MPLS-TP: Técnicas de OAM
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- Edson Peixoto Leão
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1 VII SRST SEMINÁRIO DE REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES INSTITUTO NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES INATEL ISSN SETEMBRO DE 2017 MPLS-TP: Técnicas de OAM Diogo Pimentel Menezes 1, Carlos Roberto dos Santos 2 Abstract - This paper aims to present the concepts and characteristics of the MPLS-TP technology, focusing on the requirements and techniques of OAM (Operation, Administration and Maintenance), factors that make it promise when it comes to transport networks. Index Terms - MPLS-TP, Techniques, OAM. Resumo - Esse artigo tem por objetivo apresentar os conceitos e características da tecnologia MPLS-TP, focando nos requisitos e técnicas de OAM (Operação, Administração e Manutenção), fatores que a tornam promissora quando se trata de redes de transporte. Palavras chave - MPLS-TP, Técnicas, OAM. I. INTRODUÇÃO A finalidade de uma rede de transportes é proporcionar uma infraestrutura confiável para o transporte de qualquer tipo de tráfego originado pelo cliente e, com o crescimento dos serviços baseados em pacotes, operadoras estão se transformando a fim de alcançar esta confiabilidade enquanto procuram por redução nos custos operacionais. Nesse contexto foi desenvolvida, em uma parceria entre o IETF (Internet Engineering Task Force) e a ITU-T (International Telecommunication Union Setor de Padronização), a tecnologia MPLS-TP (Multi-Protocol Label Switching - Transport Profile). O objetivo do MPLS-TP é fornecer transporte orientado à conexão em redes orientadas à pacotes e serviços TDM (Time-Division Multiplexing), alavancando a tecnologia MPLS, amplamente implantada nos dias de hoje. A chave para este esforço é a definição e implementação de recursos de OAM (Operação, Administração e Manutenção). Nesse artigo serão abordadas as técnicas de OAM, apresentando seus requisitos, funções e como as mensagens são tratadas. Porém antes é necessário ser feita uma breve dissertação sobre o que é a OAM, o que será feito adiante. O OAM é um conjunto de ações realizadas visando obter a máxima produtividade da infraestrutura e dos recursos utilizados, integrando as funções de operação, administração e manutenção de todos os elementos da rede responsáveis pela prestação dos serviços de telecomunicações. Ele provê indicações de falhas, informações de desempenho, Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de Telecomunicações, como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado de Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações. Orientador: Prof. Dr. Carlos Roberto dos Santos. Trabalho aprovado em 09/2017. diagnósticos da rede e agrega às redes orientadas a pacotes funcionalidades similares às existentes em redes legadas, como a SDH (Synchronous Digital Hierarchy) e, mais recentemente, a OTN (Optical Transport. Network). Estas funcionalidades são: Escalabilidade: capacidade de suportar grandes instâncias de tráfego independentemente do tamanho da rede, ou estar preparado para crescer. Por exemplo, isto pode se referir à capacidade de um sistema em suportar um aumento de carga total quando os recursos (normalmente do hardware) são requeridos. Escalabilidade também se refere à otimizar os recursos de infraestrutura, extrair o máximo possível dos elementos de rede existentes e fazer isso com alta performance. Multisserviço: capacidade de entregar qualquer tipo de tráfego gerado pelos clientes (serviço transparente); Qualidade: capacidade de garantir que o tráfego do cliente é entregue de forma confiável com monitoramento da performance fim-a-fim. Custo-benefício: capacidade de manter a complexidade de processamento tão baixa quanto possível e fácil operação. A. MPLS-TP II. DEFINIÇÕES O MPLS-TP é um perfil avançado do MPLS, desenhado para ser utilizado como uma tecnologia de camada de rede em redes de transporte. Utiliza mecanismos que dão suporte à funções críticas de transporte. Tem por base princípios de arquitetura semelhantes aos utilizados em redes SDH/SONET e OTN, sendo bastante determinístico. É uma tecnologia confiável, baseada em pacotes e que se ajusta às redes em larga escala, fornecendo mecanismos poderosos de QoS e, principalmente, técnicas de operação, administração 1
