPOS ATM-MPLS.
D1.2 CISCO MSR 8540.... D.1.3 LUCENT TMX 880... D2.1 CISCO 7200 D2.2 CISCO 7500 217 228 239 253 V
ÍNDICE DE FIGURAS Y TABLAS
CAPITULO 1 : FIGURAS Página
Figura 1.1. La dirección 200.15.45.9 y la 200.15.45.126 con el mismo puerto TCP dedestino Número 23, comparten la misma FEC dado el prefijo 200.15.45.0/25.
Figura 1.2 Arquitectura de un No do MPLS 5 Figura 1.3 Formatos de Etiquetas MPLS. a) Cabecera MPLS b ) Cabecera ATM 6 Figura 1.4 Planos MPLS 7 Figura 1.5 Operación de un LSR con un nivel de pila de etiquetas 12 Figura 1.6 Operación de un LSR con varios niveles de pila de etiquetas 13 Figura 1.7 Protocolos de Señalización que se ejecutan en un Conmutador ATM MPLS 15 Figura 1.8 Funcionamiento de un LSR-ATM 16 Figura 1.9 Establecimiento mediante control Ordenado 19 Figura 1.10 Mensajes LDP 20 Figura 1.11 Proceso de asignación de Etiquetas 26 Figura 1.12 VC Merge 27 Figura 1.13 Circuitos Virtuales Etiquetados 29 Figura 1.14 Controladores Conmutadores de Etiqueta LSC 30 Figura 1.15 IP+ATM 32 Figura 1.16 Funcionamiento Lógico de un Conmutador IP+ATM 3 3
CAPITULO 1 : TABLAS
Tabla 1.1 Funciones realizadas por un LSR a paquetes etiquetados
Página 11
CAPITULO 2 : FIGURAS Página
Figura 2.1 Modelo de Capas SDH 35 Figura 2.2 Estructura de la Trama STM-1 37 Figura 2.3 Estructura de Multiplexación SDH 39 Figura 2.4 Path Overhead y Contenedores Virtuales (VC) 40 Figura 2.5 Conexión Punto — Punto 42 Figura2.6 Esquema de Cross-Conexión 44 Figura 2.7 Estructura de la cabecera de la Sección de Regeneración 46 Figura 2.8 Estructura de la Cabecera de la Sección de Multiplexación 47 Figura 2.9 Anillo unidireccional de dos fibras 50 Figura 2.10 Diagrama esquemático de la red de Acceso en Fibra Óptica (Red SDH) Quito 52 Figura 2.11 Diagrama de la Red SDH (VC12, STM-1, PDH - E2) 53 Figura 2.12 Esquema Nodo Colón ' 56 Figura 2.13 Esquema Nodo Head End 56 Figura 2.14 Esquema Nodo NNUU 57 Figura 2.15 Esquema Nodo Sur 01 ¡ 59 Figura 2.16 Esquema Nodo Prensa ' 60 Figura 2.17 Es quema Nodo América ] 61Figura 2.18 Esquema Nodo Proveedor Figura 2.19 Esquema Nodo Gasea
Figura 2.20 Esquema Nodo Mariscal Sucre Figura 2.21 Esquema Nodo Norte 01 Figura 2.22 Esquema Nodo Norte 02
Figura 2.23 Protección SNC de la troncal VC-12 # 148 Figura 2.24 Descripción Enlace PDH E2 (#142)
Figura 2.25 Descripción Contenedor Virtual VC-12 (#126) Figura 2.26 Descripción Contenedor Virtual VC-4 (GASCA-NNU) Figura 2.27 Protección a nivel VC12
Figura 2.28 Equipos de red Local
Figura 2.29 Esquema de protección de Manga Figura 2.30 Cajas de Dispersión
Figura 2.31 Ruta del enlace Prove-AgOl
Figura 2.32 Enlace Prove-AGOl en la troncal E2 PDH Figura 2.33 Enlace Prove-AGOl en el correspondiente VC-12 Figura 2.34 VC-12 #215 Su Ruta normal y de protección SNC Figura 2.35 VC-12 #215 dentro de la Trama STM-1 #145
62 63 64 65 66 68 69 70 71 72 73 76 78 79 80 80 81 82
CAPITULO 2 : TABLAS
Tabla 2.1 Jerarquías de Multiplexación Tabla 2.2 Código de ColoresPágina 37 77
CAPITULO 3 : FIGURAS
Figura 3.1 Múltiples LSR de Borde Figura 3.2 PoPs de la red ATM-MPLSFigura 3.3 Capacidad de los Nodos de la red SDH Suratel.
Figura 3.4 Esquema de Troncales para la interconexión de Conmutadores Figura 3.5 Curva de proyección Nro. Enlaces Suratel
Figura3.6 Disposición troncales
Figura 3.7 Capacidad de troncales (Tomando en cuenta falla de troncales) Figura 3.8 Asignación de capacidad de troncales.
Figura 3.9 Plan de direccionamiento IP Figura 3.10 Red ATM-MPLS (SURATEL)
Página 87 90 91 104 106 108 109 112 130
CAPITULO 3 : TABLAS
Tabla 3.1 Capacidad de Cross-conexión por nodo. Tabla 3.2 Capacidad de Cross-conexión por nodo (60%).
Tabla 3.3 Estadísticas de Tráfico (TRONCAL COLÓN HEADEND 01) Tabla 3.4 Servicios Portadores al 30-Marzo del 2002
Tabla 3.5 Estadísticas de Servicios Portadores 2003 Tabla 3.6 Estadísticas de Servicios Portadores 2004 Tabla 3.7 Estadísticas Nro. de Enlaces Suratel Tabla 3.8 Cisco ATM-MPLS Edge-LSR
Tabla 3.9 Detalle de capacidad LVC pafra el conmutador Cisco 8540 MSR Tabla 3.10 Hardware Labe! Switch Rouler
Tabla 3.11 Hardware Label Switch Controller Table 3.12 Hardware Lab el Edge Router Tabla 3.13 Administrador de la red Tabla 3.14 Costo NTUs
Tabla 3.15 Costo Hardware y Sistema de Gestión ATM-MPLS Tabla 3.16 Co sto Instalación y Mantenimiento
Página 89 93 99 100 101 104 124 125 132 132 132 133 134 Í34 134
(Multiprotocol Label Switching) para la empresa SURATEL con cobertura para el Distrito Metropolitano de Quito, sobre un anillo SDH de capacidad STM-1.
En el primer capítulo se trata la información teórica de lo que representa la arquitectura MPLS, la descripción de los conceptos necesarios para el diseño de una red con la arquitectura mencionada y los conceptos básicos para su funcionamiento sobre un backbone de equipos con funcionalidad ATM.
En el segundo capítulo se expone la información teórica necesaria acerca de la tecnología SDH (Jerarquía Digital Sincrónica). También se presenta la infraestructura de la Red SDH de 155 Mbps de la empresa Suratel en el Distrito Metropolitano de Quito así como el manejo del tráfico en la mencionada red.
En el capítulo 3 se expone el estudio técnico para el proceso de migración de la red a la plataforma ATM-MPLS, se analizan los diferentes pasos de diseño que se toman en cuenta para una arquitectura MPLS con un backbone ATM sobre una red SDH. Se presenta también un análisis de tráfico de la red y su correspondiente proyección a 5 años, así como también se incluye un presupuesto referencial de los equipos a utilizarse en el diseño en mención.
En el capítulo 4 se especifican las principales conclusiones y recomendaciones que se tienen que considerar para un diseño de este tipo.
En los anexos se encuentra la información complementaria, como información teórica de protocolos de enrutamiento, hojas de características técnicas de los equipos y datos estadísticos.
En el mercado de proveedores de servicios de telecomunicaciones ultra competitivo de hoy que prestan sus servicios para el Distrito Metropolitano de Quito, las aplicaciones tales como presencia virtual, redes privadas virtuales, y voz entre otros, llevan la demanda a niveles mucho más altos de previsibilidad de la red, lo cual puede ser garantizado solamente con las redes orientadas a conexión. La conmutación de Etiquetas Multiprotocolo (MPLS) es la tecnología que permite agregar en última instancia la orientación a conexión a las redes 1P, y la previsibilidad a los servicios IP.
MPLS fue creado para combinar los beneficios del enrutamiento de capa 3 (Modelo OSI) con la conmutación orientada a conexión de capa 2. MPLS separa su plano de control, donde los protocolos de enrutamiento de capa 3 establecen los caminos por donde el paquete va a ser enrutado.
