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TP – 319 - Redes Ópticas, MPLS e GMPLS. Prof. Carlos Roberto dos Santos. Introdução Definições; Fatores Motivadores; Rede ATM Definições e Características Básicas Rede MPLS Origem; Operação MPLS;. Planos de Controle (Roteamento) e Encaminhamento Protocolo LDP; Protocolo RSVP; - PowerPoint PPT Presentation
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TP – 319 - Redes Ópticas, MPLS e GMPLS
Prof. Carlos Roberto dos Santos
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• Introdução– Definições;– Fatores Motivadores;
• Rede ATM– Definições e
Características Básicas
• Rede MPLS– Origem;– Operação MPLS;
– Planos de Controle (Roteamento) e Encaminhamento
– Protocolo LDP;– Protocolo RSVP;– Técnicas de QoS;– Proteção em Redes
MPLS;– Engenharia de Redes e de
Tráfego;
• GMPLS– Tipos de Interface;– Labels;
• Conclusões
Conteúdo
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• Prova para casa;• Entrega Individual;• Prazo: até 17/12 para e-
mail [email protected] (documento em word ou pdf);
• Não haverá substitutiva/segunda chamada;
• A Nota Final (NF) da disciplina TP319 será a média ponderada dos assuntos ministrados pelos dois docentes em função da carga horária:
NF=(12*N1+8*N2)/20;
Onde:– N1=> Nota obtida com o
Alberti (parte de Óptica);
– N2=> Nota obtida com o Carlinhos (parte de MPLS);
• O Conceito será gerado de acordo com a seguinte tabela:– Se NF ≥ 85; A;
– Se 70 ≤ NF < 85; B;
– Se 50 ≤ NF < 70; C;
– Se NF ≤ 50; D
Critérios de Avaliação
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INTRODUÇÃO
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rDefinições
• MPLS – Multiprotocol Label Switching (Comutação de Rótulos Multiprotocolo);
– Encaminhamento do pacote na rede se dá por um rótulo (label, etiqueta, tag) e não com base em endereço;
• ROTEAMENTO X COMUTAÇÃO
– Roteamento: processo de que consiste em procurar um endereço de destino em uma tabela, a fim de descobrir para onde enviar um pacote;
– Comutação: utiliza um rótulo tirado do pacote como índice para uma tabela de encaminhamento;
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Fatores Motivadores
• A evolução da Internet popularizou o protocolo TCP/IP, tornando o IP como um padrão;
• O serviço oferecido pelo IP é sem conexão;
• Complexidade nas tomadas de decisão no encaminhamento;
• A comunicação é não-confiável;
• O IP é considerado um protocolo de “melhor esforço” (best effort);
• No início sua simplicidade e flexibilidade eram suficientes;
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Fatores Motivadores
• O crescimento rápido da Internet e a difusão de redes construídas sobre o protocolo IP geraram demanda de novas facilidades;
• Necessidade de integração de tecnologias de camada 2 e 3;
• Maior controle sobre o consumo dos recursos da Rede;
• Disponibilidade de novos serviços sobre IP.
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• X25• Frame Relay• ATM• MPLS• IP
Introdução - Tipos de Redes
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Introdução – Arquitetura em Camadas
SatéliteCoaxialSTPW.L.UTPF.O.Física
ATMFrame Relay
PPPToken
BusToken Ring
EthernetEnlace
IPRede
UDPTCPTransporte
DNSSNMPTFTPHTTPFTPTelnetAplicação
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ATM – Asynchronous Transfer Mode
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rATM: Definição
• ATM (Asynchronous Transfer Mode ou Modo de Transferência Assíncrono).– Modo de Transferência é o termo usado pelo ITU-T
para descrever a tecnologia que cobre os aspectos de transmissão, multiplexação e comutação.
– O Modo de Transferência Assíncrono é uma tecnologia que utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados de células, para transmitir, multiplexar e comutar tráfegos de voz, vídeo, imagens e dados sobre uma mesma rede de alta velocidade.
– O ATM é uma tecnologia de comutação de pacotes baseada em circuitos virtuais.
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Principais Características
• Utiliza pequenos pacotes de tamanho fixo (53 bytes), chamados de células, para transportar voz, dados e vídeo sobre uma mesma rede de alta velocidade.
• A funcionalidade do cabeçalho (5 bytes) das células ATM é mínimo.
• O campo de informações das células ATM é relativamente pequeno (48 bytes).
– Este valor otimiza os fatores conflitantes:
• Atraso na rede.
• Eficiência de transmissão.
• Complexidade de implementação.
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rATM - Definições básicas
• Segmentação e Montagem das Células
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rATM - Definições básicas
REDEATM
DADOS VOZVÍDEO DADOS
VOZ
VÍDEO
A Rede ATM transporta blocos de informação (células) com baixo delaye alta velocidadeDispositivos terminais convertem tráfego original para/de células
A VISÃO ATM
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ATM - Definições básicas
• Não existe proteção contra erros ou controle de tráfego na rede.– A não proteção de erros é permitida uma vez que os enlaces são de
alta qualidade.
– A perda de pacotes devido à overflow dos buffers, problema típico para a rede ATM, é minimizada à valores aceitáveis da ordem de 10-8 a 10-12, através da adequada alocação de recursos e dimensionamento dos buffers.
