Propuesta de implementación de Ingeniería de Tráfico en redes MPLS

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Propuesta de implementación de Ingeniería de Tráfico en redes MPLS.” Autor: Aliemnis Reinier Beltrán Arboláez. Tutor: Ing. Rafael E. Viego Escandell Santa Clara 2009 "Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica. Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica.. TRABAJO DE DIPLOMA “Propuesta de implementación de Ingeniería de Tráfico en redes MPLS.” Autor: Aliemnis Reinier. Beltrán Arboláez. e-mail: [email protected] Tutor: Ing. Rafael E. Viego Escandell. e-mail: [email protected] Santa Clara 2009 "Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. En la ciencia no hay calzadas reales, y sólo tendrán esperanzas de acceder a sus cumbres luminosas aquellos que no teman fatigarse al escalar por senderos escarpados. Karl Marx.

(5) ii. DEDICATORIA. A mis padres, por ser mi ejemplo a seguir y la luz que me iluminó el camino hacia el triunfo en los momentos más oscuros, les dedico éste, mi más sincero y modesto esfuerzo..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A toda mi familia, especialmente a mis padres por la educación, el amor, la confianza y los consejos que me dieron cuando los necesitaba, realmente sin su apoyo no lo hubiera logrado. A mi tutor Rafe, por el apoyo y la confianza brindada durante la confección del trabajo. A mis inigualables compañeros de aulas, que son de las mejores cosas que tengo en la vida. Jean, Jans, César, Michel, Brian M, Lorenzo, Maidel, Luiso, Elizabeth, Joannis, Yoansy por mencionar algunos. A todos los que de una forma u otra contribuyeron en la realización de este trabajo. A aquellos que no tuvieron el valor de confiar en mí. A todos GRACIAS..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Revisión bibliográfica y búsqueda de información, consultando revistas, en Internet y en libros actualizados relacionado con la Ingeniería de Tráfico en MPLS. 2. Análisis de la bibliografía técnico-especializada encontrada para la construcción de un marco teórico de referencia general relacionado con la Ingeniería de Tráfico en MPLS. 3. Estudio detallado el funcionamiento de dicha herramienta sobre redes MPLS. 4. Análisis de los distintos tipos de diseño para aplicar Ingeniería de Tráfico en las redes en cuestión. 5. Creación de un modelo de red para la aplicación de una de las variantes de diseño analizada. 6. Obtención del informe del trabajo de diploma.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. En este trabajo se aborda la importancia que ha tomado el término de Ingeniería de Tráfico en los últimos años para los ISPs debido al surgimiento de nuevos servicios como Voz sobre IP (VoIP), videoconferencias entre otros. La arquitectura MPLS habilita la realización de Ingeniería de Tráfico, combinando la flexibilidad de las comunicaciones con la calidad y seguridad de los servicios y a su vez ofreciendo niveles de rendimiento diferenciados y priorización de tráfico, todo ello en una única red. También se analizan las principales variantes para realizar Ingeniería de Tráfico en redes MPLS que son el Ruteo Basado en Restricciones (CBR) y el Balanceo de Carga, haciendo énfasis en las operaciones básicas y en los algoritmos que emplea dicha herramienta para el logro de sus objetivos. En el capítulo 3 se caracterizan los distintos métodos de diseño culminando con la aplicación de uno de estos a una simple red de ejemplo..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO................................................................................................................. i DEDICATORIA ................................................................................................................ ii AGRADECIMIENTOS .....................................................................................................iii TAREA TÉCNICA ........................................................................................................... iv RESUMEN ........................................................................................................................ v INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1.. Elementos básicos de la Ingeniería de Tráfico en MPLS. ......................... 5. 1.1. Generalidades de la Ingeniería de Tráfico............................................................ 5. 1.2. Tareas fundamentales de la Ingeniería de Tráfico. ............................................... 7. 1.3. Antecedentes de la Ingeniería de Tráfico sobre MPLS. ........................................ 8. 1.4. Componentes básicos de una red MPLS. Funcionamiento y principales. protocolos. .................................................................................................................... 11 1.4.1 Funcionamiento de una red MPLS .................................................................. 12 1.4.2 Principales protocolos. ..................................................................................... 13 1.5. Ventajas que ofrece MPLS para la Ingeniería de Tráfico. .................................. 16. 1.6. Principales técnicas para aplicar Ingeniería de Tráfico sobre MPLS .................. 19. 1.6.1 Ruteo basado en restricciones........................................................................... 20 1.6.2 Balanceo de carga ............................................................................................ 21 1.7. Conclusiones parciales. ..................................................................................... 24.

(10) vii CAPÍTULO 2.. Descripción funcional de la Ingeniería de Tráfico sobre MPLS .............. 25. 2.1. Introducción a la Ingeniería de Tráfico en redes MPLS ..................................... 25. 2.2. Distribución de la Información .......................................................................... 27. 2.3. Cálculo y ajuste de camino ................................................................................ 28. 2.3.1 Algoritmos para el cálculo de camino. SPF y CSPF. ........................................ 29 2.3.2 Prioridad de Túnel............................................................................................ 32 2.3.3 Reoptimización de túneles. ............................................................................... 32 2.3.4 Apoyo de RSVP al cálculo de camino. ............................................................. 33 2.4. Reenvío de información a través de los túneles ................................................. 35. 2.5. Balanceo de Carga como soporte para el envío de tráfico a través de los túneles. 35. 2.6. Protección y restauración en Ingeniería de Tráfico en MPLS. ............................ 36. 2.6.1 Tipos de protección. ......................................................................................... 36 2.7. Combinación de ingeniería de tráfico en MPLS con DiffServ............................ 39. 2.7.1 Flujo de paquetes con ingeniería de tráfico en MPLS con DiffServ .................. 41 2.8. Conclusiones parciales. ..................................................................................... 42. CAPÍTULO 3.. Propuesta para la implementación de Ingeniería de Tráfico en redes. MPLS. 43. 3.1. Diseños de redes MPLS con Ingeniería de Tráfico. ........................................... 43. 3.1.1. Diseño IGP................................................................................................ 43. 3.1.2. Diseño táctico............................................................................................ 44. 3.1.3. Diseño estratégico en línea. ....................................................................... 45. 3.1.4. Diseño estratégico fuera de línea. .............................................................. 46. 3.2. Factores a tener en cuenta en el diseño de redes MPLS con Ingeniería de Tráfico. 47.