La arquitectura MPLS puede ser introducida en redes ATM sin la necesidad de mayores actualizaciones tanto de software como de hardware, así una red puede ofrecer servicios ATM o MPLS sobre el mismo hardware.
La demanda de nuevos servicios con mayores requerimientos de calidad y confiabilidad hace que las redes necesiten una tecnología de transporte confiable y eficiente, y esto se logra con la tecnología SDH (Jerarquía Digital Sincrónica).
Por las consideraciones antes mencionadas se pone a consideración el presente estudio, como una solución alternativa para la implementación de todos los beneficios que presentan estas tecnologías en una sola red para proveedores de servicios de telecomunicaciones.
1.1 MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING (MPLS)[1]'[2]'[8]'[32]
1.1.1 INTRODUCCIÓN[13]
Internet ha desplazado a las tradicionales redes de datos y ha llegado a ser el modelo de red pública de datos a gran escala, también es cierto que actualmente no llega a satisfacer todos los requisitos de los usuarios, principalmente los de aquellos de entornos corporativos, que necesitan la red para el soporte de aplicaciones críticas. Una carencia fundamental de Internet es la posibilidad de seleccionar diferentes niveles de servicio para los distintos tipos de aplicaciones de usuario. Internet se valora más por el servicio de acceso y distribución de contenidos que por el servicio de transporte de datos conocido como de " mejor esfuerzo ". Si el modelo en Internet a de consolidarse como la red de datos del próximo milenio, se necesita introducir cambios tecnológicos fundamentales, que permitan ir más allá del nivel del mejor esfuerzo y puedan proporcionar una respuesta más determinística y menos aleatoria.
MPLS es un estándar emergente del IETF1 que surgió para consensuar diferentes soluciones de conmutación multinivel, propuestas por distintos fabricantes a mitad de los 90, por lo tanto, se debe considerar a MPLS como el avance más reciente en la evolución de las tecnologías de enrutamiento y conmutación en las redes IP, lo que implica una evolución en la manera de construir y gestionar estas redes.
Los problemas que presentan las soluciones actuales de IP sobre ATM2, así como la complejidad de gestión de dos redes separadas y tecnológicamente diferentes, quedan resueltos con MPLS, al combinar en una sola tecnología lo mejor de cada capa (la inteligencia del routing con la rapidez del switching). MPLS ofrece nuevas
1 IETF Internet Engineering Task Forcé : Comunidad Internacional de diseñadores de red, operadores,
vendedores dedicados a la evolución de la arquitectura de Internet y su operación,
2 Modo de Transferencia Asincrónica (ATM): Tecnología de red orientada a conexión, que se emplea tanto
en redes públicas o privadas LAN y WAN. Permite el transporte a alta velocidad de múltiples tipos de tráfico.
posibilidades en la gestión de backbones, así como la provisión de nuevos servicios de valor agregado.
La arquitectura MPLS describe los mecanismos para realizar la conmutación por etiquetas (labe! switching), ya que combina los beneficios de la conmutación
(switchíng) de capa 2 con los beneficios del enrutamiento de capa 3. MPLS asigna
etiquetas a los paquetes para transportarlos a través de la red. El mecanismo de entrega a través de la red es "label swapping", en cuya unidad de datos (por ejemplo: celda o paquete) transporta una etiqueta de longitud definida que indica a los nodos de conmutación cómo procesar y enviar los datos.
La diferencia fundamental entre MPLS y las tecnologías tradicionales WAN es la forma como las etiquetas son asignadas y la capacidad de transportar una pila de etiquetas adheridas al paquete. El concepto de pila de etiquetas abre la posibilidad para aplicaciones como Ingeniería de Tráfico y el rápido enrutamiento en caso de fallas en los nodos.
El término Multiprotocolo indica que las técnicas MPLS son aplicables para cualquier protocolo de capa red.
1.1.2 FUNCIONAMIENTO DE MPLS
En las siguientes secciones se presenta el funcionamiento básico de la Tecnología MPLS así como el concepto y funcionamiento de ATM-MPLS.
1.1.2.1 Clase Equivalente de Enrutamiento FEC (ForwardingEquivalency Class)
FEC es un conjunto de paquetes de capa 3 (Modelo OSI3) conmutados sobre un mismo camino (path). Cuando se asigna un paquete a una FEC , el enrutador revisa la cabecera IP así como otro tipo de información como por ejemplo el ¡nterfaz en el cual el paquete arribó, entre otros.
3 Modelo de Referencia OSI: Es un modelo para la Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI), estructurado
concuerde con un cierto prefijo de dirección.
• Un conjunto de paquetes unicast cuya dirección de destino concuerde con un cierto prefijo de dirección IP y que tenga como destino el mismo número de puerto TCP4.
• Un conjunto de paquetes multicast con la misma dirección de capa 3 tanto de destino como de origen.
• Un conjunto de paquetes multicast con la misma dirección de capa 3 tanto de destino como de origen y la misma interfaz de entrada.
Por ejemplo en la figura 1.1, tanto la dirección 200.15.45.9 como la 200.15.45.126 pertenecen a la misma FEC con el prefijo de dirección 200.15.45.0/25 y el puerto TCP de destino 23. 199.10.20.0/24 211.10.30.0/24 200.15.45.9/25 200.15.45.126/25 Tabla de Ruteo R1 200.15.45.0/25 EO -> R1 211.10.30.0/24 EO -> R2 199.10.20.1/24 E1 -> R1
Figura 1.1. La dirección 200.15.45.9 y la 200.15.45.126 con el mismo puerto TCP de destino Número 23, comparten! la misma FEC dado el prefijo 200.15.45.0/25.[1]
4 TCP (Transmission Control Protocol) protocolo Orientado a conexión que asegura que los datos lleguen a
su destino sin errores y en una secuencia correcta..
Las redes MPLS utilizan etiquetas para la conmutación de paquetes. El nodo de ingreso MPLS asigna una FEC a un paquete solo una vez, a la entrada de la red.
La FEC a la cual el paquete es asignado es codificada en una etiqueta de longitud fija. El paquete es etiquetado antes de ser conmutado. En ios siguientes saltos, ya no se realiza un análisis de la cabecera del paquete de capa red. La etiqueta es usada como un índice para una tabla, que especifica el próximo salto y una nueva etiqueta. La antigua etiqueta es reemplazada con una nueva, y el paquete es conmutado al próximo salto.
Algunas ventajas sobre la conmutación convencional de capa red son:
• La conmutación MPLS puede ser realizada por "switches" los cuales pueden hacer búsquedas de etiquetas y reemplazo de las mismas pero no pueden analizar cabeceras de paquetes de capa red. Los "switches" ATM realizan una función similar con la conmutación de celdas basadas en los valores de los campos VP1/VCI5 que se encuentran en la cabecera ATM. Si los valores de VPI/VCI son reemplazados con valores de etiquetas, los
"switches" ATM pueden conmutar celdas basadas en valores de etiquetas.
• Una FEC es asignada a un paquete una vez que entra a la red. El enrutador de ingreso utiliza cualquier información que obtenga del paquete, como el puerto de ingreso o ¡nterfaz. Un paquete que ingrese a la red a un enrutador en particular puede ser etiquetado de forma diferente que si el mismo paquete ingresa a la red por un enrutador diferente. Como resultado las decisiones de conmutación que dependen del enrutador de ingreso pueden ser hechas de manera sencilla.
• En MPLS la etiqueta puede ser usada para representar la ruta, así la identidad de la ruta explícita no necesita ser transportada con el paquete. Esta funcionalidad forma las bases de la llamada "Ingeniería de tráfico en MPLS".
5 VCI: Virtual Channel Identifler: Identificador común y único utilizado para identificar el canal virtual
utilizado para el siguiente destino de una celda en su viaje hacia el destino final.
VPI: Virtual Path Identifier. Identificador común y único utilizado para identificar la ruta virtual utilizada para el siguiente destino de una celda en su viaje hacia el destino final.
