Proyecciones para la implementación del servicio IP con soporte MPLS en la red pública de datos de ETECSA CUBADATA

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Dpto. Telecomunicaciones y Electrónica. Proyecciones para la implementación del servicio IP con soporte MPLS en la Red Pública de Datos de ETECSA (CUBADATA) Tesis presentada en opción al Título Académico de Máster en Telemática Maestría de Telemática. Autor: Baudilio González Cuenca Tutores: Dr. Félix Álvarez Paliza. MSc. Manuel Carralero Rodríguez 2004.

(2) A mi hija..

(3) Resumen Desde la última década del pasado siglo, con el éxito de Internet, la utilización del protocolo IP se ha afianzado como estándar para todo tipo de servicios y aplicaciones. Pero si el protocolo IP ha logrado desplazar a otros protocolos tradicionales, no ha logrado brindar la calidad de servicio que requieren los cada vez más exigentes clientes de las redes modernas, principalmente los de entornos corporativos, que necesitan la red para el soporte de aplicaciones críticas. Las soluciones a estos problemas trataron de combinar la eficacia y la rentabilidad de los conmutadores ATM con las capacidades de control de los enrutadores IP. Aun cuando el modelo IP/ATM logró aumentar las velocidades de conmutación, la integración de los niveles 2 y 3 solo se lograba de una forma parcial, al ser realizada de un modo discontinuo y a base de mantener dos redes separadas. MPLS abre a los operadores de telecomunicaciones la oportunidad de ofrecer nuevos servicios que no son posibles con las técnicas actuales de encaminamiento IP. Además de poder hacer ingeniería de tráfico IP, MPLS permite mantener clases de servicio y soporta con gran eficacia la creación de Redes Privadas Virtuales (VPNs). La red CUBADATA de ETECSA ha sido diseñada de forma flexible para poder migrar a una futura red multiservicios de forma escalonada. El presente trabajo analiza las condiciones actuales de dicha red, evalúa las prestaciones que posee la misma en relación con IP y especialmente con IP+MPLS/ATM y realiza propuestas para lograr la implementación de una red de datos nacional capaz de brindar QoS sobre el protocolo IP a mediano plazo. Para realizar dichas propuestas se han analizado tanto las características técnicas de la red existente como los potenciales clientes de la futura red.. Resumen.

(4) Tabla de Contenido: Introducción ........................................................................................................ 1 Capítulo 1. MPLS, una arquitectura para garantizar calidad de servicio sobre el protocolo IP. ..................................................... 9 1.1 Panorama del surgimiento de la Arquitectura MPLS. .................................................9 1.2 Arquitectura MPLS. ..........................................................................................................14 1.3 Características de la arquitectura MPLS......................................................................15 1.4 Principales aplicaciones de la Arquitectura MPLS .....................................................35 1.5 Conclusiones parciales. ...................................................................................................36. Capítulo 2. Condiciones técnicas y comerciales para brindar servicios MPLS en el país........................................................... 37 2.1 La red CUBADATA de ETECSA. .......................................................................................37 2.2 Estado de los clientes potenciales del servicio MPLS. ..............................................43 2.3 Conclusiones parciales. ...................................................................................................53. Capítulo 3. Proyecciones y perspectivas para brindar el servicio IP+MPLS en la red CUBADATA. ................................................. 54 3.1 Factores a considerar en la implementación de una red nacional MPLS. .............54 3.2 Tareas a desarrollar para la implementación de la red MPLS. ................................57 3.3 Conclusiones parciales. ...................................................................................................63. Conclusiones .................................................................................................... 65 Referencias Bibliográficas ............................................................................... 68 Bibliografía ...................................................................................................... 71 Glosario de términos ........................................................................................ 74 Anexo 1. Alcatel 7470 Plataforma multiservicio............................................. 83 Anexo 2. Alcatel 7670 Plataforma de enrutamiento y conmutación ............. 85.

(5) Indice de Figuras: Figura 1.1 - Red IP soportada por un núcleo ATM. ............................................... 10 Figura 1.2 - Tecnologías que impulsaron el surgimiento del actual estándar MPLS del IETF. ......................................................................................................... 13 Figura 1.3 - Componentes de una red MPLS. ....................................................... 17 Figura 1.4 - Representación de las componentes de envío y control en MPLS. ... 20 Figura 1.5 - Formato genérico de la etiqueta MPLS. ............................................. 21 Figura 1.6 - Etiqueta MPLS sin encapsular. .......................................................... 22 Figura 1.7 - Frame Relay y ATM como capa de enlace de datos. ........................ 23 Figura 1.8 - Las etiquetas MPLS tienen un significado local. ................................ 24 Figura 1.9 - Tabla de la base de datos de etiquetas............................................. 25 Figura 1.10 - Señalización de solicitud y mapeo de etiquetas en MPLS. .............. 29 Figura 1.11 - Esquema funcional de MPLS en un LER ......................................... 32 Figura 1.12 - Asignación de etiqueta hacia atrás................................................... 33. Figura 2.1 – Distribución del equipamiento. ........................................................... 42 Figura A1.1 - Alcatel 7470 MSP............................................................................. 83 Figura A2.1 - Alcatel 7670 RSP ............................................................................. 85.

(6) Indice de Tablas: Tabla 1.1 - Diferentes tipos de LSR....................................................................... 18 Tabla 3.1 - Precio del equipamiento ...................................................................... 56.

(7) Introducción El acelerado avance de Internet ha impuesto al mundo de las comunicaciones un impetuoso desarrollo, siendo las redes de datos las encargadas de mantener esta evolución. El protocolo IP, sobre el que se soportan los enlaces de Internet y la mayoría de las redes de datos actuales no fue concebido para ofertar altas prestaciones con garantías en sus parámetros, lo que ya constituye un freno para el despliegue de nuevos servicios en red, que requieren de una calidad mínima garantizada para su funcionamiento. El desarrollo de redes ATM a partir del año 1995 alivió la presión de los operadores de Internet, pero la solución, aunque aprovechaba las excelentes capacidades de los conmutadores ATM en el nivel 2, presentaba aun varias dificultades. Varias empresas privadas ofrecieron soluciones independientes, pero incompatibles entre sí, lo que obligó al IETF a buscar una solución definitiva que permitiera aprovechar las facilidades de conmutación del nivel 2 con el enrutamiento del nivel 3. Así se creó el Grupo de Trabajo MPLS, que desarrolló esta nueva arquitectura, con la cual se puede ofertar calidad de servicio a los enlaces IP y continuar explotando la plataforma ATM. Mientras en el resto del mundo se analizaba como lograr brindar QoS (Calidad de Servicio) sobre el protocolo IP y se desarrollaba el protocolo MPLS, en nuestro país se comenzaba el desarrollo de las redes públicas de datos partiendo desde una infraestructura prácticamente inexistente. Cuando en el año 1994 se crea la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA), el país no contaba con un servicio de Red Pública de Datos, por lo que entre los objetivos de la nueva empresa se incluyó crear la plataforma necesaria para llevar al país a un nivel cercano al existente en el mundo desarrollado. En los primeros dos años de su fundación ETECSA creó un dorsal nacional basado en nodos x.25 y en 1999 se terminó la instalación de un dorsal ATM, con enlaces internodales a 2 Mbps y puntos de presencia (POP) que permitían brindar servicios Frame Relay a los usuarios finales. Estas. Introducción. redes se conocen integralmente como. Página 1.

(8) CUBADATA, nombre de la Unidad de Negocios que atiende todos los servicios de Transmisión de Datos de ETECSA. La terminación de la fibra óptica nacional en el año 2003 y las sucesivas ampliaciones de la red ATM permitieron elevar los enlaces a 155 Mbps y llevar los POP a prácticamente todos los lugares cuyo interés económico o social lo ameritara. En la última de estas ampliaciones de la red CUBADATA, se incluyeron tarjetas que permiten manipular directamente el protocolo IP así como modernos equipos que permiten desarrollar el corazón de la nueva red multiservicios de ETECSA. Estos servicios se comienzan a explotar actualmente, y solamente en un grado mínimo. Por otra parte, los potenciales clientes de estos nuevos servicios, han ido desarrollando sus redes, soportados en los actuales circuitos de CUBADATA. En estos clientes se puede realizar una clara diferenciación entre los Proveedores de Servicios de Internet (ISP) y las grandes empresas que han apostado por los servicios en redes para mantener la operación de sus entidades. El desarrollo de nuevas tecnologías, las necesidades crecientes de intercambio de datos, los programas especiales y el proyecto de Informatización de la Sociedad imponen nuevas metas, al exigir una red troncal IP que ofrezca calidad de servicio y donde se emplee de forma eficiente el ancho de banda disponible. El rápido crecimiento previsto de las aplicaciones a emplear (Vídeo conferencias, vídeo bajo demanda, Tele Medicina y otros servicios de banda ancha) acrecentarán a un ritmo elevado las solicitudes de los recursos de la red, por lo que deben planificarse adecuadamente los cambios necesarios en CUBADATA para proveer dichos servicios a tiempo. Aun cuando no existen clientes claramente diferenciados para el servicio IP+MPLS/ATM, ya se cuenta con las bases de la futura red multiservicio que permitirá brindar este y otros tipos de QoS sobre la Red Pública de Datos del país. El presente trabajo permitirá analizar la situación particular de la red CUBADATA como soporte de una red MPLS, estableciendo las bases para completar la misma a la vez que se prepara de forma adecuada a los potenciales clientes de estos servicios para que una vez llegado el momento de ejecutar la migración a una red. Introducción. Página 2.