(11) viii 3.3. Propuesta de modelo de diseño con simple ejemplo. ......................................... 48. 3.3.1. Acoplamiento completo entre WRs. .......................................................... 51. 3.3.2. Acoplamiento completo entre CRs. ........................................................... 52. Conclusiones .................................................................................................................... 54 Recomendaciones ............................................................................................................. 55 Glosario de Términos ....................................................................................................... 56 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 59.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. El crecimiento actual de la Internet brinda una oportunidad a los Proveedores de Servicio de Internet ISPs por sus siglas en inglés, de ofrecer nuevos servicios como VoIP, Videoconferencias además de los ya tradicionales servicios de datos como email, ftp y web browsing. Todos estos nuevos servicios tienen grandes requerimientos. en lo que a. rendimiento, tasa de pérdida, delay y jitter se refiere. Es por ello que la comunidad de Internet ha hecho grandes esfuerzos en los últimos años para poder ofrecer garantías de calidad de servicio (QoS) a Internet, con el objetivo de transformarla en una red convergente para todos los servicios de telecomunicaciones. Entre los primeros modelos se destacan el de Servicios Integrados (IntServ) y el de Servicios Diferenciados (DiffServ). Debido a problemas de escalabilidad en el primer caso y al no poder ofrecer las suficientes garantías de QoS en el segundo es que se necesita de la Ingeniería de Tráfico en las redes IP para asegurar QoS. Por ende existen determinados factores que indican la necesidad de más y mejores herramientas de ingeniería de tráfico para las redes [1]. Entre ellos se destacan: -Calidad del servicio: los clientes son cada vez más exigentes en el cumplimiento de la perfomance, confiabilidad y seguridad, que se manifiestan en forma de SLAs. Por eso es muy importante para los operadores el coordinar cuidadosamente por dónde fluye el tráfico de cada demanda y ver si pueden o no tolerar la llegada de futuras nuevas demandas sin afectar las ya existentes y por ende, viendo comprometidos el cumplimiento de los SLAs pertinentes. -Parámetros ajustables interdependientes: Hoy en día los proveedores de equipos de red, proveen a los ISPs con poco o ningún control sobre los mecanismos responsables de la coordinación de paquetes, gestión de buffers y selección de caminos, es decir, un ISP debe.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. gestionar su red de backbone, y sus complicadas relaciones de frontera con proveedores vecinos, ajustando los asuntos anteriormente mencionados a través de una combinación de intuición, testeo y pruebas de intento y error. -Crecimiento de las redes: Se ve reflejado en que por un lado, redes de backbones individuales están creciendo rápidamente en tamaño, velocidad y espectro abarcado; mientras que por otro lado, la industria intenta unir redes discordes entre sí en redes integradas más grandes. Como resultado, las funciones de gestión de red que una vez pudieron ser manejadas por un grupo reducido de personas, basándose en la intuición y experimentación, deben ser ahora soportadas por herramientas efectivas de ingeniería de tráfico que unen información de configuración y de uso de una variedad de fuentes. -Variabilidad del tráfico: El tráfico en Internet es complejo. La carga ofrecida entre pares de origen-destino es típicamente desconocida. Asimismo, la distribución del tráfico IP frecuentemente fluctúa ampliamente a través del tiempo. Esto introduce una gran complejidad en la ingeniería de tráfico sin alivianar las demandas de los clientes por un desempeño de comunicación predecible. Herramientas efectivas de TE deben soportar la identificación rápida de potenciales problemas de desempeño y un ambiente flexible para experimentar posibles soluciones. En nuestro país se desarrolla aceleradamente el Programa de Informatización de la Sociedad, como estrategia de acceso de todas las estructuras administrativas y civiles al empleo de las tecnologías de la información y poder disponer de todo lo necesario para garantizar el desarrollo de nuestra sociedad. Todo esto se ha soportado sobre redes WAN del tipo ATM/FR y en los últimos tiempos sobre redes IP/MPLS. Todo lo anterior, ha provocado el crecimiento constante del ancho de banda en estas redes y justifican la necesidad de profundizar en el estudio y evolucionar la forma en que se maneja el tráfico cursado. El presente trabajo propone el despliegue de la herramienta de Ingeniería de Tráfico sobre redes MPLS, para lo cual se trazaron los siguientes objetivos: 1. Definir los objetivos generales Ingeniería de Tráfico. 2. Analizar las principales variantes para realizar Ingeniería de Tráfico en MPLS..

(14) INTRODUCCIÓN. 3. 3. Realizar una descripción funcional de la Ingeniería de Tráfico en MPLS. 4. Proponer un modelo de diseño para realizar (TE) en redes MPLS. Para el cumplimiento de los objetivos trazados se realizaron las tareas que se enumeran a continuación: 1. Consulta bibliográfica y búsqueda de información, en revistas, Internet así como en libros actualizados relacionado con la Ingeniería de Tráfico. 2. Análisis de la bibliografía técnico-especializada encontrada para la construcción de un marco teórico de referencia general relacionado con la Ingeniería de Tráfico en MPLS. 3. Estudio detallado del funcionamiento de dicha herramienta sobre redes MPLS. 4. Análisis de los distintos tipos de diseño para aplicar Ingeniería de Tráfico en las redes MPLS. 5. Creación de un modelo de red para la aplicación de uno del tipo de diseño seleccionado. 6. Obtención del informe del trabajo de diploma. El trabajo ofrece una solución teórica - práctica para la falta de información sobre los modelos de implementación de Ingeniería de Tráfico, además de que brinda las herramientas necesarias para la toma de decisiones en cuanto a la arquitectura y diseño de las redes MPLS con el objetivo de aumentar el rendimiento de las mismas. El trabajo de investigación cuenta con la siguiente estructura: -Introducción -Capítulo 1: Se tratan aspectos fundamentales de la Ingeniería de Tráfico en MPLS tales como sus objetivos y principales variantes así como los protocolos que utiliza. - Capítulo 2: Se describe como funciona la Ingeniería de Tráfico en rede MPLS, haciendo énfasis en las operaciones básicas que comprende dicha herramienta así como en los algoritmos que se apoya para implementarse. - Capítulo 3: Se analizan los distintos métodos de diseño para aplicar Ingeniería de Tráfico en redes MPLS culminando con un modelo de red en el cual se aplicará el método de diseño propuesto..

(15) INTRODUCCIÓN. - Conclusiones y recomendaciones - Referencias bibliográficas. 4.

(16) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. CAPÍTULO 1.. 1.1. 5. Elementos básicos de la Ingeniería de Tráfico en MPLS.. Generalidades de la Ingeniería de Tráfico. La Ingeniería de Tráfico (TE) es una disciplina que procura la optimización del desempeño de las redes operativas y abarca la aplicación de la tecnología y los principios científicos a la medición, modelado y control de tráfico que circula por la red [2]. Las mejoras del rendimiento de una red operacional en cuanto a tráfico y modo de utilización de los recursos, de manera que no se saturen partes de la misma mientras otros permanecen subutilizados son los objetivos principales de la Ingeniería de Tráfico, logrando con esto una adaptación de los flujos de tráfico a los recursos físicos de la red. Una ventaja práctica de la aplicación sistemática de los conceptos de Ingeniería de Tráfico a las redes operacionales es que ayuda a identificar y a estructurar las metas y prioridades en términos mejora de la calidad de servicio dado a los usuarios finales de los servicios de la red así como que ayuda en la medición y análisis del cumplimiento de éstas metas. La ingeniería de tráfico se subdivide en dos ramas diferenciadas principalmente por sus objetivos [3]. Orientada a tráfico: ésta rama tiene como prioridad la mejora de los indicadores relativos al transporte de datos, o sea, minimizar la pérdida de paquetes, maximizar el rendimiento y obtener distintos niveles de acuerdo para brindar calidad de servicio. Orientada a recursos: ésta rama se plantea como objetivo optimizar la utilización de los recursos de la red de manera que no haya algunos que estén suprautilizados, con puntos calientes y cuellos de botellas, mientras otros puedan estar infrautilizados, centrándose principalmente en el ancho de banda como recurso a optimizar. Ambas ramas convergen en un objetivo global, que es minimizar la congestión. Un reto fundamental en la operación de una red, especialmente en redes IP públicas a gran escala,.