Los nodos MPLS se constituyen de dos planos: Plano de conmutación MPLS y Plano de control MPLS. Los nodos MPLS pueden realizar tanto enrutamiento de capa 3 como conmutación de capa 2, además de la conmutación de paquetes etiquetados. Plano de Control Intercambio de información de enrutamiento. Paquetes IP entrantes Paquetes etiquetados entrantes \. ,„ protocolos de • ,: Ruteo IP w W ' Protocolo de distribución
de etiquetas (LDP) • Intercambio de información de etiquetamiento
Plano de Conmutación
¡—-> Tabla de enruíamiénto IP
Base de información para la' -conmutación de etiquetas, ••
.LFIB
Paquetes IP salientes
Paquetes etiquetados salientes
Figura 1.2 Arquitectura de un Nodo MPLSra
1.1.2.2.1 Plano de Conmutación
El plano de conmutación es responsable de la conmutación de paquetes basada en los valores contenidos en las etiquetas. Este plano utiliza una base de datos de conmutación por etiquetas (Label Forwarding Information Base, LFIB) mantenida por el nodo MPLS para la conmutación de los paquetes. Cada Nodo MPLS contiene 2 tablas de importancia para la conmutación de etiquetas: Tabla de información de etiquetas (Label Information Base, LIB) y la LFIB. LIB contiene todas las etiquetas asignadas por el nodo local MPLS y la información de estas etiquetas con las recibidas por los nodos MPLS vecinos. LFIB utiliza un
1.1.2.2.1.1 Etiqueta MPLS
La etiqueta consta de un ¡dentificador de 32 bits para asignar una FEC, La etiqueta, que es adjuntada a un paquete en particular, representa la FEC a la cual el paquete ha sido asignado.
En el caso de ATM , la etiqueta es ingresada en los campos VCI o VPI de la cabecera ATM, sin embargo si es una trama Frame Relay se utiliza el campo DLCI6 .
Label CoS S TTL
Label Etiqueta MPLS 20 bits
CoS Clase de servicio 3 bits S Campo de pila 1 bit TTL Tiempo de vida 8 bits
GFC VPI VCI PTI CLP HEC
Figura 1.3 Formatos de Etiquetas MPLS. a) Cabecera MPLS b ) Cabecera ATMm
Las etiquetas MPLS contienen los siguientes campos:
• Campo de etiqueta (20 bits): Transporta el valor actual de la etiqueta
MPLS.
• CoS (3 bits): Afecta la formación de colas y es transmitido a través de la red. • S Campo de pila (1 bit) .- Soporta pilas jerárquicas de etiquetas.
• TTL (Tiempo de vida) (8 bits) . Provee la funcionalidad denominada Tiempo
de vida, la cual registra el número de conmutadores por los cuales el paquete atraviesa en su camino hacia su destino final.
6 DLCI (Data Link Connection Identifier) : Identifica el canal lógico al que pertenece cada trama y por lo tanto permite su ruteo.
parte de la etiqueta.
1.1.2.2.1.2 Pila de Etiquetas
El bit de pila de etiquetas posibilita que más de una etiqueta sea añadida a un simple paquete IP. Si toma el valor de 1 indica el fondo de la pila de etiquetas , todas las demás etiquetas son definidas con 0. La conmutación de etiquetas es realizada usando el valor de la etiqueta en el tope de la pila. Enrutamiento Unícasí IP no utiliza pila de etiquetas , pero VPNs MPLS y la herramienta de ingeniería de tráfico de MPLS si la utiliza.
1.1.2.2.1.3 Lobel Fonvarding Information Base (LFIB)
La base de datos para el enrutamiento de etiquetas (LFIB) contiene toda la información requerida para la conmutación de paquetes, como etiquetas de entrada y salida , las distintas FEC , la información de las interfaces de salida y su encapsulación , y la dirección del próximo salto.
E-LSR LSR Paquetes Etiquetados Entrantes Paquetes IP Entrantes Retira Etiqueta, búsqueda IP. Figura 1.4 Planos MPLS[32)
MPLS extrae del paquete entrante el valor de la etiqueta del campo correspondiente a ésta, y usa este valor como un índice en LFIB; luego de que se realiza esta búsqueda y se obtiene una correspondencia de etiquetas entrada-salida, el nodo reemplaza la etiqueta en el paquete con el valor encontrado, y envía el mismo sobre la interfaz específica para el siguiente salto.
Si el nodo MPLS mantiene múltiples LFIBs para cada interfaz, éste utiliza el interfaz físico por el cual el paquete ingresó, para seleccionar una LFIB particular, la cual es usada para la conmutación del paquete.
Un nodo MPLS puede obtener toda la información que necesite para conmutar un paquete, utilizando un solo acceso de memoria. Esta búsqueda de aita velocidad y la habilidad de conmutación hace que la conmutación por etiquetas sea una tecnología de conmutación de alto rendimiento. MPLS puede también ser usada para transportar otro tipo de protocolos de capa Red como IPv6 o IPX .
1.1.2.2.2 Plano de Control
El plano de control es responsable de distribuir la información de enrutamiento entre LSRs7, así como de mantener la LFIB. Todos los nodos MPLS deben correr un protocolo de enrutamiento para intercambiar la información de enrutamiento con los otros nodos MPLS de la red.
Los protocolos de enrutamiento OSPF (Open Shortest Path First)8 e IS-1S son los
protocolos a elegir ya que proveen a cada nodo MPLS de una visión entera de la Red. En MPLS la tabla de enrutamiento IP provee información de la red de destino y los prefijos de las subredes utilizadas para el intercambio de etiquetas.
7 Enrutador de Conmutación de Etiquetas (Lobél Switched Router, LSR) véase sección 1.1.2.2.3.1 8 Ver Anexo Al. 1
OSPF envía información de enrutamiento entre un número de enrutadores que no necesariamente son adyacentes, mientras que la información de asociación de etiquetas se distribuye solamente a los enrutadores adyacentes. Esto hace que los protocolos de enrutamiento de estado de enlace (línk-state] sean inadecuados para la distribución de la información de asociación de etiquetas. Sin embargo , las extensiones de protocolos de enrutamiento tales como PIM (Protocoí
Independent Multícast]9 y BGP (Border Gateway Protocoí)'10 pueden ser usados
para la distribución de etiquetas. Esto simplifica la operación total del sistema porque obvia la necesidad de un protocolo separado como LDP para la distribución de la información de asociación de etiquetas.
Las etiquetas intercambiadas con los nodos MPLS adyacentes, son usadas para construir la base de datos de enrutamiento de etiquetas (LFIB). MPLS utiliza un paradigma de enrutamiento basado en el intercambio de etiquetas que pueden ser combinadas con una gama de diferentes módulos de control. Cada módulo de control es responsable de asignar y distribuir un conjunto de etiquetas así como el mantenimiento de información de control, y son los siguientes :
• Módulo de enrutamiento Unícast.- Utiliza OSPF (Open Shortest Path First], IS-IS (Intra Domain Routing Protocoí) para establecer su tabla de FECs, mientras que para el intercambio de asociación de etiquetas utiliza el protocolo LDP.
• Módulo de enrutamiento Multícast. - Utiliza PIM para establecer su tabla de FECs, para el intercambio de asociación de etiquetas utiliza el protocolo PIM v2 con una extensión MPLS.
• Módulo de ingeniería de tráfico .- Utiliza IS-IS u OSPF para establecer su tabla de FECs, para el intercambio de asociación de etiquetas utiliza
9 Ver Anexo Al .3 10 Ver Anexo Al.2
RSVP (Resource Reservaron Profoco/)11 o CR-LDP (Constraint-based
Routing LDP)12.
• Módulo VPN (Red Privada Virtual) .- Utiliza tablas de enrutamiento VPN , que son construidas usando protocolos de enrutamiento entre los enrutadores (CPE) y los nodos de periferia MPLS; para el intercambio de asociación de etiquetas necesarias para el establecimiento de tablas de enrutamiento VPN específicas, utiliza Extended Multíprotocol BGP.
• Módulo de Calidad de Servicio (QoS) .- Utiliza OSPF e IS-IS para establecer su tabla de FECs, para el intercambio de asociación de etiquetas utiliza LDP.
1.1.2.2.3 Elementos MPLS
Entre los principales elementos de la arquitectura MPLS están los siguientes.
1.1.2.2.3.1 Enrutador de Conmutación de Etiquetas (Label Swüched Router, LSR)
LSR es un dispositivo que implementa el control y la conmutación MPLS, se encarga de conmutar paquetes en base al valor de la etiqueta encapsulada en el paquete.
Los Enrutadores de Conmutación de Etiquetas (LSR) son enrutadores habilitados para MPLS o conmutadores-ATM habilitados para MPLS que utilizan etiquetas para distribuir el tráfico. Los LSRs ATM-MPLS son constituidos usando un switch-ATM con el software MPLS integrado o añadiendo la funcionalidad MPLS con un conmutador-controlador de etiquetas (Label Switch Controller, LSC).
