Estudo Básico do MPLS (Multi Protocol Label Switching) - I Esta série de tutoriais apresenta um estudo básico do MPLS (Multi Protocol Label Switching). Essatecnologia tem por objetivo básico aumentar e melhorar a velocidade de encaminhamento de pacotes nasredes públicas, visando obter um custo menor de acesso do cliente à rede do provedor ou prestador deserviço e possibilitar a convergência da comunicação digital (voz, vídeo e dados) sobre essa mesma rede. Os tutoriais foram preparados a partir do trabalho de conclusão de curso “MPLS (Multi Protocol LabelSwitching)”, elaborado pelo autor, para a graduação do curso de Ciência da Computação do CentroUniversitário São Camilo. Foram orientadores do trabalho a Profa. Ms. Cacilda Jorge de Andrade (forma)e o Prof. Ms. Antônio Márcio M. do Carmo (conteúdo). Este tutorial parte I apresenta inicialmente os conceitos básicos das Redes, detalhando as configuraçõesLAN e WAN, os protocolos Frame Relay e ATM, e os conceitos de roteamento e comutação. A seguirapresenta um breve histórico do surgimento do MPLS, e, na seqüência, apresenta a Arquitetura MPLS,detalhando suas principais características e seu funcionamento.

Adriano Santos Rocha É formado em Ciência da Computação pelo Centro Universitário São Camilo (2007). Possui também ocertificado ITIL Foundation V2, obtido em 2008. Atuou como técnico de redes no projeto Intragov, na Companhia de Processamento de Dados do Estadode São Paulo (Prodesp), participando do gerenciamento e implantação da rede de telecomunicações einformatização dos Fóruns do Estado de São Paulo (infra-estrutura e serviços de conectividade). Atualmente é Analista de Operações na Tecban, atuando na gestão e no auxilio a coordenação da equipede monitoração de redes, com cerca de 20 profissionais sob sua orientação. Atua também nodesenvolvimento de projetos de melhorias e otimizações de fluxos e processos internos da empresa. Anteriormente atuou como suporte especializado em redes na monitoração e detecção de falhas,troubleshooting e reparos dos links de dados dos caixas eletrônicos da rede do Banco24Horas. Email: asrocha@gmail.com

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Categoria: Banda Larga

Nível: Introdutório Enfoque: Técnico

Duração: 15 minutos Publicado em: 24/01/2011

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MPLS I: Introdução Esta seção apresenta os objetivos relevantes para a elaboração deste trabalho, observando pontos focais,os quais tornam a tecnologia MPLS extremamente importante para o ensino atual nos principais cursos epara os profissionais da área de infra-estrutura, redes e TI. Serão inseridas as visões e pretensões, as quaisfazem do assunto MPLS um tema importante a ser pesquisado, apontado às metodologias utilizadas, formade organização e fases de elaboração do texto, além de uma breve introdução sobre o tema e sobre o queserá transmitido ao longo do trabalho.

Objetivo O presente trabalho tem como pretensão descrever os conceitos básicos sobre a tecnologia MPLS e suaarquitetura, indicando passo-a-passo os pontos fortes que se sobressaem em relação às tecnologiasconvencionais de encaminhamento de pacotes IP. Comparações em relação às tecnologias ATM e FrameRelay, características relevantes apontam o MPLS como uma grande tendência de mercado e seu realpotencial, agregando as áreas de atuação que possuem um grande futuro evolutivo com a implantação eutilização desta tecnologia.

Metodologia Com o intuito de expor os objetivos propostos de forma clara e rica em conteúdo, alguns passosimportantes foram seguidos e realizados a fim de fazer com que este trabalho tomasse um enfoque direto eobjetivo, apontando tudo o que é essencial ao leitor: Coleta e uma pesquisa minuciosa de referências bibliográficas dos temas envolvidos no trabalho,incluindo: endereçamento IP, modelo OSI, arquitetura de redes WAN, conceitos de redes ATM, FrameRelay e MPLS, sistemas de alto desempenho, análise de desempenho de redes baseadas em MPLS,estudos experimentais, otimização e engenharia de tráfego, gerência de redes e serviços, questões éticas eum estudo de caso utilizando a tecnologia MPLS. A revisão bibliográfica se deu principalmente, atravésde artigos publicados na Internet pela comunidade de tecnologia, livros, trabalhos de conclusão de curso etambém conversas e bate-papos junto a profissionais que já atuam na área e possuem uma vasta vivênciacom as tecnologias convencionais e o MPLS.

Motivação Esta pesquisa trará um estudo rico em informações específicas sobre a realidade das tecnologias de redesatuais e mostrará o MPLS como uma nova promessa para o futuro. O conhecimento desta tecnologia representa um diferencial no mercado de trabalho que necessita evaloriza pessoas capacitadas, que apresentam uma visão de um futuro não muito distante, e estejam alertaàs tendências e aos meios que, a qualquer momento possam se tornar a sensação do momento. Osprofissionais que detêm um conhecimento profundo da tecnologia em questão, certamente, conquistammaior destaque no mercado de trabalho. Hoje, embora o MPLS esteja lado-a-lado com as tecnologias sem fio para ver quem será, de fato, oprecursor de uma revolução tecnológica na era do hiper-desempenho e dos sistemas pesados com seusgráficos de alta definição, interagindo com tudo e todos.

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Tutoriais Este tutorial parte I apresenta inicialmente os conceitos básicos das Redes, detalhando as configuraçõesLAN e WAN, os protocolos Frame Relay e ATM, e os conceitos de roteamento e comutação. A seguirapresenta um breve histórico do surgimento do MPLS, e, na seqüência, apresenta a Arquitetura MPLS,detalhando suas principais características e seu funcionamento. O tutorial parte II apresentará as Aplicações do MPLS, destacando aspectos sobre análise de tráfego,balanceamento e gerência rede MPLS, qualidade de serviço e redes virtuais privadas, além da novageração de rede MPLS (GMPLS). A seguir apresenta um Estudo de Caso real de utilização do MPLS, osresultados obtidos, indicando os pontos principais e suas vantagens e desvantagens, e finaliza o trabalhocom as conclusões obtidas, que destacam de uma forma geral, todo o entendimento sobre a tecnologiaMPLS, suas perspectivas futuras e, o porquê do uso (ou não) da tecnologia.

MPLS MPLS é a sigla de Multiprotocol Label Switching, que em português é algo como “troca de etiquetasmulti-protocolos” ou “troca de etiquetas entre vários protocolos”. Multi-protocolo porque pode seraplicado em qualquer protocolo de rede da camada 3 do modelo OSI embora, quase todo o interesse porparte dos fornecedores de serviços esteja em que o MPLS seja utilizado em tráfego de protocolo IP(WELCHER, 10 jun 2007). Hoje, o protocolo IP é bastante popular entre a maioria dos usuários no mundo todo, porém, quando nosreferimos à troca de pacotes IP dentro das redes dos fornecedores, é clara a grande vantagem apresentadapor um switch sobre um roteador, não somente que, na maior parte dos backbones IP dos fornecedores,inclusive da Internet, utilizem uma rede ATM (que é baseado em switches) em seus núcleos (TUDE, 5 abr2007).

Figura 1: Núcleo de rede de um fornecedorFonte: (TUDE, 5 abr 2007).

A tarefa fundamenta de um roteador é encaminhar pacotes; trata-se de uma tarefa um tanto quantocomplexa. Além de suportar diversos protocolos, um roteador obtém uma alta carga de processamentodevido ao suporte que ele presta a diversos serviços e interfaces, além da execução de algoritmos decálculo para o encaminhamento dos pacotes, analisando rotas com o menor tempo de transmissão elargura de banda disponível. Um roteador efetua também a análise do cabeçalho IP de cada pacote, a fim

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de saber qual o destino e origem das informações, tempo percorrido, tratativa de erros entre outras coisas.Em contraste, os comutadores (switches) possuem uma relação custo/desempenho muito melhor, pois,suportam bem menos protocolos e interfaces do que os roteadores e, o processo de encaminhamento dospacotes é bem mais simples, fazendo com que os switches sejam melhores do que os roteadores (BISOL, 5abr 2007). As figuras 2 e 3 representam a complexidade que um fornecedor enfrenta ao integrar equipamento deroteamento (roteadores) com equipamentos de comutação (switches). Na figura 2, é ilustrada uma redesimples, interligando quatro POP’s (ponto de presença) localizados em quatro cidades distintas: Raleigh,Atlanta, Orlando e Miami. A cada um dos POP’s, roteadores estão conectados a ATM switches formandouma topologia do tipo “completa” onde, todos os equipamentos estão interligados uns aos outros, criandoassim, o núcleo de um fornecedor (REAGAN, 2002).

Figura 2: Topologia física de um fornecedorFonte: (REAGAN, 2002).

Já na figura 3, é ilustrada outra forma de representar a topologia do fornecedor, uma forma lógica onde, osPOP’s são conectados a uma nuvem, a qual representa o anonimato ou, o que não se sabe ao certo comofunciona ou como as informações são trafegadas e por onde e em quais equipamentos elas passam. Assimé que se representa o problema enfrentado por um fornecedor ao integrar equipamento de rede ATM(comutadores, switches) com equipamento baseados em IP (roteadores). Nisso, os roteadores passam porum alto grau de complexidade para calcular o encaminhamento dos pacotes, analisar rotas com o menortempo de transmissão e largura de banda disponível (REAGAN, 2002).

Figura 3: Topologia lógica de um fornecedorFonte: (REAGAN, 2002).

A idéia do MPLS é a de que, quando um pacote de dados for encaminhado a um destino especifico ou umgrupo de destinos, um caminho (ou rota) claro e único poderia ser montado. Este caminho claro poderiaser usado então, por pacotes que vão para aquele destino ou grupo de destinos, enquanto os roteadores eoutros dispositivos de camada 3 do modelo OSI não necessitam perder tempo e processamento para

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efetuar a verificação do cabeçalho IP destes pacotes de dados (WELCHER, 10 jun 2007). O método de roteamento IP de camada 3 do modelo OSI é baseado na troca de informações delocalizações na rede. Quando um pacote atravessa a rede, cada roteador extrai todas as informaçõesrelevantes do cabeçalho IP da camada 3 do modelo OSI para efetuar o encaminhamento do pacote. Estasinformações então são usadas como um índice para indicar em qual caminho este pacote deveráprosseguir, com isso, cada roteador irá criar uma tabela de encaminhamento dos pacotes. Este processo érepetido em cada roteador pelo qual o pacote passa e, em cada salto (passagem de um roteador ao outro)devem ser determinados os melhores caminhos a serem percorridos na rede (Cisco MPLS ControllerSoftware Configuration Guide, 2000). Para dinamizar o processo de encaminhamento de pacotes na rede, o MPLS inclui um rótulo (etiqueta) emcada pacote. Este rótulo de tamanho fixo é inserido ao cabeçalho IP do pacote, contendo informaçõesessenciais para o roteamento do pacote, e permitindo a construção de caminhos entre rotadores de entradae saída de um domínio. Este processo, em comparação aos processos de encaminhamento de pacotesexercidos pelos roteadores convencionalmente, é simplificado e agilizado, pois não isenta a necessidadede cada roteador por onde o pacote passar, consultar sua tabela de roteamento para designar o próximosalto do pacote (Cisco MPLS Controller Software Configuration Guide, 2000), (MARQUES, 5 abr2007). O encaminhamento de pacotes utilizando rótulos integra funções de comutação (dos switches) eroteamento, combinando as informações e métodos de encaminhamento de pacotes a longo alcance dasfunções de roteamento, mais os benefícios da engenharia de tráfego otimizado pela capacidade dosswitches (Cisco MPLS Controller Software Configuration Guide, 2000).