(17) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 6. es incrementar la eficiencia de la utilización de recurso mientras se minimiza la posibilidad de congestión. Los paquetes luchan por el uso de los recursos cuando se transportan a través de la red. Un recurso se considera que está congestionado si la velocidad de entrada de paquetes excede la capacidad de salida de recurso en un intervalo de tiempo [4]. La congestión puede hacer que algunos de los paquetes sean retardados e incluso descartados y al mismo tiempo aumenta los retardos de tránsito, las variaciones del retardo, la pérdida de paquetes y reduce la previsión de los servicios de red. Claramente la congestión es un fenómeno para nada deseable causado por la insuficiencia e ineficiente utilización de los recursos de la red. La ingeniería de red consiste en la manipulación de una red para ajustarla a un determinado tráfico. En ésta se realizan predicciones acerca de cómo fluirá el tráfico a través de una red para después ordenar los circuitos y dispositivos de red apropiados (routers, switches y otros más). Básicamente se refiere a la capacidad de mover el tráfico a través de una red, de modo que si existe tráfico en un enlace congestionado, éste sea movido a un enlace cuya capacidad está en desuso, facilitando operaciones eficientes y confiables de la red mientras que simultáneamente optimiza la utilización de los recursos de la red y el rendimiento del tráfico [5]. La ingeniería de tráfico consiste en la ejecución de acciones realizadas de manera reactiva a respuesta de eventos monitoreados, o en función de anticipar estados de la red no funcionales [6]. Las acciones de control incluyen modificaciones de parámetros de administración de tráfico, enrutamiento y restricciones asociadas con los recursos. Idealmente se requiere que la intervención en la red en forma manual sea mínima y las acciones necesarias para contrarrestar algún evento deben ser automáticas. Una red se compone de tres aspectos básicos: un sistema de demandas, representado por el tráfico; un sistema de restricciones, definido por los elementos de red y un sistema de respuesta que son los protocolos y procesos de red. La ingeniería de tráfico establece los parámetros y puntos de operación para dichos aspectos dentro de un contexto operativo, abarcando la aplicación de nuevas tecnologías y los principios científicos para medida, caracterización, modelado y control de tráfico en redes de paquetes..

(18) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 7. La ingeniería de tráfico puede ser utilizada como un complemento al mecanismo DiffServ para proporcionar una mejor utilización de los recursos de red [7]. Ese complemento puede ser usado para todos los servicios en general o simplemente para un único servicio, como por ejemplo, el de mayor prioridad que puede ser contratado para el tráfico de voz. Se considera a la ingeniería de tráfico como un proceso iterativo de planificación y optimización de red, donde se busca optimización de recursos y eficiencia de la misma. La planificación de red implica la determinación de una estructura o arquitectura de red, dimensionamiento de los nodos y enlaces que la definen dentro de un sistema robusto, adaptable y de fácil operación. La optimización de red tiene como objetivo controlar y distribuir el tráfico sobre una infraestructura de red de manera eficiente evitando la congestión, asegurando la entrega de servicios y optimizando la utilización de recursos disponibles. La ingeniería de tráfico consiste en adaptar el tráfico (dinámico) a la topología y capacidad de la red (estático) [8]. Considerando las deficiencias de los protocolos de encaminamiento se utiliza la ingeniería de tráfico para distribuir de forma uniforme los aumentos de tráfico en la red. De esta manera se consigue un crecimiento de la vida operativa de la red, y por consiguiente, un ahorro de inversiones por parte del operador [9]. 1.2. Tareas fundamentales de la Ingeniería de Tráfico.. El principal objetivo de la ingeniería de tráfico es el de mejorar las prestaciones de red tanto a nivel de tráfico como a nivel de recursos [10]. Lo que significa altos niveles de calidad de servicio, eficiencia, capacidad de supervivencia, fiabilidad y bajos costes (despliegue y mantenimiento). Llevar a cabo dichos objetivos orientado al tráfico significa mejorar la QoS ofrecida al Internet a través de métricas como: pérdidas de paquetes, retardo, jitter, etc. La RFC 2702 [11]establece que la meta fundamental de la ingeniería de tráfico es calcular la trayectoria a partir de un nodo dado a otros, tal que la trayectoria no viole ninguna restricción (ancho de banda/requisitos administrativos) y sea óptima con respecto a una cierta escala establecida. Una vez que se calcule la trayectoria, la ingeniería de tráfico es responsable de establecer y de mantener el estado de la expedición a lo largo de tal trayectoria. A modo de conclusión se tiene que los principales objetivos de la ingeniería de tráfico en MPLS [12]son:.

(19) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 8.  Mover el tráfico del camino establecido por el IGP (Protocolo de Compuerta Interior) a un camino menos congestionado.  Utilizar el exceso de ancho de banda sobre los enlaces sub-utilizados.  Maximizar la utilización de los enlaces y nodos de la red.  Aumentar la confiabilidad del servicio.  Alcanzar requerimientos impuestos. Las acciones de control que la ingeniería de tráfico puede tomar para cumplir con sus objetivos incluyen: Modificación de los parámetros de gestión de tráfico, modificación de los parámetros asociados al ruteo, y modificación de los parámetros y atributos asociados con los recursos.. 1.3. Antecedentes de la Ingeniería de Tráfico sobre MPLS.. A comienzos de los 90, las redes de los ISPs se componían de routers interconectados por líneas alquiladas -enlaces E1 (2 Mb/s) y E3 (34 Mb/s). A medida que Internet comenzó su crecimiento exponencial, los ISPs respondieron a este reto provisionando más enlaces para proporcionar ancho de banda adicional. En este contexto, la ingeniería de tráfico adquirió cada vez más importancia para los ISP, a fin de poder usar eficientemente el ancho de banda agregado cuando se disponía de varios caminos paralelos o alternativos. En las redes troncales basadas en routers, la ingeniería de tráfico se efectuaba simplemente manipulando las métricas de enrutamiento. El control de tráfico basado en métricas supuso una solución adecuada para la ingeniería de tráfico hasta 1994 ó 1995, momento en el que las redes adquirieron una dimensión demasiado grande para este método. En 1995 el volumen del tráfico de Internet alcanzó un punto en el que los ISPs necesitaban migrar sus redes para soportar enlaces troncales superiores a E3 (34 Mb/s). Afortunadamente, en ese momento aparecieron los interfaces ATM (Modo de Transferencia Asincrónico) STM-1 (155 Mb/s) en conmutadores y routers. Los ISPs se vieron forzados a rediseñar sus redes para poder usar las mayores velocidades soportadas por una red troncal ATM. Después de un período de un año, los enlaces entre conmutadores ATM se tuvieron que actualizar a STM-4 (622 Mb/s). Actualmente, sin embargo, las características que eran exclusivas de ATM (interfaces de alta velocidad, rendimiento determinista, ingeniería del tráfico mediante.

(20) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 9. definición de PVC) se pueden encontrar también en los routers de backbone. Estos avances han hecho que los ISPs se replanteen continuar con un modelo de red superpuesta IP / ATM, cuya principal limitación es que requiere gestionar dos redes diferentes, una infraestructura ATM y un overlay lógico IP. La ingeniería de tráfico de IP es popular y a su vez bastante gruesa. El modo principal de controlar el camino que IP toma a través de su red es cambiar el costo en un enlace particular. No hay ningún modo razonable de controlar el camino que el tráfico toma basado solamente en desde donde el tráfico viene y hacia donde éste se dirige. De todos modos, la ingeniería de tráfico de IP es válida, y muchas redes grandes lo usan con éxito. En ATM, por el contrario, se colocan cloruros de polivinilo a través de la red de una fuente de tráfico a un destino, lo que significa más control del flujo de tráfico en la red. Algunos ISPs más grandes en el mundo han usado el ATM para conducir el tráfico alrededor de sus redes. Para esto construyen una malla llena de cloruros de polivinilo de ATM entre varios routers y los cambian de tamaño periódicamente basándose en el tráfico observado por los routers.. Figura 1.1 Problema de Pescado. En esta figura, hay dos caminos para llegar R6 a partir de R2: R2-R5-R6.