Los Enrutadores de Conmutación de Etiquetas de Borde (Edge Label Switch
Router) son asignados en los límites de la red MPLS y son los encargados de
aplicar la(s) etiqueta(s) (pila de etiquetas) a los paquetes. Los LSR de Borde
11 RSVP: Protocolo utilizado para reservar recursos de red para proveer calidad de servicio. 12 CR-LDP: Conjunto de extensiones de LDP .
(Edge LSR) también son los encargados de remover las etiquetas a los paquetes
en los puntos de salida del dominio de la red MPLS.
Las diferentes funciones que pueden ser realizadas por un LSR a los paquetes etiquetados se encuentran en la tabla 1.1.
Aggregate Remueve la etiqueta de la cima de la pila y realiza una búsqueda a
nivel de capa 3.
Pop Remueve la etiqueta de la cima de la pila y transmite el remanente como un paquete etiquetado o como un paquete D? sin etiquetar.
Push Reemplaza la etiqueta de la cima de la pila con un conjunto de etiquetas.
Swap Reemplaza la etiqueta de la cima de la pila con otro valor de etiqueta.
Untag Remueve la etiqueta de la cima y envía el paquete IP hacia la
siguiente dirección IP.
Tabla 1.1 Funciones realizadas por un LSR a paquetes Etiquetados111
1.1.2.2.3.2 Operación del Enrutador de Conmutación de etiquetas Packet-Based LSR
Un enrutador de conmutación de etiquetas "Packet-Based" utiliza etiquetas para transportar paquetes de capa 3 sobre una red con un backbone puramente enrutado (también llamado Modo Trama MPLS o Frame Mode MPLS porque los paquetes etiquetados son intercambiados como tramas a nivel de capa 2).
Como se observa en la figura 1.5, el LSR1 realiza la función de Edge-LSR, éste aplica una etiqueta inicial al paquete, después de haber realizado una asignación de una FEC particular a un paquete basado en la información de la cabecera IP. Esta asignación se realiza solo una vez al ingreso a la red MPLS.
LSR3
1 151.45.20.1 Data 7 151.45.20.1 Data
8 151.45.20.1 Data
InLabel Out Label 4 7 Prefix 200.35.15.0 151.45.20.0 Interface 0 1
El LSR1 de ingreso realiza una búsqueda , asigna la etiqueta de salida y conmuta el paquete hacia el LSR2. InLabel 4 7 Out Label 9 8 Prefíx 200.35.15.0 151.45.20.0 Interface 1 2 151.45.20.1 El LSR4 realiza tanto un pop de la etiqueta, como una búsqueda a nivel de capa 3 y conmuta el paquete hacia el siguiente salto o enrutador externo. Inmediatamente el LSR2 intercambia las etiquetas y
conmuta el paquete basándose en el valor de la etiaueta.
Figura 1.5 Operación de un LSR con un nivel de pila de etiquetas'1
Después de que un paquete es etiquetado, los siguientes LSRs conmutan el paquete usando únicamente la información de la etiqueta. Los LSRs usualmente reemplazan la etiqueta de un paquete con una nueva para conmutarlo. A la salida de la red, el LSR4 realiza un pop (ver tabla 1.1.) , luego ejecuta una búsqueda a nivel de capa 3, y finalmente conmuta el paquete hacia el siguiente enrutador externo a la red.
Parámetros como el interfaz de ingreso, en el caso de una VPN13, o de una ruta
utilizada para aplicaciones de ingeniería de tráfico, también pueden determinar la selección de una FEC. Esta determinación se realiza una sola vez al inicio de la red.
13 YPN, Red Privada Virtual: Es un servicio que permite la conectividad segura entre distintas sucursales de
LSR3 151.45.20.1 Data In Label Ou Lab 4 7
El LSR1 de ingreso realiza una búsqueda , asigna la etiqueta de salida y conmuta el paquete hacia LSR2.
In Label 4 7 Out Label 9 8 Prefix 200.35.15.0 151.45.20.0 Interíace 1 2
Inmediatamente el LSR2 intercambia las etiquetas y conmuta el paquete basándose en el valor de la etiqueta.
Figura 1.6 Operación de un LSR con varios niveles de pila de etiquetas1
151.45.20.1
El LSR4 realiza tanto un pop de la etiqueta, como una búsqueda a nivel de capa 3 y conmuta el paquete hacia el siguiente salto o enrutador externo.
[l]
La figura 1.6 ilustra la operación con múltiples niveles de etiquetas en la pila. El LSR1 realiza la función de Edge-LSR , aplica el conjunto inicial de etiquetas al paquete después de haber determinado la FEC correspondiente. El LSR2 intercambia la etiqueta de la cima 7 y la reemplaza con el valor de 8. A la salida de la red, el LSR4 ejecuta una búsqueda de etiquetas, después de esto ejecuta un pop a la etiqueta, ejecuta una búsqueda a nivel de capa 3 y conmuta el paquete hacia un enrutador externo como su siguiente salto.
Para no causar un degradamiento de la red , ya que el LSR4 debe realizar una búsqueda en base a una pila de etiquetas, se ¡mplementa lo que se denomina
Penultimate Hop popping, ya que el denominado Edge-LSR, en este caso el
LSR4, demanda un pop de etiqueta de su vecino LSR2, vía LDP o TDP usando lo que se denomina una etiqueta ímplícit-null.
El LSR2 realiza un pop a la etiqueta antes de enviar el paquete IP hacia el LSR4. LSR4 realiza una búsqueda a nivel de capa 3 basada en la dirección de destino
contenida en el paquete y encamina el paquete de acuerdo a la subnet local o a un enrutador externo a la red MPLS como próximo salto.
1.1.2.2.3.3 LSR ATM ,
Es un enrutador que realiza el envío de paquetes con etiquetas, segmentados en celdas ATM.
LSR-ATM es un conmutador ATM habilitado para MPLS que actúa como un LSR. Los LSR-ATM poseen un LSC (La-bel Switch Controller), que realiza el enrutamiento IP con los otros LSR en la red MPLS, este controlador conmutador de etiquetas (LSC) puede ser implementado por software dentro del conmutador ATM o mediante un equipo externo conectado al conmutador ATM. Un interfaz controlador-conmutador de etiquetas ATM (Label-switching-Controlled ATM, LC-ATM) es un interfaz ATM controlado por el componente de control de conmutación de etiquetas. Cuando un paquete es recibido por dicho interfaz, éste es tratado como un paquete etiquetado. El valor de la cima de la pila de etiquetas se infiere del valor del campo VCI o de la combinación de los campos VPI/ VCI. Un LSR-ATM es un LSR con un número de interfaces LC-ATM que conmutan celdas ATM entre este tipo de interfaces , usando etiquetas transportadas en el campo VCI o en los campos VCI/VPI, sin reensamblar las celdas en tramas antes de conmutarlas.
Un LSR-ATM ejecuta protocolos de control en el plano de control y configura los Circuitos Virtuales de Etiqueta (Label Virtual CIrcuíts, LVC). Los paquetes etiquetados son conmutados como celdas ATM. El protocolo VSI (Virtual Switch
Interface) se ejecuta entre un LSC y el switch ATM.
Si el LSR tiene cualquier ¡nterfaz ATM que se conecta a través de MPLS hacia un LSR-ATM, es llamado también LSR-ATM de borde. El LSR-ATM de borde recibe tanto paquetes etiquetados como no etiquetados , los segmenta en celdas ATM , y los conmuta hacia el siguiente salto o LSR-ATM. Un LSR-ATM de borde es un
LSR de borde que contiene al menos un interfaz controlador de etiquetas ATM (LC-ATM).
Los LSRs-ATM son conmutadores ATM que tienen limitados canales virtuales que pueden ser soportados por los interfaces físicos ATM (LC-ATM), y ya que cada etiqueta representa un circuito virtual, se debe manejar eficientemente la asignación de etiquetas en función de los recursos del conmutador en el aspecto de interfaces LC-ATM.
El mecanismo de conmutación usado por los LSRs-ATM MPLS es la conmutación convencional de celdas ATM , basado en los valores hallados en los campos VPIA/CI. Los campos VPIA/CI contienen los valores de etiqueta. El campo de pila de etiquetas no es usado por los LSR-ATM y la etiqueta en la cima de la pila es asignada a O por el LSR-ATM de borde.