(9) IP+MPLS, se encuentren creadas las condiciones para comenzar la explotación de la misma en el menor tiempo posible. Como resultado de este trabajo se lograrán propuestas para el despliegue de la red IP sobre la Red Pública de Datos de ETECSA en nuestro país, permitiendo una homogeneidad de los servicios que se brindan a los clientes y crear las bases del despliegue de futuras redes, especialmente las redes metropolitanas, hacia las que avanza nuestro país con el montaje de modernos equipos y el desarrollo de nuevas infraestructuras, como resulta la red de fibra óptica y ATM. Al brindar soporte MPLS en la red IP se logra ofertar un nivel de QoS no visto con anterioridad en nuestras redes, sirviendo de base tanto a las futuras aplicaciones ya mencionadas como a proyectos de la misma empresa ejemplo de lo cual resulta el transporte de señales de Voz sobre IP. Al posibilitar la comercialización de circuitos IP con QoS, se complementará el resto de las ofertas de CUBADATA, agregando un nuevo producto a los ya existentes x.25, Frame Relay y ATM. En este momento ETECSA cuenta con la técnica instalada para brindar servicios Frame Relay y ATM, y comienza el despliegue de nuevas tecnologías sobre la red CUBADATA que le permitirá en un futuro brindar servicios IP con calidad de servicio garantizada a través de MPLS. A pesar de contar con las posibilidades técnicas, aun no se posee un procedimiento a seguir para el despliegue de estos nuevos servicios, ya que los mismos no se brindan en la actualidad. Tampoco existe una cultura general de servicios con QoS, lo que es aplicable tanto a los potenciales clientes de estos servicios como a la infraestructura de ETECSA encargada de brindar y comercializar los mismos En anteriores trabajos realizados en el país se ha abordado el tema del MPLS como protocolo para garantizar la QoS sobre IP, en varios trabajos realizados en la CUJAE se encuentra este enfoque, sin embargo, en ningún caso se aborda el tema del desarrollo de la red sobre la tecnología ya existente en el país. Tampoco se han encontrado trabajos nacionales enfocados a la situación particular de los clientes en el país y su preparación para conectarse a estas redes.. Introducción. Página 3.

(10) El presente trabajo permitirá conocer la situación real en que se encuentran tanto la red CUBADATA como el posible mercado del servicio IP+MPLS en el país, para ello deberá dar respuestas a las siguientes interrogantes: Si en este momento se encuentran resueltas la mayoría de las necesidades de transporte de datos de los clientes, ¿Resulta necesario implementar una red de datos IP con soporte MPLS en el país? ¿Posee la tecnología IP + MPLS las características necesarias para dar un servicio capaz de garantizar QoS sobre la red CUBADATA en todo el país? ¿Cuáles son las condiciones existentes para el despliegue de un servicio con QoS sobre protocolo IP en nuestro país? ¿Qué política debe seguir CUBADATA en particular y el país en general para el desarrollo y explotación de las redes IP y la prestación de servicios con QoS basados en MPLS? ¿Qué tipo de inversiones adicionales deberá realizar ETECSA, especialmente en CUBADATA para poder brindar soluciones a las futuras necesidades de datos del país? ¿Poseen los potenciales clientes de los futuros servicios IP el equipamiento necesario para realizar la conexión a redes IP con QoS? Objetivos: El trabajo pretende facilitar el despliegue de la tecnología IP + MPLS que ETECSA desplegará próximamente sobre su red CUBADATA, basada en ATM. Ello se logrará a través de los siguientes objetivos particulares: •. Realizar un estudio de las condiciones existentes en el país para la implementación de redes IP con calidad de servicio garantizada a través de MPLS. •. Caracterizar la tecnología IP + MPLS adquirida por ETECSA y valorar si la misma resulta suficiente para brindar la QoS requerida por las futuras redes del país.. Introducción. Página 4.

(11) •. Brindarle a CUBADATA elementos actualizados para la explotación de su red, analizando las posibilidades reales de implementar servicios IP+MPLS a nivel nacional, lo que permitirá enfocar las acciones de la empresa hacia metas especificas, tanto en la parte técnica como comercial.. •. Revelar los posibles obstáculos que se pueden presentar en el despliegue y comercialización de redes con QoS sobre IP, permitiendo trabajar sobre ellos desde ahora para evitar dificultades en el momento de la implementación.. •. Realizar propuestas que pertrechen a ETECSA con la información necesaria para agilizar el despliegue de la red IP+MPLS.. Resultados esperados: El trabajo pretende obtener los siguientes resultados: •. Con el trabajo se pretende conocer las acciones necesarias para lograr el despliegue de una red IP con QoS por ETECSA en el momento en que los clientes comiencen a necesitar prestaciones de este tipo.. •. Se obtendrán elementos que podrán contribuir en los estudios y proyecciones que se realizan en ETECSA para el diseño de las futuras redes de datos del país. •. Se actualizará la información sobre el estado de las redes de datos en el país y cuan importantes puedan ser los cambios que introduzca la nueva tecnología en las conexiones entre ellas.. •. Se obtendrán elementos fundamentales para comercializar las nuevas tecnologías IP+MPLS entre los potenciales clientes del nuevo servicio.. Evaluación del impacto económico social: Los resultados de este trabajo redundarán en la calidad de los enlaces de los principales clientes de las redes IP en el país, inicialmente los proveedores de servicios ISP y con una visión a más largo plazo, los servicios basados en IP que se desarrollaran como parte de los proyectos asociados a la Informatización de la Sociedad, tarea priorizada por nuestro gobierno. Como se observa, el efecto no se limita a los grandes proveedores, ya que los usuarios finales de los ISP y otras redes implicadas también lograrán un servicio de mayor calidad.. Introducción. Página 5.

(12) Igualmente otros proveedores, empresas o instituciones que necesiten implementar estos servicios, ya encontraran una plataforma desarrollada evitando realizar inversiones excesivas o por duplicado que les encarezcan dichos servicios. Conocerán además las características y prestaciones de la red así como el equipamiento que requieren para su conexión a la misma. Económicamente, el despliegue de los servicios IP+MPLS representará para ETECSA una nueva fuente de ingresos, y el contar con un trabajo previo que permita el conocimiento exacto del momento adecuado para introducir dichos servicios, acortará los plazos para recuperar la inversión, lo que se traduce en lograr ingresar mayor cantidad de dinero en menos tiempo. Para los clientes también será útil conocer las características de este novedoso servicio, lo que les permitirá encontrarse correctamente preparados cuando decidan realizar la contratación del mismo. El trabajo también posee un impacto social, ya que al servir de base a los programas priorizados del gobierno, a la Informatización de la Sociedad y a futuras aplicaciones como la Telemedicina resultaran beneficiados grandes sectores de la población en todo el país. Al posibilitar el despliegue de otros servicios de la propia empresa sobre estas redes IP con QoS, tales como la transmisión de Voz sobre IP, también se logra dar solución a problemas que afectan al país, como la densidad telefónica y la congestión de los servicios de voz. El hecho de brindar propuestas de solución al despliegue de la red IP+MPLS, en conjunto con el análisis realizado tanto de la arquitectura MPLS como de las condiciones técnicas y comerciales para desarrollarla en nuestro país, le da también algunas características docentes al presente trabajo. Metodología del trabajo: Para desarrollar el presente trabajo se desarrolló una profunda búsqueda bibliográfica, para lo que se consultaron textos diversos (Revistas y libros actualizados sobre el tema). Se emplearon las facilidades de Internet para localizar. Introducción. Página 6.