(21) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 10. R2-R3-R4-R6. Como todos los enlaces tienen el mismo costo (15), con el envío de información tradicional, todos los paquetes que vienen de R1 o R7 que son destinados a R6 son enviados por el mismo interfaz, a través de R2- R5, porque el costo de este camino es inferior con respecto a la otra vía y esto trae consigo algunos problemas. Por ejemplo, asumiendo que todos los enlaces tienen 150 Mbps de ancho de banda y que R1 y R7 envían, por término medio, 90 y 100 Mbps a R6 respectivamente. En este caso R2 intentará enviar 190 Mbps por un enlace 150 Mbps, lo que provoca que R2 termine perdiendo 40 Mbps que no caben en el enlace. Por término medio, se pierden 21 Mbps de R7 y 19 Mbps de R1 (porque R7 envía más tráfico que R1). Una solución al problema podría ser reducir el costo de los eslabones del camino más largo, de modo que los dos caminos tuvieran el mismo costo, esto aliviaría el problema, pero solo serviría para el caso de que fueran redes pequeñas, ya que si en lugar de 3 routers de borde fueran 500, sería casi imposible poner el costo de los enlaces de modo que todos los caminos fueran usados, además de que se gastaría el ancho de banda y el camino más largo no se utilizaría en lo absoluto..

(22) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 11. Figura 1.2 Problema de Pescado en Redes de ATM Con una red de ATM, el problema es trivial para solucionar. Sólo se construyen dos cloruros de polivinilo de R2 a R6, y se igualan los gastos. Esto soluciona el problema porque R2 ahora tiene dos caminos a R6 y probablemente usará ambos caminos llevando una cantidad razonablemente variada de datos. Esta es la esencia de lo que hace la ingeniería de tráfico en ATM. 1.4. Componentes básicos de una red MPLS. Funcionamiento y principales protocolos.. Los enrutadores de conmutación de etiquetas (LSR) y los enrutadores de etiqueta de borde (LER) son los nodos principales que componen una red MPLS. Los dos son físicamente el mismo dispositivo, un router o un switch de red troncal que incorpora el software MPLS, siendo el administrador el que lo configura para cualquiera de los dos modos de trabajo. Un LSR es un enrutador de alta velocidad que dentro de la red cumple con las siguientes funciones: participa en el establecimiento de los LSPs usando el protocolo de señalización apropiado y conmutar rápidamente el tráfico de datos entre los caminos establecidos. También se conoce como enrutador del interior del Dominio MPLS. Por otro lado un LER es un enrutador en la frontera de una red de acceso hacia una red MPLS. Soporta múltiples puertos conectados a diferentes redes como Frame Relay, ATM y Ethernet. Tiene dos funciones principales: en el ingreso establece un LSP para el tráfico en uso y lo envía hacia la red MPLS usando el protocolo de señalización de etiquetas y en la salida, distribuye nuevamente el tráfico hacia la red de acceso que corresponda. Un LSP define las trayectorias de entrada y salida a través de uno o más LSRs en un nivel de jerarquía que siguen todos los paquetes asignados a un FEC en específico. Funcionalmente es equivalente a un circuito virtual. Esta ruta puede establecerse usando protocolos de señalización o manualmente. Pueden ser diseñados para minimizar el número de saltos, tener ciertos de ancho de banda, soportar requerimientos precisos de ejecución, desviar la transferencia de datos de puntos potenciales de congestión y para forzar el tráfico sobre ciertos enlaces o nodos de la red..

(23) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 12. Figura 1.3 Componentes de una red MPLS Como otro elemento básico aparece la Clase de Equivalencia de Reenvío FEC por sus siglas en inglés, que define un conjunto de paquetes que comparten los mismos atributos y reciben el mismo tratamiento durante su transporte, aún cuando el destino final de cada paquete sea diferente. La asignación de un paquete a una FEC en particular se realiza una sola vez, en el momento que el paquete entra a la red. La FEC a la que es asignado cada dicho paquete es codificada como un valor fijo llamado etiqueta. Una etiqueta es un identificador corto de longitud fija y con significado local en cada interfaz, empleada para identificar un FEC y el trayecto que el paquete debe cursar. Se dice que tiene un significado local porque al misma etiqueta puede señalar diferentes caminos o FECs en diferentes enrutadores. Es encapsulada dentro de un encabezado decapa 2 junto con el paquete. La etiqueta que se coloca en un paquete en particular representa la FEC en particular a la cual el paquete es asignado completa o parcialmente basado en la dirección de capa de red de destino [13].. 1.4.1 Funcionamiento de una red MPLS Una vez visto todos los componentes funcionales de una red MPLS, ahora se mostrará su funcionamiento a grandes rasgos. Un dominio está formado por una serie de nodos.

(24) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 13. denominados LSRs, encargados de conmutar y enviar los paquetes en base a una etiqueta que se ha añadido a cada paquete. Las etiquetas definen un flujo de paquetes entre dos puntos terminales (endpoints) o, en caso de multicast, entre el punto terminal y la fuente. Para cada FEC se define un camino específico a través de la red de LSRs. Cuando un paquete llega a un LER, este examina la información entrante y de acuerdo con una base de datos que asocia la calidad de servicio que se requiere, asigna al paquete una etiqueta. En el extremo de salida de una red MPLS se presenta la situación opuesta, siendo estos dispositivos los responsables de remover la etiqueta para entregar el paquete en la forma en que fue recibido. De esta manera, los ruteadores frontera de etiquetas pueden convertir paquetes IP en paquetes MPLS y viceversa. Después de que los paquetes han sido etiquetados por el LER, éstos comienzan su viaje a través de la red MPLS, encontrándose en su trayectoria con los LSRs. Estos son los encargados de dirigir el tráfico en el interior de la red de acuerdo con las etiquetas asignadas. Cuando un paquete arriba a un LSR, éste examina su etiqueta y la utiliza como un índice en una tabla propia que especifica el siguiente "salto" y una nueva etiqueta. El LSR intercambia entonces esta etiqueta por la que contenía el paquete y lo envía hacia el siguiente ruteador. La ruta que sigue un paquete entre dos nodos de la red MPLS se conoce como LSP. Cada LSP es unidireccional, por lo que el tráfico de regreso deberá utilizar un LSP diferente. Como se menciono anteriormente los LSRs no necesitan examinar la cabecera IP, simplemente envían cada paquete basándose en el valor de su etiqueta, por tal razón el proceso de envío es más rápido que en otras tecnologías [14]. 1.4.2 Principales protocolos. MPLS permite varios protocolos de enrutamiento y de señalización para la distribución de etiquetas entre LSRs, el uso de cada uno de ellos dependerá del hardware de la red MPLS y de las políticas de administración de la misma. Protocolo de Distribución de Etiquetas (LDP): Definido en la RFC 3036 es un protocolo creado específicamente para la distribución e intercambio de etiquetas entre los LSRs de una red MPLS. Dos LSRs que utilicen conjuntamente el protocolo LDP para intercambiar la información de mapeo etiquetas son conocidos como “LDP peers”. LDP permite a un.

