10. GENERALIZED MPLS (GMPLS) 10.1 INTRODUÇÃO GMPLS é baseado nos conceitos desenvolvidos para MPLS e, em particular, nos aspectos relativos ao plano de controlo de MPLS. GMPLS pretende disponibilizar um plano de controlo que seja comum a diferentes redes de transporte (e.g. TDM, WDM, Crossconnects ópticos). GMPLS permitirá fazer aprovisionamento dinâmico de recursos e oferecer técnicas de protecção e restabelecimento para manutenção do serviço de rede. O objectivo principal é tornar as redes de transporte mais fáceis de controlar e mais adequadas aos requisitos impostos por aplicações avançadas. 1
10.2 PANORÂMICA DAS REDES DE TRANSPORTE A ITU-T define Transporte como sendo o processo funcional para transferir informação entre diferentes localizações (G.805). Por sua vez Rede de Transporte é definida como sendo o conjunto dos recursos funcionais da rede que transmitem a informação do utilizador entre diferentes localizações (G.805). Eemplo: Ethernet, SDH ou WDM podem ser a infraestrutura de transporte de uma rede IP. MPLS está cada vez mais a ser considerado como uma rede de transporte para assegurar a conectividade IP. Rede de transporte não tem a ver com a camada de transporte no modelo TCP/IP. 2
10.2.1 Tecnologias de Transporte Gigabit Ethernet Ethernet foi concebida como uma tecnologia para LANs. Uma Ethernet é uma rede de acesso múltiplo com ritmos de 10 a 100 Mbit/s, com acesso controlado por CSMA/CD. Gigabit Ethernet foi inicialmente usado para interligar comutadores Ethernet em distâncias curtas (até cerca de 500 m). Se Gigabit Ethernet for usado só em ligações ponto-a-ponto e em half-duple, a distância pode ser aumentada, podendo ser usado como uma tecnologia de transporte ao nível metropolitano. No nível físico pode operar em cobre ou fibra óptica. 3
Time Division Multipleing (TDM) Trama Trama Trama Trama Sinal a transmitir Linha 1 Linha 2 Linha 3 Linha final Overhead Payload Sinal TDM 4
TDM permite dividir a largura de banda disponível de modo a que cada aplicação tenha uma parte adequada dos recursos. O sinal a transmitir é segmentado em tramas. Cada trama é uma sequência de bytes a serem transmitidos no cabo ou na fibra. Há um ritmo fio de tramas por segundo, dependendo do tamanho da trama e da velocidade da linha. O ritmo usual é de 8000 tramas/s. Cada trama consiste em vários grupos de bytes, em que todos os grupos têm o mesmo comprimento fio. Cada grupo é denominado como linha. As linhas são multipleadas no meio de transmissão por ordem crescente. Os primeiros bytes de cada linha contêm informação de controlo e os restantes informação da aplicação (payload). 5
A cada fluo de tráfego é atribuído um certo número de linhas, pelo que os fluos podem corresponder a diferentes fracções da largura de banda total Synchronous Digital Hierarchy (SDH) e Synchronous Optical Network (SONET) são duas normas reconhecidas em TDM. SDH e SONET são muito semelhantes, embora difiram nalguns detalhes. 6
Duas tramas SONET (Synchronous Optical NETwork) 3 Colunas para overhead linhas Colunas cada quadradinho: 8 bits trama Sonet trama Sonet (Synchronous Payload Envelope) 7
Ritmos de multipleagem SONET (USA) e SDH (Synchronous Digital Hierarchy) (Europa) Ritmo de dados Eléctrico Óptico Óptico Bruto Utilizador * * * STS-768 OC-768 STM-256 39813.12 38486.016 38043.648 *: raramente utilizado 8
Wavelength Division Multipleing (WDM) WDM é a técnica usada para transmitir múltiplos sinais ópticos na mesma fibra. Cada sinal é codificado com uma frequência óptica diferente e é referenciado por essa frequência ou pelo comprimento de onda equivalente (lambda). Cada lambda constitui um canal óptico distinto. A ITU publicou uma lista das frequências aceitáveis, que são conhecidas como grelhas. Cada grelha indica um conjunto de comprimentos de onda espaçados uniformemente que são adequados para uma dada aplicação. Por eemplo, para Coarse WDM (CWDM) eiste uma grelha de 18 lambdas com um espaçamento de 2500 GHz (20nm) entre lambdas. Para Dense WDM (DWDM) eistem várias grelhas com um espaçamento típico de 100, 50 ou 25 GHz. 9