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MPLS I: Conceitos de Redes Nesta seção serão exibidos os conceitos primordiais para um bom entendimento de toda e qualquertecnologia de rede. São descritos alguns pontos técnicos que possibilitam a uma pessoa que não possuimuita familiaridade com redes de computadores, entender e assimilar como as coisas funcionam. Serãointroduzidos os conceitos de redes e camada OSI, protocolos TCP/IP, redes locais e redes mundiais,significado e diferenças entre roteamento e comutação e, como funcionam as tecnologias Frame Relay eATM. O objetivo deste capítulo é apenas passar uma visão simples e básica dos pontos essenciais emredes.

Modelo OSI Quando as redes surgiram, em meados da década de 60, elas eram grandes ilhas de comunicação onde, sóhavia troca de dados dentro de uma mesma plataforma e tecnologia proprietárias, fazendo com que estasredes necessitassem de uma infra-estrutura toda voltada a um único fabricante (placas de rede,dispositivos, conectores, cabos, etc.). Com isso, os clientes não possuíam opção de escolha, pois, aoadquirir um equipamento de rede, conseqüentemente eram obrigados a adquirirem uma solução completade um único fabricante (DIOGENES, 2004). O modelo de camadas OSI (Open Systems Interconnect) foi desenvolvido para acabar com o bloqueio decomunicação entre redes de diferentes propriedades, permitindo a interoperabilidade independentementede qual seja o fabricante de um ou outro dispositivo que compõe uma mesma rede ou, de um sistema queesteja sendo utilizado (FILIPPETTI, 2002). De acordo com Diogenes (2004), a arquitetura do modelo OSI está dividida em sete camadas, sendo quecada uma possui suas funções extremamente bem definidas. A figura 4 mostra as sete camadas queformam o modelo OSI, numeradas de baixo para cima, onde, diversos níveis são estabelecidos, desde atransmissão de pulsos elétricos, cabeamento, até a aplicação, o software, a interação com o usuário.

Figura 4: Camadas do modelo OSIFonte: (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun 2007).

As camadas do modelo OSI representam como os dados são tratados, desde os pulsos elétricos do cabo,até a aplicação que é exibida na tela do usuário. Com a criação deste modelo, diversas vantagens podemser apontadas em relação ao que uma rede de computadores era antes (FILIPPETTI, 2002):

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Particionamento de diversas operações de redes complexas em camadas, simplificando ogerenciamento;Possibilidade de efetuar uma alteração em qualquer uma das camadas, sem a necessidade de que asoutras sejam alteradas;Estabelecimento de um padrão de interfaces, possibilitando a interoperabilidade (plug-and-play)entre diversos fabricantes;Simplifica o ensino e o aprendizado;Acelera a evolução;

Cada camada tem a capacidade de se comunicar com a mesma camada no computador de destino, ouseja, não é possível para a camada dois ler dados que foram gerados na camada três. Isto origina umacomunicação virtual entre as camadas em computadores diferentes. Cada camada precisa apenas sercapazes de comunicar com as camadas imediatamente superiores e inferiores. (DIOGENES, 2004).

Figura 5: Destino e origem Modelo OSIFonte: (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun 2007).

Para descobrir como a comunicação entre dois computadores é feita, é necessário saber a funcionalidadee característica de cada camada do modelo OSI:

Camada de Aplicação: esta camada é responsável diretamente pela interface entre o usuário docomputador e a rede. Acesso a softwares que transmitem e recebem dados da rede, como softwaresde e-mail e navegadores (FILIPPETTI, 2002).Camada de Apresentação: camada responsável por apresentar os dados à camada de aplicação. Elaé encarregada de codificar e decodificar os dados, de maneira que se tornem legíveis na camada deaplicação, assim como criptografia e descompressão. Esta camada pode ser conhecida tambémcomo “camada tradutora” (DIOGENES, 2004).Camada de Sessão: responsável por controlar a comunicação entre dois computadores. A camadade sessão gerencia o estabelecimento e finalização de uma conexão entre dois computadores, assimcomo as formas em que uma conexão pode ser feita: simplex (um computador apenas transmite, ooutro apenas recebe), half duplex (somente um computador por vez transmite dados) ou full duplex(ambos os computadores podem transmitir e receber dados ao mesmo tempo) (FILIPPETTI, 2002).Camada de Transporte: responsável por garantir a comunicação fim-a-fim. Esta camada éresponsável por agrupar os dados em seguimentos e fragmentar estes seguimentos de forma que se

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encaixem na tecnologia física de redes da qual está sendo utilizada. Algumas características fazemparte desta camada, como garantir que os seguimentos foram entregues ao destino, controlar sehouve erro na transmissão, controlar o fluxo de seguimentos em transmissão, garantir a seqüênciacorreta destes seguimentos e, caso haja em algum momento, erro na transmissão ou, algumseguimento não seja entregue, a camada de transporte se encarrega de re-transmitir o seguimentoperdido e/ou corrompido (DIOGENES, 2004).Camada de Rede: trata-se de uma camada onde, são encaminhados os dados na rede, verificando amelhor rota a ser seguida. É nesta camada que o endereçamento IP é atribuído ao pacote de dados(FILIPPETTI, 2002).Camada de enlace: esta camada é responsável por traduzir os dados vindos da camada anterior(rede) em bits e prover a transferência dos dados no meio (DIOGENES, 2004).Camada Física: está é a camada do meio em si. Fazem parte desta camada o cabeamento, osconectores, voltagem, bits, entre outros dispositivos (DIOGENES, 2004).

TCP/IP O protocolo TCP/IP surgiu por volta de 1960, desenvolvido pelo Departamento de Defesa Americano,com o intuito de preservar a integridade dos dados, sem que os mesmos fossem interceptados por inimigos(principalmente em épocas de guerra) (FILIPPETTI, 2002). Conforme Diogenes (2004), os principais objetivos da criação do protocolo TCP/IP foram:

Obter um protocolo que fosse compatível com todos os tipos de redes;Que fosse interoperável entre todos os fabricantes;Possuísse uma comunicação robusta (confiável e com baixo índice de falhas), escalonável (passívelde ser colocada em níveis ou etapas) e que suportasse o crescimento das redes de uma forma segurae confiável;E que fosse dinâmico e de fácil configuração;

No inicio, a utilização do TCP/IP era restrita apenas para fins militares, porém, com o passar do tempo, oTCP/IP passou a ser utilizando em grande escala pelo domínio público, o que permitiu aos fabricantes desoftwares viabilizarem o suporte ao TCP/IP em todos os principais sistemas operacionais, seja qual for àarquitetura computacional utilizada (PC, mainframes, celulares, etc.) (MORIMOTO, 5 abr 2007). Conforme Morimoto (5 abr 2007), qualquer sistema com um mínimo de poder de processamento, podeconectar-se à Internet, desde que alguém crie para ele um protocolo compatível com o TCP/IP eaplicativos WWW, correio eletrônico etc. Com a massificação da tecnologia, alguns termos tornaram-se bastante conhecidos:

A Internet (nome próprio) é a denominação da rede mundial que interliga redes no mundo. Éformada pela conexão complexa entre centenas de milhares de redes entre si. A Internet tem suaspolíticas controladas pelo IAB (Internet Architecture Board), um fórum patrocinado pela InternetSociety, uma comunidade aberta formada por usuários, fabricantes, representantes governamentaise pesquisadores.Uma intranet é a aplicação da tecnologia criada na Internet e do conjunto de protocolos detransporte e de aplicação TCP/IP em uma rede privada, interna a uma empresa. Numa intranet, não

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somente a infra-estrutura de comunicação é baseada em TCP/IP, mas também grande quantidade deinformações e aplicações é disponibilizada por meio dos sistemas Web (protocolo HTTP) e correio-eletrônico.Uma extranet é a extensão dos serviços da intranet de uma empresa para interligar e forneceraplicações para outras empresas, como clientes, fornecedores, parceiros, etc.… Desta forma aextranet é a utilização de tecnologias como Web e correio-eletrônico para simplificar acomunicação e a troca de informações entre empresas.World Wide Web (www) é a designação do conjunto de informações públicas disponibilizadas naInternet por meio do protocolo HTTP. É o somatório das informações que podem ser acessadas porum web browser na Internet. As informações internas de uma empresa que são acessíveis via umweb browser são enquadradas no termo intranet. (APOSTILA DE INTERNET E ARQUITETURATCP/IP, 29 out 2007)

TCP/IP é um conjunto de protocolos formado pelo protocolo IP (Internet Protocol) e pelo protocolo TCP(Transmission Control Protocol). O protocolo IP é o protocolo mais popular e utilizado em redes domundo todo (LOPEZ, 29 out 2007). O Transmission Control Protocol (TCP), ou protocolo de controle de transmissão, localiza-se na camadade transmissão do modelo OSI e, por ser um protocolo orientado a conexão, provê uma conexão segurapara a troca de dados entre hosts diferentes. Com esse protocolo, todos os pacotes são seqüenciados eidentificados e, um circuito virtual é estabelecido para comunicações (LEWIS,1999). O Internet Protocol (IP) é um protocolo de conectividade que provê um serviço de pacotes de dados(datagramas) entre hosts. È responsável pelo endereçamento dos pacotes, pacotes de roteamento,fragmentação e reunião, movendo dados entre as camadas de transporte e rede do modelo OSI. Esteprotocolo não garante a entrega dos pacotes em uma rede. Localizado na camada de Rede do modelo OSI,o protocolo IP confia em outros protocolos providos de camadas superiores do modelo OSI para proverserviços orientados à conexão se necessário. O cabeçalho de um pacote IP é composto por muitos camposde controle, entre os mais importantes estão os campos de endereço da fonte, endereço de destino etempo de vida do pacote (LEWIS,1999). Os protocolos TCP/IP podem ser utilizados sobre qualquer estrutura de rede, seja ela simples como umaligação ponto-a-ponto ou uma rede de pacotes complexa. Como exemplo, pode-se empregar estruturas derede como Ethernet, Token-Ring, FDDI, PPP, ATM, X.25, Frame Relay, barramentos SCSI, enlaces desatélite, ligações telefônicas discadas e várias outras como meio de comunicação do protocolo TCP/IP(LOPEZ, 29 out 2007). De acordo com Lopez (29 out 2007), a arquitetura TCP/IP assim como a OSI, possui suas funçõesdivididas em camadas, segmentando assim passo-a-passo cada etapa da comunicação. A figura 6 mostraas camadas TCP/IP.