(25) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 14. LSR distribuir etiquetas a sus pares (peer) usando el Puerto TCP 646. Este protocolo es bidireccional. Protocolo de Compuerta de Interior (IGP): Es un protocolo para el intercambio de información de enrutamiento entre gateways o routers adentro de una red autónoma. Este protocolo consiste básicamente en calcular el camino más corto a través del algoritmo SPF considerando la topología de la red y la métrica de los enlaces entre nodos. Protocolo de Reservación de Recursos (RSVP): Especificado en la RFC 2205. fue. diseñado para especificar requerimientos de ancho de banda y condiciones de tráfico para una trayectoria definida y para funcionar sobre cualquier protocolo de enrutamiento en unidifusión o multidifusión. No es un protocolo de transporte ni de enrutamiento. Protocolo de Distribución de Etiquetas con Ruta Restringida (CR-LDP): Definido en la RFC 3212. el protocolo CR-LDP contiene extensiones para incrementar las. funcionalidades de LDP, lo cual permite la configuración de trayectorias más allá de lo que permite el protocolo de enrutamiento. CR-LDP toma en cuenta parámetros como características de enlace (ancho de banda, retardo, etc.), conteo de saltos y calidad de servicio. CR es un algoritmo de enrutamiento restringido que calcula los trayectos basándose en los recursos reservados, sin considerar la carga instantánea de los enlaces; es decir, CR puede seleccionar la trayectoria más larga (en términos de costo) pero con menos carga de tráfico del que se tomaría con enrutamiento convencional, por lo que al mismo tiempo que CR incrementa la utilización de la red, agrega mayor complejidad a los cálculos de enrutamiento. CR-LDP es una ampliación de LDP, usa estructuras de mensajes existentes y solo se extiende como requisito para implementar ingeniería de tráfico. CRLDP es un protocolo que soporta rutas explícitas LSP. UDP se usa para descubrir peers MPLS y se utiliza TCP para el control, la administración, y la petición de etiqueta. Protocolo de Reservación de Recursos con Ingeniería de Tráfico (RSVP-TE): Definido en la RFC 3209 el protocolo RSVP-TE es una extensión del protocolo RSVP original, que fue diseñado para ejecutar la distribución de etiquetas sobre MPLS. RSVP-TE soporta además la creación de rutas explícitas con o sin reserva de recursos. Una de las características más importantes de este protocolo es que permite el reenrutamiento de los túneles LSP, con el objetivo de dar una solución, ante las caídas de red, congestión y.

(26) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 15. cuellos de botella. Este protocolo reserva recursos para flujo de información, se encuentra implantado tanto en los terminales como en los enrutadores a lo largo de la trayectoria de un paquete. El protocolo RSVP es usado por un terminal receptor para requerir calidad de servicio (QoS) específico de la red en nombre de una aplicación para un flujo de datos en particular. El uso de RSVP-TE no significa que se requiere una implementación completa de RSVP para correr en cada LER o LSR dentro de una red MPLS. Un LER o un LSR solo requieren las extensiones para ser capaz de soportar enrutamiento explícito. RSVP- TE es referido como un protocolo “estado blando”. Después de un proceso inicial de establecimiento de un LSP, se deben intercambiar periódicamente mensajes de refresco entre los routers para notificar a estos que la conexión todavía se desea. RSVP-TE usa datagramas UDP, como el mecanismo de señalización para establecer el LSP, incluyendo el descubrimiento del par, petición y asignación de etiquetas y administración. Protocolo Sistema Intermedio-Sistema Intermedio (IS-IS): Protocolo de enrutamiento de estado enlace jerárquico del modelo OSI. La extensión del protocolo IS-IS fue propuesta por el IETF con el objetivo principal de añadir más información sobre las características del enlace a un LSP del tipo IS-IS. El segundo objetivo de esa extensión incluye el incremento del alcance dinámico de la métrica IS-IS y la creación de una codificación de prefijos IP. La idea es utilizar un código para los routers (router id) de manera que el mismo pueda ser utilizado como una referencia única para la ingeniería de tráfico. Para lograr sus objetivos dos nuevos tipos de TLV (Table, Length y Value), que son códigos que llevan los LSPs con información de la red, fueron definidos. Los dos TLVs tienen una parte de su longitud fija y la otra puede ser utilizada como un sub-TLV opcional que permitan añadir nuevas propiedades a los enlaces y prefijos. Una de ellas es la ingeniería de tráfico. Teniendo en cuenta que los protocolos de encaminamiento de estado de enlace calculan los recursos libres de rutas de una red, en IS-IS TE eso puede ser asegurado, porque todos los routers calculan sus tablas a partir de la misma información (LSP). Sin embargo, eso solo funciona cuando los routers tienen la misma versión de TLVs; caso contrario, el cálculo del camino mínimo será diferente para las dos versiones porque solamente una de ellas ha considerado restricciones de ingeniería de tráfico. Protocolo de camino más corto primero (OSPF): Protocolo de enrutamiento de estado de enlace jerárquico, que se basa en al información de estado de enlace acumulada por los.

(27) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 16. ruteadores OSPF para calcular la trayectoria más corta hacia un destino. La extensión del protocolo OSPF fue propuesta por el IETF para descubrir la topología de la ingeniería de tráfico, considerando el ancho de banda, la administración de restricciones y la distribución de esa información dentro de un área OSPF. Según la RFC 3630 la información por esa extensión puede ser utilizada para crear una base de datos con información de estado de los enlaces con atributos adicionales de ingeniería de tráfico. El uso de esa base de datos incluye: Control de los atributos adicionales (extendido). Encaminamiento de demandas basado en restricciones locales. Ingeniería de tráfico global. Sin embargo, el OSPF-TE posee algunas limitaciones como por ejemplo, los procedimientos y extensiones propuestas no consideran métodos para distribución entre redes de diferentes áreas, con lo cual la información de ingeniería de tráfico se limita a un entorno interno de red. 1.5. Ventajas que ofrece MPLS para la Ingeniería de Tráfico.. La alternativa de MPLS supone un mecanismo flexible y prometedor para soportar ingeniería de tráfico, calidad de servicio extremo y enrutamiento basado en restricciones sobre las redes de los ISPs. MPLS provee una clara separación entre el enrutamiento y la conmutación, y permite el despliegue de un único plano de control, que puede utilizarse para múltiples servicios y tipos de tráfico, y sobre distintas redes. Con MPLS la ingeniería de tráfico tiene la posibilidad de automatizar algunos de sus aspectos funcionales y simultáneamente disponer de la mayor parte de la funcionalidad existente del modelo de superposición, de una manera integrada y a un precio más bajo que con el resto de las alternativas actuales [15]. Entre sus principales bondades figuran: MPLS permite al administrador de la red. el establecimiento de rutas explícitas,. especificando el camino físico exacto de un LSP..

(28) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 17. Posibilita la observación de estadísticas de uso de LSPs, que se pueden emplear en la planificación de la red y como herramienta de análisis de cuellos de botellas y carga de los enlaces, lo que resulta indispensable para planes de expansión futura. Los LSPs puede ser mantenidos eficientemente, además de que no son restringidos por el paradigma de reenvío basado en el destino y pueden ser creados fácilmente con procesos administrativos manuales o con la acción automatizada de los protocolos subyacentes. Un conjunto de atributos puede ser asociado con las troncales de tráfico, las cuales modulan sus características de comportamiento y pueden ser mapeadas sobre los LSPs. Mientras que otro conjunto de atributos puede ser asociado con los recursos, los cuales restringen la colocación de LSPs. MPLS permite la agregación y la desagregación del tráfico así como realizar encaminamiento restringido, de modo que el administrador pueda seleccionar determinadas rutas para servicios especiales (distintos niveles de calidad). Por ejemplo con garantías específicas de retardo, ancho de banda, fluctuación y pérdida de paquetes. Con una buena implementación de MPLS se puede ofrecer gastos significativamente más bajos que las otras alternativas además de que resulta relativamente sencillo integrar un marco de enrutamiento con restricciones. Existen básicamente tres problemas fundamentales que se relacionan con la ingeniería de tráfico sobre MPLS [16], estos son:  Cómo mapear paquetes en FECs.  Cómo mapear FECs en troncales de tráfico.  Cómo mapear las troncales en la red física. Los IGPs existentes no son adecuados para la ingeniería del tráfico. Las decisiones del enrutamiento se basan sobre todo en los algoritmos del camino más corto (SPF) que utilizan una métrica aditiva y no consideran características del tráfico ni la disponibilidad de ancho de banda. La manera más fácil de proporcionar tales características sería utilizar un modelo superpuesto, que permita topologías virtuales sobre las redes físicas. La topología virtual se construye a partir de los enlaces virtuales que aparecen como enlaces físicos para los protocolos de enrutamiento IGPs. Más allá, el modelo de superposición.