Em WDM tem de se assegurar que não há interferência entre canais. Por eemplo, em DWDM eiste equipamento que providencia até cerca de 300 canais. Equipamento CWDM é mais barato que DWDM, mas tem a limitação de um ritmo de 2,5 Gbit/s em cada canal. Em DWDM os ritmos podem atingir 100 Gbit/s por canal. Os comutadores WDM têm três componentes: i) desmultiplear os distintos canais lambda da fibra; ii) comutar os dados para as fibras de saída; iii) multiplear os sinais nas fibras de saída. Eistem comutadores OEO (electro-ópticos) e OOO (ópticos). Nos comutadores OEO a comutação é eléctrica. Nos comutadores OOO a comutação é totalmente óptica. 10
Ritmos da Optical Transport Network (OTN) (ITU-T G.709) Tipo de ODU Ritmo nominal da ODU Eemplo de Aplicação ODU0 1 244 160 kbit/s Gigabit Ethernet ODU1 239/238 2 488 320 kbit/s STS-48/STM-16 ODU2 239/237 9 953 280 kbit/s STS-192/STM-64 ODU2e 239/237 10 312 500 kbit/s 10 Gbps Ethernet ODU3 239/236 39 813 120 kbit/s STS-768/STM-256 ODU4 239/227 99 532 800 kbit/s 100 Gbps Ethernet ODUfle (CBR) ODUfle (GFP) 239/238 ritmo binário do cliente CBR (Constant Bit Rate) Qualquer ritmo binário do cliente, utilizando Generic Framing Procedure Cliente (SDH STM-nn, ATM, IP, Ethernet, MPLS, ) OPU: Optical channel Payload Unit ODU: Optical channel Data Unit OTU: Optical channel Transport Unit 11
10.2.2 Topologias das Redes de Transporte Anel Simples A D B C O anel simples reduz a quantidade de cabos (ou fibras) e as cartas de interface necessárias para interligar todos os nós. Embora o anel seja unidireccional pode-se enviar tráfego bidireccional. 12
Anel Bidireccional e Protegido A D B C A conectividade bidireccional é simétrica. Assegura conectividade mesmo quando há um corte de ligação. 13
Anéis Interligados D2 D A B B1 D1 C B2 Construindo a rede com vários anéis interligados isola-se o impacto de falhas simples. Cada anel tem um domínio de gestão próprio; a coordenação da gestão só é necessária nos pontos de interconeão. Os anéis podem ser unidireccionais ou bidireccionais. 14
Ligações Ponto-a-Ponto A B Forward Path C Reverse Path Precisa de mais cabos (ou fibras) e mais interfaces de rede que no anel simples. A protecção contra falhas requer ligações adicionais. A B C 15
Rede em Malha D2 A B1 D B D1 B2 C2 C C1 É uma combinação de anéis e de ligações ponto-a-ponto. É uma topologia atraente para operadores de rede. 16
10.2.3 Componentes Funcionais e Planos Plano de Gestão Plano de Sinalização Plano de Controlo Plano de Encaminhamento Plano de Dados 17
As componentes funcionais da rede estão agrupadas em diferentes planos: gestão, sinalização, encaminhamento e dados. A comunicação entre planos só é efectuada dentro de um nó da rede. A comunicação entre nós da rede é feita dentro do mesmo plano (ligações físicas no plano de dados; ligações lógicas nos outros planos). Chama-se plano de controlo ao conjunto dos planos de sinalização e encaminhamento. GMPLS é definido só no plano de controlo. 18
10.3 A EVOLUÇÃO PARA G-MPLS Havia interesse em desenvolver uma solução baseada num plano de controlo em vez de provisioning para redes de transporte. Uma opção era ter um protocolo de controlo para cada uma das redes de transporte, o que seria muito eficiente para a rede em questão. Uma das desvantagens seria o enorme esforço requerido para desenvolver tantos protocolos diferentes. Uma outra desvantagem residiria no facto de que as aplicações tendem a correr etremidade a etremidade em cima de diferentes redes de transporte. Ter diferentes planos de controlo torna a operacionalidade do interfuncionamento entre redes mais complicado. 19
A primeira acção ocorreu nos anos 90, quando os operadores de comunicações começaram a desenvolver um plano de controlo para redes WDM. A operação básica de comutação numa rede WDM era logicamente semelhante ao que se passa em MPLS. WDM: o comutador converte (comprimento de onda de entrada, interface de entrada) em (comprimento de onda de saída, interface de saída). MPLS: o comutador converte (etiqueta de entrada, interface de entrada) em (etiqueta de saída, interface de saída). Assim foi criado o Multiprotocol Lambda Switching (MPλS). As especificações originais de MPλS basearam-se nos protocolos de MPLS. As especificações de MPλS foram generalizadas para outras redes de transporte como e.g. redes TDM, criando-se o GMPLS. 20