2 e manutenção. Estas técnicas são vistas como o elemento chave que alavancaram essa tecnologia e serão o foco deste trabalho, mas antes de darmos prosseguimento, serão apresentadas as definições básicas que cada uma dessas ações possui: 1. Operação: define-se como operação, o conjunto de funções que tem por finalidade atingir os objetivos administrativos, através de ações a serem executadas na rede. 2. Administração: entende-se como administração, o conjunto de funções que visam viabilizar a prestação dos serviços de telecomunicações do ponto de vista dos órgãos que gerenciam a rede. 3. Manutenção: pode ser definida como o conjunto de funções que possibilitam o funcionamento contínuo da rede com a máxima eficiência possível. B. Requisitos de OAM A norma IETF RFC 2860 (2010a) define os requisitos de OAM para a arquitetura MPLS-TP, atendendo à especificação do ITU-T para uma rede de comutação de pacotes para serviço de transporte. Os requisitos apresentados se aplicam a PWs (pseudowires), LSPs (Label Switched Paths) e sections (trecho entre dois nós MPLS-TP adjacentes). Alguns dos requisitos mais relevantes são os seguintes: a) As funções de OAM devem ser capazes de operar e ser configuradas, mesmo na ausência de um plano de controle; b) As funções de OAM operam no plano de dados. Portanto, os pacotes de OAM devem trafegar junto aos pacotes do usuário para receber o mesmo tratamento dado e sofrer dos mesmos problemas (fate sharing). No entanto, deve ser possível distinguir esses pacotes do tráfego do usuário; c) As funções de OAM não podem depender da existência de camada IP, mas, quando ela existir, deve ser possível optar por seu uso; d) Deve ser aplicável a qualquer LSP, independentemente da profundidade da pilha de rótulos, e deve ser possível estimar desempenho e falhas de um único PW ou segmento LSP ou de um agregado de segmentos LSP ou PW; e) A solução de OAM deve apresentar aplicação fima-fim ou por segmento de caminho, assim como deve funcionar de forma intradomínio e ao longo de vários domínios; f) A experiência operacional no uso dos recursos de OAM deve ser similar à experiência operacional de outras redes de transporte; g) As funções de OAM devem ser baseadas, tanto quanto possível, em soluções preexistentes na MPLS; h) O protocolo deve ser independente do meio de transmissão, bem como da tecnologia de transporte subjacente à camada MPLS-TP e do serviço que um PW esteja emulando. C. Funções de OAM Para a descrição das funções de OAM, foram definidos alguns componentes funcionais (IETF, 2011e): a) MPLS-TP section: enlace entre dois nós MPLS-TP adjacentes; b) ME (Maintenance Entity): representa um trecho de um caminho de transporte, delimitado por dois nós de rede e o relacionamento entre eles [3]; c) MEG (Maintenance Entity Group): constituído por um conjunto de uma ou mais MEs que pertencem a um mesmo caminho de transporte e são mantidas e monitoradas como um grupo em um domínio de OAM; d) MEP (MEG End Point): nó de rede que determina a borda de uma ME/MEG. Na maioria dos casos, um fluxo de OAM é iniciado num MEP e é destinado ao seu MEP-par. Pode ser compartilhado por mais de uma ME em um MEG; e) MIP (MEG Intermediate Point): representa um nó de rede intermediário a dois MEPs, dentro de uma ME. Um MIP pode responder a uma mensagem de OAM, mas não deve iniciar requisições de OAM por conta própria (a geração de requisições de OAM é prerrogativa dos MEPs). Pode ser compartilhado por mais de uma ME em um MEG; f) Conexão Tandem: uma parte de um caminho de transporte que pode ser monitorada por OAM de forma independente da monitoração fim-a-fim. A Figura 1 ilustra uma conexão fim-a-fim monitorada pelos protocolos de OAM. É possível perceber a organização da hierarquia de MEGs por meio da posição das linhas, que representam diferentes níveis de fluxos de OAM. Os triângulos representam os MEPs e os círculos, os MIPs. No exemplo, há quatro níveis hierárquicos de OAM. No nível mais baixo, o fluxo de OAM acontece individualmente 2
3 entre cada par de nós adjacentes, portanto, não há MIPs. No segundo nível, pode-se verificar fluxos de OAM que abrangem a extensão do provedor de rede, ou seja, há um fluxo que abrange a rede do provedor A e outro que abrange a rede do provedor B. O nível seguinte mostra um fluxo de OAM no nível do provedor do serviço, atravessando, portanto, a rede dos provedores A e B. No último nível, há um fluxo fim-a-fim, em que a monitoração acontece desde um CPE (Customer Premises Equipment) até o outro. Todos esses fluxos são transportados dentro do mesmo canal de controle, o G-ACh, sendo discriminados apenas por meio de informações no cabeçalho das mensagens de OAM. Entre essas informações estão, por exemplo, o identificador do MEG e do nível do MEG ao qual essa mensagem pertence. Fig. 1. Exemplo de hierarquia OAM em uma conexão