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Figura 6: Camadas do protocolo TCP/IPFonte: (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun 2007).

A camada de Acesso a Rede, corresponde às camadas de Enlace e Física do modelo OSI, onde, provêemmeios para que os dados sejam transmitidos a outros computadores na mesma rede física e, é responsávelpelo envio de datagramas construídos pela camada de Rede (MAGALHÃES, 9 jun 2007). A camada de Rede (conhecida também como camada de Internet), de acordo com Lopez (29 out 2007),realiza a comunicação entre máquinas vizinhas através do protocolo IP. Ela provê um serviço básico dedatagrama sobre o qual as redes TCP/IP são implementadas. Para identificar cada máquina e a própriarede onde estas estão situadas, é definido um endereço IP, que é independente de outras formas deendereçamento que possam existir nos níveis inferiores. No caso de existir endereçamento nos níveisinferiores é realizado um mapeamento para possibilitar a conversão de um endereço IP em um endereçodeste nível. Todos os protocolos das camadas superiores a esta fazem uso do protocolo IP. A camada de Transporte reúne os protocolos que realizam as funções de transporte de dados fim-a-fim, ouseja, considerando apenas a origem e o destino da comunicação, sem se preocupar com os elementosintermediários. A camada de transporte possui dois protocolos que são o UDP (User Datagram Protocol)e TCP (Transmission Control Protocol) (LOPEZ, 29 out 2007). O protocolo UDP realiza apenas a multiplexação para que várias aplicações possam acessar o sistema decomunicação de forma coerente (LOPEZ, 29 out 2007). Além de não ser orientado a conexão, oprotocolo UDP também não é confiável, pois, não oferece nenhuma verificação para a entrega de dados.Por não efetuar esta verificação, este protocolo torna-se extremamente rápido e, gera menos tráfego narede (COMER, 1999). Para que a comunicação entre a origem e destino possua maior confiabilidade, o protocolo TCP realizadiversas funções como: o controle de fluxo, o controle de erro, a sequenciação e a multiplexação demensagens (LOPEZ, 29 out 2007). A camada de aplicação é responsável pela interação junto ao usuário, reunindo e fornecendo serviços decomunicação, os quais são separados entre protocolo de serviços básicos e protocolos de serviços para ousuário (LOPEZ, 29 out 2007). Aplicações TCP/IP tratam os níveis superiores de forma monolítica, Desta forma OSI é mais eficiente,

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pois permite reaproveitar funções comuns a diversos tipos de aplicações. Em TCP/IP, cada aplicação temque implementar suas necessidades de forma completa (COMER, 1999).

Redes LAN / WAN Local Área Network (Rede Local ou Área de Rede Local) é o significado da sigla LAN, uma rede dedados de alta velocidade e com baixo nível de erros, que abrange uma área pequena (não mais que umquarteirão de uma empresa, por exemplo). As redes locais (LAN’s) conectam diversos dispositivoscomputacionais entre PC’s, impressoras, terminais, servidores e outros periféricos em um único prédio ouem outras áreas geograficamente limitadas, possibilitando que as empresas compartilhem, por exemplo,arquivos e impressores, de modo eficiente (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun 2007). As principais características de uma rede LAN são (SOUSA, 1999):

Opera dentro de uma área geográfica limitada;Permite o multi-acesso ao meio físico com muita largura de banda;Controla de forma privada, redes sob administração local;Fornece conectividade em tempo integral com os serviços locais;Conecta fisicamente dispositivos adjacentes;

Com a disseminação da computação e da interligação de seus componentes nas empresas, logo sepercebeu que até mesmo as LAN's não eram o suficiente. Cada departamento ou empresa era uma espéciede ilha computadorizada, sem qualquer interligação do pequeno ambiente com o mundo exterior. Asolução foi a criação de redes de longa distância que, interligassem as pequenas redes locais, fazendo comque elas se comunicassem umas com as outras (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun2007). A sigla WAN, acrônimo de Wide Área Network ou Área de Rede Ampla surgiu devido à necessidade deinterligar, compartilhar recursos e informações entre duas ou mais redes espalhadas por grandes distânciasumas das outras. Essas redes interligadas podem estar em diferentes cidades ou países, distantesfisicamente, comunicando-se por meio de tecnologias de comunicação de dados alugados (ondegeralmente, são de propriedades de grandes empresas de telefonia e telecomunicações) operando porsatélites ou fibras ópticas (SOUSA, 1999). As principais características de uma rede WAN são (SOUSA, 1999):

Opera em grandes áreas geográficas;Permite acesso a interfaces seriais operando a baixas velocidades;Fornece conectividade em tempo integral e tempo parcial;Conecta dispositivos separados por áreas amplas, até mesmo globais;

Comutação Comutação é a forma como os dados são trocados entre dois computadores em uma rede. Tambémconhecida como chaveamento, a comutação em uma rede refere-se à utilização de recursos de rede (meiofísico, repetidores, sistemas middleware – programa responsável por intermediar a comunicação entreoutros programas) para a transferência de dados pelos diversos equipamentos conectados (SOUSA, 1999).

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Em uma rede LAN, o tipo de topologia na qual o meio físico foi elaborado, estabelece a utilização dosrecursos compartilhados. Já em uma rede WAN, o fato de utilizar uma quantidade e tipos variados detopologias, muitas vezes desconhecidas, faz com que em grande parte dos casos, pares de computadores(por exemplo) utilizem os mesmos enlaces, fazendo com que o compartilhamento destes enlaces sejadeterminado durante o funcionamento da rede (SOARES, 1995). Existem duas principais formas de comutação: a comutação de circuitos e a comutação de pacotes. Nacomutação de circuitos, há uma pré-existência de um caminho de comunicação dedicado entre os doiscomputadores. Já na comutação de pacotes, cada pacote de dados possui um endereçamento de destinoonde, não se sabe ao certo se, quando o remetente enviar os dados, haverá um caminho de comunicaçãodisponível (SOUSA, 1999). As principais características da comutação de circuitos são (SOUSA, 1999):

Uma conexão ponto-a-ponto é estabelecida entre o remetente e o destinatário, antes do início datransmissão dos dados (caso não existam circuitos disponíveis ao longo da rede, a conexão não éestabelecida);Total disponibilidade da conexão para a transmissão dos dados;Suporte a aplicações sensíveis a atrasos (por exemplo, transmissões de voz);

As principais características da comutação de pacotes são (SOUSA, 1999):

Circuitos virtuais são estabelecidos ao longo da rede, durante a conexão;E uma só conexão física, diversas conexões lógicas podem ser estabelecidas;O meio de transmissão é compartilhado;Atua na camada 3 do modelo OSI;

Roteamento Roteamento é a forma de escolha de um caminho na rede por onde os dados irão percorrer, entre oremetente e o destinatário. A escolha da rota (caminho) pode ser feita antes mesmo dos dados seremtransmitidos (roteamento estático) ou, pode ser realizada passo-a-passo, levando em consideraçãodiversos aspectos para que seja tomado o melhor caminho na rede (roteamento dinâmico) (SOARES,1995).

Figura 7: Roteamento na RedeFonte: (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun 2007).

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O roteamento estático é a maneira como os dados são transmitidos em rotas pré-definidas (geralmente,por um administrador da rede). O administrador da rede deve manter (incluindo qualquer tipo dealteração, adição ou exclusão) as rotas de cada dispositivo de roteamento (roteador) de rede. Os caminhosestáticos não variam com as alterações nos ambientes de rede. Depois que as rotas estáticas sãoprogramadas, os caminhos determinados por onde os pacotes percorrerão na rede, não são alterados,independentemente das alterações nas condições de rede (defeito em equipamento, alteração detopologia, inclusão de novos dispositivos, etc.). As rotas estáticas são mais usadas por motivos desegurança (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun 2007). O roteamento dinâmico é o modo como o roteador determina automaticamente, baseado nas condições darede, qual será a melhor rota para que os dados percorram até o destino. Ao fazer isso, um roteador utilizaum protocolo de roteamento para se comunicar com outros roteadores e determinar o caminho maisrápido para transportar dados através de rede WAN. Os principais e mais utilizados protocolos deroteamento são: RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Internet Gateway Routing Protocol),EIGRP (Enhanced Internet Gateway Routing Protocol) e o protocolo OSPF (Open Shortest Path First)(LEWIS, 1999). Utilizando os protocolos de roteamento, os roteadores se comunicam entre si para utilizar os melhorescaminhos para enviar dados, especialmente quando as condições de rede estiverem mudandoconstantemente. Sem o roteamento ou os protocolos, seria impossível manter grandes redes, como aInternet (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM, 10 jun 2007).

Frame Relay Frame Relay é um método de encapsulamento de dados de alta velocidade (podendo atingir até 2 Mbps)localizado em redes WAN’s (geralmente, provedores de serviços de telecomunicações), utilizado paratrocar dados entre dois pontos. Criado por volta dos anos 90, derivado da tecnologia X.25, o Frame Relayé uma tecnologia definida nas camadas 1 (física) e 2 (enlace) do modelo OSI, da qual possui acaracterística de menor ocorrência de falhas e um maior custo - beneficio. O Frame Relay disponibilizarecursos que possibilitam a alocação dinâmica de banda, assim como mecanismos eficientes para controlede congestionamento de dados (FILIPPETTI, 2002). Atualmente, o Frame Relay suporta o tráfego de diversos tipos de protocolos de conectividade, como: IP,DECnet, AppleTalk, XNS, IPX, CLNS, ISO entre outros. O Frame Relay provê uma interface decomunicação entre dispositivos DTE e DCE (FILIPPETTI, 2002). O DCE (Data Communicating Equipments) trata-se de um dispositivo de comunicação responsável pelacodificação/decodificação dos bits (dados) em pulsos elétricos (Ex.: modem) (DIOGENES, 2004). Já o DTE (Data Terminal Equipments), conceitualmente, trata-se do equipamento que provê a origem dosdados a serem transmitidos em uma extremidade. O DTE pode englobar terminais, PC’s e roteadores(DIOGENES, 2004).