(29) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 18. debe poder proporcionar servicios adicionales para soportar el control de tráfico y de recursos, incluyendo: enrutamiento con restricciones a nivel de los circuitos virtuales (VC), funciones de moldeamiento y de descarte de tráfico, compresión de trayectorias y soporte para la configuración explícita de los caminos virtuales, entre otras.. Figura 1.4 Comparación entre camino más corto IGP con ingeniería de tráfico.. El camino más corto entre A y B según la métrica normal IGP es el que tiene sólo dos saltos, pero puede que el exceso de tráfico sobre esos enlaces o el esfuerzo de los routers correspondientes haga aconsejable la utilización del camino alternativo indicado con un salto más. MPLS es una herramienta efectiva para esta aplicación en grandes backbones. El MPLS TE combina las capacidades de la ingeniería de tráfico de ATM con la flexibilidad del IP y diferenciación de clase de servicio. Como los circuitos virtuales de ATM (ATM VCs), MPLS TE LSPs dejan al headend de un túnel TE controlar el camino que su tráfico toma a un destino particular. Este método es más flexible que el de envío del tráfico basado solamente en la dirección de destino. A diferencia del ATM VCs, la.

(30) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 19. naturaleza de MPLS TE evita los problemas de inundaciones O(N 2) y O(N3) que tienen lugar en ATM. Como en ATM, MPLS TE reserva ancho de banda en la red cuando construye LSPs, introduciendo así el concepto de un recurso disponible en su red. Como los cloruros de polivinilo de ATM, los MPLS TE LSPs pueden ser colocados arbitrariamente a lo largo de un camino en la red.. Figura 1.5 Solución del Problema de Pescado con MPLS TE 1.6. Principales técnicas para aplicar Ingeniería de Tráfico sobre MPLS. Entre las principales herramientas de MPLS para realizar la ingeniería de tráfico, se encuentran el Ruteo Basado en Restricciones CBR por sus siglas en inglés y el Balanceo de Carga [12]. El CBR busca caminos entre puntos de la red que satisfagan un conjunto de restricciones explícitas, mientras que el balanceo de carga por su parte plantea el problema de dividir el tráfico de un agregado de flujos entre diversos caminos basados en algún criterio de optimización de la red..

(31) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 20. 1.6.1 Ruteo basado en restricciones La principal característica de MPLS que le permite realizar ingeniería de tráfico es el ruteo explícito [17]. Una ruta explícita es una secuencia de nodos lógicos entre un nodo de ingreso y uno de egreso que se definen y establecen desde un nodo de la frontera. Si el nodo de ingreso quiere establecer una ruta que no sigue el camino que sigue por defecto el protocolo de ruteo IP, debe utilizar un protocolo de distribución de etiquetas que soporte la definición de rutas explícitas. Existen dos definidos por el IETF: CR-LDP (Enrutamiento Basado en Restricciones sobre Protocolo de Distribución de Etiquetas) y RSVP (Protocolo de Reservación de Recursos). La ruta LSP puede ser restringida por la capacidad de recursos y la capacidad de los nodos de cumplir con los requerimientos de QoS. Esto lleva al concepto de ruta con restricciones. El CBR constituye un paradigma de enrutamiento que coexiste con la topología de saltos manejada por los IGPs. Una estructura de CBR utiliza los siguientes parámetros como entradas [18] :  Los atributos asociados con las troncales de tráfico.  Los atributos asociados con los recursos.  Otra información del estado de la topología. Basado en esta información, un proceso de CBR en cada nodo automáticamente calcula rutas explícitas para cada troncal de tráfico originada desde el nodo. Específicamente en el caso de MPLS, se determina un LSP que satisfaga los requerimientos demandados. Un CBR puede reducir grandemente el nivel de configuración manual y la intervención requerida para actualizar las políticas de la ingeniería de tráfico. Una estructura CBR debe por lo menos tener la capacidad de obtener automáticamente una solución factible básica para el problema de la colocación del camino del tráfico troncal. En general, el problema de CBR se sabe que resulta ser insuperable para la mayoría de las restricciones realistas. No obstante, en la práctica un simple algoritmo heurístico puede ser utilizado para encontrar una ruta factible si es que existe Este consta de dos pasos [19] :  Descartar recursos que no satisfagan los requerimientos de los atributos de las troncales de tráfico.  Correr un algoritmo de SPF en el conjunto de los recursos que no fueron descartados..

(32) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 21. Entonces, si una trayectoria factible existe para una troncal de tráfico individual, el simple procedimiento anteriormente explicado la encontrará. Reglas adicionales se pueden especificar para romper lazos y realizar otras optimizaciones. Los lazos generalmente deben estar rotos para reducir al mínimo la congestión. Cuando múltiples troncales de tráfico están por ser enrutadas, el algoritmo antedicho puede no encontrar siempre una trayectoria factible, aun cuando ésta exista.. 1.6.2 Balanceo de carga El Balanceo de Carga [20]es un aspecto clave en los esquemas de TE aplicados a las redes IP. Es utilizado como un mecanismo para la asignación adaptativa de tráfico a los enlaces de salida disponibles, dicha asignación se realiza de acuerdo al estado actual de la red. El conocimiento de dicho estado puede estar basado en la utilización, retardo del paquete, pérdida del paquete, etc. Por tal razón, la eficiencia de cualquier mecanismo de balanceo de carga depende crucialmente del proceso de medidas del tráfico que ingresa a la red y se requiere una gran habilidad para controlarlo de forma precisa, dada la naturaleza dinámica del mismo. Por regla general, las decisiones y operaciones relacionadas con el balanceo de carga se realizan en los nodos de ingreso, quienes tienen un mejor conocimiento del tráfico que se inyecta a la red. Los nodos intermedios se encargan de realizar funciones de re-envío y en ciertos casos de recolectar información sobre el tráfico en la red y enviarla al nodo de ingreso.. Figura 1.6 Modelo de referencia para balanceo de carga.

(33) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 22. El Balanceo de Carga, también conocido como Compartición de Carga o División de Tráfico es un mecanismo importante para mejorar el funcionamiento (en aspectos de caudal, retardo, jitter y pérdidas) y las prestaciones de la red. Un sistema de balanceo de carga comprende regularmente un Divisor de Tráfico y múltiples enlaces de salida. De un modo más específico, un mecanismo de balanceo de carga comprenderá funcionalmente dos aspectos [21]:. Figura 1.7 Modelo funcional para balanceo de carga - La función de división: encargada de repartir el tráfico entrante en porciones adecuadas y acorde a las capacidades de los enlaces de salida y garantizando mantener la secuencia de los paquetes. - La función de asignación: constituye la parte del mecanismo de balanceo de carga encargada de determinar a cuál LSP y en qué momento entregarle la porción de tráfico que debe transportar. Los mecanismos de balanceo de carga son clasificados de forma aproximada en dos grupos principales, basados en conexión, donde los flujos de datos son representados con un reducido número de parámetros, y las decisiones de encaminamiento/reenvío afectan a todo el flujo. Mientras que el otro grupo es basado en paquetes, que se aplica cuando la división de carga trabaja a nivel de paquete, la cual está adaptada a la naturaleza no orientada a conexión de las redes IP. Un buen sistema de balanceo de carga deberá ser capaz de dividir el tráfico entre múltiples enlaces de salida de forma equitativa o mediante alguna proporción predefinida..