• ATM opera no modo orientado à conexão.– Antes da transferência da informação de um terminal para o destino, é
realizada a fase de estabelecimento de conexão virtual (lógica), verificando se a disponibilidade recursos da rede é adequada para a necessidade, caso contrário, a sessão é descartada e não se inicia.
– Este modo orientado à conexão permite à rede garantir em todas as transmissões uma minimização da PLR.
– Com o encerramento da transmissão os recursos são colocados em disponibilidade para outras conexões.
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rATM - Definições básicas
• A funcionalidade do cabeçalho é reduzida.
– Permite um rápido processamento na rede devido a um número limitado de funções, causando um atraso de processamento e atraso de filas pequeno.
– Principal função é identificar a conexão virtual, por um identificador selecionado na fase de estabelecimento de conexão, e garantir o correto roteamento do pacote.
– Permite a multiplexagem de diversas conexões virtuais em um mesmo enlace.
– Erros no cabeçalho causarão roteamento indevido e conseqüentemente perda de pacotes. Desta forma, um bit errado no cabeçalho ocasionará n bits errados ( n igual ao tamanho do pacote).
– Técnicas de detecção e correção de erros, no cabeçalho, são implementadas para reduzir o efeito de multiplicação de erros.
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rATM - Definições básicas
• O comprimento do payload é pequeno.
– Reduz o tamanho dos buffers e o atraso de filas no nós de chaveamento, garantindo um atraso total e variação estatística do atraso adequados à implementação de serviços de tempo real.
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• Roteamento de Células (VCs – Virtual Channels)• Nenhuma Proteção ou Controle de Fluxo no Nível
de Enlace• Operação Orientada a Conexão• Controle de Congestionamento• Controle de Erro no cabeçalho• Suporte para Qualidade de Serviço.
ATM – Características Básicas
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rA CÉLULA ATM
PayloadCabeçalho
5 bytes 48 bytes
• pacote pequeno• tamanho fixo - comutação eficiente por hardware• conexão virtual, permite a multiplexação assíncrona
de pacotes• cabeçalho contém informação do circuito virtual• payload pode ser voz, vídeo, dados
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rNomenclatura das Interfaces
UNI
UNI
UNI
NNI
NNI UNI
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NNI
NNINNI
NNI
NNI
NNI
NNINNI
NNI
NNI
REDE ATM 1 REDE ATM2
PNNI
UNIUNI
PNNI - PRIVATE NETWORK-NETWORK INTERFACE
Nomenclatura das Interfaces
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Bits
Cabeçalho das Células nas interfaces UNI e NNI
GFC
Payload48 Bytes
8 1
1º ByteVPI
VCI
VPI VCI
VCI PTI CLP
HEC
Bits
Payload48 Bytes
8 1
VPI
VCI
VPI VCI
VCI PTI CLP
HEC
2º Byte
3º Byte
4º Byte
5º Byte
Célula UNI Célula NNI
UNI – Interface Usuário / Rede NNI – Interface Rede / Rede
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Virtual Path Identifier - VPI
• Identifica o caminho virtual da célula, no meio de transmissão
• 8 bits na interface Usuário-Rede (UNI)– Possibilidade de identificar 256 caminhos simultâneos
• 12 bits na interface Rede-Rede (NNI)– Possibilita até 4096 caminhos simultâneos
GFC
Payload
VPI
VCI
VPI VCI
VCI PTI CLP
HEC
Meio Físico de Transmissão“Real”
VPI 42
VPI 36
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Virtual Channel Identifier - VCI
• Identifica o canal virtual da célula em um determinado caminho virtual
• 16 bits tanto na UNI quanto na NNI– Possibilita até 65536 (216)canais simultâneos por caminho
virtual
GFC
Payload
VPI
VCI
VPI VCI
VCI PTI CLP
HEC
Meio Físico
VP
VP VC
VCVC
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Com o objetivo de se ter rapidez no processo de comutação, a rede ATM é orientada a conexão, ou seja, é estabelecido um circuito virtual através da rede entre os pontos envolvidos.
Há dois tipos de conexões:
PVC – Permant Virtual Circuit – Circuito Virtual Permanente.
Conexões estabelecidas de forma permanente, por processos de gerência
SVC – Switched Virtual Circuit – Circuito Virtual Comutado;
Conexões estabelecidas sob demanda, através de sinalização.
Conexões e Comutação ATM
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rConexões ATM - SVC
• SVC - Switched Virtual Connection - Conexão Virtual Comutada - Conexões estabelecidas sob demanda, através de sinalização
Sinalização
Sinalização
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rConexões ATM- PVC
• PVC - Permanent Virtual Connection - Conexão Virtual Permanente
Gerênciade Rede
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Conexões e Comutação ATM
• Para a transferência de informação na rede ATM é estabelecida uma conexão lógica chamada Virtual Chanel Connection - VCC.
• Uma VCC é formada pela concatenação de conexões virtuais, estabelecidas nos vários enlaces físicos da rede, denominadas de Virtual Chanel Link - VCL.
NÓ ATMNÓ ATM11 NÓ ATMNÓ ATM
22
NÓ ATMNÓ ATM33
AA
BB
CC
VCCVCC
VCLVCLVCLVCLVCLVCL
NÓ ATMNÓ ATM44
DD
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rConexões e Comutação ATM
VP
VP
VP
VP
VP
Comutador de VPComutador de VP
Comutador de VC
VC VC VC VC
VCI 1VCI 2
VCI 1VCI 2
VCI 1VCI 2
VCI 4
VCI 3
• A utilização de VPC simplifica a arquitetura de comutação e reduz o tempo de processamento e estabelecimento de novas conexões.