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Figura 8: Rede Frame Relay Neste tipo de rede não existe apenas uma única conexão física entre os dois pontos, ao invés disso,existem diversos dispositivos de comunicação, interligados uns aos outros, em uma gigantesca rede, comisso, um caminho lógico é definido dentro da rede. Este caminho lógico é chamado de circuito virtual (ouVC, Virtual Circuit). Estes circuitos virtuais são conexões lógicas criadas entre duas pontas (entre doisdispositivos DTE’s) que agem como uma linha privada, através de uma rede comutada. Estas conexõessão identificadas por um numero DLCI (Data Link Connection Identifier). Uma conexão entre doispontos em na rede Frame Relay possui três aspectos que definem o valor final do serviço prestado poruma operadora de serviços (DIOGENES, 2004):

Link de acesso: trata-se do link contratado junto à prestadora de serviços que está entre o DTE(roteador) e o DCE da rede WAN (Switch Frame Relay);Taxa de Acesso: é a velocidade real da qual o cliente necessita para transferir os dados através dolink. Esta velocidade é definida de forma lógica;SWFR (Switch Frame Relay): trata-se do comutador de pacotes que fica nas dependências daprestadora de serviço contratada pelo cliente;

Figura 9: Composição de uma rede Frame RelayFonte: (DIOGENES, 2004).

O DLCI é um número de identificação que, é designado pela operadora/prestadora de serviço e, utilizadopelo Frame Relay para distinguir entre diferentes circuitos virtuais em uma rede. Para que os dispositivosque utilizam protocolo IP (por exemplo) em cada ponta do circuito virtual possam se comunicar, osendereçamentos IP devem ser mapeados para números DLCI. O mapeamento deste número é feito nanuvem e, pode ser realizado dinamicamente através do protocolo IARP (Inverse Address ResolutionProtocol), ou manualmente, por intermédio do administrador da rede (FILIPPETTI, 2002).

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Figura 10: Uso do DLCI em uma rede Frame RelayFonte: (DIOGENES, 2004).

Existem dois tipos de circuitos virtuais, o PVC (Permanent Virtual Cirtuit) e o SVC (Switched VirtualCircuit). O PVC é o chamado circuito virtual permanente, onde se estabelece um caminho fixo entre doispontos, com isso, não pode ser ativado por demanda, ou seja, sempre haverá disponibilidade de acesso,pois a conexão já está estabelecida. Já o SVC é baseado em chamada, ou seja, é feito um estabelecimentode chamada usando um protocolo de sinalização que, analogamente, pode-se comparar a uma chamadanormal de telefone (DIOGENES, 2004). Juntamente com o desenvolvimento da tecnologia Frame Relay, a Cisco desenvolveu um padrão desinalização responsável pelo gerenciamento e manutenção do status entre um dispositivo DTE (roteador) eo CPE da rede WAN (SWFR), o LMI (Local Management Interface). O LMI funciona da seguinte forma:(FILIPPETTI, 2002).

1º - O LMI verifica o status do circuito entre o DTE e o SWFR;2º - É verificado e designado um número DLCI para o circuito virtual a ser estabelecido;3º - O DTE de uma ponta informa o seu endereçamento IP ao DTE da outra ponta;4º - O Mapeamento do DLCI para o IP informado é feito e o link é considerado ativo;5º - A conexão é estabelecida e o LMI gerencia o fluxo de dados transmitidos.

Ao contratar um serviço de transmissão de dados via Frame Relay, existe um parâmetro de configuraçãode suma importância, principalmente para o cliente que está contratando o serviço. O CIR (CommittedInformation Rate) é um parâmetro garantido contratualmente, onde a prestadora de serviço garante aentrega e transmissão dos dados. Dessa forma, o cliente contrata uma quantidade menor de largura debanda de acordo com a real necessidade para a transmissão de seus dados. O cliente pode contratar umcircuito cujo CIR é de 512 Kbps (por exemplo), mas a transmissão pode chegar a 1 Mbps emdeterminados momentos, porém, este valor de 1 Mbps não é garantido (DIOGENES, 2004).

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Figura 11: Diagrama do CIR

ATM A tecnologia ATM (acrônimo de Asynchronous Transfer Mode) foi desenvolvida no fim da década de 80e início da década de 90, inicialmente, pela ITU-T (International Telecommunication UnionTelecommunication) para se estabelecer um protocolo para transferência de alta velocidade (obtendo taxade transferência superior a 155 Mbps, podendo chegar até a ordem de gigabits por segundo) de voz, vídeo,e dados, por meio de redes públicas e privadas, permitindo a interoperabilidade entre equipamentos dediversos fornecedores. A tecnologia ATM preserva a qualidade de serviço (QoS) de múltiplos tipos detráfego transportados em apenas um circuito ou em uma rede completa (LEWIS, 1999). A ATM utiliza tecnologia de segmentação de dados (tecnologia VLSI – Very Large Scale Integration) emgrande escala, utilizando o processo de comutação de pacotes de modo assíncrono, segmentando asinformações em pacotes de tamanho fixo denominado células (B. FILHO, 5 abr 2007). Cada célula contém duas partes: um cabeçalho (cell header) que caracteriza a origem, o destino e demaisparâmetros relevantes para se estabelecer uma conexão virtual entre a origem e o destino, e uma segundaparte contendo os dados propriamente ditos (payload). Inicialmente, a células seriam criadas em umtamanho de bytes reduzido que, dentre outras vantagens, evitaria o típico eco encontrado em transmissõesde telefonia. Foram sugeridos dois tamanhos: os europeus propuseram 4+32 bytes enquanto os americanos5+64 bytes de header e payload respectivamente, porém, sem quaisquer argumentos tecnicamenterazoáveis, foi escolhido um tamanho intermediário entre os dois propostos, 5+48 bytes, o que nos leva acélulas com tamanho total de 53 bytes (LEWIS, 1999). Uma célula ATM pode variar entre dois tipos: o cabeçalho UNI (User-Network Interface), utilizado parafazer a comunicação entre um equipamento da borda da rede e um equipamento do cliente (workstation,roteador ou switch), e o cabeçalho NNI (Network Node Interface), utilizado para efetuar a comunicaçãoentre os equipamentos do núcleo da rede (ATM, 29 out 2007).

Figura 12: Célula ATMFonte: (ATM, 29 out 2007).

A principal vantagem em utilizar células de tamanho fixo está na facilidade em tratar os dados porhardware baseado em comutação, quando comparado a quadros de tamanhos variáveis, que são maiscomplexos e requerem maior tempo de processamento. Outra vantagem de se ter um tamanho fixo é otempo de empacotamento da célula, onde, em pacotes de tamanhos variados, o tempo de empacotamentoaumenta conforme o tamanho do pacote, o que causa maior atraso na transferência, afetandoprincipalmente sinais de áudio e vídeo que, se ultrapassarem um determinado tempo de atraso, deterioram

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aplicações com interatividade em tempo real (ex. vídeo conferência). Apesar da tecnologia ATM nãogarantir a entrega dos dados, a ordem de entrega das células é respeitada (B. FILHO, 5 abr 2007). Uma rede ATM é fundamentalmente orientada a conexão. Isso significa que necessariamente umaconexão virtual deverá ser estabelecida entre o destino e a origem antes de qualquer transferência dedados (REDES ATM, 29 out 2007). A tecnologia ATM possui o seu próprio modelo de referência para protocolos (PRM – Protocol ReferenceModel), que é diferente do modelo OSI e do TCP/IP. O PRM consiste em três camadas: camada física,camada ATM e camada de adaptação ATM (MACEDO, 14 out 2007).

Figura 13: PRM x Modelo OSIFonte: (MACEDO, 14 out 2007).

A camada física consiste no transporte físico, voltagens, sincronização de bits e uma série de outrasquestões, usados para a transferência de células da origem ao destino. O modelo PRM não prescreve umpadrão determinado de regras, como isso, esta camada é flexível no sentido de que pode trabalhar comvárias categorias de transporte físico. Em suma, a tecnologia ATM foi desenvolvida para ser independentedo meio de transporte (TANENBAUM, 1997). A camada física é dividida em duas subcamadas: a PMS (Physical Médium Sub-layer ou Subcamada deMeio Físico) e a TCS (Transmission Convergence Sub-layer ou Subcamada de Convergência deTransmissão). A subcamada PMS é responsável por estabelecer a interface com o meio físico, enviando erecebendo contínuos bits de controle para sincronizar a transmissão e recepção das células. Já asubcamada TCS é responsável pela conversão do fluxo de células gerado pela camada superior, em umfluxo de bits seqüências para a camada PMS. Esta camada também controla todas as questõesrelacionadas à identificação do início de cada célula no fluxo de bits, confere o cabeçalho a fim decontrolar os códigos de erro, assegurando que os dados sejam válidos (LEWIS, 1999). A camada ATM gerencia as células, viabilizando a comutação e roteamento das células de acordo com oscampos de identificação (VCI e VPI) do cabeçalho. Esta camada trata do estabelecimento e da liberaçãode circuitos virtuais, além de, controlar o congestionamento do tráfego e serviço. Esta camada é umamistura das camadas de rede e de enlace de dados do modelo OSI (TANENBAUM, 1997). A camada de Adaptação ATM (ou AAL, ATM Adaptation Layer) é responsável por viabilizar a utilizaçãode aplicação que, em sua maioria, não trabalham diretamente com células, permitindo que os usuáriosenviem pacotes de tamanhos maiores de que uma célula. Esta camada segmenta esses pacotes, transmiteas células individualmente e as remonta na outra extremidade. A AAL proporciona a interface entre os

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protocolos de camadas superiores, ajustando os serviços da camada ATM para aqueles serviçosrequisitados pelas camadas superiores, tais como videoconferência, áudio, Frame Relay, etc. (MACEDO,14 out 2007). Assim como na camada física, a camada AAL também possui duas subcamadas: a subcamada deSegmentação e Recomposição (SAR – Segmentation And Reassembly) e a subcamada de Convergência(CS – Convergence Sub-layer). A SAR é responsável por dividir os pacotes provenientes das camadassuperiores em células e, reuni-los no destino. A subcamada CS faz a interface entre os diferentes tipos deserviços ATM com as diferentes aplicações (por exemplo, uma videoconferência e uma transferência dearquivos lidam de maneira diferente com o controle de erros, sincronização, etc.) (TANENBAUM, 1997). Em uma rede ATM, existem dois tipos de interfaces de sinalização entre dispositivos: UNI (User-NetworkInterface), que é a conexão entre equipamentos de acesso (switches ATM) a equipamentos de borda deuma rede (hosts ou roteadores), e NNI (Network Node Interface), que é a conexão entre equipamentos darede ATM (interligação entre dois switches ATM) (MACEDO, 14 out 2007).