(13) artículos recientes sobre el tema e información sobre los proveedores del equipamiento. Dado el amplio espectro de Internet fue necesario realizar una clasificación del material obtenido para lograr obtener fuentes fiables de información. Por esta vía también se accedió a importantes revistas de Telecomunicaciones que mantienen copias electrónicas de sus publicaciones en papel. Se consultó la tesis para el doctorado del Ph.D Xipeng Xiao, creador de varios de los documentos que han servido de base a los posteriores estudios de QoS en todo el mundo. Fueron revisados los Request for Comments (RFC ), material omnipresente en todas las restantes documentaciones consultadas. Se revisaron además los manuales técnicos y la documentación accesoria del equipamiento existente en el país con el que se cuenta para brindar el servicio analizado. Se consultó con especialistas de la Gerencia de Planeamiento e Inversiones de CUBADATA los planes de ETECSA para el desarrollo futuro de las redes de datos en el país. Se visitaron tanto Nodos de Transmisión de Datos en varias Gerencias como el Centro Nacional de Transmisión de Datos, con cuyos especialistas se realizó un intercambio sobre el tema del trabajo que resultó de gran importancia para el correcto conocimiento del equipamiento instalado en el país y de la explotación actual que recibe el mismo. Se realizó un estudio de los principales clientes de CUBADATA y del equipamiento de que disponen, incluyendo tanto los proveedores de servicio de Internet (ISP) como empresas comerciales. Se contactó a varios de estos clientes y se intercambió con los mismos sobre las necesidades presentes y futuras que poseen de servicios IP con QoS. Se visitó también el punto de acceso a la red en el país (NAP), donde se estudió la posibilidad de interconexión de los diferentes ISP para lograr una red IP+MPLS de nivel nacional.. Introducción. Página 7.

(14) Estructura del trabajo: El trabajo se encuentra compuesto por 3 capítulos, el primero de ellos brinda una panorámica de la arquitectura MPLS y sus aplicaciones fundamentales, justificando el porque resulta adecuado el empleo de una plataforma de este tipo para el soporte de las cada vez mas exigentes aplicaciones de los clientes. En el capítulo 2 se realiza un análisis de las condiciones en que se encuentra la red CUBADATA de ETECSA para proveer el servicio IP+MPLS sobre la red pública, se revisa el equipamiento con que cuenta dicha red y se verifican las posibilidades reales de emplearlo para el despliegue de una red MPLS. En este capítulo también se realiza un estudio de los potenciales clientes de una red MPLS en el país, evaluando las condiciones particulares en que se encuentra cada uno para la conexión a dicha red. Algunas consideraciones adicionales, así como las propuestas para lograr la implementación de una red IP+MPLS en el país son tratados en el capítulo 3. En los anexos del trabajo se podrá consultar información adicional sobre el equipamiento existente en la red CUBADATA.. Introducción. Página 8.

(15) Capítulo 1. MPLS, una arquitectura para garantizar calidad de servicio sobre el protocolo IP. Con el crecimiento de los servicios basados en el protocolo IP, que se ha convertido en el patrón para las comunicaciones por su gran éxito en Internet, han aparecido requerimientos y problemas que no son solubles con las estructuras básicas de transporte de datagramas IP. Una de las posibles soluciones a estas nuevas exigencias es la arquitectura de Conmutación de Etiquetas sobre Múltiples Protocolos (MPLS, Multi Protocol Label Switching) [23]. 1.1 Panorama del surgimiento de la Arquitectura MPLS. Al comenzar la última década del pasado siglo, Internet estaba constituida por redes dorsales, formadas por enrutadores enlazados a velocidades de 2 y 8 Mb/s sobre líneas dedicadas. Esta estructura no podía dar una respuesta a las continuas solicitudes de incremento del ancho de banda, provocadas por la cada vez mayor utilización de Internet y la introducción de nuevos servicios. Con el despliegue de las redes ATM a partir del año 1995 por las empresas de telecomunicaciones se favoreció la integración de los niveles 2 y 3 (por ejemplo la conocida como IP/ATM). [6] Estas redes pasaron a formar parte de los dorsales que soportan el tráfico primario de Internet.[26] Con el modelo IP/ATM se superpone una topología virtual de enrutadores IP sobre una topología real de conmutadores ATM aprovechando para ello los circuitos virtuales del nivel ATM tal como se muestra en la Figura 1.1.. Capitulo 1. Página 9.

(16) A Enrutador de Núcleo.. Conmutador ATM. A Conmutador ATM. C Conmutador ATM. B Enrutador de Núcleo.. B. ATM PVC. C Enrutador de Núcleo.. Núcleo ATM. Figura 1.1 - Red IP soportada por un núcleo ATM.. Este esquema presenta un problema obvio, para enviar un paquete entre los enrutadores B y C es necesario atravesar el enrutador A, que lo analizará y enviará de regreso sobre el mismo enlace desde el enrutador A al conmutador ATM A. Este esquema provoca que se sobrecargue innecesariamente la CPU del enrutador A en la toma de decisiones, a la vez que se hace un uso ineficiente del enlace entre el enrutador A y el conmutador ATM A. Con esto se deduce que para garantizar un camino óptimo del tráfico en la red, es necesario garantizar la existencia de circuitos virtuales ATM entre todos los enrutadores que se encuentran conectados al núcleo ATM (Red totalmente mallada). Esto es sencillo de lograr en redes que cuentan con pocos conmutadores ATM, pero cuando aumenta el número de los mismos, se presentan graves problemas de escalabilidad. [4] El empleo de los protocolos IP sobre ATM presenta ventajas y desventajas. Las ventajas fundamentales radican en el poder aprovechar el mayor ancho de banda y velocidad de transporte de la infraestructura ATM. Los inconvenientes del modelo IP/ATM son:. Capitulo 1. Página 10.

(17) •. Es necesario gestionar dos redes diferentes, una física ATM y otra lógica IP, esto es provocado porque la integración de los niveles 2 y 3 se realiza manteniendo las dos redes separadas y presentando discontinuidades. Este esquema provoca mayores costos en los sistemas de gestión así como las dificultades de no contar con una red de gestión integrada.. •. Se produce una sobrecarga (overhead) aproximada del 20% provocada por el transporte de los datagramas IP sobre las celdas ATM. Esto provoca una reducción proporcional del ancho de banda disponible.. •. Para lograr un enrutamiento óptimo, cada vez que un nuevo enrutador se agrega al núcleo de la red WAN, es necesario establecer un circuito virtual entre este enrutador y todos los demás.. •. Cada enrutador necesita establecer intercambio de datos de enrutamiento con todos los enrutadores adyacentes. Si como se vio en el punto anterior, se cuenta con una red totalmente mallada, entonces se tendrá intercambio de datos de enrutamiento con cada uno del resto de los enrutadores conectados al mismo núcleo ATM. Esta configuración provoca un gran volumen de tráfico de enrutamiento sobre todos los enlaces, tráfico este que no contiene datos finales y que ocupará un volumen del ancho de banda disponible en los enlaces.. •. Resulta muy difícil predecir el volumen de tráfico entre dos enrutadores, especialmente en una red totalmente mallada, por lo que la provisión de calidad de servicio sobre los circuitos virtuales entre enrutadores es complejo. Para simplificar este problema, algunos Proveedores de Servicios optan por la ausencia de servicio garantizado en los enlaces de la red, por ejemplo, (UBR,. Unspecified Bit Rate) en redes ATM. [1] Con el surgimiento de las redes ATM varias empresas desarrollaron sus propias tecnologías para tratar de resolver los inconvenientes antes expuestos y aprovechar la unión de la alta velocidad de operación de la tecnología ATM. basada en. conmutación de la capa de enlace, con el proceso de enrutamiento IP de Internet de la capa de red. Las principales tecnologías desarrolladas fueron: •. CSR (Cell Switching Router).- Fue desarrollado por Toshiba y presentado a la IETF en 1994. Fue una de las primeras propuestas de utilizar protocolos IP para. Capitulo 1. Página 11.