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rConexões e Comutação ATM
nó ATM
1
nó ATM
3
A
C
B
VPI=7VCI=1,2,3
VPI=9VCI=3,4
VPI=3VCI=3,4
VPI=7VCI=1,2,3
VPI=7VCI=3,4
VPI=5VCI=1,2,3
VPIin VPIout
79
57
7 3
VPIin VPIout
VPIin VPIout
5 7
nó ATM
2
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• Comutador de alta velocidade.• Comutação por hardware.• Utiliza VPI e VCI para tomar decisões de rotas.• Várias arquiteturas possíveis.
Comutador ATM
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Virtual Path Switch
Virtual Channel Switch
VPI 1
VPI 2
VPI 3
VPI 4
VCI 1
VCI 2
VCI 1
VCI 4
VCI 3
VCI 4
VCI 1
VCI 4
Conexões ATM
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rConexões ATM
Entrada Saída
Porta PortaVPI VCI VPI VCI
1 1 1
1 1 2
1 2 1
2 3 2
2 4 4
2 3 3
Tabela de Roteamento
VP 4
VP 3VP 1
VP 2
VC 1
VC 2
VC 1
VC 2
VC 3
VC 4
Ponto de vista lógico
Porta 1 Porta 2
ATM
12 1121 44 3233
Ponto de vista físico
Porta 1 Porta 2
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MPLS
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Origem do MPLS
• O MPLS teve sua origem na necessidade do transporte do IP em redes ATM.
• Modelo Overlay para IP sobre ATM:– LANE – LAN Emulation– MPOA – Multi Protocol Over ATM
• Modelo Peer para IP sobre ATM:– O Cell Switching Router – CRS (Solução Toshiba)– IP Switching (Solução Ipsilon – Nokia)
– IP Navigator (solução Lucent)– Tag Switching (solução Cisco)– Aggregate Route-based IP Switching - ARIS (Solução IBM)
– MPLS (solução IETF)
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Modelo Overlay
• O modelo Overlay usa a rede ATM apenas para transporte do IP.– As redes mantém formas de endereçamentos independentes.– Duas redes para serem gerenciadas.
• Roteadores IP interconectados por redes ATM são considerados vizinhos.– Um número elevado de roteadores vizinhos pode provocar
instabilidade no roteamento IP – A convergência das tabelas de rotas é mais lenta e elas
podem mudar com muita freqüência.
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Modelo Overlay
• Os CVPs ATM são transparentes para o mundo IP.
IP
IP sobre ATM
ATM ATM
ATM
CVP
CVP
CVP
CVP
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Modelo Overlay
• E a convergência do roteamento em uma rede como esta?– A “inundação” usada por protocolos de roteamento pode
ser crítica em uma arquitetura como esta.
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rModelo Peer
• O modelo Peer integra as duas redes.– Os comutadores ATM passam a ser vistos como
roteadores IP.– Os problemas do modelo Overlay são eliminados.– Fabricantes apresentaram suas implementações para o
modelo Peer.
• O MPLS tem sua origem no modelo Peer. É uma solução independente de fabricantes (a solução foi proposta pelo IETF).
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Modelo Peer
• Os comutadores ATM passam a processar também o protocolo IP.
ATM
IP
ATM
IP
ATM
IP
Rede ATM
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rSwitch ATM como LSR
Roteadores IP conectadosentre si usando um overlayde circuitos virtuais emuma rede ATM
Comutadores ATM transformados em LSR. Não há necessidade de manter circuitos virtuais entre os roteadores. Não há modificação no hardware, somenteno software
R1
R2
R3 R4
R5
R6
R1
R2
R3 R4
R5
R6
LSR1
LSR2
LSR3
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MPLS e Modelo OSI
• O MPLS está localizado entre a camada de Rede (3) e a camada de Enlace (2) do modelo OSI.
ATM, Frame Relay, Gigabit Ethernet, PPP, etc
CAMADA 3
MPLS
CAMADA “2.5”
Protocolos de Rede(IPv4, IPv6, IPX, etc)
CAMADA 2
IP Header
MPLS header
Layer 2 header
MPLS header
IP Header
IP Header
payload
payload
payload
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Operação MPLS
• Na tecnologia IP os pacotes são roteados a partir de seu endereço IP de destino.– Diversos fluxos com o mesmo destino são tratados de
forma independendente.– Todos roteadores devem realizar funções de roteamento e
encaminhamento.
1. Pacote é recebido
2. A tabela de rotas indicará o próximo roteador em função do destino final.
3. O pacote será encaminhado para o próximo roteador.
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Operação MPLS
• LER – Label Edge Router– É o roteador de borda na arquitetura MPLS.– Realiza funções de roteamento e classificação dos fluxos de dados.
• LSR – Label Switching Router– É o roteador de núcleo na arquitetura MPLS.– Realiza funções de comutação.
• LSP – Label Switched Path– É o caminho unidirecional estabelecido para o encaminhamento de um
fluxo de dados.– Começa e termina em um LER, passando por vários LSR.
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Operação MPLS
LSP
LER
LER
LSR
LSRLSR
LSR
Roteamento IP
Roteamento IP
Encaminhamento MPLS
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Operação MPLS
• FEC – Forward Equivalent Class– Uma FEC é formada por um grupo de pacotes que atende a
um mesmo critério de encaminhamento.