El procesador central de un conmutador ATM debe soportar tanto señalización ATM que puede realizarse mediante señales UNÍ (User to Network Interface) o mediante señales NNI (Network to Network Interface) así como el protocolo de enrutamiento ATM PNNI15. Los dos conjuntos de protocolos se ejecutan de forma transparente, un diagrama demostrativo se observa en la figura 1.7.
MPLS
IP
LDP
PNNI UNI/NNI Cross conexión VPI/VCI
IPQoS ATMF QoS
ATM Forum
Figura 1.7 Protocolos de Señalización que se ejecutan en un Conmutador ATM MPLSP1
15 PTSTNI (Prívate Network-Network Interface) : Protocolo de enrutamiento ATM usado entre conmutadores
LSR3 Label reply LSR1 In Label 2/3 2/2 Out Label 2/4 2/7 Prefix 200.35.15.0 151.45.20.0 Interface 0 1
1. LSR1-ATM realiza una petición de etiqueta para 151.45.20.0 (FEC) de su vecino LSR2-ATM.
5. LSR1-ATM utiliza los valores de VPI/VCI recibidos desde LSR2-ATM como los valores de VPI/VCI de salida.
In Label 4 7 Out Label 9 S Prefix 200.35.15.0 151.45.20.0 Interface 1 2
2. LSR2-ATM realiza una petición de etiqueta para 151.45.20.0 (FEC) de su vecino
LSR4-ATM.
4. LSR2-ATM- utiliza los valores de VPI/VCI recibidos desde LSR4-ATM como sus valores de VPI/VCI de salida , concatena con sus valores VPI/VCI par de entrada y envía este valor de VPI/VCI al LSR1-ATM.
151.45.20.0
3. El LSR4-ATM de salida o borde asigna una etiqueta para 151.45.20.0 (FEC) que corresponde con su valor de VPI/VCI de entrada y envía este valor de VPI/VCI al LSR2-ATM.
Figura 1.8 Funcionamiento de un LSR-ATM
De acuerdo a la figura 1.8, el procedimiento paso a paso para la asignación de la etiqueta de la red ATM-MPLS de la figura se presenta a continuación:
Paso 1 LSR1-ATM realiza una petición de etiqueta para la FEC 151.45.20.0 utilizando LDP o TDP de su vecino LSR2-ATM.
Paso 2 LSR2-ATM, a su turno, realiza una petición de etiqueta para la FEC 151.45.20.0 utilizando LDP o TDP de su vecino LSR4-ATM.
Paso 3 LSR4-ATM de salida o borde asigna una etiqueta para la FEC 151.45.20.0, que corresponde a su valor de VPIA/CI de entrada, modifica su LFIB correspondiente a dicha FEC, y envía el valor de VPIA/CI.
Paso 4 LSR2-ATM utiliza los valores de VPIA/CI recibidos de LSR4-ATM' como sus valores de VPIA/CI de salida, localiza un canal virtual VC libre y
modifica sus valores en LFIB correspondiente a esa FEC. LSR2-ATM envía estos valores a LSR1-ATM utilizando una respuesta TDP/LDP.
Existe la funcionalidad VC-Merge^5, que permite a los diferentes LSR-ATM
transmitir celdas provenientes de diferentes VCI sobre el mismo VCI de salida hacia el mismo destino. Esto reduce el número de circuitos virtuales etiquetados (LVC) y el número de etiquetas requeridas en una red MPLS.
1.1.2.2.4 Rutas conmutadas mediante etiquetas (Label-SwitchedPath, LSP)
LSP es una conexión configurada entre dos LSR que se usa para la conmutación de paquetes mediante técnicas de conmutación de etiquetas.
Los LSP son establecidos mediante: • LDP Label Distributíon Protocol • TDP Tag Dístríbution Protocol (Cisco)
• RSVP-TE Resource Reservation Protocol—Traffic Engíneering extensions • CR-LDP Constraint-based Routed LDP
• Extensiones del protocolo de enrutamiento como el Multiprotocolo BGP
LSP puede ser considerado como el camino por sobre el cual un juego de LSRs intercambian paquetes correspondientes a una FEC en particular para alcanzar su destino.
Las rutas conmutadas mediante etiquetas LSP se establecen de dos maneras: • Control Independiente
• Control Ordenado
La Base de Datos de información de conmutación de etiquetas almacena información tales como: etiqueta de entrada, de salida, próximo salto e interfaz. El LSR crea una asociación local para una FEC en particular seleccionando una etiqueta libre de la base de datos de etiquetas LIB y actualiza LFIB. Luego de crear las asociaciones distribuye la información acerca de sus asociaciones hacia sus LSRs vecinos utilizando LDP.
La información de asociaciones de etiquetas es distribuida solamente a enrutadores adyacentes, un LSR compartirá información de asociación de etiquetas solamente con un LSR vecino que comparta una subnet común con al menos un interfaz del LSR local.
1.1.2.2.6 Establecimiento según Control Ordenado
La configuración del LSP la puede iniciar tanto el LSR de ingreso como el de salida y el establecimiento de etiquetas se lo realiza de una manera ordenada desde el punto de salida hacia el punto de entrada del LSP. El establecimiento mediante control ordenado requiere que la asociación de etiquetas se propague sobre todos los LSRs antes de que se establezca el LSP.
En el ejemplo de la figura 1.9, LSR7 es el LSR de salida, que inicia el establecimiento del LSP. LSR7 se encuentra directamente conectado a la FEC 192.168.0.0/16. LSR7 asigna una etiqueta con el valor de 66 para la mencionada FEC, luego de lo cual informa su asociación local de etiquetas hacia el LSR6 vecino, éste a su vez asigna una nueva etiqueta con el valor de 33 para la mencionada FEC e informa su asociación local de etiquetas a sus LSR vecinos (LSRS y LSRS). EL establecimiento del LSP continúa de esta manera hasta el LSR de ingreso (LSR1) como se observa con la asignación de las etiquetas 11 y 7.
LSR2 Label =
Label = 33
192.168.0.0/16
LSR4 Label = 22 LSR5
Figura 1.9 Establecimiento mediante control Ordenado'1'
Cabe resaltar que para el establecimiento de LSPs se usa mayo rita riamente el control independiente para la ¡mplementación de MPLS puramente enrutado denominado "packet based" mientras que para ATM-MPLS se utiliza el control ordenado.
[5]
1.1.2.3 Protocolo de Distribución de Etiquetas (LabelDistribution Protocol, LDP)
El protocolo de distribución de etiquetas LDP es usado en conjunto con protocolos estándar de capa red para distribuir la asociación de etiquetas entre LSRs en una red conmutada. LDP utiliza ei puerto TCP número 646 mientras TDP (Tag
Dístríbution Protocol) utiliza el puerto TCP número 711.
Cuando un LSR asigna una etiqueta a una FEC, éste necesita informar a sus vecinos acerca de esta etiqueta y su significado, esto se lo realiza utilizando LDP.
LDP se ejecuta sobre TCP con la excepción de los mensajes LDP DISCOVERY que se ejecutan sobre UDP.
LDP define cuatro tipos de mensajes (figura 1.10):
Discovery .- Se ejecuta sobre UDP y usa mensajes multicast Helio para
• Adjacency.- Se ejecuta sobre TCP y provee la inicialización mediante mensajes Initialízation al comienzo de una sesión LDP. EL mensaje Keepalive es enviado periódicamente para monitorear mediante timers la sesión LDP.
• Label Advertísement.- Provee mensajes de asociación de etiquetas utilizando mensajes Label Mappíng, Label Withdrawalm y Label reléase.
• Notificaron .- Este mensaje provee información de errores entre un par de LSR que tienen una sesión LDP establecida.
LSR Helio Discovery Transport Conneetion Estabüshment Session Initíalization Label Distritration jelRequest.... ——— Label Mapping LDP KeepAüve HüwillllligullH " • '""' '""""""*" LabeIRj .-——-— Label Mapping Figura 1.10 Mensajes LDP[32]
LDP puede utilizar algunos modos de propagación de asociación de etiquetas, entre los cuales están:
• Downstream-on-Demaríd Mode .- Permite hacer una petición de asociación de etiquetas, para una FEC en particular del LSR designado como su siguiente salto.
• Unsolicíted Downstream Mode .- Permite distribuir la información de asociación de etiquetas de un LSR hacia sus vecinos LSRs sin que se realicen peticiones de requerimiento.
Los dos métodos anteriormente mencionados pueden ser usados en la misma red al mismo tiempo y se establece qué tipo se utilizará durante la etapa de inicialización LDP.