fim-a-fim (ITU-T, 2011). As seguintes funções de OAM são definidas pelo IETF (IETF, 2010a; IETF, 2011e): a) CC (Continuity Check): sua função é detectar uma falha devida a perda de continuidade (Loss Of Continuity LOC) entre dois MEPs em um MEG. Dessa forma, não há necessidade de verificar se o MEP de origem deveria ter conectividade com o MEP de destino, nem mesmo de transmitir o identificador do MEP de origem. Essa verificação é desempenhada pela função seguinte; b) CV (Connectivity Verification): sua utilidade é permitir que o MEP que recebe a mensagem de CV possa verificar qual foi o MEP emissor e avaliar se essa conectividade é válida, ou seja, se o MEP emissor faz parte do mesmo MEG e da mesma ME que o MEP que recebeu a mensagem. Quando as funções de CC e CV são desempenhadas usando uma única mensagem, para reduzir o consumo de largura de banda, essa mensagem é chamada de CC-V; c) RDI (Remote Defect Indication): trata-se de um sinalizador enviado por um MEP para avisar seu MEP-par da existência de uma condição de falha no MEG. Essa informação é transmitida em mensagens CC-V; d) Alarm Reporting: função utilizada para supressão de alarmes. Quando ocorre uma falha em uma determinada camada da hierarquia de conexões, os LSPs ou PWs de níveis superiores àquele onde ocorreu a falha também são afetados e geram alarmes. Um elemento de rede que é, ao mesmo tempo, um MEP no nível n em que ocorreu a falha, ou onde ela foi detectada, e um MIP no nível superior, n+1, pode enviar uma mensagem AIS (Alarm Indication Signal) na conexão de transporte de nível n+1 direcionada ao MEP, para avisar que uma falha ocorreu no nível n e que o alarme de nível n+1pode ser suprimido; e) LI (Lock Instruct): trata-se de uma função que permite a um MEP instruir o seu MEP-par bloquear o caminho de transporte MPLS-TP. Isso permite à gerência da rede bloquear administrativamente um caminho de transporte a partir de uma de suas pontas apenas. O bloqueio administrativo impede o transporte de dados do usuário e permite apenas o tráfego de mensagens de OAM e controle. As mensagens LI não são interpretadas pelos MIPs do caminho. f) Lock Reporting: permite que um MIP de camada n+1 comunique a seu MEP-par que há um bloqueio administrativo na camada n, promovendo a supressão de alarmes. O princípio de funcionamento é idêntico ao da função Alarm Reporting, exceto pela causa da interrupção. No caso do Lock Reporting, a interrupção do serviço ocorre por bloqueio administrativo, já no caso do Alarm Reporting a interrupção ocorre por falha; g) Route Tracing: é iniciada sob demanda por um MEP e tem o propósito de determinar a rota percorrida por um caminho de transporte, identificando todos os MIPs e o MEP associado; h) Diagnostic Test: o IETF definiu os testes de vazão e de loopback do plano de dados a serem utilizados em caminhos de transmissão bloqueados administrativamente. O teste de vazão tenta determinar a capacidade máxima de transmissão do PW ou do LSP, sem que haja perda de pacotes, e pode ser realizado entre MEPs ou entre um MEP e um MIP. Quando o loopback do plano dedados é ativado em um nó MPLS-TP, todo o tráfego que chega até ele é interceptado e enviado de volta no mesmo caminho de transporte, mesmo que, originalmente, ele devesse seguir em frente. Ambas as funções só devem ser executadas em PWs ou LSPs bloqueados; 3
4 i) CFI (Client Failure Indication): tem a função de transmitir, de MEP para MEP, a informação de que há uma falha no sinal do cliente (externo à rede MPLS-TP), quando esse cliente do caminho de transporte não suportar um mecanismo de indicação de falha nativo; j) LM (Packet Loss Measurement): tem o propósito de mensurar a razão de perda de pacotes de usuário no transporte entre dois MEPs. Pode ser executada de forma proativa ou sob demanda; k) DM (Packet Delay Measurement): essa função determina o atraso e a variação do atraso entre os dois MEPs de uma ME. A medição do atraso pode ser baseada apenas na ida ou na ida e na volta. No primeiro caso, faz-se necessário garantir o sincronismo de relógio nos nós da rede. D. Mensagens de OAM No MPLS-TP, as mensagens de protocolos OAM são transportadas por um canal de controle, G-ACh (Generic Associated Channel), criado dentro da conexão do cliente. A palavra generic foi utilizada em decorrência de o mecanismo ter sido concebido primeiramente apenas para o uso em PW, porém, posteriormente, ele foi estendido para o uso em LSPs (IETF, 2009b). As mensagens transportadas nesse canal recebem um cabeçalho ACH (Associated Channel Header), que contém informações que identificam qual protocolo está