(34) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 23. Entre los requerimientos básicos que los esquemas de división de tráfico deben satisfacer para poder realizar balanceo de carga se encuentran [22]:  Baja Sobrecarga: Los algoritmos de división de tráfico deben ser muy simples y preferiblemente no tener estados o que estos sean reducidos, pues el procesamiento de cada paquete generaría demasiada sobrecarga.  Alta Eficiencia: Una distribución de tráfico muy desigual, puede resultar en una utilización poco uniforme del enlace y en pérdida de ancho de banda.  Conservar el orden de los paquetes en los flujos: Los paquetes mal ordenados dentro de un flujo TCP pueden producir señales de congestión erróneas y hacer que se produzca una degradación del rendimiento. Los algoritmos de balanceo de carga en MPLS, se desarrollan en base a que MPLS es por naturaleza una tecnología de backbone para redes IP que conectaría a muchos ISP. Dado que entre los ISPs de hoy existen múltiples trayectos con el fin de garantizar un buen nivel de redundancia y tener un buen nivel de disponibilidad, los trayectos paralelos pueden ser aprovechados para realizar una división adecuada del tráfico que entra en la red y repartirlo correctamente entre todos aquellos enlaces disponibles. Dentro de las propuestas de balanceo de carga que se pueden encontrar en la literatura, destacan las siguientes: . Ingeniería de Tráfico MPLS Adaptable (MATE). . Algoritmo de Balanceo de Carga Estático Basado en Topología. . Algoritmo de Balanceo de Carga Estática Basado en Recurso (RSLB). . Algoritmo de Balanceo de Carga Adaptable Basado en Demora. . Algoritmo de Balanceo de Carga Dinámico (DLB). Además de las variantes antes analizadas para realizar Ingeniería de Tráfico en redes MPLS en la bibliografía se encuentran otros trabajos como el de la Teoría de las Grandes Desviaciones, concebida en Uruguay por Ing. Pablo Belzarena. La teoría de los grandes desvíos se basa en calcular cual es la asíntota a escala logarítmica con la que tiende a cero la probabilidad de pérdida de un enlace. Este trabajo presenta como ventaja que los resultados obtenidos son generalmente tratables para colas de tipo muy grande. Sin embargo presenta limitaciones en cuanto a la precisión de los resultados puesto que un.

(35) CAPÍTULO 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE LA INGENIERÍA DE TRÁFICO EN MPLS. 24. simple error en la estimación con este tipo de escala puede convertirse en algunos casos en un problema más serio. Otro paso de avance que se ha dado en esta dirección es el software NET-TE, que no es más que desarrollar una herramienta de software que permite al usuario diseñar la topología de la red a su gusto por medio de una interfaz gráfica, tanto de manera manual o cargándola de manera automática a la misma, disponer de diversos algoritmos para el establecimiento de LSPs así como de herramientas de visualización del estado actual de la red. 1.7. Conclusiones parciales.. La Ingeniería de Tráfico constituye una herramienta para el adecuado manejo del tráfico de los paquetes en una red. Entre las principales variantes para implementar dicha herramienta en MPLS se encuentran el Ruteo Basado en Restricciones (CBR) y el Balanceo de Carga. En el próximo capítulo se realizará una breve descripción funcional de la Ingeniería de Tráfico en redes MPLS..

(36) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE INGENIERÍA DE TRÁFICO SOBRE MPLS. CAPÍTULO 2.. 25. Descripción funcional de la Ingeniería de Tráfico sobre MPLS. En el primer capítulo se mostraron aspectos generales de la Ingeniería de Tráfico en MPLS tales como sus objetivos, principales técnicas, importancia entre otros. A continuación se muestra el funcionamiento real de dicha materia, sus protocolos más importantes y como se concatenan éstos entre sí para alcanzar los objetivos que se persiguen. 2.1. Introducción a la Ingeniería de Tráfico en redes MPLS. Las redes de MPLS pueden usar mecanismos propios de Ingeniería de Tráfico (TE) para minimizar la congestión y mejorar el desempeño de red [23]. La TE modifica los modelos de encaminamiento con el objetivo de proporcionar un satisfactorio flujo del tráfico a través de los recursos de la red. Esto reduce en gran medida la probabilidad de congestión y mejora la calidad de servicio en términos de latencia, jitter y las experiencias de pérdidas de paquetes. MPLS se apoya en los protocolos de IP existentes y unido a sus capacidades de reenvío de información desarrolla su propia TE, la cual le permite reducir el impacto de fracasos de red, aumentar la disponibilidad de servicio y realizar ruteo explícito en redes de MPLS como sus principales ventajas. Un enrutador de conmutación de etiquetas a la entrada (LER), establece un camino explícito o camino de etiquetas conmutadas (LSP) por donde van a fluir los paquetes hasta llegar a otro LER que se encuentra en el borde de la red MPLS..

(37) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE INGENIERÍA DE TRÁFICO SOBRE MPLS. 26. Figura 2.1 Red MPLS con TE. La figura 2.1 muestra una red de MPLS usando TE. Esta red tiene múltiples caminos desde los nodos A y E para llegar a los nodos D y H. En esta figura, el tráfico de A y E hacia D se dirige por el LSP que contiene a los nodos B y C, mientras que el tráfico de A y E hacia H por el LSP que contiene a los nodos F y G. Sin TE, el IGP calcularía el camino más corto usando sólo una simple métrica, lo que limitaría las capacidades de asignar recursos de red en comparación cuando se usa MPLS -TE, principalmente en el caso de topologías de red más complejas y más grandes. MPLS -TE aprovecha las capacidades de ruteo de MPLS con soporte para ruteo basado en restricciones y emplea los protocolos IS-IS y OSPF para distribuir tal información. El ruteo basado en restricciones y el ruteo explícito permiten a un LER de entrada calcular un camino que cumpla con. algunas de las. exigencias y luego establecer el túnel TE -LSP por el cual fluirá el tráfico. Entre las operaciones básicas de MPLS TE a grandes rasgos se encuentran [8]:  Distribución de la información, referido a la capacidad de enviar la información acerca de la topología de la red y restricciones pertinentes a los enlaces.  Un algoritmo de selección de la trayectoria, éste debe calcular y elegir las mejores trayectorias de acuerdo a las restricciones.  Reenvío de información a través de los caminos. Los LSRs ponen en práctica los dos primeros pasos, unen la distribución de información y.

(38) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE INGENIERÍA DE TRÁFICO SOBRE MPLS. 27. el cálculo de camino cuando necesitan el ruteo basado en restricciones. Redes de MPLS que no usan este tipo de ruteo realizan sólo la señalización de LSPs y la selección de tráfico. MPLS TE no define ningún nuevo protocolo aunque esto represente un cambio significativo en como las redes de MPLS pueden dirigir el tráfico.. 2.2. Distribución de la Información. El MPLS-TE usa extensiones de protocolos de ruteo IP para distribuir la información de topología de la red. Un LSR requiere de una detallada información de red para realizar ruteo basado en restricciones. Este necesita conocer del estado actual de una amplia lista de los atributos del enlace para tomar en consideración una serie de restricciones durante el cálculo del camino para el establecimiento de un túnel TE LSP. Los protocolos (IS-IS y OSPF) son los encargados de distribuir esta información, la cual incluye información acerca del ancho de banda disponible, banderas de atributos así como el peso administrativo por interface. Toda esta información es dada a conocer por un router para todos los enlaces que forman parte de la MPLS-TE y es usada por los LSRs para construir una base de datos de topología TE. La distribución de la información puede ser dividida en tres aspectos:  Que información es distribuida y como se configura.  Cuando la información es distribuida y como se controlan las inundaciones que ocurren.  Como la información es distribuida En cuanto a la información del ancho de banda disponible es uno de los elementos más atractivos de la (TE) [24] y la cantidad exacta que se quiere reservar en un enlace se configura mediante un comando. En caso de no ser configurado este comando el ancho de banda disponible para esta interface es cero. De forma similar se puede configurar el ancho de banda requerido por un túnel. Otra propiedad de la MPLS-TE es la distribución de atributos banderas por interface, que no es que una etiqueta de 32 bits donde cada uno puede significar una propiedad diferente del enlace al que pertenece. Parte de la información que es distribuida también acerca de un enlace es su costo, lo cual es usado por MPLS-TE en el proceso de cálculo de camino. El costo de un enlace está asociado con dos valores, el costo de TE y el costo del IGP. Estos valores pueden ser modificados mediante comandos. En MPLS-TE esta información es distribuida generalmente cuando falla un.