Figura 14: Estrutura geral da rede ATMFonte: (ABREU, 9 jun 2007).

Durante a conexão de dois equipamentos que vão se comunicar por meio de uma rede ATM, éestabelecida uma conexão com canal virtual (VCC - Virtual Channel Connection) entre ambos. UmaVCC é formada pela concatenação de conexões virtuais estabelecidas nos vários enlaces da rede, daorigem até o destino, formando um único caminho através do qual as células percorrerão. Cada conexãovirtual de cada enlace é chamada de VCL (Virtual Channel Link) (SOARES, 1995). Em alguns momentos, um equipamento dentro da rede ATM pode ter seu processamento reduzido devidoao alto volume de entradas e saídas de vários VCC’s ao mesmo tempo. Assim, para reduzir oprocessamento nestes equipamentos de comutação, é comum que, várias VCC’s sejam roteadas pelosmesmos caminhos em determinadas partes da rede (principalmente nas partes onde o numero de linhas épequeno e com alta concentração de tráfego). Desta forma, os VCC’s podem ser roteados em conjunto,denominando assim uma conexão de caminho virtual (VPC – Virtual Path Connection). Uma VPC éformada através de várias concatenações de enlaces de caminho virtuais (VPL – Virtual Path Link),correspondendo aos diferentes enlaces que, juntos, formam o caminho entre dois pontos (SOARES, 1995). As conexões virtuais estabelecidas entre dois pontos que vão se comunicar são reconhecidas pelosidentificadores VPI (Virtual Path Identifier) que identifica um VCL contido em uma VPL em cada

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comutador, e o VCI (Virtual Channels Identifier) que identifica qual a conexão dentro da VPL. O VPI eVCI identificam de forma única um canal virtual em uma conexão física (SOARES, 1995).

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MPLS I: Histórico Nesta seção será exibida uma prévia do que é a tecnologia MPLS, desde os motivos que levaram a suacriação, levando em conta as necessidades que o mercado demonstrava há dez anos. Serão brevementeabordados alguns aspectos que contribuíram para a evolução da tecnologia nos últimos anos fazendo comque ela se tornasse uma das tecnologias mais promissoras para substituir as ultrapassadas tecnologiasFrame Relay, ATM, entre outras. Algumas aplicações de sucesso serão introduzidas para que se possaobter uma visão abrangente do que a tecnologia MPLS oferece de recursos aos usuários.

Motivação e Necessidades de Mercado Nos últimos tempos, os produtos tecnológicos vêm evoluindo e crescendo extraordinariamente,principalmente sob o intermédio da Internet que, ajuda a disseminar as informações para os mais diversoscantos do mundo em um espaço de tempo extremamente curto. Com isso, as pessoas comuns e asempresas tornaram-se inteiramente dependentes da tecnologia, acompanhando o crescimento enecessitando cada vez mais de serviços que ofereçam qualidade, segurança e confiança (principalmente osque são oferecidos através da Internet) (PEPELNJAK, 2002). Com o estouro da bolha da indústria de telecomunicações, o inicio da convergência da comunicaçãodigital (voz, vídeo e dados) e a globalização, as empresas e prestadoras de serviços passaram a sentir oaumento da pressão competitiva do mercado. Com a economia retraída nos últimos anos e os resultadosabaixo da capacidade das empresas, houve uma pressão para que as empresas passassem a olhar maisseriamente para o retorno de investimento em tecnologia e ativos de rede. O aumento da largura de bandapassou a ser o foco das empresas, observando neste crescimento e popularização, uma próspera fonte delucros (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007). A motivação inicial para a criação da tecnologia MPLS foi a perspectiva de aumentar e melhorar avelocidade de encaminhamento de pacotes nas redes públicas, obtendo um custo menor de acesso docliente à rede do provedor ou prestador de serviço, contudo, esta perspectiva não foi alcançada. Para asoperadoras de serviço, não havia interesse em aprender mais uma tecnologia, mais complexa em funçãoda velocidade de transmissão que ela proporciona e, se comparada às outras tecnologias já implantadas,não houve uma melhora significativa (ABREU, 9 jun 2007). Do ponto de vista das operados de serviço de telecomunicações, a preocupação passou a ser a criação deum meio de oferecer serviços aos clientes por intermédio de uma infra-estrutura de redes convergente,permitindo a agregação de valor aos serviços (SIQUEIRA, 17 out 2007). Mesmo não obtendo uma redução inicial nos custos, o MPLS apareceu como uma grande tendência, comsua característica de otimizar o tráfego nas redes, proporcionou o advento dos mais variados serviços,possibilitando ás operadoras de telecomunicações oferecer diversos serviços, como VPN’s (VirtualPrivate Network), IPTV, videoconferência e a massificação do acesso a Internet e da voz sobre IP (VoIP)(SIQUEIRA, 17 out 2007). Hoje, já é fato que a migração para a tecnologia MPLS está em andamento e avançando cada vez mais. Sópara se ter uma idéia, um estudo feito nos EUA pela Infonetics Research, empresa de consultoriainternacional especializada em redes de dados e telecomunicações, em 2003 mostrou que 63% dosprovedores de serviços anglo-saxônicos já possuíam de alguma forma, algum serviço utilizando atecnologia MPLS para o tráfego dos dados e, 86% das empresas anglo-saxônicas pretendiam utilizar a

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tecnologia até o fim de 2004. Do legado de tecnologia que já existia, como o Frame Relay e a ATM, aconvergência da rede pra o MPLS ficou transparente aos olhos dos clientes finais (MPLS:CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007). No Brasil, as empresas de telecomunicações possuem redes quase equivalentes às internacionais, do pontode vista tecnológico. Todas as operadoras já possuem a tecnologia MPLS em produção e oferecemserviços de alta velocidade como Internet banda larga e a VoIP. Existem alguns projetos em andamento noBrasil, voltados para a pesquisa de tecnologias a serem implantadas em redes metropolitanas, uma delas éa Rede Giga, onde, diversas universidades do eixo Rio / São Paulo / Campinas estão interligadas por meiode uma rede WDM (Wavelength Division Multiplexing). Um dos projetos em desenvolvimento é o NGN(Next Generation Network), que permitirá a oferta de serviços de telefônica IP (SIQUEIRA, 17 out 2007).

Surgimento da Tecnologia MPLS Por volta de 1996, em todo o mundo, as principais comunidades de desenvolvimento de redes discutiamum novo paradigma no mundo IP – a comutação IP. A principio, a necessidade de se utilizar o método deroteamento para efetuar a transferência de dados nas redes havia sido eliminada, podendo simplesmenteutilizar o método de comutação, com isso, simplificando em muito o processamento dos equipamentos dasredes WAN’s e agilizando a transferências dos dados (ABREU, 9 jun 2007). Durante esta época, várias tecnologias de comutação de pacotes foram criadas, entre elas estão: IPSwitching (Ipsilon/Nokia), CSR (Toshiba), Tag Switching (Cisco) e a ARIS (IBM). Em meados de 1997, aInternet Engineering Task Force (IETF), grupo internacional de padronização trabalhou para que fossedesenvolvida uma tecnologia padrão para a comutação de dados, que pudesse ser utilizada eimplementada por qualquer fabricante. O MPLS surgiu a partir deste esforço, porém, com outro esquemade rotulação dos pacotes, o que trazia uma distinta vantagem: utilizar o mesmo esquema deendereçamento IP de roteamento nas redes e dos hosts – o protocolo mais utilizado atualmente. Hoje, oMPLS é definido por várias recomendações da IETF (os RFC's, ou Request for Comments), sendo aprincipal delas a RFC3031. A tabela 1 mostra uma breve comparação entre as tecnologias de comutaçãode pacotes: (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007).

Tabela 1: Classificação das implementações de comutação de pacotes

Característica MPLS CSR IP SwitchingTag

SwitchingARIS

Orientação aDados / Controle

Orientado aControle

Orientado aDados

Orientado aDados

Orientado aControle

Orientado aControle

Camada deEnlace

ATM, FR,LAN

ATM, FR, etc. ATMATM, FR,

LANATM, FR,

etc.

Camada de Rede IPv4, outros IPv4, outros IPv4, IPv6 IPv4, outros IPv4, IPv6

Criação deRótulos

Independente Independente Independente Independente Ordenada

Protocolos deDistribuição de

Rótulos

Separado –LDP

Separado -FANP

Separado -IFMP

Piggybacking /Separado -

TDP

Separado -protocolo

ARIS

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Componentes LSR e LER CSR Comutador IP TSR e TER ISR

Software ouHardware

Soft / Hard Soft Soft Soft / Hard Soft

Suporte a RotaExplícita

Sim Não Não Sim Sim

Fonte: (GARCIA, 02 nov 2007).

Apesar de ter sido desenvolvido visando redes que utilizam o protocolo IP e a tecnologia ATM, omecanismo de transferência de dados no MPLS pode ser utilizado para quaisquer outras combinações deprotocolos de rede e de enlace, o que explica o nome de Multiprotocol Label Switching (ABREU, 9 jun2007).

Evolução e Áreas de Aplicação O MPLS obteve um significante progresso nos últimos anos e, está sendo cada vez mais difundido porredes públicas ao redor do mundo. Porém, o desafio chave continua grande, pois, o MPLS cerca umagama extensiva de funcionalidades e aplicações, com isso, sua implementação obtém um nível decomplexidade cada vez maior. Em alguns casos, quatro ou mais protocolos podem ser envolvidos em umdeterminado enlace de rede necessitando uma coordenação cuidadosa, e uma validação no sistemafim-a-fim (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007). As metas primárias da tecnologia vêm se aprimorando com o passar do tempo, paralelamente com oprogresso e evolução das tecnologias utilizadas. Com os benefícios do roteamento simplificado, o suporteà engenharia de tráfego e o suporte à QoS, a evolução do MPLS torna-se constante, fazendo com que astecnologias atreladas a ele e que, utilizam suas funcionalidades, também obtenham uma grande evolução eaprimoramento com o passar do tempo. (INACIO, 9 jun 2007).

Figura 15: Áreas de aplicação do MPLSFonte: (REDES PRIVADAS VIRTUALES IP-MPLS, 19 out 2007).