sendo transportado, conforme ilustra a Figura 2. Fig. 2. Formato de mensagem no canal G-ACh para um LSP. Para alertar sobre a presença de um cabeçalho ACH na mensagem, foi definido um rótulo MPLS específico GAL (G-ACh Label). Esse rótulo possui valor 13 e é localizado no nível mais interno da pilha de rótulos, tendo por esse motivo o bit S igual a 1 (IETF, 2009b). Porém, para atingir os MIPs é necessário o uso de outro mecanismo, uma vez que apenas o primeiro label da pilha é tratado. Nesse caso, o campo de TTL do primeiro label é ajustado para expirar no MIP desejado, indicando para esse nó que o quadro deve ser tratado. Quando um MEP deseja alcançar um MIP, ele deve saber a quantos saltos de distância seu destino está, para marcar o TTL de maneira correta. Quando o pacote chega ao LSR, verifica-se que o TTL expirou, ou seja, o pacote não deve ser mais encaminhado, sendo necessário verificar se o último label da pilha é reservado (IETF, 2010e). Nesse momento, será possível verificar que se trata de um pacote de OAM, em decorrência da existência do GAL, e que ele deve ser tratado como tal. III. CONCLUSÕES Nesse artigo é feito um estudo da tecnologia MPLS-TP, utilizada nas redes de transporte de informação, com foco nas técnicas de OAM. Tecnologia que é vista no mundo das telecomunicações como um sucesso, seguindo os passos do seu protocolo original, o MPLS. Esse sucesso se dá devido às vantagens e a confiabilidade oferecidas pela tal, onde o aumento dramático do tráfego, principalmente tráfego de pacotes, forçou a criação de novos protocolos e tecnologias capazes de suportar tal quantidade de informação. Sendo assim, as ferramentas de OAM, junto aos processos de comutação, seja elétrica, ótica ou de pacotes, tem uma grande importância na eficiência das redes. Saber que tecnologias utilizar numa rede de transporte é essencial para provedores de serviços de telecomunicações, pois o impacto econômico de cada tecnologia difere. A redução dos investimentos e dos custos relacionados à operação de uma rede, aliada à sua eficiência, resultam na redução do custo por bit transferido. Este é o objetivo principal de toda a comunidade associada às telecomunicações, um melhor serviço e uma redução dos custos de transporte de informação. IV. REFERÊNCIAS [1] INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS (IEEE). IEEE : IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems. New York, [2] ITU TELECOMMUNICATIONSTANDARDIZATION SECTOR (ITU-T). Y.1731: OAM functions and mechanisms for Ethernet based networks. Geneve, [3] Caderno CPqD Tecnologia, Campinas, v. 7, n. 2, p , ul. /dez Mecanismos de OAM em redes MPLS-TP a função de MEP. [4] Takumi Oishi, Masayuki Takase, Kenichi Sakamoto, Hideki Endo, "Implementation of Packet Transport System Using MPLS-TP Technologies", 8th Asia-Pacific Symposium on Information and Telecommunication Technologies (APSITT), [5] Dieter Beller, Rolf Sperber, "MPLS-TP - The New Technology for Packet Transport Networks", Alcatel-Lucent Deutschland, 2nd DFN Forum Munchen, [6] RFC 5860: Requirements for Operations, Administration and Maintenance (OAM) in MPLS Transport Networks. Fremont, 2010a. [7] RFC 5960: MPLS Transport Profile Data Plane Architecture. Fremont, 2010e. [8] BELLER, D.; SPERBER, R. MPLS-TP The New Technology for Packet Transport Networks. Alcatel-Lucent. Stuttgart, Alemanha [9] CISCO SYSTEMS. Understanding MPLS-TP and its benefits. Cisco Systems. San Jose, Estados Unidos
5 Diogo Pimentel Menezes nasceu em Niterói, RJ, em 28 de abril de Possui os títulos: Engenheiro de Telecomunicações (Universidade Federal Fluminense, 2014), Mikrotik Certified Network Associate (Voz e Dados Academy, 2016). De 2012 a 2015 trabalhou com interconexão de redes de telefonia na empresa Nextel Telecomunicações Ltda. Desde março de 2017 trabalha na empresa Gigalink como analista de redes, atuando em projetos de implantação e otimização da rede de dados. Carlos Roberto dos Santos Possui graduação em Engenharia Elétrica, com ênfase em Eletrônica e Telecomunicações pelo Instituto Nacional de Telecomunicações, mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá e doutorado em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Campinas. Atualmente é professor titular do Instituto Nacional de Telecomunicações. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Sistemas de Telecomunicações e Telemática, atuando principalmente nos seguintes temas: Redes de Acesso, MPLS, GMPLS, ATM, Redes de Pacote, Sinalização, Sistemas de Comutação e Controle e Automação. 5
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