• LIB – Label Information Base– É uma tabela usada como referência na comutação MPLS.– Deve estar presente em todos LSR.– A LIB não faz referência a origem/destino dos dados,
apenas a entrada/saída dos dados em um LSR.
LERLER LSRLSR LSRLSR LERLERIPIP IPIP
IE | LE | IS | LS
3 | L1 | 5 | L7
LIBLIB
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Operação MPLS
• Rótulo– O rótulo é o cabeçalho com as informações necessárias pela
tecnologia MPLS.– Vários rótulos podem ser empilhados.
TTLBSEXPLabel
DadosCabeçalho Camada 3Rótulo MPLSCabeçalho Camada
2
32 bits
20 bits 3 bits 1 bit 8 bits
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Operação MPLS
• Campos do rótulo MPLS:
– Label: é o valor de referência (20 bits) usado na comutação.
– EXP: bits onde pode ser colocado um código de priorização (solução DiffServ aplicada ao MPLS).
– BS: bit que sinaliza o final de uma pilha de rótulos.
– TTL: cópia do campo TTL do cabeçalho IP. Isso evita a necessidade de processamento do cabeçalho IP.
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rOperação MPLS – Onde colocar o Label
•Como parte do cabeçalho MAC:•VCI/VPI no ATM;•DLCI no Frame Relay;
•Através de uma inserção entre os cabeçalhos das camadas MAC e de Rede
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MPLS – Multiprotocol Label Switching
LSP 1
LSP 2
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MPLS – Multiprotocol Label Switching
CoreEdge
LSP 1
LSP 2
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Operação MPLS
• Rede MPLS realizando a troca de Rótulos:
77
31
5011
92
Entr. Saíd.
77 31
Entr. Saíd.
31 50
Entr. Saíd.
50 11
Entr. Saíd.
11 92
LIB
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Planos de Controle e de Encaminhamento
• Um pacote ao ingressar em uma rede MPLS será enviado através de um LSP.
• O roteador de borda (LER) irá inserir o rótulo (ou a pilha de rótulos) e iniciar o encaminhamento.
• O encaminhamento será feito com a comutação do pacote a partir de seu Label.– O encaminhamento acontece no plano de encaminhamento.
• Como um LSP é configurado para o encaminhamento dos dados?– Essa operação é feita no plano de controle.
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Planos de Controle e de Encaminhamento
Plano de Controle Roteamento IP
(Estático ou Dinâmico: OSPF. IS-IS, BGP, etc.)
Plano de Encaminhamento
Comutação
ATM, Frame Relay, Ethernet, etc.
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rPlano de Controle (Roteamento) e de Encaminhamento
• Paradigma fundamental do MPLS: desacoplamento das funções dos planos de roteamento e encaminhamento;
• Comutadores ATM que suportem MPLS são verdadeiramente roteadores IP;
• Os comutadores ATM passam a ter endereços IP e funcionalidades dos protocolos de roteamento (do tipo OSPF, RIP, BGP, etc);
• Nos “roteadores” ATM, os datagramas dos protocolos de roteamento são mapeados sobre a ALL5 e distribuídos nas interfaces ATM em VPI/VCI reservados especificamente para este fim.
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Protocolo LDP
• O protocolo LDP é uma das formas para estabelecimento automático de LSPs.
• Este protocolo fará a negociação dos Labels entre os LSRs e LERs para o estabelecimento do LSP.
• Funções principais do LDP:– Descoberta de vizinhos: mensagens para anunciar a presença de
um LSR e ratificar que o LSR continua presente;– Estabelecimento e manutenção de sessões: mensagens para
estabelecer, manter e terminar sessões LDPs entre dois LSR´s;– Anúncio de rótulo (label): mensagens para criar, modificar e
suprir mapeamentos de rótulos para FEC´s;– Notificações: mensagens usadas para prover informações de
estado da rede e sinalizar erros;
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Vizinhos
• Vizinhos conectados diretamente:– Possuem conexão de camada 2 entre eles.– Estão a 1 Hop IP de distância.– A conexão de camada 2 pode ser uma rede Ethernet, um CVP ATM,
etc.– As mensagens de Hello são encapsuladas em UDP e enviadas para
224.0.0.2 (Multicast).
• Vizinhos conectados indiretamente:– Não possuem conexão de camada 2 entre eles.– Estão a vários Hops IP de distância.– A conexão entre eles pode ser feita através de um túnel MPLS-TE.– Mensagens Unicast são enviadas para o endereço do vizinho
(configuração prévia).
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Estabelecimento de Sessões
• O estabelecimento de uma sessão possui duas etapas:
• 1ª Etapa: Determinar quem desempenha o papel ativo e quem desempenha o papel passivo na sessão.– Normalmente isso é feito comparando o LSR-ID
configurado em cada roteador.– O de maior valor assume o papel ativo na sessão.– O roteador ativo inicia o estabelecimento de uma conexão
TCP (porta 646) com o roteador passivo.
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Estabelecimento de Sessões
• 2ª Etapa: Inicializar os parâmetros da sessão.– Os parâmetros são trocados através de mensagens de
inicialização.– Os parâmetros negociados incluem versão, método de
distribuição de rótulos, timers e intervalos VPI/VCI (apenas para conexões através de redes ATM).