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As evoluções mais significativas e contribuições evolutivas do MPLS para com os serviços que a utilizasão (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007):

O MPLS possibilitou a convergência da rede, dando apoio a novos serviços, criando umaeficiente migração da infra-estrutura baseada em IP, suportando novas infra-estruturas demaior velocidade (10/100/1000/1G Ethernet) e redes (IP, ATM, Frame Relay, Ethernet eTDM – Time Division Multiplexing);Desenvolvimento de Engenharia de tráfego, fazendo com que o roteamento do tráfego sejamais explicito, obtendo maior auxílio à disponibilidade de largura de banda;O MPLS suporta a entrega de serviços com a garantia do QoS. Os pacotes podem sermarcados como sendo de alta qualidade, habilitando os provedores para manter uma baixalatência de vídeo e voz fim-a-fim;Redução do processo de roteamento, simplificando o encaminhamento dos pacotes,baseando-se apenas em rótulos;O MPLS provê um nível de segurança apropriado apara fazer o tráfego IP com tecnologiaFrame Relay em redes WAN, reduzindo a necessidade de criptografia em redes IP públicas;Escalabilidade em VPN’s com MPLS, reduzindo a configuração e administração dasnecessidades dos clientes;

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MPLS I: Arquitetura Nesta seção, os principais aspectos de toda a arquitetura MPLS serão abordados, desde os conceitosbásicos e definições do formado desta arquitetura, até os importantes pontos de segurança em umarede MPLS, sua implementação e a descrição de seus elementos físicos. Será exposto o método deetiquetas (rótulos), que faz com que esta tecnologia facilite o tráfego de dados na rede. Para ummelhor entendimento desta tecnologia, diversas imagens intuitivas serão exibidas, simulando otráfego de uma rede MPLS.

Conceitos Básicos e Definição MPLS é um framework definido pelo Internet Engineering Task Force (IETF) que proporcionadesignação, encaminhamento e comutação eficiente de fluxo de tráfego através da rede. O MPLScombina as vantagens das camadas 2 e 3 do modelo OSI (camada de enlace e rederespectivamente), contando com, a simplicidade da comutação de pacotes, e a inteligência eorganização do roteamento (KAKIHARA, 2006). O MPLS utiliza o roteamento IP tradicional para anunciar e estabelecer a comunicação na topologiade rede. O MPLS trabalha acima desta topologia, pré-determinando os caminhos de dados, onde,estas informações são codificadas em rótulos, que possam ser entendidos pelos roteadores. OCaminho estabelecido entre um ponto ao outro na rede é chamado de LSP (Label-Switched Pathou, caminho de comutação de rótulos) (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCETESTING, 17 out 2007). Um LSP é definido por uma sucessão de rótulos atribuídos pelos equipamentos localizados na bordada rede (conhecidos com LER’s ou Label Edge Routers) entre o destino e a origem. Tanto aatribuição de rótulos aos pacotes de dados, como o estabelecimento de um LSP, são funçõesexecutadas pelos roteadores LER. No núcleo da rede, os equipamentos de alta velocidade,conhecidos como LSR’s (Label Switching Routers), tomam a decisão de encaminhamento dospacotes de dados baseando-se apenas no rótulo do pacote atribuído pelo LER, não levando emconta o restante do cabeçalho (ABREU, 9 jun 2007).

Figura 16: Componentes de uma Rede MPLS No roteamento salto-a-salto (considera-se cada ponto da rede como um salto), cada equipamento

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MPLS do núcleo (o LSR), seleciona o próximo ponto da rede por onde o pacote passará,baseando-se em uma classe de equivalência de envio, conhecido como FEC (ForwardingEquivalency Class). Cada FEC descreve um grupo de pacotes do mesmo tipo onde, todos ospacotes de um mesmo tipo possuem o mesmo tratamento de roteamento na rede. Uma FEC pode sebasear em um endereçamento IP, rota ou um requerimento de serviço por pacotes (MPLS:CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007). Quando um caminho é sinalizado e estabelecido na rede, cada equipamento MPLS constrói umabase de informações de rótulos conhecida como LIB (Label Information Base). A LIB nada mais édo que uma tabela onde se especifica como e por onde encaminhar um pacote. Essa tabela associacada pacote a sua FEC correspondente e, indica à qual porta do roteador o pacote deve serencaminhado (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007).

Figura 17: Criação da tabela de roteamento Conexões são sinalizadas e rótulos são distribuídos entre os equipamentos em uma rede MPLSdevido à utilização de um ou mais protocolos de sinalização, dentre eles estão o LDP (LabelDistribution Protocol) e o RSVPTE (Resource reSerVation Protocol with Tunneling Extensions). Afunção de um protocolo de sinalização é permitir que um LRS distribua um rótulo, tornando-se oresponsável real pelo estabelecimento dos LSP’s na rede (CAMPOS, 9 jun 2007). O LDP é o sinalizador de protocolo mais utilizado nas redes MPLS atualmente, especificado IETFconforme a recomendação RFC 3036. O LDP define uma série de procedimentos utilizados pelosequipamentos para a troca de rótulos e o mapeamento do fluxo de informações. Ele é utilizadogeralmente para sinalizar as extremidades da rede MPLS – ponto crítico devido ao tráfego deentrada na rede. Essa sinalização é exigida quando se estabelece VPN’s MPLS, por exemplo(MPLS TUTORIAL, 17 out 2007). O RSVPTE também é utilizado na distribuição de rótulos, mais comumente no núcleo da rede.Provê funcionalidades adicionais, além da distribuição dos rótulos como roteamento explícito doLSP, re-roteamento dinâmico contornando falhas na rede e detecção de looping. O RSVPTE podedistribuir parâmetros de engenharia de tráfego como reserva de largura de banda e exigências deQoS (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007).

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O MPLS permite a utilização de múltiplos rótulos (conhecido como pilha de rótulos) a sertransportado por um pacote. Ao habilitar a pilha de rótulos nos roteadores MPLS, permite que hajauma diferenciação entre tipos de fluxos de dados, configurando e distribuindo LSP’sadequadamente. Uma utilização comum de pilha de rótulos é no estabelecimento de túneis(caminhos) pelas redes MPLS utilizadas por aplicações de VPN (MPLS: CONFORMENCE ANDPERFORMANCE TESTING, 17 out 2007). A figura 17 mostra uma típica rede MPLS e seus elementos principais. O centro da nuvemrepresenta a rede MPLS na prestadora de serviço. Todo o tráfego de dados dentro dela é rotulado.O tráfego que está fora da nuvem - entre a nuvem e a rede - não é rotulado (pacotes IP porexemplo). Ao ingressar na nuvem, os pacotes são rotulados pelo LER, o qual adiciona o cabeçalhoMPLS ao pacote de dados. Ao sair da rede, o pacote de dados sofre o processo inverso, tendo ocabeçalho MPLS removido pelo LER mais próximo ao destino. Os equipamentos centrais da nuvem(LRS’s) comutam salto-a-salto os pacotes de dados utilizando apenas como parâmetro o cabeçalhoMPLS (MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING, 17 out 2007).

Figura 18: Transmissão de pacote na Rede MPLS

Dispositivos de uma Rede MPLS O encaminhamento de pacote MPLS contrasta totalmente com a conectividade das atuais redes.Cada pacote é analisado em cada base, salto-a-salto, onde o cabeçalho de camada 3 (camada derede do modelo OSI) é checado e, uma decisão independente do encaminhamento do pacote étomada, baseada na informação do algoritmo de roteamento da camada de rede (PEPELNJAK,2002).

Tabela 2: Roteamento convencional X Comutação de rótulo

CaracterísticasRoteamento

ConvencionalComutação de Rótulo

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Análise do cabeçalho IP porcompleto

Ocorre em todos os pontosOcorre somente na borda da

rede quando a rótulo édeterminada

Suporte Unicast e multicastNecessita de muitos

algoritmos complexos deencaminhamento

Necessita de um algoritmo deencaminhamento

Decisão de RoteamentoBaseia-se somente no

endereço

Podem ser usados como baseinúmeros parâmetros, tais

como Qos, VPN,membership.

Fonte: (LOPEZ, 29 out 2007).

A arquitetura do encaminhamento de rótulos MPLS é dividida em dois componentes: o componentede encaminhamento (data plane) e o componente de controle (control plane). Utilizando osprotocolos de roteamento padrões (como OSPF, BGP ou RIP), o componente de controle éresponsável por realizar a troca de informações com outros equipamentos adjacentes, mantendo atabela LIB sempre atualizada, além de, executar o transporte do pacote na rede, utilizandoinformações a partir da LIB que é mantida em cada equipamento. O componente deencaminhamento é responsável por criar e manter a tabela LIB. Ele examina a informação contidano cabeçalho do pacote e, faz uma busca na LIB para que consiga estabelecer uma associação entreo pacote e um rotulo particular (INACIO, 9 jun 2007). A LIB consiste em uma seqüência de entradas que são utilizadas no encaminhamento dos pacotes.Esta seqüência de entradas é criada de acordo com as FEC’s e os rótulos associados a elas. Estatabela é responsável pelo encaminhamento dos pacotes dentro da rede MPLS (GARCIA, 02 nov2007).

Tabela 3: Tabela LIB

FECRótulo

EntradaInterfaceEntrada

PrefixoEnd.

RótuloSaída

InterfaceSaída

X 4 2 198.168 9 0

Y 5 2 10.255 7 1

Como visto anteriormente, dentro de uma rede MPLS destacam-se dois elementos de redesprimordiais para o bom funcionamento e a qualidade no tráfego dos dados, os equipamentos deborda (conhecidos como LER’s) e os equipamentos centrais (conhecidos com LRS’s). Osequipamentos podem ser tanto roteadores, quanto switches ATM. Em suma, todo o dispositivoLER, na verdade é um LRS, Conceitualmente, o diferencial do LER para um LRS é a sualocalização na rede que também implica em sua funcionalidade (KAKIHARA, 2006). O LSR pode ser conhecido também como ATM-LSR (pois usualmente são utilizados switches ATMpara representá-lo). Ele é responsável por executar o roteamento IP e o encaminhamento de rótulo

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no control plane, utilizando mecanismos tradicionais de encaminhamento ATM de pacotes no dataplane. Ao se utilizar switches ATM, uma atualização de software é realizada para que o seufuncionamento se ajuste a execução do componente de controle. A figura 17 mostra a arquiteturabásica de um LSR executando o roteamento IP (PEPELNJAK, 2002).

Figura 19: Arquitetura básica de roteamento IP em um equipamento LSRFonte: (PEPELNJAK, 2002).