• Liberal Label Retentíon Mode .- Este modo mantiene las asociaciones entre una etiqueta y una FEC que son recibidas desde LSRs que no son necesariamente el próximo salto para esa FEC. El LSR tiene la opción de seguir difundiendo dicha asociación o descartarla.
• Conservativo Label Retentíon Mode .- Este modo descarta asociaciones entre una FEC y una etiqueta que han sido recibidos por LSRs que no son el próximo salto para esa FEC. Este método no desperdicia etiquetas y es extensamente usado por LSRs -ATM.
El modo Liberal de retención de etiquetas permite una rápida adaptación a cambios a nivel de enrutamiento; y, el modo conservativo requiere mantener menos etiquetas.
1.1.2.4 Prevención y detección de lazos de enrutamiento
LDP utiliza información recolectada por los protocolos de enrutamiento de capa 3 y por lo tanto es susceptible a lazos de enrutamiento a menos que dichos protocolos puedan por si mismos evitar este tipo de lazos.
En protocolos como OSPF, cada nodo mantiene una base de datos de la topología entera de su área de enrutamiento en la red. En este tipo de redes, hay la posibilidad de lazos transitorios de enrutamiento si la sincronización con la base de datos para su actualización no registró un cambio en la topología especialmente durante el momento posterior a una falla de enlace.
1.1.2.5 Efectos de lazos de enrutamiento en MPLS
Si no se previenen este tipo de lazos, el nivel de tráfico de la red es afectado en las siguientes maneras:
• Los paquetes utilizados para el establecimiento de un LSP son conmutados en un lazo de enrutamiento sin fin, y el LSP no se establece adecuadamente; esto continua hasta que el lazo de enrutamiento es deshabiiitado.
• Los paquetes introducidos en un LSP que presenta lazos de enrutamiento continúan siendo etiquetados hasta que se rompe el lazo.
1.1.2.5.1 Control de Lazos en MPLS
Existen tres mecanismos básicos para el control de lazos en MPLS: • Supervivencia del lazo (Loop Survivaí)
• Detección de Lazo (Loop Detection)
• Prevención de lazo (Loop Prevention)
1.1.2.5.2 Loop Survivaí
Los nodos MPLS que tienen la habilidad de realizar decrementos utilizando TTL para los LSPs utilizan este mecanismo; mientras los que no realizan TTL, como los nodos ATM-MPLS, utilizan un espacio en el buffer del conmutador ATM para realizar mecanismos de control de lazos.
En segmentos que poseen la funcionalidad TTL, los paquetes etiquetados utilizan lo que se denomina shim leader ubicado entre los datos y la cabecera de la capa red para transportar el campo TTL, cuya función consiste en descartar paquetes en transiciones de enrutamiento.
Como se mencionó anteriormente los nodos ATM-MPLS no utilizan TTL. El espacio en buffer consumido por un circuito virtual puede ser limitado vía
configuración, y este método es usado para el control de lazos de enrutamiento. De esta forma paquetes en un lazo pueden consumir un cierto espacio de buffery no saturar el switch ATM.
1.1.2.5.3 Detección de lazo
Este método permite a un LSP la formación de lazos, pero puede detectar y desconectar el lazo en un pequeño período de tiempo. Esta capacidad es soportada por LDP.
LSR-ATM utilizan el método de cuenta de salto (hop count), en cada paso por un LSR-ATM este valor se decrementa, cuando llega a cero la asociación de etiquetas falla y el LSP es declarado abajo. Luego de esto se forma una petición nueva de asociación de etiquetas para la formación de un nuevo LSP.
El método de cuenta de salto actúa como la funcionalidad TTL, sin embargo la información de este método es transportada por los mensajes "request" y
"responso" del protocolo LDP.
1.1.2.5.4 Prevención de Lazo
Este método de control previene la formación de rutas con lazos antes de que cualquier paquete sea enviado por el mismo. Con este método los LSPs son categorizados como sigue: .
• Nonstate Merging LSPs • State Mergíng LSPs
Nonstate MergmQ LSP .- LSP que son establecidos utilizando CR-LDP o RSVP
pertenecen a este tipo. Cada mensaje de control usado para una petición de etiqueta contiene una lista de direcciones de los nodos (LSR), ya que cuando un LSR conmuta un paquete, la dirección del mismo se añade a la mencionada lista. Si el LSR encuentra su misma dirección en un mensaje entrante, éste detecta el lazo y previene la formación de dicho LSP.
State Mercfinq LSP .- Utiliza dos tipos de prevención de lazos de enrutamiento :
• Vector de difusión de ruta.- Utiliza una lista de direcciones de LSR referida como un vector de ruta.
• Método Colored Thread .- Requiere de un control ordenado, utiliza una identificación de cada LSR basada en la dirección IP y la asignación de "color" para cada uno, si el LSR identifica su "color" en un establecimiento de LSP entonces se desecha esta petición ya que se formaría un lazo de enrutamiento.
1.2 ATM-MPLS
[1]'
PU8]Cuando se trata de introducir la arquitectura MPLS dentro de las limitaciones de la tecnología ATM, se deben superar varios obstáculos:
• Los conmutadores ATM no pueden realizar tareas de búsqueda de etiquetas. La etiqueta debe ser trasladada en los campos de VCIA/PI.
• Los conmutadores ATM no pueden realizar búsquedas a nivel de capa 3. La tarea de etiquetar y la distribución de las asociaciones de etiquetas deben ser modificadas para asegurar que el conmutador ATM no tenga que realizar este tipo de búsqueda a nivel de capa 3.
1.2.1 COMPONENTE DE CONMUTACIÓN
Para la ejecución de MPLS, la etiqueta de la cima de la pila es trasladada al campo VCI o VPIA/CI de la cabecera de la celda ATM. Los procedimientos tanto de asignación de etiquetas como de distribución de asociación de las mismas son modificados para que el LSR-ATM realice una búsqueda del valor de la etiqueta en los campos ya mencionados de la cabecera de la celda ATM y determinar la interfaz de salida como el valor de la etiqueta de salida.
1.2.2 COMPONENTE DE CONTROL
Consiste de un grupo de protocolos de enrutamiento tales como OSPF e IS-IS ejecutándose en conjunto con los procedimientos de asignación de etiquetas y mantenimiento.
Un LSR-ATM utiliza el modo Downstrean on demand, de acuerdo al cual cada LSR-ATM mantiene una LFIB que contiene una lista de todas las rutas IP que el LSR-ATM utiliza. El LSR-ATM de borde, para cada ruta en su FIB, identifica el próximo salto, luego de lo cual realiza un requerimiento vía LDP hacia el siguiente salto para su respectiva asociación de etiquetas.
Cuando el siguiente LSR-ATM recibe la ruta, éste asigna una etiqueta y crea una entrada en su LFIB. La siguiente acción depende de si utiliza el modo independiente u ordenado analizados en las secciones 1.1.2.2.5 y 1.1.2.2.6. En el método independiente, el LSR-ATM inmediatamente retorna la asociaciones entre la etiqueta y la ruta hacia el LSR que envió la petición, pero no se pueden enviar paquetes etiquetados ya que el LSR-ATM todavía no presenta una asociación etiqueta/VCI de salida.
En el método ordenado visto en la sección 1.1.2.2.6, el LSR-ATM envía una nueva petición de asociación hacia su siguiente LSR-ATM respectivamente hasta encontrar el LSR-ATM de borde destino. Éste retorna la asociación de etiquetas hacia el anterior LSR-ATM y así sucesivamente hasta que la ruta esté completamente establecida.
LSR3
Figura 1.11 Proceso de asignación de Etiquetas111
Los pasos que ocurren en el proceso de asignación de etiquetas mostrado en la figura 1.11 son los siguientes:
1.- LSR1 envía una petición de asociación de etiqueta hacia LSR2 para asociar al prefijo 172.16.0.0/16.
2.- LSR2 asigna VCI 20 como etiqueta de entrada y crea la respectiva asociación en su LFIB.
3.- LSR2 envía una petición de asociación de etiqueta hacia LSR3. 4.- LSR3 asigna VCI 25 como el valor de etiqueta.
5.- LSR3 envía su respuesta a LSR2 con la asociación entre el prefijo 172.16.0.0/16 y el valor VCI 25 como etiqueta.