• A manutenção das sessões é feita através de mensagens periódicas de Hello e Keepalive.– O intervalo de envio destas mensagens (cerca de 60
segundos) pode ser alterado.
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Estabelecimento de Sessões
R1
R4
R2R3
R5R6
IPxIPy
R3 R6HELLO
HELLO
Open TCP
TCP OK
INITIALIZATION
INITIALIZATION
KEEP_ALIVE
KEEP_ALIVE
Descoberta
Conexão da Camada de Transporte
Inicializaçãoda SessãoLDP
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rAnúncio de Rótulos
• O anúncio de rótulos é usado para a configuração do LSP.
• São usadas 7 mensagens:– Endereço: (divulgar lista de endereços IP alcançáveis
pelas interfaces do LSR);– Retirada de endereço;– Solicitação de rótulo;– Mapeamento de rótulo;– Retirada de rótulo;– Liberação de rótulo;– Pedido de cancelamento de rótulo;
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rIP Convencional - Informação de Roteamento
• O roteadores usam os protocolos de roteamento para construir as suas tabelas de roteamento;
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rIP Convencional - Encaminhamento de Pacotes
• Para encaminhar os pacotes, os roteadores procuram na tabela de roteamento usando o endreço IP do destino no pacote
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rMPLS - Informação de Roteamento
• O roteadores usam os protocolos de roteamento para construir as suas tabelas de roteamento;
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r
Distribuição de Rótulos
• A distribuição de rótulos pode ser feito de duas formas:• 1ª Forma: Downstream não solicitado
– Labels são distribuídos independentemente da necessidade.
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MPLS – Encaminhamento de Pacotes
• Os pacotes são encaminhados com base no rótulo
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rDistribuição de Rótulos
R1
R4
R2R3
R5R6
IPxIPy
R3 R6
LABEL_MAPPING(L3)
Fase Ativa comAlocaçãoDownstream:Criação do LSPda FEC Fy quemapaeia IPy
LABEL_MAPPING(L2)
LABEL_MAPPING(L1)
R2R1
L1L2 L3
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Distribuição de Rótulos
• 2ª Forma: Downstream por demanda– Labels são distribuídos somente se houver necessidade.– Requisição de Labels:
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Distribuição de Rótulos
• 2ª Forma: Downstream por demanda– Associação dos Labels requisitados:
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rDistribuição de Rótulos
R1
R4
R2R3
R5R6
IPxIPy
R3 R6
LABEL_MAPPING(L3)
Fase Ativa comAlocaçãoDownstreamsob Demanda:Criação do LSPda FEC Fy quemapaeia IPy
LABEL_MAPPING(L2)
LABEL_MAPPING(L1)
R2R1
L1L2 L3
LABEL_REQUEST
LABEL_REQUEST
LABEL_REQUEST
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rProtocolo RSVP (ReSerVation Protocol)
• Protocolo de sinalização usado para reserva de capacidade em elementos de rede.– Desenvolvido inicialmente para uso em redes IP.– Pode ser transportado sobre UDP ou diretamente sobre IP.
• Quando usado em MPLS o RSVP fará a reserva de capacidade (banda) fim-a-fim.– Em MPLS o RSVP não é usado para alocação de espaço em
filas WFQ (Weighted Fair Queuing).
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Protocolo RSVP
• O RSVP aceita roteamento explícito.– O caminho a ser usado é indicado no momento da
solicitação.
• Como saber o caminho no momento da solicitação?
• O roteamento IP escolhe apenas o caminho de menor custo até um destino.– Isso resulta em um valor de custo total entre a origem e o
destino para que seja tomada a decisão.
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r
Protocolo RSVP
• A escolha do caminho passa a ser feita pelo algorítmo CSPF (Constrained Shortest Path First ).– Considera requisitos de QoS (como BW).
A
BC
D
5
8
3
10
4
Caminho mais curto entre A e D:
A -> B -> C -> D (custo 12)
A
B C
D
5, 100 Mbps
8, 90 Mbps
3, 50 Mbps
10, 100 Mbps
4, 60 Mbps
Caminho mais curto entre A e D com garantia de 60 Mbps:
A -> B -> D (custo 13)
{ Custo, BW }
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r
Agregação
• Vários LSPs podem ser agregados, se tornando um único LSP.– Redução das LIBs.– Melhora no desempenho.
• A agregação só pode ser feita se os LSPs tiverem o mesmo destino na rede.– Ela poderá ser feita a partir do ponto onde os LSPs
coincidem.
LSP1
LSP3
LSP4 LSP2
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Técnicas de QoS
• A tecnologia MPLS pode fazer uso das duas técnicas mais usadas para garantir QoS:– Serviços Integrados (IntServ)– Serviços Diferenciados (DiffServ)
• Na solução IntServ a QoS é garantida a partir da reserva de capacidade.– O protocolo RSVP é usado para sinalização.– LSPs podem ser estabelecidos a partir de critérios de QoS
(como a BW), como vimos.
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rServiços Diferenciados - DiffServ
• Na solução DiffServ a QoS é garantida a partir da priorização dos dados no interior da rede.
• DiffServ aplicado em redes IP usa o DSCP (6 bits) para indicação da priorização.– Em MPLS os bits EXP (3 bits) são usados para esta indicação.
