O rápido crescimento da Internet nos últimos anos e o avanço da tecnologia vem fazendo com que novos paradigmas de transmissão sejam vistos como a base para uma futura geração. A Internet está se tornando o meio de comunicação preferido, e o crescimento de tráfego de dados é inevitável. Crescendo rapidamente aumenta a necessidade de tráfego interativo e o futuro tende trazer aplicações com mais demanda.

A heterogeneidade de transporte hoje é grande e beneficia o desenvolvimento de novos paradigmas para Aplicações Distribuídas. O presente artigo tem com objetivo fazer uma avaliação nas definições da arquitetura MPLS, abordando em mais detalhes MPLS TE, o que significa; suas vantagens e desvantagens e qual a sua finalidade.

MPLS, ou MultiProtocol Label Switching, é uma tecnologia de encaminhamento de pacotes baseada em rótulos (labels) que funciona, basicamente, com a adição de um rótulo nos pacotes de tráfego (O MPLS é indiferente ao tipo de dados transportado, pode ser tráfego IP ou outro qualquer) à entrada do backbone (chamados de roteadores de borda) e, a partir daí, todo o roteamento pelo backbone passa a ser feito com base neste rótulo. Substitui a decisão de roteamento IP por pacotes (baseada em campos do cabeçalho IP, normalmente endereço IP de destino) e tabelas de roteamento. Esta abordagem acelera o processo de roteamento porque a pesquisa do próximo salto (hop) se torna muito simples comparado ao roteamento por lookup. Cada rótulo representa um índice na tabela de roteamento do próximo roteador. Pacotes com o mesmo rótulo e mesma classe de serviço são indistinguíveis entre si e por isso recebem o mesmo tipo de tratamento.

O objetivo de uma rede MPLS não é o de se conectar diretamente a sistemas finais. Ao invés disto ela é uma rede de trânsito, transportando pacotes entre pontos de entrada e saída.

Ele é chamado de multi protocolo, pois pode ser usado com qualquer protocolo da camada 3, apesar de quase todo o foco estar voltado no uso do MPLS com o IP. Este protocolo é na verdade um padrão definido com base em diversas tecnologias similares desenvolvidas por diferentes fabricantes. Ele é referido por documentos do IETF como sendo uma camada intermediária entre as camadas 2 e 3, fazendo com que estas se "encaixem" melhor.

Terminologia

Label Switch Path (LSP) – Cada caminho de rede criado pelo MPLS é um LSP. Esses caminhos são unidirecionais e se limitam ao AS ou domínio da rede. Funciona diferente dos VCs ATM que são bidirecionais. O LSP é um caminho só de ida.

Label Switch Router (LSR) – Todo roteador que suporta o MPLS é um LSR. O LSR é responsável por encaminhar o trafego de dados no LSP. Existem 4 tipos diferentes de LSR:

Ingress Router – É a única entrada de dados do LSP no MPLS. O IPv4 é encapsulado no MPLS e adicionado o rótulo pelo Label Push Operation. Todo LSP tem que ter um e somente um Ingress Router;

Transit Router – Todos os roteadores localizados no meio do LSP são considerados Transit Router. Cada LSP pode ter de 0 a 253 Transit Routers. Como o máximo de roteadores sem um LSP é de 255 e temos 2 deles para entrada e saída, o máximo de Transit Routers é 253;

Penultimate Router – Um dos Transit Router do LSP, o penúltimo, tem uma função específica: Ele faz o Label Pop Operation que é a retirada da informação de MPLS do pacote. Depois de consultar a tabela switching MPLS ele envia o pacote IPv4 para o último roteador do LSP;

Egress Router – É o ponto final do LSP. Todo LSP tem que ter um e somente um Egress Router que entrega o pacote IPV4 para o destino.

Labels (rótulos) – Alguns rótulos são reservados pelo IETF para uso específico:

0 - IPv4 Explicit NULL –Esse Labelé usado somente quando o IPv4 segue o cabeçalho MPLS;

1 - Router Alert Label –Indica que o pacote deve ser enviado para processamento no Routing Engine e não deve ser encaminhado como um pacote normal;

2 - IPv6 Explicit NULL –Válido apenas quando o IPv6 segue o cabeçalho MPLS.

3 - Implicit NULL –Esse valor não deve nunca aparecer no cabeçalho do MPLS. Um router recebendo esse Label vindo do vizinho de baixo do fluxo informa que ele deve retirar os Labelsantes de entregar para o routerlogo abaixo (o que enviou).É usado no Penultimate Router;

4 até 15 - Reservado para uso futuro;

0 até 1023 - Uso de Label.

Características

A arquitetura MPLS desponta como um emergente padrão em normatização pelo IETF. Entre as suas características mais notáveis podemos citar:

A agilidade no encaminhamento de pacotes proporcionada pela inspeção de etiquetas no denominado roteamento explícito, onde os pacotes são analisados somente na borda de um domínio MPLS;

Implementação de orientação à conexão em redes IP, o que propicia a Engenharia de Tráfego;

Suporte otimizado às arquiteturas de IP QoS como o IntServ (Serviços Integrados) e DiffServ (Serviço Diferenciado);

Independência da tecnologia de camada de ligação de rede e protocolos da camada de rede, propiciando a integração e interoperabilidade em ambientes heterogêneos;

Simplificação na interoperabilidade de redes IP não ATM e redes IP ATM, possibilitando o mapeamento de requisitos IP QoS em rede IP sobre ATM, pois tanto em redes não ATM como em redes ATM o MPLS pode atuar como arquitetura única de encaminhamento de pacotes;

Suporte à implementação de VPN em ambientes de grande escala, com simplificação de gerenciamento, incremento de desempenho e suporte a IP QoS.

Vantagens

• Encaminhamento MPLS poder ser feito apenas com comutadores no papel de RCR (LSR). Usualmente os comutadores são capazes de realizar as tarefas de pesquisa e troca de rótulos mas não são capazes de analisar o cabeçalho da camada de rede, ou não são capazes de faze-lo rápido o bastante. A utilização de comutadores no lugar de roteadores é vantajosa porque os comutadores são em geral mais baratos e operam a velocidades superiores à dos roteadores.
• Outra vantagem introduzida pelo MPLS é decorrente do fato dos pacotes serem analisados apenas uma vez, quando entram na rede MPLS. Sendo assim o roteador de ingresso pode utilizar qualquer informação sobre o pacote, não necessariamente presente no cabeçalho da camada de rede, para determinar a qual CEE pertence o pacote. Com isso é possível se criar classes de serviço para se diferenciar pacotes e se realizar engenharia de tráfego para não sobrecarregar rotas congestionadas. Assim pode-se por exemplo escolher caminhos mais rápidos, porém com custo mais elevado, para pacotes de maior prioridade.
• Uma terceira vantagem seria a possibilidade de se rotular diferenciadamente pacotes que entram por roteadores ou até mesmo interfaces diferentes.Isto permite a fácil criação de Redes Privadas Virtuais(Virtual Private Networks-VPN's).
• Existe ainda uma vantagem que é inerente a própria concepção da arquitetura. Como a parte pesada do processamento dos pacotes é feita nas bordas da rede, o núcleo da rede pode operar com mais folga. Isto é uma grande vantagem uma vez que a taxa de pacotes por segundo no núcleo da rede é maior do que a taxa de pacotes nas bordas.
• Escalabilidade para a rede;
• Performance superior para o roteamento de pacotes da rede;
• Aumento de possibilidades em soluções VPN que o ISP pode oferecer aos clientes;
• Engenharia de tráfego;
• Qualidade de Serviço;
• Redundância.
• Engenharia de Tráfego

Uma das grandes possibilidades do MPLS é a formação de MPLS TE - Traffic Engineering.

O MPLS TE - acrônimo de Multiprotocol Label Switching Traffic Engineering - é uma tecnologia que implementa engenharia de tráfego em redes IPs ao permitir o estabelecimento de caminhos alternativos nestas redes - diferentes dos caminhos definidos pelo protocolo IGP - baseado em critérios de recursos disponíveis, métricas sensíveis ao atraso ou, por exemplo, segundo características físicas do enlace.