Todos os pontos da rede MPLS (LSR’s) utilizam um ou mais protocolos de roteamento IP,efetuando a troca de informações de roteamento IP com outros pontos da rede MPLS(PEPELNJAK, 2002). Em um equipamento MPLS, a tabela de roteamento IP é utilizada para trocar informações entreequipamentos adjacentes, passando informações sobre rótulos designados a sub-redes individuaisque estão contidos em suas tabelas de roteamento, com isso, fazendo com que todos osequipamentos saibam quais redes cada equipamento adjacente conhece. Esta troca de informaçõesde tabela pode ser feita pelo protocolo recomendado pela IETF, o LDP (Label DistributionProtocol), um dos mais conhecidos e utilizados (PEPELNJAK, 2002). Um LER (também conhecido com Edge LSR - LSR extremo, ou de extremidade) é o equipamentoresponsável por executar a inclusão (quando o LER está ligado diretamente à origem dos pacotes)ou exclusão de rótulos (quando o LER está no sentido oposto, ligado diretamente ao destino) nospacotes de dados que transitam na rede MPLS. Por estar conectado diretamente a um equipamentonão-MPLS e possuir a função de rotular os pacotes de dados, um LER é diferenciadoconceitualmente de um LRS, mas fisicamente, ambos podem ser o mesmo tipo e modelo deequipamento (um roteador ou um switch ATM) (PEPELNJAK, 2002). O LER utiliza uma tabela de roteamento IP tradicional expandida, contendo informações sobre osrótulos, justamente para efetuar a comparação entre IP e rótulo, no momento de encaminha umpacote de dados, seja para dentro da rede MPLS ou para fora, enviando-o a um equipamento darede do cliente (equipamento não-MPLS) (PEPELNJAK, 2002). Um LER, conforme a figura 18, expande a arquitetura de um LSR adicionando componentes aodata plane. O pacote de dados vindo de um equipamento não-MPLS pode ser um pacote de IPpuro, que será rotulado pelo LER ou, pacote já rotulado, onde, em ambos os casos serão

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encaminhados ao próximo ponto da rede MPLS. Para o pacote que já chegar rotulado por umequipamento não-MPLS, o rótulo é removido e, é efetuada uma busca através da camada de rede(modelo OSI) a localização do equipamento não-MPLS (PEPELNJAK, 2002).

Figura 20: Arquitetura um equipamento LERFonte: (PEPELNJAK, 2002).

Nos casos em que o LER é representado por um switch ATM, o switch recebe os pacotes, tanto osjá rotulados quanto os não-rotulados, segmentando-os em células ATM, e encaminhando estascélulas para o próximo ponto adjacente da rede MPLS. Ao efetuar o processo de recepção dascélulas vindas de um equipamento MPLS, o switch reagrupa as células formando o pacote original,e então o encaminha para o equipamento da rede do cliente (PEPELNJAK, 2002).

Criação e Manutenção de LSP’s Todo pacote entra na rede MPLS através de um LER de entrada (o LER ligado diretamente àorigem) e sai da rede através de um LER de saída (o LER ligado diretamente ao destino). Estemecanismo cria o que é conhecido como um caminho de troca de rótulo (LSP), que basicamentedescreve o conjunto de LSR’s através do qual um pacote rotulado deve atravessar para chegar àLER de saída para uma determinada FEC (PEPELNJAK, 2002).

A escolha do próximo salto do pacote de dados é feita através da combinação de duas funções. Aprimeira função é separar em conjuntos, todos os possíveis pacotes IP de um mesmo prefixo dedestino. A segunda função mapeia cada prefixo IP de destino a um endereço IP do próximo salto.Isto significa que cada destino na rede pode ser acessado por um caminho no que diz respeito aofluxo de tráfego, a partir de um dispositivo de entrada (origem) para um dispositivo de saída(destino). Dentro da arquitetura MPLS, os resultados da primeira função são conhecidos comoclasses equivalentes de encaminhamento (FEC’s - Forwarding Equivalence Classes). Ele pode servisto com tendo a função de descrever um grupo de pacotes IP que são transmitidos do mesmomodo, durante o mesmo caminho, com o mesmo tratamento de encaminhamento (PEPELNJAK,2002). A criação da LSP baseia-se no modelo de orientação à conexão, pois o caminho deve ser garantido

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(conexão estabelecida) antes dos dados serem trafegados. Porém, a configuração da conexão ébaseada na informação da topologia, em vez de uma requisição para fluxo de dados. Isso significaque o caminho é criado independentemente de ser realmente necessário um fluxo de tráfego aolongo do caminho, para um determinado conjunto de FEC’s (PEPELNJAK, 2002). A FEC executa a ação de agregar o tráfego, fazendo com que haja um tratamento idêntico adeterminadas classes de tráfego. Uma maneira de sua atuação, por exemplo, em um LSR de origem,é fazer com que ele utilize um único LSP para todo o tráfego que possui o mesmo ponto de saída danuvem, independentemente do seu endereço de destino (MAGALHÃES, 9 jun 2007). Existem dois tipos de elementos que a FEC utiliza como parâmetro: o prefixo de rede (no caso oIPv4) possuindo um tamanho entre 0 e 32 bits, e o endereço do nó (equipamento de origem) que éum endereço IP. Um elemento FEC pode ainda possuir informações adicionais sobre: (ANDRADE,9 jun 2007).

A origem do pacote (endereço IP de origem);A carga do pacote (protocolo e porta de transporte);Parâmetros de qualidade de serviço (precedência do quadro e classes de serviços);Precedência do pacote, definido no campo TOS (Type of Service) do protocolo IP;

Cada entrada na tabela LIB é uma FEC em potencial. Uma situação extrema seria um LER (naorigem) atribuir uma FEC a cada entrada em sua tabela LIB e solicitar ao próximo salto (LRSadjacente) um rótulo para estas FEC’s. Em outras palavras, este procedimento causaria umdesperdício de rótulos, além de tornar as LIB’s demasiadamente extensas (MAGALHÃES, 9 jun2007). Um LSP pode ser criado de duas maneiras: de forma estática, onde cada LSR é configuradomanualmente sem envolver sinalizações (troca de informações entre os LSR’s), e de formasinalizada, onde as configurações em cada LRS são feitas através de um protocolo de sinalização(por exemplo, o LDP) que gerencia a distribuição de rótulos. No modo sinalizado, o LRS queestiver recebendo os dados (chamado de LRS downstream) faz a atribuição dos rótulos à FEC einforma ao LSR que transmitirá os dados (conhecido como LRS upstream) a associação entre umdeterminado rótulo e sua respectiva FEC (KAKIHARA, 2006).

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Figura 21: Distribuição dos rótulos na rede MPLS O LDP mapeia as informações da camada de rede (por exemplo, o roteamento) em caminhosdiretos comutados na camada de enlace, tornando-se responsável por criar efetivamente as LSP’s.Uma conexão fim-a-fim para o envio de dados é criada à medida que o LDP distribui rótulos parauma data FEC. A FEC associa um LSP especifico aos pacotes mapeados a esse LSP. A troca deinformação entre dois equipamentos LRS é denominada “pares LDP” (ou LDP peers), onde umasessão é estabelecida para eles se comunicarem. Existem quatro tipos de mensagens LDP(MAGALHÃES, 9 jun 2007):

Mensagem de descoberta: anuncia a presença de um LSR à rede;Mensagem de sessão: estabelece, mantém e finaliza sessões LDP;Mensagem de anúncio de rótulo: cria, modifica e exclui associações de rótulos a FEC’s;Mensagem de notificação: provê informações de estado da rede e sinalização de erros;

O estabelecimento de uma sessão LDP é feito através das seguintes fases (MAGALHÃES, 9 jun2007):

Descoberta do par LDP: um LSR adjacente envia a seu vizinho uma mensagem HELLOatravés de um pacote UDP, enviado para um grupo multicast (entrega eficiente de informaçãoa um grupo de destinos simultâneos). Dois LSR que não estão diretamente conectados,também podem trocar mensagens HELLO através de pacotes UDP unicast (entrega eficientede informação a um destino único);Estabelecimento de conexão da camada de transporte: após a descoberta do outro LSR quesuporte LDP, eles estabelecem uma comunicação TCP;Inicialização da sessão LDP: após estabelecer uma sessão TCP, uma mensagem do tipoINITIALIZATION é enviada por um dos lados. Essa mensagem contém diversas informaçõescomo: as características suportadas pelo LSR, versão do protocolo LDP, método dedistribuição, entre outros parâmetros de configuração. Periodicamente, uma mensagem dotipo KEEP_ALIVE é enviada para manter a sessão;Fase ativa: após o estabelecimento da sessão LDP, os rótulos são distribuídos (Figura 20);

O protocolo LDP define mensagens para a criação e exclusão de associações rótulo/FEC. Existemduas maneiras para que a criação de uma associação de rótulo com uma FEC seja feita:(MAGALHÃES, 9 jun 2007).

Sob demanda: onde uma mensagem de solicitação do tipo LABEL_REQUEST é enviada parao LSR, então, esta mensagem carrega a FEC para qual se deseja associar um rótulo, aquantidade de saltos até o LSR presente e a identificação de todos os LSR’s que propagarama mensagem. Ao receber a mensagem LABEL_REQUEST, o LSR aloca um rótulo para aFEC, e em seguida, é retornada a origem, uma mensagem do tipo LABEL_MAPPINGcontendo a informação de rótulo associado à FEC.Sem solicitação: um LSR gera uma mensagem do tipo LABEL_MAPPING sem ter recebidouma requisição.

O processo de exclusão de uma associação de um rótulo a uma FEC, também é conduzida atravésde duas mensagens (MAGALHÃES, 9 jun 2007):

LABEL_WITHDRAW: quando um emissor não reconhece mais a FEC, a qual havia lheatribuído um rótulo, essa mensagem é enviada ao LSR para que a associação seja invalidada;LABEL_RELEASE: enviada ao LSR para informar que um mapeamento anteriormente

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solicitado pelo emissor não é mais necessário. Ao receber esta mensagem, o LSR respondecom uma mensagem do tipo LABEL_WITHDRAW, confirmando a invalidação da associaçãodo rótulo a uma FEC;

Figura 22: Sessão LDPFonte: (MAGALHÃES, 9 jun 2007).