(39) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE INGENIERÍA DE TRÁFICO SOBRE MPLS. 28. enlace, cambia su configuración o cuando cambia significativamente el ancho de banda disponible en los mismos. Esta operación se ejecuta mediante comandos. Los protagonistas de este proceso de distribución de la información son los protocolos OSPF e IS-IS, en ambos la métrica es el peso administrativo de un camino, es decir, un administrador de red asigna a cada enlace un peso administrativo, dada la opción de múltiples caminos a un mismo destino, luego se emplea el algoritmo de Dijkstra del Camino más Corto Primero (SPF) para computar la trayectoria que minimice el peso administrativo, la cual se define como la suma de las métricas en todos los enlaces a lo largo del camino. La configuración de ambos protocolos es muy sencilla y se realiza mediante comandos [2].. 2.3. Cálculo y ajuste de camino. Los LSRs pueden realizar el cálculo de camino para un túnel TE LSP usando la topología de base de datos de la TE. Esto se pone de manifiesto en algo tan simple como que para implementar ruteo basado en restricciones, los LSRs deben usar una extensión del algoritmo del camino más corto primero (SPF), la cual recibe el nombre de Camino más Corto Primero con Restricciones (CSPF). El algoritmo modificado aplica el algoritmo de SPF en la topología que resulta del retiro de los enlaces que no conocen las restricciones de los túneles TE LSP y puede usar la métrica del enlace IGP o la métrica del enlace de TE para determinar el camino más corto. El CSPF no garantiza un óptimo mapeo del flujo del tráfico de manera absoluta a través de los recursos de la red [25], pero es considerado una adecuada aproximación. Inmediatamente que un router conoce sobre la topología de los enlaces y de los otros routers de la red, aplica este algoritmo para calcular el camino más corto entre éste y los restantes. Como todos los routers ejecutan el mismo cálculo con los mismos datos, todos tienen la misma imagen fotográfica de la red y los paquetes son direccionados consecuentemente en cada salto.

(40) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE INGENIERÍA DE TRÁFICO SOBRE MPLS. 29. 2.3.1 Algoritmos para el cálculo de camino. SPF y CSPF. En SPF cada router mantiene dos listas [8], una lista donde se encuentran registrados una serie de nodos que se conoce que están sobre el camino más corto a un destino en particular conocida como lista de caminos y la otra es una lista de próximos saltos que podría estar o no en el camino más corto a un destino conocida como lista provisional. Desde el punto de vista de un router cada lista es una tabla triple que brinda información acerca de router, distancia y próximo salto. Este algoritmo de cálculo de camino más corto en cada nodo es simple y la metodología es la siguiente: Se pone el propio router en la lista de caminos con una distancia de cero y un próximo salto a él mismo. Se toma el nodo recién colocado en la lista de camino y se denomina nodo camino. Se chequea la lista de nodos caminos de los nodos vecinos y se adiciona cada vecino a la lista provisional con un próximo salto al nodo camino a menos que el vecino ya se encuentre en dicha lista o en la lista de de camino con un costo más bajo. Luego denomina al nodo recién añadido como nodo provisional y en caso de que el nodo recién añadido ya esté registrado en la lista provisional pero con un costo más alto se sustituye el costo del nodo por el del nodo en cuestión. Se busca el vecino en la lista provisional con el costo más bajo, se añade a la lista de camino y se repite el 2do paso. En caso de que la lista esté vacía se finaliza el algoritmo. No existe una marcada diferencia entre CSPF utilizado por MPLS-TE y el algoritmo explicado anteriormente a pesar de que CSPF es más eficiente. En CSPF además del costo de un enlace entre dos vecinos aparecen tres nuevos parámetros a tener en cuenta entre los que se destaca el ancho de banda disponible, ya que un camino no es considerado elegible por un túnel MPLS-TE si no tiene el ancho de banda requerido. Similarmente sucede con los atributos de enlaces que constituyen otro parámetro. El operador de la red puede configurar de manera opcional los bits que serán ruteados desde ciertos enlaces, pero si dicha configuración no es compatible con la cadena de atributos configurada en un enlace,.

(41) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE INGENIERÍA DE TRÁFICO SOBRE MPLS. 30. esos no podrán ser utilizados por un túnel de MPLS-TE. Por último aparece el peso administrativo el cual es propaga a través de la red por el IGP cuando éste distribuye la información de TE. Por defecto, el peso administrativo es el único que se usa para calcular un camino de túnel y esto disminuye la flexibilidad que se necesita. Otro detalle es que como se busca un único camino hacia un nodo final, no hay balanceo de carga. Durante la ejecución de éste algoritmo surgen pequeños inconvenientes cuando dos caminos tienen los mismos atributos como el ancho de banda mínimo, la métrica IGP así como la cantidad de saltos y los pasos a seguir para su aplicación son los siguientes: Se pone el propio nodo en la lista de camino con una distancia de cero y un próximo salto a él mismo. Se toma el nodo recién colocado en lista de camino y se denomina nodo camino. Se chequea la lista de nodos vecinos y éstos se añaden a la lista provisional con un próximo salto al nodo camino a menos que ya esté en dicha lista o en la lista de caminos con un costo más bajo. No se adiciona este camino a la lista provisional a menos que éste conozca todas las restricciones configuradas. Si el nodo recién añadido ya existe en la lista provisional pero con un costo más alto o menor ancho de banda, se sustituye el costo del camino por el del camino en cuestión. Se busca el vecino en la lista provisional de menor costo, se adiciona a la lista de caminos y se repite el 2do paso. Si la lista provisional está vacía o el nodo en cuestión es el último del túnel se finaliza el algoritmo..

(42) CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN FUNCIONAL DE INGENIERÍA DE TRÁFICO SOBRE MPLS. 31. Figura 2.2 Cálculo de Camino usando algoritmo de CSPF La figura 2.2 muestra una versión simplificada en una porción de una red. . En este caso, el nodo E quiere calcular el camino más corto al nodo H con las siguientes restricciones: sólo enlaces con al menos 50 unidades de ancho de banda disponibles y un valor de grupo administrativo de 0xFF. Posteriormente el nodo E examina la base de datos de topología de TE y descarta los enlaces que no cumplen con las restricciones y ejecuta el algoritmo de camino más corto en la topología reducida usando los valores métricos de los enlaces. Las líneas discontinuas se refieren a los enlaces que fueron descartados. En este caso, el camino más corto es E- F- B- C- H. Usando este resultado, el nodo E puede iniciar la señalización de los caminos TE-LSP. MPLS-TE separa la creación de TE LSP del proceso de seleccionar el tráfico que usará el TE LSP. Un headend puede señalar un TE LSP, pero el tráfico comenzará a fluir por el LSP después de que el LSR pone en práctica un mecanismo de selección de tráfico. El tráfico puede entrar en el TE LSP sólo en el final de la cabecera. Por lo tanto, la selección del tráfico es una decisión local que puede usar diferentes variantes sin la necesidad de la estandarización [8]. Los criterios de selección pueden ser estáticos o dinámicos y dependen del tipo de paquete si es IP o Ethernet o del contenido.