(18) controlar la infraestructura ATM. CRS se ha desarrollado en redes comerciales y académicas en Japón. [27] •. IP Switching.- Desarrollado por Ipsilon Network (ahora parte de Nokia), se anunció en 1996. El objetivo básico de IP Switching fue el de integrar conmutadores ATM de una manera eficiente (eliminando el plano de control ATM). Ipsilon utilizó la presencia de tráfico para controlar el. establecimiento de. una etiqueta. [27] •. Tag Switching.- Es la tecnología de conmutación de etiquetas desarrollada por Cisco Systems. A diferencia de las dos soluciones anteriores, Tag Switching es una técnica la cual no requiere de flujo de tráfico para la creación de tablas de etiqueta en un enrutador. En lugar de esto utilizaba protocolos de enrutamiento IP para determinar el siguiente salto. [7][27]. •. ARIS (Aggregate Route-based IP Switching).- Es desarrollado por IBM y es muy similar a Tag switching de Cisco. En ARIS la distribución de etiquetas comienza en el enrutador de salida y se propaga de forma ordenada hacia el enrutador de entrada. [27]. Estas soluciones independientes, e incompatibles entre sí, para el desarrollo de tecnologías basadas en conmutación de etiquetas no era una dirección aceptable, por lo que se reconoció la necesidad de desarrollar estándares y de formar el grupo de trabajo de la IETF (Internet Engineering Task Force) para este propósito, el cual fue creado en abril del 1997 [27]. En la Figura 1.2 se grafica la evolución de las diferentes tecnologías hasta llegar al estándar MPLS del IETF. [1][4]. Capitulo 1. Página 12.

(19) Figura 1.2 - Tecnologías que impulsaron el surgimiento del actual estándar MPLS del IETF.. El principal problema que presentan estas soluciones propietarias es la falta de interoperatividad, provocado por el empleo de tecnologías privadas para combinar la conmutación ATM (nivel 2) con el encaminamiento IP (nivel 3). Es de señalar que a pesar de sus incompatibilidades todos se basaban en dos elementos comunes para la conmutación IP: •. Separación de las funciones de control (routing) y de envío (forwarding).. •. Intercambio de etiquetas para el envío de los datos.. En el proceso normal de encaminamiento IP, las tablas de los enrutadores se construyen y mantienen con la información que obtienen los protocolos de enrutamiento en su intercambio con los enrutadores vecinos. Al arribar un paquete, la componente de envío examina su información de cabecera, localiza la entrada correspondiente en la tabla de envío, que mantiene la componente de control, y encamina el paquete hacia la interfaz de salida adecuada. [9] Al separar las componentes de control y de envío es posible que cada una de ellas se pueda implementar y modificar de forma independiente. La componente de control, a través de la tabla de envío, mantiene la comunicación con la componente de envío y actualiza la información. El mecanismo de envío se implementa mediante el intercambio de etiquetas y lo que se transmite por la interfaz física son paquetes. Capitulo 1. Página 13.

(20) etiquetados. De esta forma se integran las funciones de conmutación y enrutamiento en un mismo sistema. [43]. 1.2 Arquitectura MPLS. Al establecerse el Grupo de Trabajo de MPLS con el objetivo de la adopción de un estándar unificado e interoperativo, el IETF impuso un grupo de requerimientos que deberían ser cumplidos por el nuevo estándar [17]: •. MPLS debía funcionar sobre cualquier tecnología de transporte, no sólo ATM.. •. MPLS debía soportar el envío de paquetes tanto unicast como multicast.. •. MPLS debía ser compatible con el Modelo de Servicios Integrados del IETF, incluyendo el protocolo RSVP.. •. MPLS debía permitir el crecimiento constante de la Internet.. •. MPLS debía ser compatible con los procedimientos de operación, administración y mantenimiento de las actuales redes IP. [4]. La Conmutación de Etiquetas sobre Múltiples Protocolos (MPLS, MultiProtocol Label. Switching) es una arquitectura creada con la finalidad de mejorar muchos de los temas asociados con el transporte tradicional de paquetes y las interconexiones en la Internet de hoy. MPLS integra sin discontinuidades los niveles 2 y 3, combinando eficazmente las funciones de control del enrutamiento con la simplicidad y rapidez de la conmutación de nivel 2. [5][17][23] Trascendencia de la arquitectura MPLS. El aprovechamiento de las funciones de conmutación del nivel 2 con el enrutamiento del nivel 3 han provocado que MPLS se convierta en una arquitectura con gran porvenir. MPLS es una tecnología sencilla y barata, que puede acelerar el encaminamiento y la conmutación en los dorsales de las redes de datos con protocolos IP. MPLS proporciona un grupo de beneficios adicionales:. Capitulo 1. Página 14.

(21) •. Es una solución que permite una gran interoperabilidad. No hay necesidad del modelo de superposición de IP sobre ATM y por tanto se eliminan las dificultades asociadas con su administración y la gestión. [17]. •. Proporciona los medios para el mapeo de direcciones IP a simples etiquetas de longitud fija utilizadas por diferentes tecnologías de envío de paquetes y conmutación de paquetes [17].. •. Permite el uso de diferentes protocolos existentes como son RSVP (Protocolo de Reservación de Recursos) y OSPF (Open Shortest Path First) [17].. •. Permite proporcionar servicios diferenciados (Differentiated Services) así como Calidad de Servicio (QoS) e Ingeniería de tráfico y crear Redes Virtuales Privadas (VPN). [12][17]. 1.3 Características de la arquitectura MPLS. En el envío de paquetes tradicional, con los ambientes de red no orientados a conexión típicos del protocolo IP, el enrutamiento de cada paquete se analiza salto por salto, se chequea su encabezamiento de capa 3, y se toma una decisión de envío independiente basada en la información extraída desde algoritmos de enrutamiento de la capa de red. En MPLS, al ser una arquitectura orientada a conexión, la transmisión de los datos ocurre en las trayectorias establecidas por la operación de intercambio de etiquetas denominadas caminos de etiquetas conmutados (LSPs, Label Switched Path). [17][31] Para distribuir las etiquetas en una red que emplee MPLS se emplea el protocolo de distribución de etiqueta (LDP, Label Distribution Protocol) o el protocolo de reserva de recursos (RSVP, Resource Reservation Protocol). Cada paquete encapsula y porta las etiquetas durante su transporte dentro de esta red. Es posible alcanzar altas velocidades en la conmutación de datos porque las etiquetas, que poseen una longitud fija, son insertadas al comienzo del paquete o celda y son usadas para la conmutación y reenvío con acciones exclusivas de la capa 2, que en caso de ATM son ejecutadas por hardware. [17][39] MPLS realiza las siguientes funciones [17]:. Capitulo 1. Página 15.

(22) •. Especifica mecanismos para administrar flujos de diferentes tráficos entre diferentes hardwares, máquinas, o flujos entre diferentes aplicaciones.. •. Mantiene independientes los protocolos de la capa 2 y de la capa 3.. •. Provee un medio para relacionar direcciones IP con simples etiquetas de longitud fija usadas por diferentes tecnologías de conmutación y enrutamiento de paquetes.. •. Relaciona protocolos existentes (como RSVP y OSPF).. •. Establece la transferencia de datagramas IP sobre cualquier tecnología o estándar de transporte desde Frame Relay a 10 Gigabit Ethernet. [1]. Componentes de la arquitectura MPLS Al diseñar una red con Arquitectura MPLS se debe tener en cuenta que como sistema comprende tres conceptos fundamentales: enrutador de conmutación de etiquetas (LSR, Label Switching Router), trayectoria o camino de conmutación de etiqueta (LSP, Label Switched Path) y paquetes etiquetados (LP, Labeled Packets). En su forma más simple un sistema MPLS es un conjunto de LSR que envían paquetes etiquetados a través de los LSP. [14][15][17] Como toda nueva arquitectura, MPLS requiere de la introducción de un grupo de conceptos y elementos, a continuación, se realiza una descripción de los mismos basado en la Figura 1.3.. Capitulo 1. Página 16.

(23) Salida LER. LER LSR LSP. LER. LSR. Dominio MPLS. LER. LER. LSR. LER. Entrada. Figura 1.3 - Componentes de una red MPLS.. Dominio MPLS: Es el segmento de la red donde los procedimientos de enrutamiento y de envío se realizan de acuerdo a las definiciones de la arquitectura MPLS. [20] Enrutador de conmutación de etiquetas (LSR, Label Switched Router): Es un enrutador de alta velocidad dentro de la red MPLS, el cual debe ser capaz de interpretar los protocolos de enrutamiento IP y que participa activamente en la determinación de las trayectorias de intercambio de etiquetas (LSP, Label Switched. Paths) utilizando el protocolo de señalización de etiquetas adecuado. Generalmente consiste en un conmutador ATM modificado y permite realizar la conmutación de tráfico de datos a alta velocidad basado en las trayectorias establecidas. Los LSR se clasifican según las funciones que desempeñan en la infraestructura de la red en: •. ATM-LSR: es un conmutador ATM con funcionalidades adicionales para el establecimiento de LSP e intercambio de información de enrutamiento.. •. LER (enrutador de borde o Label Edge Router): También conocido como LSR de entrada o de salida, es un enrutador que opera en el borde del dominio MPLS.. Capitulo 1. Página 17.