6.- LSR2 asigna como etiqueta de salida el valor VCI 25. Este valor ahora es usado por LSR2 para conmutar las celdas entrantes con VCI 20 hacia VCI 25. 7.- LSR2 envía su respuesta a LSR1 con la asociación entre el prefijo 172.16.0.0/16 y el valor VCI 20 como etiqueta.
8.- LSR1 crea su respectiva asociación en su LFIB y asigna como etiqueta de salida el valor VCI 20.
1.2.3 VCMERGE
El conmutador ATM no puede asegurar que celdas arribando simultáneamente desde algunas fuentes sean intercaladas si son enviadas por el. mismo VC hacia su destino. El LSR de Borde saliente no puede resolver el intercalado de celdas
porque la encapsulación AAL516 usada por MPLS no contiene campos de
cabecera adicionales que puedan ser de ayuda.
VC Merge permite a los LSRs-ATM el transmitir celdas provenientes de diferentes VCIs sobre el mismo VCI de salida hacia el mismo destino. Esto reduce el número de Circuitos Virtuales Etiquetados (LVC) requeridos en una red MPLS. Las celdas de la misma trama AAL5 son todas transmitidas antes de que celdas pertenecientes a otra trama sean enviadas. El switch almacena las celdas ATM hasta que recibe la celda con el bit de final de trama activado , luego de lo cual transmite todas las celdas por el VC de salida designado.
BufferLSR2
Petición 1
LSR1
172.16.0.0/16
Figura 1.12 VC Merge"
En la figura 1.12, LSR1 y LSR4 envían tráfico hacia el prefijo 172.16.0.0/16. LSR2 tiene solo un VCI = 25 de salida para dicho prefijo. Celdas provenientes con un valor de VCI =20 y VCI = 35 son almacenadas en diferentes peticiones de LSR2 hasta que se complete la trama AAL5. En este ejemplo el final de la trama fue detectada sobre el VCI = 35 y la trama completa fue enviada sobre el VCI = 25 de salida. La trama con VCI = 20 se almacena en el buffer hasta que se detecte su finalización.
16 AAL5: Capa de Adaptación ATM 5 : Conocida también como SEAL, diseñada para soportar tanto
ATM VC Merge reduce drásticamente el número de etiquetas asignadas a través de un dominio ATM-MPLS. Por ejemplo si se considera una red con 100 enrutadores de borde ¡nterconectados a través de una red ATM. Se asume que cada enrutador de borde anuncia sólo 10 subredes en la red ATM ( en otras palabras el enrutador es el LSR de Borde de salida de solo 10 destinos). En una implementación tradicional de ATM-MPLS, dicho enrutador tendría que asignar 10 etiquetas para cada enrutador de ingreso resultando en 100 canales virtuales solo para soportar la conmutación de paquetes etiquetados de sus vecinos. Sin embargo si la red ATM soporta VC merge , el enrutador de salida sólo debe asignar 10 etiquetas, porque el conmutador ATM puede reutilizar estas etiquetas con los demás enrutadores.
1.2.4 CIRCUITOS VIRTUALES ETIQUETADOS (LVC)
Los circuitos virtuales de ATM establecidos para MPLS se denominan Circuitos Virtuales Etiquetados (Label Virtual Circuits, LVC). Un enlace entre dos LSRs-ATM o entre un LSR-LSRs-ATM de Borde y un LSR-LSRs-ATM, es un enlace LSRs-ATM, ya que ATM-MPLS utiliza los campos VPI/VCI para transportar el valor de la etiqueta, cada etiqueta en un enlace corresponde a un diferente LVC. Los Circuitos Virtuales Etiquetados no son SVC (Switched Virtual Circuits) ni PVC17 (Permanent Virtual Circuits). Los LVCs se establecen utilizando LDP y no los mecanismos utilizados por ATM.
Existen dos tipos de LVC:
• LVC de Señalización
• LVC Ordinario
17 PVC (Permanent Virtual Circuif): Circuito Virtual en el que todos los recursos están reservados de
LSC (Controlador Conmutador de Etiquetas) LSR-ATM Enlaces ATM LVC Ordinario
Figura 1.13 Circuitos Virtuales Etiquetados111
a) LVC DE SEÑALIZACIÓN
Este circuito virtual transporta paquetes IP que son reensamblados y examinados en cada LSR-ATM. Transporta información de enrutamiento como MP-BGP, OSPF, IS-IS y LDP. También es usado para el tráfico de administración como ICMP (Internet Control Message Profoco/) o SNMP (Simple Network Managment Protoco!).
Los circuitos virtuales etiquetados (LVC) de cada interfaz en el conmutador ATM deben ser conectados a través del LSC como se indica en la figura 1.14 . Los LVC de señalización en cada interfaz se encuentran en el VPIA/CI (0/32) establecidos por defecto , pero generalmente se encuentra en diferentes VCI en el enlace de control del conmutador. El valor de VCI es configurado al inicialrzar el software del LSC.
b ) LVC ORDINARIO
Este circuito virtual etiquetado transporta datos conmutados en base a etiquetas.
Los paquetes en este tipo de LVC son conmutados por los LSRs-ATM sin necesidad de ser reensamblados.
1.2.5 LABEL SWITCH
CONTROLLERS-El Controlador Conmutador de Etiquetas (LSC) maneja la sección de control y conmutación de un LSR-ATM. Un LSR-ATM difiere de un conmutador ATM normal en la forma como se establecen las conexiones, normalmente una conexión ATM se establece por un software de control . El LSC es una parte del LSR-ATM que ejecuta un protocolo de enrutamiento IP tal como OSPF o 1S-IS. El software encargado del enrutamiento IP del LSC mantiene actualizada la topología de la red MPLS, con esta información, el protocolo LDP establece etiquetas a los enlaces conectados hacia el LSR-ATM. Cuando el LSC ha establecido tanto etiquetas de entrada como de salida para la misma ruta en su LFIB, entonces indica al conmutador de fábrica el establecer una conexión con los parámetros (¡nterfaz de entrada, etiqueta de entrada VCI, interfaz de salida, y etiqueta de salida VCI).
LSC Extemo
Enlaces ATM-MPLS
LSC Interno
Interfaz de Control del Conmutador SCI
VSI enlace de control
(T3, E3 , STM1)
Conmutador de Fábrica
Figura 1.14 Controladores Conmutadores de Etiqueta LSC
El LSC puede ser implementado de varias formas. Los conmutadores de baja capacidad usan el software LSC integrado y los conmutadores ATM de alta capacidad utilizan LSCs externos.
• Mediante software LSC integrado, en donde el LSC puede ser implementado a nivel de software dentro de los conmutadores ATM y se ejecuta en la tarjeta de control.
• Mediante un LSC interno donde el software se ejecuta en una tarjeta ATM separada de la tarjeta principal de control del conmutador.
1.2.6 LSC EXTERNO
El LSC puede ser también implementado como un hardware externo. El LSC y el conmutador son interconectados mediante un enlace conmutado de control. Este enlace es usado en diferentes formas con los otros interfaces ATM; en el LSR es usado para conectar los LVC de señalización con los diferentes interfaces del conmutador.
En la figura 1.14 se puede observar como el LSC es conectado a un conmutador, la conexión física entre el LSC y el conmutador es denominado ¡nterfaz conmutado virtual (Virtual Switch Interface, VSI), que puede ser un enlace ATM T3/E3ounSTM-1.
El modelo de un LSC externo tiene la ventaja de separar servicios en entidades lógicas independientes, sin que su funcionamiento propio interfiera entre éstos.
1.2.7 CIRCUITOS VIRTUALES DE CONTROL
El LSC utiliza un protocolo de control de ¡nterfaz para descubrir la configuración del puerto del conmutador y realizar las configuraciones con el conmutador. Este protocolo utiliza los circuitos virtuales conectados hacia cada puerto en la tarjeta. Utilizando la infraestructura de los LVCs de señalización y un control externo de circuitos virtuales, el LSC puede establecer asociaciones de etiquetas con los conmutadores LSR-ATM de borde y consecuentemente realizar la petición de la configuración de las conexiones de los circuitos virtuales conmutados.
Un Interfaz virtual conmutado (Virtual Switch Interface, VSI) provee un ¡nterfaz estándar para que un controlador externo pueda controlar los recursos en un
conmutador. Los LSCs externos usualmente son implementados como un enrutador externo.