DSCP ≠ EXP
DSCP → IP EXP → MPLS
DSCP → 6 bits EXP → 3 bits
Mapeamento
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Serviços Diferenciados - DiffServ
• Os bits EXP podem ser tratados de 3 formas diferentes:
• 1º Caso: IP2MPLS (IP para MPLS)– Situação de entrada de pacotes IP em uma rede MPLS.– Um ou mais rótulos serão acrescentados ao pacote IP.– O mapeamento DSCP para EXP deverá ser feito.– Alguns fabricantes apenas copiam os 3 bits mais
significativos do DSCP para o EXP.
IP
DSCP = 40
(4010 = 1010002)
MPLS
EXP = 5
(510 = 1012)
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Serviços Diferenciados - DiffServ
• 2º Caso: MPLS2MPLS (MPLS para MPLS)– Situação em que um rótulo MPLS é empilhado sobre outro
rótulo MPLS.– O EXP é copiado de um rótulo para outro.– Se for feita apenas a troca de rótulo, o EXP é copiado do
rótulo antigo para o rótulo novo.
• 3º Caso: MPLS2IP (MPLS para IP)– Situação de saída de pacotes da rede MPLS para uma rede
IP.– Com a retirada do rótulo (ou dos rótulos) o EXP desaparece.– Na rede IP o DSCP voltará a ser processado.
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rEmpilhamento de Rótulos, Túneis e Hierarquia
• Empilhamento de Rótulos no MPLS:– provê capacidade de criação de túneis;– mantém a identidade de várias correntes de
pacotes quando estes são agregados em um único LSP, permitindo separar os pacotes no ponto de desagregação;
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rEmpilhamento de Rótulos, Túneis e Hierarquia
R1 R2 R3 R4 R5R21 R22R23
L11 L21 L22 L23 L13L12 L14
Domínio do backbone
•R2 e R21 são pares LDP Locais (vizinhos IGP)•R2 e R3 são pares LDP remotos
L11
L12
L21
L12
L22
L12
L23 L12 L13 L14
•LSP1 <R1, R2, R3, R4, R5>
•LSP2 <R2, R21, R22, R23, R3>
•LSP1 tunelado no LSP2
LSP1 R1→R5LSP2 R2→R3
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Necessidade de Proteção na Rede
Redes Falham
Enlaces Falham
Roteadores Falham
Cabos, Fibras,
Adaptadores, etc
Falta de alimentação, Manutenção
preventiva, Falha do roteador, etcDados são
perdidos !!!
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Necessidade de Proteção na Rede
• Os caminhos em uma rede MPLS são derivados do roteamento IP (IGP).– Exceto se os LSPs forem estabelecidos por critérios de
QoS.
• O roteamento IP busca sempre o caminho mais curto.
• Em situação de falha, o caminho mais curto (derivado do IGP) não poderá ser usado.– Os LSPs estabelecidos são perdidos e novos devem ser
estabelecidos (esse procedimento não é considerado proteção).
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Necessidade de Proteção na Rede
Rede operando
normalmente
Falha !!!
(pacotes começam a
ser perdidos)
LSPs perdido
s
IGP dispara a atualização
do roteamento
IP
Tabelas de roteament
o atualizada
s
Novos LSPs devem ser estabelecid
os
Falha contornada
!!!
(no mundo IP)
Falha contornada !!
!
(no mundo MPLS)
Rede operando
normalmente
tempo
Pacotes deixam de
ser perdidos
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Necessidade de Proteção na Rede
Proteção é ter procedimentos preparados que, quando aplicados a recursos selecionados, garantem a perda mínima de tráfego na falha.
Isso é denominado Fast Reroute.
• A proteção pode ser feita em recursos físicos (enlace e/ou nós) ou em recursos lógicos (LSP que atravessam enlaces ou nós).
– A proteção pode ser concentrada em recursos lógicos a partir de falhas físicas.
• A proteção deve estar preparada antes da falha.– Não se considera como proteção alocar capacidade quando a falha é
identificada.
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Necessidade de Proteção na Rede
Rede operando
normalmente
Falha !!!
(pacotes começam a
ser perdidos)
Tráfego desviado para
a proteção
Rede operando
normalmente
tempo
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Proteção de Caminhos
• Proteção de Caminhos (fim-a-fim)– Para cada LSP principal estabelecido um LSP de proteção (LSP de
backup, secundário ou standby) é criado.– O caminho do LSP de backup deve ser o mais diferente possível do
caminho do LSP principal.
LSP Principal
LSP Backup
LSP Sinalizado, mas sem tráfego
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Proteção de Caminhos
• Proteção de Caminhos (fim-a-fim)– É possível usar os dois LSPs, dividindo o tráfego entre eles
(balanceamento de carga).– Na situação de falha, 100% do tráfego é enviado pelo LSP que
permaneceu ativo.
LSP com 50% da carga e 50% de capacidade
de proteção
LSP com 50% da carga e 50% de capacidade
de proteção
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Proteção Local
• Proteção Local– Apenas um segmento do LSP principal é protegido.– Um LSP de backup é roteado contornando o segmento protegido.– É mais rápida do que a proteção de caminhos.– Pode trabalhar na forma 1:N (1 LSP de proteção protegendo N LSPs
principais).
• Terminologia:– PLR – Ponto de Reparo Local: ponto de início do LSP de proteção.– MP – Ponto de Mesclagem: ponto final do LSP de proteção.– NHop – Roteador do Salto Seguinte: roteador localizado a um salto de
distância do PLR (define um enlace protegido).– NNHop – Roteador de Salto Após o Seguinte: roteador localizado a dois
saltos de distância do PLR (define um nó protegido).