(24) Juega un papel muy importante en la asignación/eliminación de etiquetas cuando el tráfico entra o sale de la red. •. ATM-LER: Es un LER que posee al menos una interfaz capaz de soportar MPLS que lo enlaza a un ATM-LSR. [11]. De forma adicional, los enrutadores LSR se clasifican según la dirección del flujo de datos, como enrutadores ascendentes (upstream) o descendentes (downstream). Si dos enrutadores, A y B, coinciden en asociar una etiqueta L al FEC (FEC, Forward. Equivalent Class, definido en la página siguiente) F para los paquetes que viajan desde A hacia B, el enrutador A es el enrutador ascendente y B es el descendente. Afirmar que un nodo es ascendente o descendente con respecto a una trayectoria dada, sólo significa que una etiqueta particular representa un FEC particular, en paquetes viajando del nodo ascendente al nodo descendente. [42] Tabla 1.1 - Diferentes tipos de LSR. Tipo de LSR LSR. Acción que realiza Realiza el envío de paquetes etiquetados Puede recibir un paquete IP, analiza información de Nivel 3, e impone una etiqueta antes del envío del paquete por el dominio. LER. MPLS y viceversa, puede recibir un paquete etiquetado, remueve la etiqueta, analiza información de Nivel 3, y envía el paquete IP hacia su próximo salto. Corre protocolos MPLS en el plano de control para el. ATM-LSR. establecimiento de circuitos virtuales ATM. Envía paquetes etiquetados como celdas ATM. Puede recibir un paquete etiquetado o no etiquetado, segmenta este en celdas ATM, y envía las celdas hacia el próximo salto. ATM-LER. ATM-LSR. Además puede recibir celdas ATM desde un ATM-LSR adyacente, reensambla estas celdas en el paquete original, y envía el paquete como un paquete etiquetado o no etiquetado.. Capitulo 1. Página 18.

(25) Enrutador de borde, de entrada o salida (LER, Label Edge Router): Es un dispositivo que opera en la periferia de la red de acceso y la red MPLS, el cual se encarga de insertar las etiquetas en base a información de enrutamiento. Un LER soporta múltiples puertos conectados a redes distintas (como pueden ser ATM, Frame Relay y Ethernet) y envía este tráfico a través de la red MPLS después de haber establecido un LSP (trayectoria) utilizando un protocolo de distribución de etiquetas. También se encarga de retirar las etiquetas y distribuir el tráfico a las redes de salida. Clase de equivalencia de direccionamiento (FEC, Forward Equivalent Class): Es una representación de un grupo de paquetes que comparten los mismos requerimientos para su transporte. Todos los paquetes en un grupo determinado reciben el mismo trato, y siguen una misma ruta hacia su destino. En oposición al envío convencional por IP, en MPLS la asignación de un FEC particular a un paquete en particular se hace solo una vez, cuando el paquete entra a la red. Los FEC se basan en requerimientos de servicio para un conjunto dado de paquetes o simplemente para un prefijo de dirección. Cada LSR construye una tabla la cual especifica como será enviado cada paquete; a esta tabla se conoce como base de información de etiqueta (LIB, Label Information Base). Componentes de Envío y Control: La arquitectura de un nodo MPLS se basa en la separación de las componentes de control y de envío en un Plano de Control y un Plano de Envío, como se muestra en la Figura 1.4.. Capitulo 1. Página 19.

(26) Intercambio de Informaciones con otros enrutadores. Plano de Control. Intercambio de Informaciones con otros enrutadores. Protocolo de Enrutamiento IP Intercambio de Etiquetas con otros enrutadores. Tabla de Enrutamiento IP. Intercambio de Etiquetas con otros enrutadores. Control de Enrutamiento MPLS IP. Plano de envío Tabla de envío de Etiquetas L2. L3. L4. Paquete s. Paquete s. Figura 1.4 - Representación de las componentes de envío y control en MPLS.. Componente de control: Es donde se realiza el intercambio de la información de control (llevado a cabo por protocolos de enrutamiento como OSPF o IS-IS) funcionando en conjunto con procedimientos MPLS de asignación y distribución de etiquetas entre un grupo de LSR interconectados. El componente de control es responsable de configurar los. LSP (trayectorias) entre rutas IP y distribuir la. asignación de etiquetas a los LSR. Además tambien se encarga de mantener el sistema actualizado en caso de cambios en la topología de la red. Una parte importante del componente de control son los protocolos de distribución de etiquetas, porque a través de ellos se establecen sesiones entre conmutadores adyacentes e intercambian la información de etiquetas que necesita la función de envío. [11] Componente de envío (Forwarding): El componente de envío utiliza la información de la componente de control para la construcción de las tablas de envío de etiquetas, basada en las cuales se realiza el envío de los paquetes. Este componente se basa en el intercambio de etiquetas. Cuando. Capitulo 1. L5. un enrutador de. Página 20.

(27) etiquetas recibe un paquete con una etiqueta, este reemplaza la etiqueta de entrada en el paquete, con la etiqueta de salida y envía el paquete por el puerto de salida. Etiquetas y Asociación de Etiqueta. Una etiqueta es un identificador corto, de longitud fija de 4 octetos (32 bits) y de significado local el cual es utilizado para identificar un FEC [31].La etiqueta que se coloca en un paquete particular representa a dicho FEC al cual el paquete es asignado. Una etiqueta, en su forma simple, identifica la trayectoria que debe seguir un paquete por el dominio MPLS. En la Figura 1.5 se muestra el formato de la etiqueta MPLS. [42] Pilas de Etiquetas MPLS Encabezado de la Capa de Enlace. Etiquetas. Encabezado de la Capa de Red. EXP Experimental. 20 bits. 3 bits. B S. TTL. 1 bit. 8 bits. 4 Octetos (32 bits). Figura 1.5 - Formato genérico de la etiqueta MPLS.. La distribución de los 4 Octetos (32 bits) de la cabecera MPLS es la siguiente: •. Los primeros 20 bits para la etiqueta MPLS. •. Le siguen 3 bits para identificar la clase de servicio en el campo EXP (experimental, anteriormente llamado CoS), puede emplearse para marcar paquetes para diferenciar el tratamiento en el envío, quizás basado en el marcado de Diff-Serv en paquetes IP entrantes.. •. A continuación 1 bit de stack para poder agrupar etiquetas de forma jerárquica (S). En MPLS el número de encabezamientos es ilimitado, de existir múltiples. Capitulo 1. Página 21.

(28) encabezamientos sólo el más cercano al encabezamiento de la capa de enlace es utilizado para el envío. Si este es removido, entonces otro quedará al inicio de la pila (el más cercano al encabezamiento de la capa de enlace) el cual será empleado para el envío. El bit de stack se emplea para indicar si el encabezamiento es el último de la pila. •. Y por último, 8 bits para indicar el tiempo de vida (TTL, time-to-live) que sustenta la funcionalidad estándar TTL de las redes IP. [10]. Las especificaciones del IETF definen que MPLS funciona sobre cualquier tipo de transporte: PPP, LAN, ATM, Frame Relay, etc. [21][25]. Por ello, si la tecnología de nivel 2 empleada no soporta un campo para etiquetas (como es el caso de los enlaces PPP o LAN) se emplea una cabecera genérica MPLS de 4 octetos, que contiene un campo específico para la etiqueta y que se inserta entre la cabecera del nivel 2 y la del nivel 3 como se observa en la Figura 1.6. Sin embargo, si el protocolo de transporte de datos contiene ya un campo para etiquetas (como ocurre con los campos VPI/VCI de ATM y DLCI de Frame Relay), se utilizan esos campos para las etiquetas, como se muestra en la Figura 1.7. [4][21][31][32]. Figura 1.6 - Etiqueta MPLS sin encapsular.. Capitulo 1. Página 22.

(29) Encabezado IP. Datos. Encabezado IP. Datos. Paquete IP. Etiquetado del paquete. Encabezado de Relleno. DLCI Trama FR. DLCI. Datos. Datos. Encabezado IP. Datos. Encabezado IP. Datos. Paquete. Etiquetado del paquete. Celda ATM. Encabezado de Relleno. VPI/VCI. Datos. VPI/VCI. Datos. Figura 1.7 - Frame Relay y ATM como capa de enlace de datos.. De este modo, las cabeceras MPLS permiten cualquier tecnología o combinación de tecnologías de transporte, con la flexibilidad que esto supone para un proveedor IP en el momento de extender su red. Una vez que el paquete ha sido clasificado dentro de un nuevo FEC o un FEC ya existente, se le asigna una etiqueta a este paquete. Por lo general la clasificación de un paquete a un FEC se basa (de forma total o parcial) en su dirección de destino de la capa de red. Es necesario señalar que la etiqueta asignada no representa una codificación de esa dirección, solamente una entrada en la tabla de etiquetas. Los paquetes entonces se envían basados en sus valores de etiquetas. El enrutador que lo recibe analiza el paquete para ver el contenido de la etiqueta y determinar, en base a la misma, el próximo salto. El paquete será procesado de esta forma hasta. Capitulo 1. Página 23.

(30) que el paquete abandona el dominio MPLS, es decir el envío de este paquete se basa en el intercambio de etiquetas. [42] De esta forma, si se tienen dos LSR uno A y otro B como se muestra en la Figura 1.8, ambos enrutadores estarán de acuerdo en que, cuando A transmite un paquete a B, el enrutador A etiquetará el paquete con una etiqueta con el valor L si y solo si el paquete es miembro de la FEC F (Caso particular para este ejemplo). Por lo que ambos estarán de acuerdo en asociar la etiqueta L y el FEC F para paquetes que se mueven de A hacia B. Con este acuerdo, L se convierte en la etiqueta de salida de A representando el FEC F y L se convierte en la etiqueta de entrada que representa el FEC F en B. Se debe notar que L no necesariamente representa el FEC F para todos los paquetes sino, para los que han sido enviados desde A hacia B, por lo que L es un valor arbitrario en el cual su asociación con F es local entre A y B. [10] Figura 1.8 - Las etiquetas MPLS tienen un significado local.. Durante la asignación de la etiqueta se emplea uno de los siguientes criterios de transporte: •. Destino de enrutamiento Unicast (punto-punto).. •. Destino de enrutamiento Multicast (punto-multipunto).. •. Ingeniería de Tráfico.. •. Calidad de Servicio (QoS).. •. Red Privada Virtual (VPN). [11]. Tablas de enrutamiento y envío. En la arquitectura MPLS en cada LSR se crean dos tablas, las cuales toman información relevante para la componente de envío. La primera, se conoce como base de información de etiqueta (LIB, Label Information. Capitulo 1. Página 24.

(31) Base). Esta tabla contiene todas las etiquetas asignadas por este LSR y los enlaces de estas etiquetas a etiquetas recibidas desde cualquier LSR vecino. Estos enlaces son utilizados para construir las entradas a la base de información de envío (FIB). En la Figura 1.9 se muestra una representación de la tabla de la base de datos de etiquetas de un LSR. No todas las etiquetas dentro de la tabla LIB son necesarias para el envío del paquete, ya que múltiples LSR vecinos pueden enviar etiquetas para el mismo prefijo IP, pero puede que el salto IP real no se encuentre en uso en la tabla de enrutamiento hacia el destino. La segunda tabla conocida como base de información de envío de etiqueta (FLIB, Forward Label Information Base), se emplea durante el envío de paquetes y contiene sólo las etiquetas que están siendo utilizadas por la componente de envío de MPLS. FLIB es el equivalente MPLS de la matriz de conmutación de un conmutador ATM. [4]. Figura 1.9 - Tabla de la base de datos de etiquetas.. Creación de etiquetas. En la creación de etiquetas se pueden emplear los siguientes métodos: •. Método basado en la topología: utiliza el procesamiento normal de los protocolos de enrutamiento (tales como OSPF y BGP). •. Método basado en solicitud: utiliza el procesamiento de control de tráfico basado en solicitud (tal como RSVP). •. Método basado en tráfico: utiliza la recepción de un paquete para activar la asignación y distribución de etiqueta.. Capitulo 1. Página 25.

(32) Clasificación de etiquetas: Las etiquetas utilizadas por un LSR para la unión del FEC se clasifican de la siguiente forma: •. Por plataforma: los valores empleados son únicos dentro de todo el LSR. Las etiquetas son asignadas de una fuente común, no hay dos etiquetas distribuidas en interfaces diferentes que se repitan.. •. Por interfaz: los rangos de etiqueta están asociados con interfaces y las etiquetas suministradas a estas interfaces son asignadas por fuentes diferentes. Los valores de etiquetas suministrados a interfaces diferentes pueden ser los mismos.. Distribución de etiquetas. La arquitectura MPLS permite varios métodos de distribución de señalización de etiqueta. Los protocolos de enrutamiento existentes como BGP han sido mejorados para portar la información de etiqueta dentro del contenido del protocolo [18]. El RSVP se extendió para soportar el intercambio de etiquetas. Además el IETF también definió un nuevo protocolo conocido como Protocolo de Distribución de Etiquetas (LDP, Label Distribution Protocol) para señalización explícita e intercambio de espacio de etiqueta [39]. Para soportar enrutamiento explícito basado en requerimientos de QoS y CoS se definieron extensiones del protocolo base LDP. Estas extensiones están comprendidas en la definición del protocolo LDP en el enrutamiento basado en la necesidad (CRLDP).[39][34] Existen dos modos para la distribución de etiquetas en MPLS: •. Distribución de etiqueta en demanda hacia atrás: en este modo, los enlaces de etiquetas se entregan al LSR anterior solo si ha ocurrido una solicitud.. •. Distribución de etiqueta no solicitada hacia atrás: en este modo, los enlaces de etiqueta se entregan sin considerar si los otros LSR necesitan la etiqueta. Esto puede realizarse al menos una vez durante el tiempo de vida de una relación entre LSRs adyacentes.. Según los esquemas que existen en la distribución de etiquetas se pueden resumir como sigue:. Capitulo 1. Página 26.

(33) •. LDP, enlaza distintos IP unicast a etiquetas.. •. RSVP y CR-LDP, se emplea para ingeniería de tráfico y reserva de recursos.. •. Protocolo independiente multicast (PIM), se utiliza para enlazar etiquetas a estados multicast. [34]. •. BGP, se emplea para etiquetas externas (VPN). [18][39]. MPLS define dos modos para la asignación de etiquetas a LSR vecinos: •. Modo Independiente: en este modo un LSR reconoce un FEC particular y toma la decisión de asociar una etiqueta a un FEC y de distribuir esta asociación a sus pares de distribución de etiqueta. Esto corresponde a la forma en la cual trabaja el enrutamiento de datagramas IP convencional, donde cada nodo toma la decisión independiente de como tratar cada paquete.. •. Modo Ordenado: en este modo un LSR asocia una etiqueta a un FEC particular si y solo si es el enrutador de salida o si ha recibido una asociación de etiqueta para el FEC de su siguiente salto (LSR).. En MPLS se definen de dos modos el tratamiento para ataduras de etiquetas recibidas de diferentes LSR los cuales no son el salto siguiente para un FEC dado: •. Modo Conservativo: En este modo las asociaciones entre un FEC y una etiqueta recibidas de un LSR que no son el próximo salto para un FEC dado son descartadas. Este modo requiere que el LSR mantenga pocas etiquetas. Este modo es recomendado para ATM-LSR.. •. Modo Liberal: En este modo se retienen las asociaciones entre una etiqueta y un FEC recibidas de LSR que no son el próximo salto para un FEC determinado. Este modo permite una adaptación más rápida a los cambios en la topología y permite el envío de tráfico a diferentes LSP en caso de cambios.. En la arquitectura MPLS la decisión de asociar una etiqueta particular a un FEC particular es tomada por el LSR que es descendente en esta asociación. El enrutador descendente debe informar al enrutador ascendente de dicha asociación, por lo que las asociaciones son distribuidas en la dirección “descendente-ascendente” donde el enrutador A es ascendente con relación al enrutador B. Además cuando un. Capitulo 1. Página 27.

(34) enrutador recibe un paquete etiquetado con una etiqueta particular de entrada, pero no tiene ninguna asociación para esta etiqueta, este paquete debe ser descartado. [42]. Unión de etiquetas. El flujo de tráfico entrante de diferentes interfaces puede ser fusionado y conmutado utilizando una etiqueta común, si su viaje por la red es hacia el mismo destino y comparten los mismos requerimientos para su transporte a esto se le conoce como fusión de cadenas o agregación de flujo. Si la red de transporte es una red ATM, los LSRs deben emplear fusión de camino virtual o canal virtual. En este escenario deben evitarse los problemas de intercalamiento de celdas que surgen cuando múltiples flujos de tráfico se unen en una red ATM.. Pila de etiquetas. El mecanismo de pila de etiqueta permite operaciones jerárquicas en el dominio MPLS. Es la combinación de dos o más encabezamientos de etiquetas asociados a un simple paquete. Este mecanismo permite que MPLS se emplee simultáneamente para enrutamiento multinivel donde cada nivel en una pila de etiquetas. pertenece a algún nivel jerárquico, lo cual facilita el modo de. operación de túnel en MPLS. Mecanismos de señalización. Solicitud de etiqueta: No es más que el mecanismo que utiliza un LSR para que su LSR vecino le asigne una etiqueta, de esta forma el puede asociar esta etiqueta a un FEC específico. Este mecanismo se utiliza desde que el paquete entra al LSR de entrada al dominio MPLS hasta que lo abandona por el LSR de salida. Mapeo de etiqueta: Como respuesta a la solicitud de etiqueta, un LSR enviará una etiqueta al LSR que la solicitó utilizando el mecanismo de mapeo. Los mecanismos de solicitud y mapeo de etiqueta se muestran en la Figura 1.10:. Capitulo 1. Página 28.

(35) Solicitud de etiquetas (Destino C). LER Entrada B. Asignación de etiquetas (ej. Utilizando etiqueta 8). LSR A. Solicitud de etiquetas (Destino B). Asignación de etiquetas (ej. Utilizando etiqueta 5). LER Salida C. Figura 1.10 - Señalización de solicitud y mapeo de etiquetas en MPLS.. Protocolo de distribución de etiqueta (LDP): Nuevo protocolo que adoptó el IETF en enero del 2001 (RFC 3036) [36] y no es más que un conjunto de procedimientos con los cuales un LSR informa a otro de las asociaciones FECetiqueta que ha hecho. Para lograr estas asociaciones es necesaria la creación de los LSP. Las sesiones LDP se establecen entre dos LSR del dominio MPLS independientemente de que estos sean adyacentes o no. Las parejas de LSRs utilizando LDP, intercambian los siguientes tipos de mensajes: •. Mensajes de descubrimiento: anuncia y mantiene la presencia de un LSR en una red.. •. Mensajes de sesión: establece, mantiene, y termina las sesiones entre iguales LDP.. •. Mensajes de advertencia: crea, cambia, y borra enlaces de etiquetas para FECs. •. Mensajes de notificación: provee información de consulta e información de señal de error. [10]. Descripción del proceso LDP entre dos LSR: Al iniciarse una sesión LDP un enrutador. crea la estructura de la base de información de etiqueta (LIB). El. enrutador trata también de descubrir otros LSR en las interfaces que están corriendo MPLS a través de paquetes hello. Estos paquetes se envían como paquetes UDP. multicast o broadcast, realizándose así el descubrimiento automático de LSR. Capitulo 1. Página 29.

(36) vecinos. Después que un paquete hello descubre un vecino LDP, se establece una sesión LDP mediante TCP, para asegurar confiabilidad en la entrega de la información. Inmediatamente después de creada la tabla LIB se asigna una etiqueta a cada FEC y se almacena este enlace en la tabla. La LIB se mantiene siempre sincronizada con la tabla de enrutamiento IP, o sea, tan pronto como aparezca una ruta nueva en la tabla de enrutamiento, una etiqueta nueva se asigna y se enlaza a la nueva ruta.. Trayectorias de etiquetas conmutados (LSP) : Dentro de un dominio MPLS, la trayectoria sobre la cual debe viajar un paquete basado en un FEC particular en el dominio MPLS, desde el LSR de entrada hasta el LSR de salida, se conoce como LSP y la creación del LSP está basada en un esquema orientado a conexión, puesto que el camino se establece antes de cualquier flujo de datos. El establecimiento de un LSP para un FEC es en un solo sentido, lo cual significa que para el tráfico de retorno se emplea otro LSP diferente. MPLS provee las dos opciones siguientes para establecer un LSP: •. Enrutamiento salto a salto: cada LSR puede seleccionar el próximo salto, para un FEC dado, que empleará para el envío de paquetes hacia el destino utilizando su cálculo interno de ruta. El LSR usa cualquier protocolo de enrutamiento tal como OSPF, interfaz red a red privada ATM (PNNI), etc.. •. Enrutamiento explícito: El LSR de ingreso especifica la lista de nodos que atraviesa el LSP. Este camino puede que no sea el óptimo. A lo largo del camino los recursos pueden ser reservados para asegurar QoS al tráfico de datos [34]. Esto facilita la aplicación de ingeniería de tráfico a lo largo de la red y de servicios diferenciados utilizando flujos basados en políticas o métodos de administración de redes.[33]. Enrutamiento basado en restricciones (CR, Constraint-based routing): El enrutamiento basado en restricciones (CR) toma en cuenta parámetros, tales como características del enlace (ancho de banda, retardo, etc.), cantidad de saltos, y calidad de servicio (QoS, Quality of Service). Los LSP establecidos basados en restricciones se denominan CR-LSP. Las restricciones pueden ser saltos explícitos o. Capitulo 1. Página 30.

(37) requerimientos de QoS. Los saltos explícitos se refieren a qué camino debe ser tomado. Los requerimientos de QoS dictan qué enlaces y qué mecanismos de formación de colas de espera y planificación se emplearán para el flujo. [31] Utilizando CR para establecer un LSP, el camino a seguir no siempre es el que implica menor “costo”, ya que se puede establecer, para determinadas aplicaciones, un LSP con mayor costo pero menor nivel de congestión. CR incrementa la complejidad de los cálculos de enrutamiento cuando el camino a seleccionar debe satisfacer requerimientos de QoS. [42] Descripción Funcional de las operaciones MPLS. Es preciso recordar que el funcionamiento en la Arquitectura MPLS se basa en la separación de los componentes de envío ( forwarding) y control (routing). y su. relación estrecha entre sí. A continuación se explicarán cada uno de estos componentes.. Funcionamiento del envío de paquetes en MPLS. MPLS separa las dos componentes funcionales de control y de envío igual que en las soluciones de conmutación IP, como ya se ha explicado anteriormente. De igual manera el envío se implementa mediante el intercambio de etiquetas en los LSP. Sin embargo, MPLS no utiliza ninguno de los protocolos de señalización ni de encaminamiento definidos por el Fórum ATM; sino que utiliza el protocolo LDP o el RSVP. Pero de acuerdo con los requisitos del IETF, el transporte de datos puede ser cualquiera. Si éste fuera ATM, una red IP habilitada para MPLS es más sencilla de gestionar que la solución clásica IP/ATM. Con esta variante no hay que administrar dos arquitecturas diferentes a base de transformar las direcciones IP y las tablas de encaminamiento en las direcciones y el encaminamiento ATM. Esto lo resuelve el procedimiento de intercambio de etiquetas MPLS. En la Figura 1.11 se muestra el esquema funcional de un LSR de frontera y los enlaces que puede establecer con otros elementos del Dominio MPLS y con el entorno no MPLS. [11]. Capitulo 1. Página 31.

(38) Figura 1.11 - Esquema funcional de MPLS en un LER. El mecanismo de intercambio de etiquetas requiere la clasificación de los paquetes a la entrada del dominio MPLS para realizar la asignación por el LSR de entrada o LER.. Componente de control en MPLS. La componente de control en MPLS es la que establece los caminos de envío de etiqueta a lo largo de rutas IP y de la distribución de las uniones de etiquetas a los LSR. Además, mantiene la fiabilidad de los caminos debido a que pueden ocurrir cambios topológicos y para poder realizar estas funciones se basa en dos aspectos fundamentales: •. Generación de las tablas de envío que establecen los LSP. •. Distribución de la información sobre las etiquetas a los LSR. Las tablas de encaminamiento que establecen los LSP se generan a partir de la información de encaminamiento que manejan los protocolos internos IGP (OSPF, ISIS, RIP, etc.) y para la distribución de etiquetas no solo utiliza un único protocolo de distribución de etiquetas (de hecho se han estandarizando algunos existentes, con las correspondientes extensiones) este es el caso del protocolo RSVP del Modelo de Servicios Integrados del IETF; además se definió el LDP específicamente para la distribución de etiquetas. [39]. Capitulo 1. Página 32.