Para exemplificar o funcionamento da engenharia de tráfego considere a topologia da figura abaixo. Suponha que as conexões entre os roteadores tenham a mesma métrica IGP, portanto, o tráfego originado no roteador R1 em direção ao roteador R6 utilizará o caminho R1-R2-R4-R6 definido pelo IGP mesmo que este caminho esteja congestionado, enquanto o caminho alternativo R1-R3-R5-R6 poderá estar subtilizado. Para aproveitar o caminho alternativo T2, criaria-se dois túneis (T1 e T2) TE entre os roteadores R1 e R6 realizando o balanceamento de carga entre os mesmos. Desta forma o tráfego seria encaminhado por caminhos diferentes ou alternativos aos caminhos definidos pelo IGP.

A ativação destes caminhos ocorre pela configuração de Túneis TE unidirecionais, sendo que a origem do túnel é denominada de Headend e o destino é denominado de Tailend . O encaminhamento do tráfego nos roteadores será baseado na comutação de labels que, por sua vez, foram mapeados utilizando o protocolo Reservation Protocol (RSVP). Este protocolo foi originalmente concebido para ser utilizado como um mecanismo de sinalização para a arquitetura de QoS, denominada de Serviços Integrados (IntServ), na qual a aplicação do cliente sinaliza na rede a reserva de banda necessária para a mesma. O desenvolvimento deste protocolo permitiu que ele fosse utilizado como um mecanismo de divulgação de labels para a aplicação de MPLS TE.

Antes do estabelecimento do túnel, o roteador Headend precisa determinar o caminho que será utilizado para o estabelecimento do túnel. Este processo é similar ao Shortest Path First (SPF) do OSPF e é denominado de Constrained SPF (CSPF). Esse processo determina o caminho do túnel baseando-se na informação de banda disponível e reservável em cada enlace do backbone, métrica do TE e na característica de cada enlace denominada de Afinidade ou Affinity. Estas informações são divulgadas pelo protocolo OSPF ou ISIS que, por sua vez, foram adaptados para divulgar estas informações. No OSPF estas informações são divulgadas utilizando o LSA tipo 10, enquanto que, no ISIS estas informações são divulgadas utilizando o TLV tipo 22.

De posse dessas informações, o roteador Headend executa o CSPF e determina o caminho do túnel MPLS TE de acordo com os requisitos especificados no túnel. O caminho utilizado pelo túnel pode ser definido automaticamente através do CSPF ou pode ser definido um caminho explícito indicando-se os nós que serão incluídos ou excluídos entre o Headend e o Tailend. Uma vez determinado o caminho, o túnel é estabelecido através da sinalização RSVP através das mensagens Path e Resv.

O roteador Headend (Figura abaixo) envia uma mensagem Path ao longo do caminho determinado pelo CSPF em direção ao roteador Tailend. Quando um roteador recebe uma mensagem Path, ele verifica se há banda suficiente para estabelecer o túnel. Este processo é denominado de Controle de Admissão. Quando a mensagem Path chega ao roteador Tailend, ele gera uma mensagem Resv em direção ao Headend com o intuito de indicar que a reserva de banda foi estabelecida e divulgar os rótulos a serem utilizados pelos roteadores UpStream. Quando a mensagem Resv chega ao roteador Headend, o túnel é ativado e está pronto para encaminhar o tráfego. A reserva de banda estabelecida pelo túnel TE atua no plano de controle e, conseqüentemente, não há garantia de banda no plano de encaminhamento. Isto significa que a reserva é utilizada como sinalização e controle de admissão para o tráfego que será encaminhado pelo túnel.

Conclusão

Com os avanços da tecnologia, hoje, podemos encontrar equipamentos de excelente custo benefício, assim como sistemas de Código Aberto, que suportam MPLS, tornando-o assim um protocolo ao alcance de qualquer topologia de rede, desde pequenas empresas a grandes players do mercado (que, normalmente, utiliza-se de tecnologias proprietárias de grande porte e alto custo). Desta forma temos ferramentas práticas para a escalabilidade de redes ao alcance de nossas mãos, bastando para tal pesquisa, estudo e planejamento para a implantação.

Fontes:

http://pt.wikipedia.org/wiki/MPLS

http://imasters.com.br/artigo/10385/redes/implementacao_mpls_te/

http://imasters.com.br/artigo/9866/redes/mpls_te_multiprotocol_label_switching_traffic_engineering/

http://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:MPLS