Redes avanzadas y servicios

Presentación del tema: "Redes avanzadas y servicios"— Transcripción de la presentación:

1 Redes avanzadas y servicios
Tema 3. Redes multiservicio Parte I

2 Redes de acceso Contenido del Tema 3
PARTE I. MPLS MPLS-TE MPLS-DS-TE PARTE II. VPN Internet

3 MPLS Multiprotocol label switching

4 Las redes multiservicio
Las Redes multiservicio son aquellas que proporcionan más de un tipo de servicio de comunicaciones sobre la misma infraestructura física. El Multiservicio implica: La existencia de múltiples tipos de tráfico dentro de la red y… La capacidad de QoS Redes Multiservicio ATM MPLS SDH IP Troncal NGN

5 MPLS Multiprotocol label switching
MPLS es un mecanismo de transporte de datos estándar creado por la IETF y definido en el RFC que opera entre la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI. Incorpora las mejores propiedades del enrutamiento de paquetes y de la conmutación de circuitos Es capaz de operar sobre cualquier infraestructura de medios de comunicación: ATM, Frame Relay, PPP, SONET Fue diseñado para unificar el servicio de transporte de las redes de telecomunicaciones Internet, a nivel global, está basado en esta tecnología

6 Estrato de transporte de NGN Red troncal
La red troncal también tiene diferentes tipo de interfaces para las redes de acceso Red de acceso, este dominio es parte de la NGN que proporciona el acceso de última milla, utiliza diversas tecnologías que van desde xDSL (Digital Subscriber Loop), FTTx (incluyendo la fibra hasta el hogar (FTTH), fibra hasta el nodo (FTTN), etc), Hybrid Fiber Coaxial (HFC) hasta tecnologías inalámbricas actuales . Red de agregación de la red, este dominio provee el trafico de agregación de la red de acceso y ruteadores mismos hasta la red principal (Core). Las tecnologías actuales y que están en declive en este dominio son ATM y Frame Relay, en cambio Carrier Ethernet ha madurado y se está utilizando más y más por su bajo costo y su simplicidad. Red Principal o Core Network, este dominio utiliza el protocolo MPLS basado la red IP, la escalabilidad, flexibilidad y facilidad de soportar nuevos servicios sobre una única infraestructura principal o Core son le hace muy atractiva. Además de los dominios de la red descritos anteriormente, la arquitectura NGN admite varios protocolos y capas intermedias. NGN soporte servicios de capa 2, tales como Ethernet, ATM y Frame Relay, MPLS LSP (Label Switched Path) que proporciona conectividad lógica similar a la ATM PVC puede ser considerado como capa 2. Los protocolos de capa superior son realizado sobre la capa de transporte (capa 1), que podría incluir tecnologías como SONET / SDH, DWDM y ASON (conmutación automática Optical Network) La red troncal de la arquitectura NGN se especifica como una red IP MPLS Gran empresa SOHO pyme Usuario pyme Acceso Acceso Troncal E2E: end-to-end SOHO: Small office-Home office PYME: pequeña y mediana empresa SOHO Oficinas del estado

7 MPLS Motivación IP v4(6). Desventajas Deficiencias de IP Sin QoS
Los routers toman decisiones independientemente del resto de la red Cabecera grande (20 B) El ruteo es mas lento que la conmutación El enrutamiento se basa en el camino mas corto sin tener en cuenta otras métricas

8 MPLS Entre capa 2 y 3 MPLS proporciona una mayor velocidad puesto que los routers sólo deben mirar la etiqueta para conmutar y no leer la cabecera de la capa 3 para después decidir por dónde enrutar en función del destino y/u otros parámetros. Sin embargo, hay tecnologías que han conseguidoaumentar la velocidad de los routers para consultar las tablas de enrutamiento (como ASIC). MPLS es un protocolo de conmutación por etiquetas definido para funcionar sobre múltiples protocolos como SDH/Sonet, FR, ATM, Ethernet,… Aplicación (HTTP, SMTP, SSL ,etc.) Transporte (TCP/UDP) Internet (IPv4/v6) MPLS Enlace (ATM, PPP, FR, Ethernet) Física (SDH, WDM)

9 Características de MPLS La conmutación IP (o multinivel)
MPLS mapea las direcciones IP a etiquetas (labels) de longitud fija No reemplaza al enrutamiento IP Compatibilidad hacia atrás Compatible con routers y switches existentes Puede trabajar con redes L2 como ATM, FR y Ethernet, pero es independiente de ellas Tiene mecanismos para manejar flujos de tráfico de tamaños variados (granularidad) Usa los protocolos de routing existentes (RSVP, OSPF)

10 MPLS Ventajas Ventajas Velocidad Escalabilidad VPN Gestión de QoS
La asignación de un paquete a un FEC es determinado por la información que contiene el paquete, incluso fuera de la cabecera de red. En el convencional IP routing se analiza sólo la cabecera del paquete (cabecera IP) pero en cada nodo. Velocidad Escalabilidad VPN Gestión de QoS Ingeniería de tráfico (TE) Ventajas

11 La cabecera MPLS Cabecera MPLS Cab. Enlace Cab. IP Datos Trama
Datagrama IP Etiqueta: los primeros 16 valores y del 1024 al 9999 están reservados. TC (Traffic Class): utilizado para QoS. Solo 3 bits, no se pueden representar todos los códigos DSCP (6 bits). Se utilizaran dependiendo de las clases definidas dentro de la red MPLS. S (Botom of Stack): utilizado para apilar etiquetas, es 1 en la ´ultima etiqueta. TTL: equivalente a TTL en IP. Disminuyendo en una unidad en cada salto Cab. Enlace Cab. IP Datos Trama Ethernet II La cabecera MPLS “sandwiched” entre las cabeceras de la capa 2 y 3 Carga útil (payload) 20 Cabecera MPLS 20 b 3 b 8 b Cab. Enlace Etiqueta TC S TTL Cab. IP Datos Carga útil (payload)

12 Elementos de una red MPLS
Un camino (LSP) es una secuencia de LSRs que reenvían un paquete etiquetado a través de una red MPLS: El LSP estará formado por la secuencia de etiquetas que llevara un paquete a través de los LSRs que conformen el camino. Un LSP es unidireccional. Para la comunicacion en ambos sentidos entre 2 maquinas deben de estar definidos 2 LSPs, uno en cada sentido. El primer LSR de un LSP debe ser un LSP ingress y el ultimo un LSP egress. En MPLS, sólo al ingresar un paquete a la red se le asigna un FEC. Luego ningún router lo hace. En IP routing, dos paquetes tendrán un mismo FEC si tienen los mismos prefijos de red en sus direcciones de destino. LER (Label Edge Router): elemento que inicia o termina el túnel (pone y quita etiquetas). Es decir, es un elemento de entrada/salida a la red MPLS. Un router de entrada se conoce como Ingress Router (iLSR) y uno de salida como Egress Router (eLSR) LSR (Label Switching Router): elemento que conmuta etiquetas. LER de la red MPLS LER de la red MPLS LSR Conmutación de etiquetas IP IP LSR LSR iLSR IP eLSR L1 IP L4 IP IP LSP LSR L2 IP L3 IP Red MPLS Reenvío IP Reenvío IP

13 Label Switch Router (LSR)
Un LSR es un router que soporta la función de reenvio a través de etiquetas MPLS. Existen 3 clases de routers LSR: Ingress LSRs: Router de entrada a la red MPLS. Es responsable de añadir la etiqueta correspondiente y reenviar el paquete dentro de la red MPLS. Egress LSRs: Router de salida de la red MPLS. Es responsable de eliminar la etiqueta y reenviar el paquete fuera de la red MPLS. Intermediate LSR: Router intermedio de la red MPLS. Recibe un paquete con etiqueta y lo reenvía, basándose en el contenido de la etiqueta, dentro de la red MPLS.

14 Forwarding Equivalence Class (FEC)
MPLS grupos paquetes con las mismas características (tales como los paquetes con el mismo destino o clase de servicio) en una clase, llamada "clase de equivalencia de reenvío (FEC)". Los paquetes de la misma FEC se manejan de la misma manera en una red MPLS. El switch soporta la clasificación FECs según las direcciones de destino de capa de red. FEC es el nombre que se le da al tráfico de paquetes que se encamina en un LSR bajo una determinada etiqueta, o también, al subconjunto de paquetes tratados del mismo modo por un conmutador LSR. Los paquetes con un mismo FEC siguen el mismo trayecto ya que el router los reenvía al siguiente salto, a través de la misma interfaz de salida y con el mismo tratamiento (disciplina de cola) El router que decide a que FEC pertenece un determinado paquete es el LSR ingress. Los criterios por los que se decide a que FEC pertenece se basan en los datos de la cabecera IP/TCP-UDP que tiene el paquete: Dirección IP origen/destino de los paquetes, números de puerto. Código DifServ, DSCP

15 Forwarding Equivalence Class (FEC)
FEC (Forwarding Equivalence Class): conjunto de paquetes que entran en la red MPLS por la misma interfaz, que reciben la misma etiqueta y por tanto circulan por un mismo trayecto. Normalmente se trata de datagramas que pertenecen a un mismo flujo. Una FEC puede agrupar varios flujos, pero un mismo flujo no puede pertenecer a más de una FEC al mismo tiempo. Los paquetes tienen distinta dirección destino pero pueden mapearse a un mismo camino ya que su red de destino es la misma . ESPACIO DE ETIQUETAS: Es el conjunto de etiquetas usado para un FEC determinado por un LSR L2 IP1 L1 L3 Conmutación de etiquetas LSR LSR eLER iLER L2 IP2 L1 L3 Reenvío IP Reenvío IP Un FEC puede agrupar varios flujos pero un mismo flujo no puede pertenecer a más de una FEC al mismo tiempo LER (Label Edge Router)

16 LSP (Label Switched Path)
El LDP posibilita a los nodos MPLS descubrirse y establecer comunicación entre sí con el propósito de informarse del valor y significado de las etiquetas que serán utilizadas en sus enlaces contiguos. Es decir, mediante el LDP se establecerá un camino a través de la red MPLS y se reservarán los recursos físicos necesarios para satisfacer los requerimientos del servicio previamente definidos para el camino de datos Es el nombre genérico de un camino MPLS que sigue cierto tráfico o FEC, a través de la red interior MPLS Es pues un túnel MPLS establecido entre los extremos Este camino LSP conlleva la reserva de los recursos físicos necesarios para satisfacer los requerimientos del servicio previamente definidos New York San Francisco

17 Escenario simple de una red MPLS Push y Pop
IP RED LAN Analiza Etiqueta Router IP LSR LSR LSP eLSR eLSR IP L IP Red MPLS LSR LSR Introduce (push) Etiqueta Extrae (pop) Etiqueta

18 Entrada de un datagrama en la red MPLS Ingress LSR
In_lab: etiqueta de entrada Ingress LSRs: Router de entrada a la red MPLS. Es responsable de añadir la etiqueta correspondiente y reenviar el paquete dentro de la red MPLS Label Forwarding Information Base (LFIB): es la tabla que asocia las etiquetas con los destinos o rutas de capa 3 y la interfaz de salida en el router, indicándole al router lo que tiene que hacer: poner o quitar etiqueta. LFIB: Operación Push In_if In_lab Prefijo_Des Out_if Out_lab NextHop α -- β 8 …. ….. La etiquetas (labels) tienen significado a nivel enlace local Cada LSR asigna etiquetas a sus FECs α β Data 8 Data La asignación de un paquete a un FEC está determinada por la información que contiene el paquete (pe. destino), incluso fuera de la cabecera de red. LFIB: Label Forwarding Information Base

19 Reenvío de un datagrama en la red MPLS Fowardeo
Al recibir el paquete etiquetado, el Router busca la entrada de la tabla que contiene la etiqueta 8. Debido a su correspondencia no está vacía, el Router intercambia la etiqueta original con la etiqueta 4 y, a continuación, reenvía el paquete etiquetado al siguiente LSR hop a través de la interfaz de salida μ. Los LSRs conocen sus downstream vecinos via un IP routing protocol LFIB: Operación Swap In_if In_lab Prefijo_Des Out_if Out_lab NextHop λ 8 μ 4 …. ….. α β λ μ Data 8 Data 4 Data El router LSR encamina los paquetes de acuerdo al valor de las etiquetas.

20 Salida de un datagrama en la red MPLS Egress LSR
Al recibir el paquete etiquetado, Router egress (la salida) busca en la tabla (ILM) a la etiqueta (50) para obtener que la if salida es beta que debido a que out_lab está vacío, el Router elimina la etiqueta del paquete. LFIB: Operación Pop In_if In_lab Prefijo_Des Out_if Out_lab α 4 β --- …. ….. α β α β Data 8 Data 4 Data Data Red /16

21 Escenario de conmutación MPLS
FEC Interfaz Etiqueta de salida de salida a b Interfaz Etiqueta Interfaz Etiqueta de entrada de entrada de salida de salida IP IP LSP 1 2 3 4 IP 17 IP 77 IP 70 IP IP 23 IP 34 IP IP 71 IP 80

22 MPLS frente IP routing MPLS IP routing
1) El envío MPLS (MPLS forwarding) se hace basándose en el análisis de las etiquetas 2) Permite especificar una ruta antes de que se envíe el paquete a la red (TE) 3) QoS 4) Escalabilidad 1) En cada nodo se re-examina la dirección de destino del paquete para seleccionar el siguiente salto MPLS IP routing

23 Señalización LDP (Label Distribution Protocol)
No existe un método de señalización ad-hoc sino que se utilizan los protocolos de enrutamiento existentes mejorados para permitir distribuir la información de las etiquetas: Border Gateway Protocol (BGP), para VPN Resource Reservation Protocol (RSVP), usado en TE y reserva de recursos Label Distribution Protocol (LDP, o Protocolo de distribución de etiquetas): Definido por IETF como un protocolo mediante el cual un LSR informa a otro del significado de las etiquetas utilizadas para reenviar el tráfico entre y a través de ellos. RFC LDP Specification. October 2007

24 LDP (Label Distribution Protocol)
LDP es un protocolo estándar para el intercambio de información entre los LSRs sobre el espacio de etiquetas Los LSRs envían paquetes multicast Hello, a intervalos regulares para descubrir sus vecinos Sesión TCP LABEL REQUEST. Un LSR solicita una etiqueta a su vecino para que pueda unirse(BIND) a una FEC específica (pe. “solicita etiqueta para el destino C”). LABEL MAPPING. En respuesta a una solicitud de etiqueta, un LSR envía una etiqueta utilizando el mecanismo de asignación de etiqueta (Pe. “Usa la etiqueta 3”). LSR/LER LSR/LER Hello Sesión TCP LABEL RQ LABEL MAP

25 Cada router elige una etiqueta para su destino
LDP (Label Distribution Protocol) Unsolicited Downstream Distribution (UD) Cada router elige una etiqueta para su destino In_if In_lab Prefijo Destino Out_if Out_lab α -- β 30 …. ….. In_if In_lab Prefijo Desino Out_if Out_lab λ 30 μ 40 …. ….. In_if In_lab Prefijo Destino Out_if Out_lab α 40 β -- …. ….. α β 30 para 40 para λ μ α β A C B C es el router downstream vecino de B para /24 B es el router downstream vecino de A para /24

26 LDP (Label Distribution Protocol) On-demand Downstream Distribution
In_if In_lab Prefijo Destino Out_if Out_lab α -- β 30 …. ….. In_if In_lab Prefijo Desino Out_if Out_lab λ 30 μ 40 …. ….. In_if In_lab Prefijo Destino Out_if Out_lab α 40 β -- …. ….. 40 para α β 30 para λ μ α β RQ LABEL para RQ LABEL para A C B Los routers upstream piden las etiquetas a sus vecinos downstream

27 Pila de Etiquetas MPLS Label stacking (1)
El apilamiento de etiquetas es la encapsulación de un paquete de MPLS dentro de otro paquete de MPLS El resultado del apilamiento es la capacidad de túnel MPLS LSP uno dentro de otro LSP. Un paquete IP etiquetado puede transportar varias etiquetas apiladas o anexadas. al conjunto de etiquetas se le llama pila o "stack". La pila de etiquetas permite la agregación de LSPs en un sólo LSP creando un túnel.

28 Pila de Etiquetas MPLS Label stacking (2)
PE PE eLER eLER IP IP PE PE eLER P 72 IP 81 IP IP eLER LSR P IP LSR LSR Dominio MPLS anidado LSP1 P P P LSP2 PE 33 IP LSR LSR 33 IP eLER iLER 33 IP 70 LSR 33 IP 17 45 IP 80 45 IP 22 P LSP LSP2 LSP! Túnel del proveedor P: Service Provider CE: Customer Edge

29 Referencias La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) es el organismo especializado de las Naciones Unidas en el campo de las telecomunicaciones [1] MPLS Fundamentals, Luc De Ghei, Cisco press [2] MPLS and VPN Architectures, Jim CCIE, Cisco press. Octubre 2000 [3] Rec. UIT-T Y.2012, “Requisitos y arquitectura funcional de las redes de la próxima generación, versión 1”. Septiembre 2006 [4] Rec. UIT-T Y.2001, “Visión general de las redes de próxima generación”. Diciembre 2004 [5] Rec. UIT-T Y.2011, “Principios generales y modelo de referencia general de las redes de próxima generación”. Octubre 2004

30 MPLS TE

31 Motivaciones Hay tres clases de redes MPLS TE introduce una 4º clase
MPLS-TE puede ayudar a convertir # 2 en # 4 Si se tiene # 1, es probable que no se necesite MPLS-TE-todavía Si se tiene # 3, se necesita mas ancho de banda (o menos tráfico) Hay tres clases de redes Las que tienen un enorme ancho de banda en todas partes Las que tienen congestión en algunos lugares pero no en otros y… Las que tienen congestión constante en todas partes ¡Y la primera clase siempre termina convirtiéndose en la segunda clase! MPLS TE introduce una 4º clase Las que utilizan la totalidad de su ancho de banda a su máxima eficiencia, independientemente del enrutamiento

32 Escenarios de la congestión
La congestión se manifiesta típicamente en dos escenarios: Cuando los recursos de red son escasos o inadecuados para acomodar la carga ofrecida Cuando los flujos de tráfico se asignan de forma ineficiente con los recursos disponibles, causando que subconjuntos de recursos sean sobre-utilizados, mientras que otros permanecen sub-utilizados

33 Noción de TE RFC 3272 TE (Traffic Engineering) o Ingeniería de Tráfico consiste en una ingeniería de redes que permite la optimización de redes IP. La Ingeniería de tráfico se basa en tecnologías que permiten: La medición La caracterización El modelado y El control del tráfico de Internet

34 Introducción a MPLS TE Históricamente, las redes IP se basaron en la optimización de la infraestructura de red subyacente o Interior Gateway Protocol (IGP) de ajuste para TE. En su lugar, se extiende MPLS protocolos IP existentes y hace uso de las capacidades de reenvío MPLS para proporcionar TE nativo. TE modifica los patrones de enrutamiento asignando eficientemente recursos de red a los flujos de tráfico. Esta asignación puede reducir la aparición de la congestión y mejorar la calidad de servicio en términos de latencia, fluctuación de fase y pérdida de paquetes. Las Redes MPLS pueden utilizar mecanismos para minimizar la congestión de la red y mejorar el rendimiento de la red. Además, MPLS TE puede reducir el impacto de los fallos de la red y aumentar la disponibilidad del servicio

35 Ejemplo de red MPLS Ruta SPF entre el nodo A y D
La Figura muestra una red de ejemplo MPLS. Esta red cuenta con una ruta SPF calculada por el IGP: sería calcular el camino más corto utilizando sólo una única métrica o coste. Se puede sintonizar esa métrica, pero que lo haría proporcionar capacidades limitadas para asignar recursos de la red en comparación con MPLS TE (especialmente, si tenemos en cuenta las grandes topologías de red más complejos).  A Ruta de menos coste D BW = 40 Métrica = 20 BW = 30 Métrica = 20 B C BW = 200 Métrica = 10 BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 10 BW = 80 Métrica = 10 BW = 50 Métrica = 20 BW = 40 Métrica = 20 BW = 200 Métrica = 10 BW = 100 Métrica = 20 F G BW = 100 Métrica = 20 E H

36 El problema con SPF A D B C F G E H Ruta de menos coste
Si intentamos trasmitir 80Mbps por la ruta SPF se perderán 30Mps en el enlace CD cuyo BW=30Mbps A Ruta de menos coste Ruta de menos coste D BW = 100 Métrica = 20 BW = 30 Métrica = 20 B C BW = 200 Métrica = 10 ¡50 Mb perdidos! 80 Mbps BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 10 BW = 100 Métrica = 10 BW = 50 Métrica = 20 BW = 40 Métrica = 20 BW = 200 Métrica = 10 BW = 100 Métrica = 20 F G BW = 100 Métrica = 20 E H

37 El problema con SPF Solución con MPLS TE
En la ruta mostrada se ha seleccionado considerando el coste y el BW El nodo A puede calcular rutas con otras propiedades, además del coste: pe. el ancho de banda (BW) A D BW = 100 Métrica = 20 BW = 30 Métrica = 20 B C BW = 200 Métrica = 10 80 Mb BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 10 BW = 100 Métrica = 10 BW = 50 Métrica = 20 BW = 40 Métrica = 20 BW = 200 Métrica = 10 F BW = 100 Métrica = 20 G BW = 100 Métrica = 20 E H

38 CSPF Constraint-based, shortest path first
LSRs pueden realizar cálculo de ruta para un TE LSP utilizando la base de datos de topología TE. El enfoque común para la realización de encaminamiento basado en restricciones sobre los LSRs es utilizar una extensión algoritmo SPF. Esta extensión de SPF, recibe el nombre de constraint-based, shortest path first (CSPF) El modificado algoritmo ejecuta el algoritmo SPF de la topología que resulta de la eliminación de la enlaces que no cumplan con las restricciones TE LSP. El algoritmo puede utilizar el enlace métrica IGP o la métrica de enlace de TE para determinar la ruta más corta. Los routers (LSR) pueden calcular un camino mínimo (SPF) basado en restricciones (pe. el ancho de banda) mediante una extensión algoritmo SPF (Dijkstra) Esta extensión de SPF, recibe el nombre de constraint-based, shortest path first (CSPF) Este algoritmo ejecuta el SPF con la topología que resulta de la eliminación de los enlaces que no cumplan con las restricciones

39 Computación del Algoritmo CSPF Constraint-based, shortest path first Paso 1: BD de la topología
Formación de la BD de la topología mediante LSP (link state packet ) Solo para MPLS-TE Mediante el Flooding de LSPs cada nodo construye un grafo (como el de la figura) Cada LSP propaga información de: Identificación de enlace Ancho de banda (BW) Métrica Grupo administrativo A E F C B D G H LSP LSP LSP LSP LSP LSP LSP LSP LSP LSP LSP LSP LSP=link state packet Grupo administrativo: se usa para una métrica propia de TE y diferente al coste/distancia

40 Computación del Algoritmo CSPF Paso 2: Eliminación de enlaces
La figura ilustra una versión simplificada de CSPF en un ejemplo de red simple. En este caso, nodo E quiere calcular la ruta más corta al nodo H con las siguientes limitaciones: solamente sobre enlaces con al menos 50 unidades de ancho de banda disponible (BW) y un valor de grupo administrativo de 0xFF (Admin grp). El nodo E examina la base de datos de topología TE y no tiene en cuenta los vínculos con insuficiente ancho de banda o grupo administrativo valores distintos de 0xFF. Las líneas de puntos en la topología representan enlaces que CSPF ignora. Posteriormente, el nodo E ejecuta el algoritmo SPF de la topología reducida, utilizando los valores de indicadores de enlace. En este caso, el más corto trayectoria es {E, F, B, C, H}. Utilizando este resultado, el nodo E puede iniciar la señalización TE LSP. El router E examina la base de datos de topología TE y no tiene en cuenta los enlaces con insuficiente ancho de banda (menor de 50Mbps) o grupo administrativo con valores distintos de 0xFF. E Grupo administrativo: se usa para una métrica propia de TE y diferente al coste/distancia

41 Computación del Algoritmo CSPF Paso 3: Ejecución de SPF
La figura ilustra una versión simplificada de CSPF en un ejemplo de red simple. En este caso, nodo E quiere calcular la ruta más corta al nodo H con las siguientes limitaciones: solamente sobre enlaces con al menos 50 unidades de ancho de banda disponible (BW) y un valor de grupo administrativo de 0xFF (Admin grp). El nodo E examina la base de datos de topología TE y no tiene en cuenta los vínculos con insuficiente ancho de banda o grupo administrativo valores distintos de 0xFF. Las líneas de puntos en la topología representan enlaces que CSPF ignora. Posteriormente, el nodo E ejecuta el algoritmo SPF de la topología reducida, utilizando los valores de indicadores de enlace. En este caso, el más corto trayectoria es {E, F, B, C, H}. Utilizando este resultado, el nodo E puede iniciar la señalización TE LSP. El nodo E ejecuta el algoritmo SPF sobre la topología reducida que queda E

42 Ruta de E hacia el nodo H Túnel
La Figura muestra la ruta de E hacia el nodo H. A D BW = 40 Métrica = 20 BW = 30 Métrica = 20 B C BW = 200 Métrica = 10 BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 20 BW = 100 Métrica = 10 BW = 80 Métrica = 10 BW = 50 Métrica = 20 BW = 40 Métrica = 20 BW = 200 Métrica = 10 BW = 100 Métrica = 20 F G BW = 100 Métrica = 20 E H En MPLS TE los LSPs se llaman túneles

43 RSVP-TE La reserva de recursos no es algo obligatorio. Un LSP puede ser creado sin ninguna reserva de recursos. - Por ejemplo, puede ser creado para llevar el tráfico best-effort. RSVP-TE es un protocolo de señalización de MPLS basado en el protocolo de reserva de recursos (RSVP), originalmente usado para la señalización de conexiones con calidad de servicio IP Por tanto, RSVP-TE es un conjunto de extensiones de TE destinadas para el uso por parte de los LSRs para establecer y mantener túneles LSP con reserva de recursos de red.

44 FRR Fast Reroute

45 Rápido Re-enrutamiento Fast Reroute (FRR)
El Fast Reroute de MPLS TE es una protección contra fallos de la red definiendo caminos preestablecidos alternativos y señalizando paths de backup antes de que un fallo ocurra. De esta manera el tráfico puede conmutar inmediatamente a este path por el nodo más cercano al problema. Esto permite al tráfico fluir casi continuamente, sin esperar por la convergencia del protocolo de enrutamiento y su señalización, además de… una conmutación de menos de 50 ms, minimizando al máximo la pérdida de paquetes

46 Point of local repair (PLR)
MPLS con FRR La Figura muestra un ejemplo de una red MPLS utilizando FRR. En este caso, el nodo E indica un TE LSP hacia nodo H. La red protege este TE LSP contra un fallo de la conexión entre los nodos F y G. Dada la naturaleza de la protección local FRR, el nodo F es responsable de reencaminamiento del tráfico en el de copia de seguridad TE LSP en caso de que el enlace entre los nodos F y G no. Esta función hace que el nodo F del punto de reparación local (PLR). Se ha presignaled una copia de seguridad TE LSP a través del nodo I hacia el nodo G para evitar el fallo de enlace potencial. El derecho de préstamo público es siempre el extremo de la cabeza de la copia de seguridad TE LSP. El nodo G recibe el nombre de punto de fusión (MP) y es el nodo en el que el tráfico protegido saldrá de la copia de seguridad TE LSP durante el fallo y volver a tomar el camino original de la protegida TE LSP. MPLS TE FRR puede utilizar la restauración global o local protegido de la TE LSP, como resultado de un fallo en la red. El enfoque de restauración global confía en la cabecera del cambio de ruta protegida TE LSP. Cuando se produce el fallo de una instalación protegida, la PLR envía un mensaje PathErr hacia la cabecera de la LSP TE protegida. Además de la notificación de RSVP, el sistema de cabecera también puede aprender acerca de la condición de fallo de las actualizaciones IGP si el fallo se produce en la misma zona IGP. Cuando la cabecera recibe la notificación de fallo, se puede redirigir el TE LSP protegida de forma permanente en todo el fracaso. Cuando un PLR utiliza la restauración local, que redirige los TE LSP protegidas a través de la copia de seguridad mientras persista el fallo. Cuando la instalación está en servicio, el PLR resignals la protegida TE LSP a través de su trayectoria original. restauración global es más deseable ya que se basa en el sistema de cabecera para volver a optimizar la protegida TE LSP. Ese nodo tiene típicamente una visión más completa de los recursos de la red y las limitaciones TE LSP. El PLR mantiene una ruta de respaldo para el LSP (entre E y H). La ruta de respaldo comienza en el PLR, pasa a través del nodo I y termina en un nodo llamado el punto de anclaje (MP) A D B C I PathErr F G E H Point of local repair (PLR) Merge Point (MP) Camino preestablecido protegido Camino de backup o secundario

47 DiffServ

48 Calidad de Servicio (QoS)
Rogelio Decimos que una red o un proveedor ofrece ‘Calidad de Servicio’ o QoS (Quality of Service) cuando garantiza un valor límite (máximo o mínimo) de alguno de los parámetros de QoS. Si el proveedor no se compromete en ningún parámetro decimos que lo que ofrece es un servicio best effort La calidad de una red no se puede medir porque… El ancho de banda del flujo depende de la ruta elegida Las condiciones de congestión son imprevistas Las métricas de calidad se degradan para aquellos flujos que transitan por el lugar congestionado Por tanto, la calidad sólo puede medirse en un flujo de tráfico de extremo a extremo y en un momento determinado El contrato que especifica los valores acordados entre el proveedor y el usuario (cliente) se denomina SLA (Service Level Agreement).

49 Congestión y Calidad de Servicio
Calidad de Servicio (QoS) Congestión y Calidad de Servicio Con ancho de banda suficiente se resuelven ‘casi’ todos los problemas de QoS Sería muy fácil dar Calidad de Servicio si las redes nunca se congestionaran. Para ello habría que sobredimensionar todos los enlaces, cosa no siempre posible o conveniente. Para dar QoS con congestión es preciso tener mecanismos que permitan dar un trato distinto al tráfico preferente y así cumplir el SLA (Service Level Agreement). Ampliación Redes

50 ¿Qué determina la QoS? Métrica de QoS
Calidad de Servicio (QoS) ¿Qué determina la QoS? Métrica de QoS Retardo (delay) o latencia (latency) Ancho de Banda (bandwidth) Tasa de pérdidas (loss rate) La QoS está explicitada por los siguientes parámetros: Ancho de Banda Caudal máximo que se puede transmitir Retardo Tiempo medio que tardan en llegar los paquetes Jitter Fluctuación que se puede producir en el Retardo Tasa de pérdidas Proporción de paquetes perdidos respecto de los enviados Ampliación Redes

51 El pequeño margen de la QoS en Internet
QoS diferencial para una carga dada 100% Tráfico con QoS Eficiencia de la red Tráfico Best Effort Carga de la red Internet solo proporciona servicios Best effort

52 El modelo DiffServ SoftQoS
El mecanismo DiffServ (DS) es el mas usado para lograr QoS extremo a extremo Pero los servicios de red de internet siguen siendo Best effort Se emplea solo en aplicaciones críticas El modelo DiffServ consiste, básicamente, en poner una etiqueta en cada paquete y acordar con los routers el tratamiento del mismo según la etiqueta Por tanto, los datos progresarán en la red según la clase a la que pertenezca

53 Hitos de la QoS en Internet
RFC 791 1981 IPv4 IntServ RFC 1633 1994 Prioridad y etiqueta de flujo RFC 1883 1995 IPv6 DiffServ RFC 2474 1998

54 El campo DS Cabecera IPv4
Tipo de servicio Este campo está definido por RFC 2474 para Servicios diferenciados (DiffServ). Las nuevas tecnologías que están surgiendo requieren transmisión de datos en tiempo real y, por tanto, hacen uso del campo TOS Un ejemplo es Voz sobre IP (VoIP), que se utiliza para el intercambio de datos de voz interactiva. Desglose de bits Bits 0 a 2: Prioridad. Bit 3: Retardo. 0 = normal ; 1 = bajo. Bit 4: Rendimiento. 0= normal; 1= alto. Bit 5: Fiabilidad. 0=normal; 1= alta. Bit 6-7: No usados. Reservados para uso futuro. Campo opciones: En él cada router que atraviesa el datagrama añade su IP y código de tiempo. Para especificar la clase de cada paquete se utiliza el viejo campo de TOS Longitud de la cab. en palabras de 32 bits El valor normal de este campo es de 5 (5 palabras de 32 bits = 5 * 4 = 20 bytes) Es el tamaño del datagrama en bytes. Por ser un campo de 16 bits permite una longitud de hasta octetos No. de protocolo IHL DS (ToS) Flags Offset Versión Identificación Tiempo de vida Dirección destino Chequeo de la cabecera Relleno Opciones Datos (carga útil o payload) 15 31 7 23 Longitud total Dirección origen En caso de fragmentación: Identificador único del datagrama Banderas relativas a la fragmentación de paquetes En paquetes fragmentados indica la posición, en unidades de 64 bits (8 B), que ocupa el paquete actual dentro del datagrama original Máximo número de enrutadores que puede atravesar un paquete Indica el protocolo de las capas superiores al que debe entregarse el paquete: TCP, UDO, IGMP, EGP, etc Campo no obligatorio. Registro de ruta. Sin este campo la cabecera es de 20 B Si se incluyen opciones, y el número de bits utilizados para ellos no es un múltiplo de 32, se añaden bits de relleno

55 El campo DS RFC 2474 DSCP CU x 1 Local/experimental x 1 Reservado c y
15 7 CU x 1 Local/experimental x 1 Reservado Selector de Clase c y Estándar DSCP: Differentiated Services CodePoint. Seis bits que indican el tratamiento que debe recibir este paquete en los routers. 64 categorías de tráfico posibles CU: Currently Unused (reservado). Este campo se utiliza actualmente para control de congestión (ECN, RFC 3168)

56 Tipos de servicios DiffServ
El grupo de comportamiento AF define cuatro clases separadas donde todos tienen la misma prioridad. Dentro de cada clase, los paquetes se les da una precedencia de descarte (alta, media o baja, donde mayor precedencia significa más de goteo). La combinación de clases y soltar los rendimientos de precedencia DSCP doce codificaciones separadas del AF11 AF43 a través Servicio Características Equivalencia ATM ‘Expedited Forwarding (EF)’ o ‘Premium’ Es el que da más garantías (Virtual LL). Equivale a una línea dedicada Lo garantiza todo: Caudal, tasa de pérdidas, retardo y jitter CBR VBR-rt ‘Assured Forwarding (AF)’ Asegura un trato preferente, pero sin fijar garantías (no hay SLA) Se definen cuatro clases (4, 3, 2 y 1) y en cada una tres niveles de descarte de paquetes VBR-nrt ‘Best Effort (BE)’ Ninguna garantía, obtiene solo las migajas UBR Capacidad 100% UBR VBR CBR VBR-rt (Variable Bit Rate- real time) VBR-nrt (Variable Bit Rate-no real time) UBR (Undefined Bit Rate) ABR (Available Bit Rate) CBR (Constant Bit Rate) t

57 Cabecera MPLS Cabecera MPLS Cab. Enlace Cab. IP Datos Trama
Datagrama IP Etiqueta: los primeros 16 valores y del 1024 al 9999 están reservados. TC (Traffic Class): utilizado para QoS. Solo 3 bits, no se pueden representar todos los códigos DSCP (6 bits). Se utilizaran dependiendo de las clases definidas dentro de la red MPLS. S (Botom of Stack): utilizado para apilar etiquetas, es 1 en la ´ultima etiqueta. TTL: equivalente a TTL en IP. Disminuyendo en una unidad en cada salto Cab. Enlace Cab. IP Datos Trama Ethernet II Carga útil (payload) 20 Cabecera MPLS 20 b 3 b 8 b Cab. Enlace Etiqueta TC S TTL Cab. IP Datos Carga útil (payload) DSCP de DiffServ TC (Traffic Class): utilizado para QoS. Solo 3 bits, S (Botom of Stack): utilizado para apilar etiquetas, es 1 en la ´ultima etiqueta. TTL: equivalente a TTL en IP. Disminuyendo en una unidad en cada salto

58 MPLS DS-TE Las tecnologías MPLS TE y DiffServ pueden funcionar juntas combinando las ventajas de ambas para "lograr la calidad de servicio de una manera escalable, flexible y dinámica“ Así es posible hacer cumplir las restricciones de ancho de banda para diferentes CoS. Esto se hace mediante la asignación de una clase de servicio a cada LSP en un dominio MPLS, lo que permite a cada servicio en la red ser gestionado por separado. DS-TE posibilita una mayor granularidad en la asignación de tráfico, mejorando el rendimiento Gracias a las extensiones que introducen el soporte de múltiples clases

59 MPLS DS-TE ‘Expedited Forwarding (EF)’ o ‘Premium’ ‘Assured Forwarding (AF)’ Cuando un paquete entra en un router, la lógica de ruteo selecciona su puerto de salida y el valor DSCP es usado para conducir el paquete a una cola específica o tratamiento específico en ése puerto MPLS DS-TE permite procesar en un LSP dos tráficos con distinta QoS LSP AF1 EF El ejemplo muestra el soporte de tráfico EF y AF1 en un simple LSP Los paquetes EF y AF1 viajan con la misma etiqueta pero en los conmutadores esperan en colas distintas Expedited Forwarding (EF) Assured Forwarding (AF)

60 Política aplicada a los paquetes PHP
Per-Hop-Behavior (PHB): define el tratamiento aplicado en cada nodo (LSR) a los paquetes. Puede ser implementado por distintos mecanismos Los nodos de red (LSR) que implementan Servicios Diferenciados, usan el código de Tipo de clase (TC) para seleccionar un PHB, como el tratamiento de envío específico para ese paquete Ejemplos: La clase A toma el 60% del ancho de banda de un enlace Los paquetes de clase A salen primero que los de clase B

61 MPLS DS-TE Ejemplo (1): Túneles sin QoS
Veamos un ejemplo y veamos cómo Diffserv TE puede ser útil; Supongamos, inicialmente que tenemos (véase la figura) una red IP de servicios múltiples que consta de voz y datos (el coste de cada enlace a continuación es 10). Normalmente, en el caso de no exista Diffserv TE, si habrá dos túneles de R1 a R8 y R2 a R8, ellos escogen la ruta superior (R1 / R2 -> R3-> R6-> R7-> R8) porque es el camino más corto con una métrica de 40 suponiendo que el ancho de banda disponible. Digamos que el tamaño de cada túnel TE de R1 y R2 a R8 es de 4 Gbps, tanto TE recogerá la ruta superior ya que es el camino más corto y tiene suficiente ancho de banda disponible (métrico 40, ancho de banda de 10 Gbps disponibles, 8 Gbps necesario). Si los flujos agregados que pasan por cada túnel se compone de 1 Gbps de tráfico de voz y 3 Gbps de tráfico de datos, entonces estamos bien, pero si los flujos agregados se componen de 3G de tráfico de voz y 1G del tráfico de datos, lo que supondrá un agregado de tráfico de voz de 6 Gbps entonces tenemos un problema debido a la política de PHB LLQ aplicada en las interfaces que no permite que exceda de 4 Gbps de tráfico de voz (*). Todo tráfico de voz adicional se descartará, lo que significa 2 Gbps de tráfico de voz en nuestro caso. (*) Para evitar la inanición de ancho de banda de aplicaciones en segundo plano, como los servicios de gestión de red y tipos de tráfico de mejor esfuerzo, se recomienda que la provisión total con garantías de ancho de banda no exceda el 75 por ciento de la capacidad del enlace. Por otro lado, el límite de 33 por ciento para todos LLQs es sólo una recomendación directriz de diseño. Puede haber casos en los que las necesidades empresariales específicas no pueden ser satisfechas mientras mantiene a esta recomendación, como este caso donde el límite es 40%. CRITERIOS DE DISEÑO: El tráfico de voz en cada interface core no puede superar 6G El total reservado no debe exceder el 75% de la capacidad del enlace! POP 1 POP 4 2Gbp descartados 4G de voz R6 3 Gbp R1 R8 3 Gbp Túnel de voz (3G) y datos (1G) 1 Gbp Túnel de voz (3G) y datos (1G) 1 Gbp R3 R7 POP 2 POP 3 Gbp R2 10 Gbp 1 Gbp R4 R5 Métrica 40; 10 Gbp

62 MPLS DS-TE Ejemplo (1): Túneles sin QoS
Ahora vamos a echar un vistazo a Diffserv TE para el mismo escenario, tenemos dos túneles (datos y voz) de cada router R1 y R2 a R8. Un sub-pool clase VOIP de 4 Gbps está configurado, junto con una piscina agregada estándar de 10 Gbps en cada enlace, que coincide con la política Diffserv PHB para VoIP. El algoritmo de restricción Diffserv-TE asegura que los túneles de voz de 4 Gbps no se superan en cada enlace. El primer túnel 3Gbps VOIP serán enviados a través de la parte superior ruta (R1-R3-R6-R7-R8) y otra túnel VOIP 3Gbps través trayectoria inferior (R2-R3-R4-R5-R7-R8). Para Túnel de datos hay suficiente ancho de banda (1G cada uno) para ser transferido a través de la parte superior ruta (R1-R3-R6-R7-R8). Como se vio, que Diffserv-TE permite el cálculo de rutas independiente y el control de admisión para las diferentes clases de tráfico, lo que permite la distribución de la carga de la clase de voz y datos sobre toda la capacidad disponible de la clase de voz y datos haciendo un uso óptimo de la capacidad disponible. Con el fin de proporcionar estos beneficios, el ancho de banda configurado para las sub-piscinas debe alinearse a los recursos de colas que están disponibles para el tráfico el tráfico de ingeniería. CRITERIOS DE DISEÑO: El tráfico de voz en cada interface core no puede superar 6G El total reservado no debe exceder el 75% de la capacidad del enlace! POP 1 POP 4 Voz: 3G Datos (2G) R6 3 Gbp R1 R8 3 Gbp Túnel de voz (3G) 1 Gbp 1 Gbp R3 R7 POP 2 POP 3 Gbp R2 10 Gbp 1 Gbp R4 R5 Túnel de datos (1G) Métrica 40; 10 Gbp