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Proteção Local
LSP Principal
LSP Proteção 0
LSP Proteção 1
PLR
MP
MP
NHop
NNHop
Enlace Protegido
Nó Protegido
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Empilhamento de Rótulos na Proteção Local
• A comutação para a proteção torna necessário o empilhamento de rótulos.– Garantia de transparência.– O rótulo usado no LSP backup é sobreposto ao rótulo usado no Enlace que
falhou.
LSP Principal
Enlace Protegido
16
3322
78, 33
45, 33
33
Operando no “Modo Global de
Rótulos”
• Os Labels não são associados
com as interfaces
O Label do enlace protegido fica abaixo do Label da Proteção
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Proteção de Nó
• Proteção de Nó– A proteção de Nó também faz a proteção de Enlace.
• Na proteção de Enlace o rótulo de proteção é sobreposto ao rótulo do enlace que falhou.
• Na Proteção de Nó, o Nó que falhou (o NHop) faria a troca de rótulos.– Como saber qual o rótulo esperado pelo NNHop?
• O PLR deverá conhecer os rótulos usados ao longo do LSP.
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Proteção de Nó
LSP Principal
16
3322
78, 22
45, 22
Nó Protegido
22
11, 22
NNHopPLR
O Label esperado pelo NNHop fica abaixo do Label usado no
LSP de proteção
Operando no “Modo Global de
Rótulos”
• Os Labels não são associados
com as interfaces
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Engenharia de Rede
Engenharia de Rede é a manipulação da rede para que ela se ajuste ao tráfego.
• A expansão da rede é função da expansão do tráfego.– A expansão da rede é lenta e a do tráfego pode ser
rápida.– Necessidade de antecipação (semanas/meses/anos).
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Engenharia de Tráfego é a manipulação do tráfego para que ele se ajuste à rede.
Engenharia de Tráfego
• O tráfego nunca atenderá a uma previsão feita na Engenharia de Rede.
– A taxa de crescimento do tráfego normalmente excede qualquer previsão.
• A estrutura da rede pode ser alterada repentinamente.– Situações de falha em equipamentos e/ou enlaces.
• A engenharia de Tráfego não é exclusividade do MPLS.– Engenharia de Tráfego é um conceito que pode ser aplicado a várias
tecnologias de rede.
• Objetivo: prover uma rede confiável com mínima vulnerabilidade em situações de erros e falhas;
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Engenharia de Tráfego
• Objetivo: prover uma rede confiável com mínima vulnerabilidade em situações de erros e falhas;
• Responsável por customizar a rede, levando em consideração aspectos de custo (banda, buffer, e recursos computacionais) e qualidade (atraso, jitter, perda de pacotes, throughput);
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Engenharia de Tráfego
• Dois caminhos possíveis entre R1 e R3:– R1 -> R2 -> R3: custo 20– R1 -> R4 -> R5 -> R3: custo 30
• O roteamento IP usará sempre o caminho mais curto.– O outro caminho não será utilizado.
Custo = 10 Custo = 10
Custo = 10
Custo = 10
Custo = 10
R1 R2 R3
R4 R5
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Engenharia de Tráfego
• Para distribuir o tráfego entre os dois enlaces os custos poderiam ser alterados.– Iniviável fazer isso em IP.
• Poderia alterar todo o roteamento na rede.• Traria mais problemas do que soluções.
– Em ATM isso pode ser feito estabelecendo PVCs com mesmo custo.
• Esta solução não interfere nas outras comunicações da rede.
• Solução com tecnologia de circuito virtual.
• O MPLS possui semelhanças com as tecnologias de circuito virtual ?
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Engenharia de Tráfego com MPLS
• O MPLS-TE combina capacidades de engenharia de tráfego ATM com a flexibilidade e a diferenciação de classes do IP.
• ATM– Circuitos virtuais estabelecidos para a comunicação entre
dois pontos.– Encaminhamento restrito a estes circuitos.– Capacidade de reserva de capacidade para estes circuitos
virtuais.• IP
– Comunicação flexível, baseada no endereço de destino.– Possibilidade de priorização de determinados dados no
interior da rede.
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GMPLS – Generalized MPLS
• MPLS: técnica que realiza o encaminhamento de pacotes e células de uma rede de dados;
• GMPLS: estende esse conceito para outras classes de interface e comutação, como por exemplo, TDM e comutação óptica (lambda e fibra);
• No GMPLS os LSP´s para o encaminhamento de informação é também baseado em time slots, comprimento de ondas ou portas físicas.
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Tipos de Interfaces GMPLS
• PSC (Packet Switch Capable): interfaces que reconhecem pacotes ou células;
• TDM (Time Division Multiplex): interfaces que tratam informação contida em time slot repetidos ciclicamente;
• LSC (Lambda Switch Capable): interfaces que trabalham com comprimento de ondas ópticos;
• FSC (Fiber Switch Capable): interfaces que encaminham dados entre interfaces físicas/portas.
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Labels no GMPLS
• Novos formatos de labels foram definidos para possibilitar o tráfego de informação no domínio do tempo e óptico;
• Denominados de labels generalizados;
• Contém informação suficiente para que os nós na rede montem as suas conexões;
• Cinco tipos:– Generalized Label Request;
– Generalized Label;
– Waveband Switching;
– Suggested Label;
– Label Sets.