1.2.8 ATM CON FUNCIONALIDAD IP <TP + ATM)
EL Controlador conmutador de etiqueta LSC puede ser añadido a un conmutador ATM para implementar a éste la capacidad MPLS. La capacidad IP+ATM de un LSR-ATM puede ser utilizada para simultáneamente brindar el servicio MPLS y el tradicional servicio de conmutación ATM. En la figura 1.15 la parte A indica un conmutador ATM con un LSC MPLS. La parte B muestra un conmutador ATM convencional bajo el control de un controlador PNNI (ATM Prívate Network Node ¡nterfacé) . En la parte C los conmutadores IP+ATM permiten un LSC y un controlador PNNI para ser conectados simultáneamente con el mismo conmutador, en otras palabras el mismo conmutador puede soportar servicios IP utilizando MPLS y el servicio convencional ATM utilizando PNNI.
A ) Control M P L S sobre un conmutador ATM B ) C o n tro I P N N I sobre un o o n m u t a d o r A T M
Cada puerto y troncal simultáneamente soporta servicios M P L S c o m o servicios tradicionales ATM C ) C o n m u t a d o r IP+ATM con c o n t r o l a d o r e s M P L S y P N N I Figura 1.15 IP+ATMM
conmutador contiene dos conmutadores lógicamente separados:
• Un LSR-ATM MPLS
• Conmutador Tradicional ATM PVC/SVC
ATM
PVCs
PVC.SVC.oSPVC LSRATM
MPLS VCs Etiquetados
Cada Troncal puede soportar PVCs, SVCs o Soft PVCs como MPLS LVCs
Figura 1,16 Funcionamiento Lógico de un Conmutador IP+ATM111
Un conmutador IP+ATM contiene lógicamente dos conmutadores separados pero físicamente integrados en un solo conmutador, sin embargo contiene dos o más juegos de programación de control. Un juego de programación de control para lo que se refiere a PVCs, SVCs ; y el otro juego de consoladores para la sección MPLS. Estos controladores son independientes, permitiendo a un conmutador actuar como dos o más conmutadores virtuales , el VSI permite a 2 o más controladores el actuar independientemente con el conmutador.
La infraestructura de la red que se expone en este proyecto de titulación como
backbone para la plataforma ATM-MPLS pertenece a la empresa SURATEL1, la mencionada red se basa en la tecnología SDH (Synchronous Digital Hierarchy) operando a una velocidad de 155 Mbps con una topología en anillo utilizando fibra óptica para la conexión entre Nodos .
En este capítulo se trata los fundamentos básicos de la tecnología SDH en una breve introducción ya que para la consecución de una red ATM-MPLS efectiva, ésta debe tener como transporte a una red eficiente y confiable como es el caso de la tecnología SDH, así como para el dimensionamiento de la plataforma ATM-MPLS se debe tener muy en claro los conceptos de recursos que brinda la capa transporte y sus mecanismos de protección.
Para el diseño eficiente de la red, es necesario conocer la o las tecnologías que están involucradas en la misma, razón por la cual se presentan los conceptos fundamentales de SDH en este capítulo.
2.1 SDH (SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY )
[3]>
[4]l [5]'
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[7]'
[9]>
[11]'
[12], [34]Esencialmente SDH es "un protocolo de transporte (capa 1 en el modelo OSI) basado en la existencia de una Referencia Temporal Común (Reloj Primario), que multiplexa diferentes señales dentro de una jerarquía común flexible, y gestiona su transmisión de forma eficiente a través de fibra óptica, radio, etc, con mecanismos internos de protección".
Entre las principales ventajas de las redes SDH se tiene:
• Fiabilidad: SDH tiene mecanismos internos que permiten rápida
restauración del tráfico en caso de fallo, garantizando un alto nivel de eficiencia.
• Gestión de Ancho de Banda: SDH ofrece una arquitectura flexible y un
uso eficiente de la infraestructura de fibra, con facilidad para acomodar necesidades de transmisión presentes y futuras.
• Sincronización: SDH es un modo de transmisión síncrono. Casi toda su
flexibilidad viene del hecho de que existe un reloj común a toda la red.
• Gestión de Red: SDH define un canal interno que permite la comunicación
de cada elemento de red con un centro de operaciones, donde se lleva a cabo la monitorización de la calidad, control, y configuración remota de elementos, esenciales para la provisión, gestión y control de la calidad de . transmisión.
2.1.1 MODELO DE CAPAS SDH
Las redes SDH están subdivididas en diferentes capas:
LO (VC-12, VC-3)
(VC-4) High-Order
Sección de Multiplexación
Sección de Regeneración
Interfaz Físico
PlFigura 2.1 Modelo de Capas SDH1
Interfaz Físico : Esta capa se refiere al medio de transmisión (Fibra óptica, radio
Sección de Regeneración: Esta sección abarca el medio de transmisión y el
equipo asociado entre dos regeneradores.
Sección de Multiplexación: Abarca la parte del enlace SDH entre multiplexores.
Dos capas VC (Contenedores Virtuales) : Tanto la capa de alto orden (VC-4)
como las de bajo orden (VC-12 y VC-3) representan una parte del proceso de mapeo2.
2.1.2 JERARQUÍAS DE MULTIPLEXACIÓN
SDH define una jerarquía estandarizada de velocidades de datos digitales. El menor nivel es denominado STM-1 (Módulo de Transporte Sincrónico nivel 1) y su velocidad es de 155.52 Mbps. Este nivel puede ser usado para transportar una señal PDH3 de cuarto nivel E4 (139264 Kbps) o un grupo de señales PDH de velocidad menor como E1 (2048 Kbps), E3 (34368 Kbps), etc.
Las tramas de alto nivel son obtenidas por la multiplexación de 4 tributarios del nivel previo que están mutuamente sincronizados. Su velocidad es un múltiplo del primer nivel , y constituyen los módulos de transporte sincrónico STM-N donde N es el factor; así se han definido los módulos de transporte STM-1, STM-4, STM-16 ySTM-64(Tabla2.1).
2 Mapeo: Proceso en el cual el tráfico PDH es "empaquetado" dentro de contenedores Virtuales (VC). 3 PDH: (Jerarquía Digital Plesiócrona) : Jerarquía de multiplexación en la cual el reloj usado en cada nivel
SDH (JTU;T) STM-1 STM-4 STM-1 6 STM-64 VELOCIDAD • Mbps ";" 155.52 622.08 2488.32 9953.28
Tabla 2.1 Jerarquías de Multiplexación[9]
2.1.3 TRAMA STM-1
Figura 2.2 Estructura de la Trama STM-1[5]
El nivel básico de la trama SDH es llamado Módulo de Transporte Sincrónico de Nivel 1 (STM-1). Una trama STM-1 puede ser representada por un mapa de 2 dimensiones que consta de 9 filas por 270 columnas (bytes), lo que implica una capacidad total de 2430 bytes o 19440 bits por trama, como se observa en el esquema de la figura 2.2.
SDH en su nivel básico STM-1 opera a una frecuencia de 8 KHz o 125 |j,s por trama lo que conlleva a 8000 tramas por segundo, de lo cual se obtiene:
Así la velocidad básica de una estructura de señal SDH es 155.52 Mbps.
Cuando se visualiza como bloque a la estructura de trama STM-1, como se observa en el esquema de la figura 2.2, los primeros 9 bytes de cada fila transportan la información de cabecera (overhead), los restantes 261 bytes transportan el denominado payload o carga útil. La capacidad de la cabecera es 9 (bytes / fila) x 9 (filas) = 81 bytes de cabecera .
La señal en bits es transmitida en secuencia, empezando con los pertenecientes a la primera fila, con el bit más significativo (MSB) de cada byte transmitido primero. Luego de la transmisión del último byte de la trama (fila 9, columna 270) toda la secuencia se repite.
2.1.4 CONTENEDORES VIRTUALES
Contenedor : Un contenedor es el elemento básico de la señal SDH. Está formado por los bytes de información de la señal tributaria.
Path Overhead: Es la información de control asociada con cada contenedor, esta
información presenta la asociación Nodo Origen-Nodo Destino del contenedor. La información de POH (Path Overhead} permite etiquetar el tráfico para monitorizarlo en la red o identificarlo para protegerlo en caso de que sea necesario.
Un Contenedor Virtual (VC) es el paquete formado por un Contenedor y su correspondiente "Path Overhead". Un Contenedor Virtual es transportado desde el origen hasta el destino sin sufrir modificación.
Señales individuales de tributarios son asignadas dentro de Contenedores Virtuales (VC) para una transmisión inicio-final a través de una red SDH, como se observa en la figura 2.4. Los Contenedores Virtuales son clasificados en dos grupos:
