Redes MPLS

Histórico

Por possuir altas velocidades, quando a tecnologia ATM - Asynchronous Transfer Mode - foi lançada, em 1990, esperava-se que ela dominasse o mercado de redes, porém, essa tecnologia não era compatível com o IP, o protocolo mais utilizado em redes de computadores. Pensando nisso, foi criada a tecnologia LBS - Label Based Switching - que aliou o que há de melhor em redes baseadas em pacotes (redes IP) e em redes orientadas à conexão (como redes ATM). Foi dessa junção que surgiu o MPLS.

Nos anos atuais, o MPLS tem se difundido bastante para a criação de novos serviços, mas não é uma tecnologia nova: desde meados dos anos de 1990, iniciativas de protocolos baseados em métodos de engenharia de tráfego já utilizam essa tecnologia. À medida que esses protocolos convergiram e, consequentemente, se fundiram ao MPLS sob a proteção do IETF, tanto operadoras quanto fabricantes de equipamentos perceberam o potencial da tecnologia, fora do âmbito de engenharia de tráfego.

O que é MPLS?

O MPLS, Multi-protocol Label Switching ou Comutação de Rótulos Multiprotocolo, é uma tecnologia de chaveamento de pacotes, que proporciona encaminhamento e comutação eficiente de fluxos de tráfego através da rede, visando diminuir o processamento nos equipamentos e interligar com maior eficiência redes de tecnologia distintas.

O MPLS é padronizado pelo IETF - Internet Engineering Task Force, através da RFC-3031 e atua entre as camadas 2 e 3 do modelo OSI sendo, por isso, nomeado por alguns autores como o protocolo da camada 2,5.

Essa tecnologia consiste em direcionar dados de um nó da rede para o próximo nó, baseando-se em rótulos de menor caminho ao invés de endereços de rede longos, evitando consultas complexas em uma tabela de roteamento. Esses rótulos identificam enlaces virtuais – caminhos - entre nós distantes, ao invés de pontos terminais.

O termo “Multiprotocol” designa que essa tecnologia pode ser usada sob qualquer protocolo de rede, mas o estudo e a implementação têm se resumido basicamente para redes IP, devido a ampla utilização.

Por possuir a capacidade de associar a facilidade dos roteadores com a eficiência dos switchs, é uma tecnologia que está se consolidando, com atuação notória em países em desenvolvimento e ampla difusão em países de primeiro mundo.

Conceitos de uma rede MPLS

Alguns conceitos são importantes para entendermos como funciona uma rede MPLS, são eles:

FEC (Fowarding Equivalence Class) ou Classes de Encaminhamentos equivalentes: é definida como qualquer grupo de pacotes que podem ser tratados de forma equivalente para fins de encaminhamento. Exemplo: pacotes que tenham o mesmo prefixo de origem e destino.

Label ou rótulo: é um pequeno identificador que o pacote recebe ao entrar em uma rede MPLS. Este identificador será utilizado para o seu roteamento dentro da rede.

LSP (Label Switch Path): É o caminho, ou túnel, determinado dentro de uma rede MPLS.

LER (Label Edge Router): Faz o papel do roteador de borda em uma rede MPLS, rotulando e desrotulando os pacotes que entram e saem da rede.

LSR (Label Switch Router): São os roteadores responsáveis somente pela comutação de rótulos em uma rede MPLS.

Elementos de uma Rede MPLS

Uma rede MPLS é formada por equipamentos do tipo CE (Custumer Edge Equipament), PE (Provider Edge Equipamente) e P (Provider Equipament), conforme exemplificado na figura abaixo:

Figura 1: Equipamentos da rede MPLS.

Funcionamento Básico

Quando um pacote entra em uma rede MPLS, o primeiro passo a tomar é identificar a qual classe de encaminhamento (FEC) este pacote pertence. Esta análise é feita somente no LER, ou seja, na entrada da rede MPLS, onde é aberto o pacote de rede para classificá-lo como pertencente de uma determinada FEC. Com esta identificação, é possível desginar o melhor caminho (LSP) para o pacote. Após tomada a decisão do LSP a utilizar, o pacote é rotulado e encaminhado ao próximo salto.

Nos saltos subsequentes não há nenhuma análise do cabeçalho da camada de rede do pacote. A cada Roteador Comutador de Rótulos (Label Switch Router – LSR ) pelo qual o pacote passa, os rótulos são trocados pois cada rótulo representa um índice na tabela de encaminhamento do próximo roteador. Sendo assim, quando um pacote rotulado chega, o roteador procura em sua tabela (NHLFE - Next Hop Label Forwarding Entry) pelo índice representado pelo rótulo. Ao encontrar este índice o roteador substitui o rótulo de entrada por um rótulo de saída associado à CEE a que pertence o pacote. Após completada a operação de troca de rótulos o pacote é encaminhado pela interface que está especificada na tabela de roteamento.

Quando o pacote chega ao LER de saída da rede MPLS, o rótulo é removido e o pacote é encaminhado pela interface associada à FEC a qual pertence o pacote.

Engenharia de Tráfego com MPLS

Um problema comum e redes de computadores, principalmente em redes públicas e de grande porte, é a incapacidade de explorar os recursos da rede com eficiência, gerando congestionamentos e lentidões no serviço disponibilizado. No roteamento IP padrão, o parâmetro utilizado para decisão de uma rota é através do caminho mais curto até o destino, entretanto, muitas vezes esta não é a solução ideal. Podemos fazer uma analogia com o trânsito de veículos nas grandes cidades. Muitas vezes o menor caminho é também o mais congestionado, fazendo com que demoremos muito mais em nosso trageto do que se escolhessemos rotas alternativas com menor congestionamento.

Neste cenário surge a necessidade de repensarmos o modelo de roteamento para melhor utilizar os recursos disponibilizados pela rede, de onde vem o conceito de Engenharia de Tráfego.

A engenharia de tráfego no MPLS utiliza a largura de banda existente de forma mais eficiente, permitindo que pacotes possam ser encaminhados por rotas explícitas e com uma largura de banda específica garantida. Isto é conhecido como CBR (Constraint-Based Routing). O CBR gere caminhos do tráfego de dados dentro de uma rede MPLS, permitindo que o tráfego seja encaminhado a rotas desejadas.

A engenharia de tráfego MPLS também permite confiabilidade e escalonabilidade para ser introduzida ao longo da rede, aumentando a disponibilidade e valor da rede para os clientes. Ao utilizá-la, as conexões LSP’s podem ser otimizadas e deduzidas. Quando ocorrem falhas, o tráfego pode ser re-roteado automaticamente por outro link ao redor da falha. Para isto, o MPLS utiliza protocolos do tipo soft-state, ou seja, protocolos onde os dados de roteamento devem ser atualizados periodicamente, para isto utiliza pacotes UDP como mecanismo de sinalização das configurações de comunicação do LSP, incluindo descoberta de pares, rótulos perdidos, mapeamento e gestão.

Devido a sua grande maleabilidade, o MPLS oferece suporte a diversos protocolos de engenharia de tráfego, além de possuir os próprios como o RSVP – TE (Resource Reservation Protocol with Tunneling Extensions) e o CR-LDP (Constrained-based Label Distribution Protocol)