(39) En la Figura 1.12 se muestra cómo trabaja LDP en un esquema de asignación de etiquetas hacia atrás: a) El LSR asigna una etiqueta para cada ruta en su tabla de enrutamiento, y crea una entrada en su LFIB con esta etiqueta como etiqueta de entrada. b) El LSR entonces advierte una relación entre la etiqueta que creó (etiqueta de entrada) y la ruta a otros LSR adyacentes. c) Cuando un LSR recibe información de asociación de etiqueta con una ruta y esta información fue originada por el próximo salto para esta ruta, el LSR coloca la etiqueta en la posición de la etiqueta de salida de la tabla LFIB asociada con la ruta. Este mecanismo crea la unión entre la etiqueta de salida y la ruta. Este proceso se repite desde el LER de salida hasta el LER de entrada.. Figura 1.12 - Asignación de etiqueta hacia atrás.. Funcionamiento global MPLS El funcionamiento global de MPLS se puede explicar a partir de las funciones en cada uno de los elementos que integran la red MPLS.. Capitulo 1. Página 33.

(40) 1. Construcción de tablas de encaminamiento, mediante protocolos internos (OSPF, IS-IS, RIP, etc.) 2. Creación de rutas LSP mediante tablas de intercambio de etiquetas entre LSR adyacentes y la distribución a los LSR por el LDP. 3. El LSR de entrada examina el paquete, lo procesa (funciones de nivel 3), lo etiqueta y lo envía al dorsal. 4. Los LSR del dorsal conmutan los paquetes mediante el intercambio de etiquetas usando las tablas previamente creadas. 5. El LSR de salida quita la etiqueta y entrega el paquete al destino. Arquitectura de pila de protocolo MPLS. La Arquitectura MPLS puede dividirse en los siguientes componentes: •. Protocolos de enrutamiento del nivel 3 (capa de red).. •. Direccionamiento de la capa de red de borde.. •. Conmutación basada en etiqueta en el centro de la red.. •. Creación y diseño de etiqueta.. •. Protocolo de señalización para distribución de etiqueta.. •. Ingeniería de tráfico.. En las operaciones MPLS pueden ser utilizados los protocolos que a continuación se mencionan: •. El módulo de enrutamiento en dependencia del ambiente de operación puede utilizar cualquiera de los protocolos existentes, OSPF, BGP, PNNI de ATM, etc.. •. El módulo de envío (LDP) utiliza TCP para la transmisión confiable de datos de control desde un LSR a otro durante una sesión. El LDP también mantiene la tabla LIB y emplea el UDP durante su fase de descubrimiento.. •. El IP de envío es el clásico módulo de direccionamiento IP que mira el próximo salto relacionando la dirección IP en sus tablas. Para MPLS, esto sólo se realiza en los LSR de bordes. El MPLS de envío es el módulo de direccionamiento que relaciona una etiqueta a un puerto de salida para un paquete dado.. Capitulo 1. Página 34.

(41) Túnel en MPLS. En MPLS se puede crear un camino completo de un paquete sin especificar explícitamente los enrutadores intermedios que éste tendrá que atravesar. Esto se logra mediante la creación de túneles a través de los enrutadores intermedios (LSR) que pueden unir múltiples segmentos. Este concepto se emplea en VPN sobre MPLS [1][16][19].. 1.4 Principales aplicaciones de la Arquitectura MPLS Las principales aplicaciones que hoy en día tiene MPLS son: •. Permite realizar Ingeniería de Tráfico.. •. Puede garantizar la Calidad de Servicio (QoS) a través de la diferenciación de niveles de servicio mediante clases (CoS).. •. Puede brindar servicio de redes privadas virtuales (VPN).. A continuación se realiza una breve descripción de cada una de ellas. Ingeniería de tráfico: Con MPLS el análisis de los paquetes se realiza no solo a los paquetes individuales, sino a los flujos de paquetes, en el que cada flujo tiene ciertos requerimientos de QoS y demanda de tráfico previsibles. Con MPLS, es posible establecer rutas, basadas en estos flujos individuales, o sea, dos flujos diferentes entre los mismos puntos finales pueden seguir distintas rutas. Además, cuando está presente la congestión, las rutas MPLS pueden ser reconfiguradas inteligentemente. Es decir, en lugar de cambiar la ruta simplemente basándose en cada paquete, con MPLS, las rutas se cambian en base a cada flujo, tomando ventaja de las demandas de tráfico conocidas de cada flujo. Sin lugar a dudas, el uso efectivo de la ingeniería de tráfico puede aumentar substancialmente la capacidad utilizable de la red. [31][33] Diferenciación de niveles de servicio mediante clases (CoS): MPLS está diseñado para cursar servicios diferenciados, según los requisitos de los usuarios, DiffServ permite diferenciar servicios tradicionales tales como el WWW, el correo. Capitulo 1. Página 35.

(42) electrónico o la transferencia de ficheros (para los que el retardo no es crítico), de otras aplicaciones mucho más dependientes del retardo y de la variación del mismo, como son las de video y voz interactiva. Para ello se emplea el campo ToS ( Type of. Service), rebautizado en DiffServ como el octeto DS. Esta es la técnica QoS de marcar los paquetes que se envían a la red. MPLS se adapta perfectamente a ese modelo, ya que las etiquetas MPLS tienen el campo EXP para poder propagar la clase de servicio CoS en el correspondiente LSP. [42] Servicios de Redes Privadas Virtuales (VPN): Con la utilización de la arquitectura MPLS tendremos mayores posibilidades de QoS para priorizar el tráfico por tipo de aplicación IP, puesto que la red del proveedor no pierde la visibilidad IP. Los clientes VPN pueden mantener su esquema privado de. direcciones,. estableciendo grupos cerrados de usuarios [28][29][30]. Para mayor seguridad se puede cifrar la información, pero se limitan las opciones de QoS. [22] Además la operación de túneles de nivel 2 está condicionada a un único protocolo de éste nivel casi siempre definido por el proveedor [10][13][24]. La flexibilidad que MPLS brinda a las VPN y las facilidades de gestión, configuración y crecimiento permiten a esta arquitectura imponerse en este mundo [2][3][8].. 1.5 Conclusiones parciales. MPLS constituye una arquitectura que brinda varias ventajas con relación a las técnicas tradicionales de control y enrutamiento, como es la eliminación de las discontinuidades en la unión de la capa de enrutamiento y la de enlace. MPLS brinda a las VPNs facilidades de gestión, configuración y crecimiento además de permitir el despliegue de servicios de valor añadido. Con MPLS se puede garantizar QoS sobre IP, realizar Ingeniería de Trafico sobre la red, además brinda flexibilidad, escalabilidad y se puede hacer un uso mas eficiente del ancho de banda de la red. Por todo lo anterior, aún cuando MPLS no es la única solución disponible para brindar QoS al protocolo IP, sus características le garantizan su empleo en las redes ya existentes y en las de un futuro inmediato.. Capitulo 1. Página 36.

(43) Capítulo 2. Condiciones técnicas y comerciales para brindar servicios MPLS en el país. En el primer capitulo se ofreció una visión general de la arquitectura MPLS. A continuación se exponen los resultados del estudio del equipamiento de la red CUBADATA y sus posibilidades para brindar servicios IP, en especial para el soporte IP+MPLS/ATM. También se analizan las condiciones en que se encuentran los principales clientes de datos del país, quienes serían los potenciales clientes del servicio MPLS.. 2.1 La red CUBADATA de ETECSA. Desde su surgimiento en el año 1994, ETECSA, la empresa de telecomunicaciones de Cuba, ha realizado grandes inversiones para llevar las redes de datos del país a los niveles internacionales. Muestra de la importancia que se le concede a la Transmisión de Datos, lo constituye la creación de una Unidad Organizativa dentro de la empresa dedicada exclusivamente a estos menesteres, CUBADATA. Luego de su creación, CUBADATA desplegó una red de datos troncal x.25 y solo pocos años después, en 1999, se procedió al montaje de una red troncal ATM con puntos de acceso Frame Relay. Dicha red constituye hoy el soporte de todos los enlaces de datos de alta velocidad del país. [25] Hasta el año 2002 la red se estructuró a base de enlaces ATM internodales y enlaces TDM y Frame Relay hacia los clientes finales, manejando velocidades de hasta 2 Mbps. Los nuevos requerimientos de los clientes, junto a los enlaces nacionales a través de la fibra óptica, han obligado a buscar soluciones más eficientes, algunas de las cuales ya han sido implementadas, posibilitando que ya existan en CUBADATA enlaces de hasta 34 Mbps disponibles para los clientes de la red. Sin embargo, no todos los problemas se encuentran relacionados con un simple aumento de las velocidades de conexión. Si bien los servicios Frame Relay sobre. Capitulo 2. Página 37.