63 Anexo

64 Terminología MPLS LER (Label Edge Router): elemento que inicia o termina el túnel (pone y quita cabeceras). Es decir, el elemento de entrada/salida a la red MPLS. Un router de entrada se conoce como Ingress Router y uno de salida como Egress Router. Ambos se suelen denominar Edge Label Switch Router ya que se encuentran en los extremos de la red MPLS. LSR (Label Switching Router): elemento que conmuta etiquetas. LSP (Label Switched Path) o Intercambio de rutas por etiqueta: nombre genérico de un camino MPLS (para cierto tráfico o FEC), es decir, del túnel MPLS establecido entre los extremos. A tener en cuenta que un LSP es unidireccional. LDP (Label Distribution Protocol): un protocolo para la distribución de etiquetas MPLS entre los equipos de la red. FEC (Forwarding Equivalence Class): nombre que se le da al tráfico que se encamina bajo una etiqueta. Subconjunto de paquetes tratados del mismo modo por el conmutador

65 Red MPLS DS-TE Túneles con QoS
Ahora vamos a echar un vistazo a Diffserv TE para el mismo escenario, tenemos dos túneles (datos y voz) de cada router R1 y R2 a R8. Un sub-pool clase VOIP de 4 Gbps está configurado, junto con una piscina agregada estándar de 10 Gbps en cada enlace, que coincide con la política Diffserv PHB para VoIP. El algoritmo de restricción Diffserv-TE asegura que los túneles de voz de 4 Gbps no se superan en cada enlace. El primer túnel 3Gbps VOIP serán enviados a través de la parte superior ruta (R1-R3-R6-R7-R8) y otra túnel VOIP 3Gbps través trayectoria inferior (R2-R3-R4-R5-R7-R8). Para Túnel de datos hay suficiente ancho de banda (1G cada uno) para ser transferido a través de la parte superior ruta (R1-R3-R6-R7-R8). Como se vio, que Diffserv-TE permite el cálculo de rutas independiente y el control de admisión para las diferentes clases de tráfico, lo que permite la distribución de la carga de la clase de voz y datos sobre toda la capacidad disponible de la clase de voz y datos haciendo un uso óptimo de la capacidad disponible. Con el fin de proporcionar estos beneficios, el ancho de banda configurado para las sub-piscinas debe alinearse a los recursos de colas que están disponibles para el tráfico el tráfico de ingeniería. POP 1 POP 4 Voz: 0 Gbps descartados R1 R8 3 Gbp R3 R7 1 Gbp POP 2 R2 POP R6 3 Gbp R4 R5 1 Gbp R2 BW:10Gbps Túnel de EF (3G) para tráfico de voz Túnel de BE para tráfico de datos

66 Problema LFIB LFIB μ λ In_if In_lab Out_if Out_lab B C α A In_if
In_lab: etiqueta de entrada Ingress LSRs: Router de entrada a la red MPLS. Es responsable de añadir la etiqueta correspondiente y reenviar el paquete dentro de la red MPLS Label Forwarding Information Base (LFIB): es la tabla que asocia las etiquetas con los destinos o rutas de capa 3 y la interfaz de salida en el router, indicándole al router lo que tiene que hacer: poner o quitar etiqueta. LFIB In_if In_lab Prefijo_Des Out_if Out_lab α -- β 8 …. ….. /24 B C λ μ α β A /24 LFIB In_if In_lab Prefijo_Des Out_if Out_lab α 4 β --- …. …..

67 Peoblema La Figura muestra una red de ejemplo MPLS. Esta red cuenta con una ruta SPF calculada por el IGP: sería calcular el camino más corto utilizando sólo una única métrica o coste. Se puede sintonizar esa métrica, pero que lo haría proporcionar capacidades limitadas para asignar recursos de la red en comparación con MPLS TE (especialmente, si tenemos en cuenta las grandes topologías de red más complejos).  A BW = 100 Métrica = 5 BW = 100 Métrica = 10 B C BW = 50 Métrica = 3 D BW = 90 Métrica = 8 BW = 60 Métrica = 4

68 Creación de un LSP mediante RSVP
RSVP usa, esencialmente, dos tipos de mensajes para establecer los LSPs, PATH y RESV. Los nuevos objetos de RSVP son: Mensaje RSVP Objeto Descripción PATH LABEL_REQUEST Solicitud de etiqueta al nodo vecino en sentido descendente RESVP LABEL Etiqueta asignada por el nodo vecino en sentido descendente EXPLICIT_ROUTE Lista de saltos que define el TE LSP RECORS_ROUTE Lista de saltos que define el TE LSP registrada durante la configuración de TE LSP SESSION_ATRIBBUTE Los atributos de la petición de LSP (prioridad, la protección, afinidades)

69 Creación de un TE LSP mediante RSVP TE
La figura ilustra la configuración de un TE LSP utilizando RSVP. En este escenario, el nodo E especifica una TE LSP hacia el nodo H. El paquete PATH de RSVP fluye descendentemente con una colección de objetos, cuatro de los cuales están relacionados con MPLS TE (EXPLICIT_ROUTE, LABEL_REQUEST, SESSION_ATTRIBUTE, y RECORD_ROUTE). Los mensajes Resv ascienden con dos objetos relacionados con MPLS TE (LABEL y RECORD_ROUTE). Cada nodo realiza el control de admisión y construye la base de información de reenvío LSP (LFIB) tras el procesamiento de los mensajes Resv. El equipo iLER (“Ingress Label Edge Router”) envía un mensaje PATH hacia el receptor (eLER, “Egress Label Edge Router”) para indicar el FEC (“Fast Ethernet Controller) al cual una etiqueta es vinculada. Los mensajes PATH son usados para señalizar y solicitar etiquetas vinculantes para establecer LSPs entre las idas y vueltas de la red MPLS. El eLER envía la información sobre la etiqueta en un mensaje RESV en respuesta al mensaje PATH recibido. RESV permite a los routers a lo largo del camino hacer la reserva necesaria de ancho de banda y distribuir la etiqueta hacia el iLER. El LSP es considerado como operacional cuando el iLER recibe información de la etiqueta vinculante A D B C β α Path γ α γ Resv Label 35 β Path Path F G α Resv Label 20 Resv Label 3 E H β Input label Output interface Output label -- β 20 Input label Output interface Output label 20 α 35 Input label Output interface Output label 35 α 3 Input label Output interface Output label 3 - Nodo E: LFIB Nodo F: LFIB Nodo G: LFIB Nodo H: LFIB