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Generalized Label Request
• É usado quando um caminho está sendo criado;
LSP Enc. Type Switching Type G-PID
Indica o tipo de
codificação que será usado no
LSP
Indica o tipo de comutação que deve ser realizada em um
enlace particular.Esse campo é
necessário em enlaces que permitem mais de
um tipo de comutação.
Informa o Payload que será
transportado pelo LSP,
identificando o tipo de aplicação que será usado
no LSP
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Generalized Label Request
Tipo de Codificação•Pacote;•Ethernet;•ANSI/ETSI PDH;•Lambda;•Fibra, etc.
Tipo de Comutação•PSC-1; •PSC-2; •PSC-3; •PSC-4; •TDM; •LSC; •FSC.
Tipo de Payload•Asynchronous mapping of E4 – SDH;•Asynchronous mapping of E3 – SDH;•Asynchronous mapping of E1 – SDH;•Byte synchronous mapping of E1 – SDH;•Bit synchronous mapping of E3 – SDH;•DS1 SF Asynchronous – SONET;•DS3 M23 Asynchronous – SONET;•ATM mapping – SDH;•Ethernet – SDH, Lambda, Fibra;•SONET/SDH – Lambda, Fibra;
LSP Enc. Type Switching Type G-PID
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Generalized Label
• Está presente em mensagens de sinalização no sentido do nó de destino para o nós origem;
• Identifica os dados no formato pacotes, time-slots, comprimentos de onda e posições físicas de porta;
• No caso de configurações FSC ou LSC que usam múltiplos canais de dados controlado por um único canal de controle, o label indica o canal de dados que deve ser usado pelo LSP;
• Assim, o label indica a fibra ou o comprimento de onda que deve ser usado.
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Waveband Switching
• Mesmo formato do Generalized Label;
• Usado para representar um conjunto contínuo de comprimentos de onda que podem ser comutados juntos;
• Todos os campos possuem 32 bits;
Waveband ID
Start Label
End Label
Identifica a largura dos comprimentos de onda. Esse valor é selecionado e reusado em todas as mensagens subseqüentes.
Identifica o comprimento de onda com menor valor que forma a Waveband.
Identifica o comprimento de onda com valor mais elevado que forma a
Waveband.
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Suggested Label
• Formato idêntico ao do Generalized Label;
• Usado quando há interesse do nó de origem em sugerir o label (quando o tempo para estabelecer o label no hardware de nós intermediários é considerável);
• Cabe ao nó de destino responder à solicitação do nó origem;
• Caso o nó de destino informe um label diferente, o nó de origem irá se configurar para usar o label informado ou enviará uma mensagem de erro.
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Label Set
• Usado para limitar as escolhas de label que poderão ser feitas pelo nó de destino, restringindo o label que pode ser usado por um determinado caminho LSP entre dois nós;
• No recebimento da informação de label set, o nó de destino irá restringir a sua escolha de label, comparando os labels disponíveis na sua interface com o label set;
• Caso não haja compatibilidade, uma mensagem de erro será enviada.
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Label Set
• Quatro casos que mostram como o Label Set é útil no domínio óptico. – Quando um equipamento envolvido é capaz apenas de transmitir
sob um grupo específico de comprimentos de onda;
– Quando a seqüência de interfaces não suporta a conversão de comprimentos de onda, exigindo assim que o mesmo comprimento de onda seja usado fim-a-fim;
– Quando é desejável limitar os valores de comprimento de onda usados para reduzir a distorção dos sinais ópticos;
– Quando as duas extremidades de um enlace suportam diferentes comprimentos de onda.
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Conclusões
• MPLS X CIRCUITO VIRTUAL– MPLS ≠ Comutação de Circuito
– O modo como as rotas são construídas na Internet (MPLS) é diferente do modo de construção das rotas nas redes orientadas a conexão;
– A despeito do fato de muitas pessoas na comunidade da Internet terem uma intensa antipatia pelas redes orientadas a conexão, a idéia parece ser recorrente, e desta vez para permitir o roteamento rápido e oferecer qualidade de serviço;
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Conclusões
• Vantagem direta: encaminhamento baseado em rótulos (consideravelmente mais rápido);
• Permite a utilização de diversos mecanismos, como Engenharia de Tráfego, associação de Parâmetros de QoS, etc;
• “Orientação a conexão” em redes IP;
• Integração mais fácil com outras tecnologias de rede.
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• ALWAYN, V., Advanced MPLS Design and Implementation – Cisco Press• ENNE, Antônio J. F. Frame Relay – Redes, Protocolos e Serviços - Axcel Books do
Brasil Editora LTDA• KUROSE, James F. e Ross, Keith W. Redes de Computadores e a Internet. Addison
Wesley• McDYSAN, D., ATM and MPLS – Theory and Application – McGraw-Hill• McDYSAN, D., QoS & Traffic Management in IP & ATM Networks, McGraw-Hill,
2000• PEPELNJAK, I. E Guichard, J., MPLS and VPN Architectures – Cisco Press• PRYCKER, M. D., Asynchronous Transfer Mode, Solution for Broadband ISDN,
Third Edition, Prentice Hall, 1995.• TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores – 5a edição. Editora Campus.• The Basic Guide to Frame Relay Networking – Tutorial disponível em
http://www.ipmplsforum.org/
Referências Bibliográficas