Rótulos MPLS O rótulo, de acordo com a recomendação RFC 3031 é definido como um identificador curto detamanho fixo (definido em 32 bits) e fisicamente contiguo. O rótulo MPLS deve ser inserido em umpacote de dados, depois de qualquer cabeçalho de camada dois e antes de um cabeçalho de camadatrês (ABREU, 2004). O rótulo é algo semelhante ao VPI/VCI na rede ATM e ao DLCI na rede Frame Relay. Ele é geradodurante o processamento do pacote IP no LER, com isso, todos os pontos da rede (LSR’s) utilizamo rótulo para suas decisões de encaminhamento, permitindo que a comutação do pacote de dados narede não necessite de processamento de camada de rede, agilizando o trânsito dos pacotes até o seudestino (INACIO, 9 jun 2007). A estrutura de encapsulamento MPLS possui os seguintes campos (KAKIHARA, 2006):

Um rótulo de 20 bits;

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Um campo experimental de 3 bits, utilizado para classes de serviço;Um campo TTL (Time to Live) de 8 bits, que fornece funcionalidades de TTL IP (Time ToLive) convencional;Um campo B de 1 bit, utilizado para suportar uma pilha hierárquica de etiquetas, informandose o cabeçalho ao qual ele pertence é o ultimo da pilha MPLS;

Figura 23: Encapsulamento (Rótulo MPLS) Quando um LSR recebe um pacote rotulado, ele analisa seu rótulo e utiliza-o como índice parapesquisar em sua tabela de encaminhamento (LIB). Com base neste índice (rótulo de entrada), épesquisada uma entrada (ou mais) na tabela de encaminhamento e, se a entrada for localizada, orótulo é substituído pelo rótulo de saída apontado na tabela de encaminhamento e, o pacote éenviado pela interface de saída também indicada na tabela (INACIO, 9 jun 2007).

Figura 24: Encaminhamento do pacote na rede MPLS Por ser multi-protocolo (como o próprio nome já diz), o MPLS é compatível com diversosprotocolos de camada 2 e 3, conforme mostra a figura 24 onde, são exibidos 4 exemplos de inserçãodo protocolo MPLS em uma arquitetura de rede (KAKIHARA, 2006).

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Figura 25: Cabeçalho MPLS em diferentes protocolos O MPLS possui uma característica de definição de pilha de rótulos, que consiste em uma seqüênciade cabeçalhos MPLS, onde, um pacote rotulado pode conter em sua área de dados outro pacoterotulado, o que possibilita a criação de LSP’s hierárquicos, ou seja, LSP’s sobre outra LSP(KAKIHARA, 2006). O empilhamento de rótulos MPLS permite que redes MPLS distintas troquem informações, sem sepreocupar com rotas inter-domínio. O processamento de um pacote rotulado é totalmenteindependente do nível de hierarquia dos rótulos, ou seja, o nível de rótulo é irrelevante para o LSR,onde, o rótulo do topo sempre será a base, abstraindo-se os demais rótulos que podem haver abaixodele (ABREU, 2004).

Figura 26: Pilha de rótulos MPLS

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MPLS I: Considerações finais Este tutorial parte I procurou apresentar inicialmente os conceitos básicos das Redes, detalhando asconfigurações LAN e WAN, os protocolos Frame Relay e ATM, e os conceitos de roteamento ecomutação. A seguir apresentou um breve histórico do surgimento do MPLS, e, na seqüência,apresentou a Arquitetura MPLS, detalhando suas principais características e seu funcionamento. O tutorial parte II apresentará as Aplicações do MPLS, destacando aspectos sobre análise detráfego, balanceamento e gerência rede MPLS, qualidade de serviço e redes virtuais privadas, alémda nova geração de rede MPLS (GMPLS). A seguir apresenta um Estudo de Caso real de utilizaçãodo MPLS, os resultados obtidos, indicando os pontos principais e suas vantagens e desvantagens, efinaliza o trabalho com as conclusões obtidas, que destacam de uma forma geral, todo oentendimento sobre a tecnologia MPLS, suas perspectivas futuras e, o porquê do uso (ou não) datecnologia.

Referências A COMPARISON OF MULTIPROTOCOL LABER SWITCHING (MPLS) TRAFFIC-ENGINEERING INITIATIVES. International Engineering Consortium. Disponível em:www.iec.orgAcesso em: 4 nov 2007. ABREU, Luiz Henrique de. Arquitetura MPLS para Formação de VPN. 2004. 87f. Monografia(Trabalho de Conclusão de Curso) – Faculdade de Ciências Aplicadas de Minas, Uberlândia, 2004. ANDRADE, Aujor T. Cavalca; WESTPHALL, Carlos Becker. Modelagem a Análise deDesempenho de Uma Rede Baseada em Tecnologia MPLS. Disponível em:www.inf.furb.brAcesso em: 9 jun 2007. APOSTILA DE INTERNET E ARQUITETURA TCP/IP. Unisanta. Disponível em:http://professores.unisanta.br/santana/Acesso em: 29 out 2007. ATM. Rhys Haden. Disponível em:www.rhyshaden.com/atm.htmAcesso em: 29 out 2007. B. FILHO, Huber. Asynchronous Transfer Mode (ATM). Teleco. Disponível em:www.teleco.com.brAcesso em: 5 abr 2007. BISOL, Bruno; RISO, Bernardo G. Um estudo da arquitetura MPLS. UFSC. Disponível em:www.ufsc.brAcesso em: 5 abr 2007. CAMPOS, Gláucia M.M. Redes de Alta Velocidade. UFRN. Disponível em:

36

www.dimap.ufrn.brAcesso em: 9 jun 2007. Cisco MPLS Controller Software Configuration Guide. Cisco. Disponível em:www.cisco.comAcesso em: 10 jun 2007. Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM. Cisco. Disponível em:www.cisco.comAcesso em: 10 jun 2007. COMER, Douglas ; STEVENS, David L. Interligação em Rede com TCP/IP. Rio de Janeiro:Campus, 1999. DIOGENES, Yuri. Certificação Cisco. Rio de Janeiro: Axcel Books, 2004. FILIPPETTI, Marcos A. CCNA 3.0 – Guia Completo de Estudo. Florianópolis: Visual Books,2002. GARCIA, Anailton S. Redes MPLS. Inatel. Disponível em:www.inatel.brAcesso em: 02 nov 2007. INACIO, Fabrício Couto. MPLS – MultiProtocol Label Switching. UFRJ. Disponível em:www.gta.ufrj.brAcesso em: 9 jun 2007. KAKIHARA, Carlos Marcos. Avaliação e comparação de desempenho entre a arquitetura IP ea arquitetura IP sobre MPLS. 2006. 117f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Física de SãoCarlos, São Carlos, 2006. LEWIS, Cris. Cisco TCP/IP Routing Professional Reference. Nova Iorque: McGraw-Hill, 1999. LOPEZ, Roberto G. IP Security. UFRJ. Disponível em:www.gta.ufrj.brAcesso em: 29 out 2007. MACEDO, Carlil G. Fonseca de; BRAGA, Nilton C. N. da Costa. Tutorial: Redes ATM.Disponível em:http://mesonpi.cat.cbpf.br/najAcesso em: 14 out 2007. MAGALHÃES, Mauricio F. Introdução à Comutação IP por Rótulos Através de MPLS.Unicamp. Disponível em:www.dca.fee.unicamp.brAcesso em: 9 jun 2007.

37

MARQUES, Fábio da Silva. MPLS (MultiProtocol Label Switch) Comutação de rótulos multi-protocolo. Disponível em:www.redes.cefetgo.brAcesso em: 5 abr 2007. MPLS: CONFORMENCE AND PERFORMANCE TESTING. Ixia. Disponível em:www.ixiacom.comAcesso em: 17 out 2007. MPLS TUTORIAL. Disponível em:www.mplstutorial.comAcesso em: 17 out 2007. MORIMOTO, Carlos E. Guia completo de Redes. Guia do Hardware. Disponível em:www.guiadohardware.netAcesso em: 5 abr 2007. Multiprotocol Label Switching VPN a Success in Europe, Middle East, and África. Cisco.Disponível em:www.cisco.com/go/ciscoitatworkAcesso em: 01 nov 2007. PEPELNJAK, Ivan; GUICHARD, Jim. MPLS and VPN Architectures – CCIP Edition. SãoFrancisco: Cisco Press, 2002. REAGAN, James. CCIP MPLS Study Guide. São Francisco: Sybex, 2002. REDES ATM. Unisanta. Disponível em:http://professores.unisanta.br/santana/Acesso em: 29 out 2007. REDES PRIVADAS VIRTUALES IP-MPLS. Ertach. Disponível em:www.ertach.comAcesso em: 19 out 2007. SIQUEIRA, Marcos. Evolução Anunciada nos Sistemas de Telecomunicações. IBTA. Disponívelem:www.ibta.com.brAcesso em: 17 out 2007. SIQUEIRA, Marcos A.; CASTRO, Marcel C.; NAKAMURA, Emílio T. Análise dos Aspectos deSegurança das VPNs MPLS. Unicamp. Disponível em:www.unicamp.brAcesso em: 5 abr 2007. SOARES, Luiz F. Gomes; LEMOS, Guido; COLCHER, Sérgio. Redes de Computadores: DasLans, Mans e Wans às Redes ATM. Rio de Janeiro: Campus, 1995.

38

SOUSA, Lindeberg Barros de. Redes de Computadores dados, voz e imagem. São Paulo: Érika,1999. TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Campus, 1997. TUDE, Eduardo; B. FILHO, Huber. MPLS. Teleco. Disponível em:www.teleco.com.brAcesso em: 5 abr 2007. VEERARAGHAVAN, M.; Zhu, X.; Zheng X.; Li, Z.; Song, Q.; Habib, I.; Rao, N.S.V.Implementation of a GMPLS-based Network with end Host Initiated Signaling. University ofVirginia. Disponível em:http://www.cs.virginia.eduAcesso em: 04 nov 2007. WELCHER, Peter J. Introduction to MPLS. Net Craftsmen. Disponível em:www.netcraftsmen.netAcesso em: 10 jun 2007.

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MPLS I: Teste seu entendimento 1. Quais são as formas de roteamento mais comuns nas redes IP?

Estático, escolhido antes mesmo da transmissão da informação, e dinâmico, realizado passo-a-passo de acordo com as condições da rede.

Estático, realizado passo-a-passo de acordo com as condições da rede, e dinâmico, escolhidoantes mesmo da transmissão da informação.

Fixo, escolhido antes mesmo da transmissão da informação, e variável, realizado passo-a-passo de acordo com as condições da rede.

Variável, escolhido antes mesmo da transmissão da informação, e fixo, realizado passo-a-passode acordo com as condições da rede.

2. Qual alternativa representa um dos benefícios do MPLS?

Roteamento simplificado.

Suporte à engenharia de tráfego.

Suporte à QoS.

Todas as alternativas anteriores. 3. Qual das alternativas não representa um componente de uma rede MPLS?

LER ou Label Edge Router.

CPE ou Customer Premisses Equiment.

LSR ou Label Switching Router.

LSP ou Label-Switched Path.

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