Em MPLS uma etiqueta associada a um pacote tem um valor arbitrário e é usada como um apontador para a tabela de comutação de etiquetas. As etiquetas MPLS e os recursos da rede não estão intimamente ligados. A reserva de recursos, e.g. largura de banda em LSPs, é estatística, não corresponde eactamente a recursos físicos Em redes de transporte os recursos físicos são eactamente as quantidades comutáveis. Em WDM comutam-se lambdas e em TDM comutam-se slots temporais. Assim, uma etiqueta que identifique uma quantidade comutável em GMPLS identifica também um recurso físico. Implica que os valores das etiquetas não são arbitrários, devendo ser escolhidos de entre um determinado conjunto de valores (e.g. que identifiquem as frequências de lambdas). 21
Domínios da comutação em GMPLS Domínio de comutação Tipo de Tráfego Esquema de encaminhamento Eemplo de Equipamento Classes de LSR Pacote, célula IP, ATM Conteúdo do cabeçalho do pacote/célula router IP, comutador ATM Packet switch capable (PSC), Layer-2 Switch Capable (L2SC) Tempo TDM/SONET Time slot numa trama Digital crossconnect system (DCS), Add-Drop Multipleers (ADM) TDM capable Comprimento de onda Transparente Lambda Espaço Físico Transparente Fibra, linha Dense Wavelength Division Multipleing (DWDM) optical crossconnects (OXC) Lambda switch capable (LSC) Fiber switch capable (FSC) 22
Em GMPLS as quantidades comutáveis podem ser: - Pacote (camada 3) - Trama (camada 2) - Slot temporal - Lambda - Fibra. Um LSP em MPLS é unidireccional. Em redes de transporte as ligações são bidireccionais, pelo que haverá vantagem em considerar caminhos bidireccionais em GMPLS. Em GMPLS não é usado o conceito de stack de etiquetas, pois a etiqueta está directamente associada a um recurso físico. 23
Diferentes Redes que transportam tráfego dos utilizadores 24
10.4 GMPLS PROTOCOLOS 10.4.1 Encaminhamento: OSPF TE, IS IS TE Protocolos de encaminhamento para auto-descoberta da topologia da rede, anúncio dos recursos disponíveis (largura de banda ou tipo de protecção). Os principais acrescentos em GMPLS foram: 1. Anúncio do tipo de protecção do link, por eemplo: Protecção de link 1+1 - os dados são transmitidos simultaneamente em 2 links paralelos. No receptor escolhe-se a melhor fonte Protecção de link 1:1 um link funciona e outro link serve de backup Protecção de link M:N M links de backup para um conjunto de N links em funcionamento não protegido 25
2. Aceita e anuncia links sem endereço IP: ID de link 3. ID de interface de entrada e saída 4. Descoberta de caminho de substituição (backup) diferente do caminho principal 26
10.4.2 Sinalização: RSVP TE, CR-LDP Protocolos de sinalização para o estabelecimento de LSPs por engenharia de tráfego. Os principais acrescentos em GMPLS foram: 1. Trocas de etiquetas incluem também redes que não são de pacotes (etiquetas generalizadas). Etiquetas podem representar um time-slot, comprimento de onda, porta, etc. 2. Estabelecimento de LSPs bidireccionais 3. Sinalização para o estabelecimento de caminho de substituição (informação de protecção) 4. Atribuição de etiquetas acelerada por etiqueta sugerida 5. Suporte de comutação de Waveband (conjunto de comprimentos de onda contíguos comutados em conjunto) 27
10.4.3 Gestão de links: LMP Um novo protocolo, o Link-Management Protocol (LMP), foi introduzido para gerir e manter em bom funcionamento os planos de controlo e de dados entre dois nós vizinhos. O LMP é um protocolo baseado em IP que inclui etensões ao RSVP TE e CR LDP. As características do LMP são: 1. Gestão do canal de controlo: estabelecido por negociação de parâmetros do link (e.g. frequência de envio de mensagens keep-alive) e assegura o bom funcionamento do link (protocolo hello) 2. Verificação de conectividade do link: assegura a conectividade física do link entre nós vizinhos com uma mensagem de teste do tipo PING 28
Bibliografia E. Mannie, Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Architecture, IETF, RFC 3945, 2004. International Engineering Consortium, Generalized Multiprotocol Label Switching Tutorial, 2006. A. Farrel and I. Bryskin, GMPLS Architecture and Applications, Morgan Kaufmann, 2006. 29