A necessidade por Engenharia de Tráfego e a relação com o MPLS TE
O Multiprotocol Label Switching Traffic Engineering (MPLS TE) é uma tecnologia que foi criada para sanar uma deficiência inerente do próprio modelo de roteamento instaurado e suportado pelo protocolo IP. Essencialmente, ou resumidamente, o MPLS TE se propõe a resolver os seguintes grandes desafios em temos técnicos que são decorrentes do roteamento IP padrão:
Ineficiências naturais do roteamento IP e as soluções funcionais do MPLS para cada caso
O roteamento baseado no protocolo IP possui alguns “defeitos”, conforme esclarecido a seguir:
Limitações do roteamento IP
- Comportamento natural “salto-a-salto” (per-hop behavior) e orientado somente ao endereço IP de destino;
- Má utilização dos recursos de rede disponíveis;
- Congestionamentos na rede que são causados pelo próprio fato do roteamento IP sempre utilizar os caminhos de menor custo;
- Consequentemente, a existência de poucos links saturados/congestionados atendendo a maior parte do tráfego, enquanto, ao mesmo tempo, havendo outras opções de links que poderiam ser utilizados para encaminhar tráfego e que estão com baixa utilização (subutilizados);
Propostas de aprimoramentos com o MPLS TE
- Como alternativa mais inteligente aos problemas de congestionamento supracitados, dispensar a manipulação de métricas dos protocolos IGP e o uso de ferramentas complexas para filtrar, selecionar, e influenciar o tráfego na rede;
- Assegurar níveis de serviço (SLA) mais agressivos e competitivos e facilitar o mapeamento de classes de tráfego para os túneis de TE, e com isto fomentar uma engenharia de tráfego mais inteligente e simplificada;
- Possibilitar maior consistência do QoS fim a fim;
- Permitir a implementação de facilidades de rápida recuperação da conectividade fim a fim em cenários de falhas de enlaces e equipamentos no backbone;
- Fornecer uma solução mais atraente no ponto de vista operacional, pois a dispensa de ferramentas e componentes mais complexos reduz proporcionalmente o surgimento de problemas e incidentes na infraestrutura decorrentes de falha humana (configuração indevida ou incorreta de elementos e facilidades e que poderiam ocasionar em indisponibilidades, por exemplo).
Onde o MPLS Traffic Engineering (TE) é comumente empregado?
O MPLS TE é uma tecnologia muito implementada em backbones de Operadoras e que serve para manipular o tráfego da rede com maior facilidade e flexibilidade, porém sem que sejam exigidas modificações nas propriedades dos protocolos de roteamento IGP em uso, tais como, por exemplo, custos de interfaces de roteadores habilitadas para o protocolo de roteamento OSPF ou ISIS, e também dispensando o uso de complexas políticas de roteamento.
A escalabilidade é sem dúvida alguma aprimorada e assegurada a um fator pouco oneroso operacionalmente. O MPLS TE é também muito apreciado para promover uma convergência muito rápida no backbone em cenários de falhas de enlaces ou roteadores com o uso da ferramenta “Fast Reroute (FRR) Link and Node Protection”, com possibilidade de recuperar LSPs em até 50 ms! Sem contar com recursos tais como a (re)otimização de túneis de TE no regime “Make Before Break”, dentre outros.
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Para compreender os benefícios do MPLS TE, você precisa primeiro conhecer como funciona o roteamento IP
Com o MPLS TE, conseguimos eliminar as seguintes deficiências nativas do roteamento IP “padrão”, as quais apresentaremos na ordem correta abaixo:
Comportamento do roteamento IP
1) O roteamento IP ocorre sempre no regime “salto-a-salto” e com base nos endereços IP de destino, e adotando o critério de “caminho de menor custo”. No que tange ao conceito de “menor custo”, consideramos os seguintes:
a) Cada protocolo de roteamento possui o seu próprio critério de “menor custo”. Por exemplo, o RIP emprega o conceito de “hop count”; o OSPF emprega o conceito de “Cost” (que é inversamente proporcional à banda das interfaces); o EIGRP emprega o conceito de “Composite Metric” (menor banda ao longo do caminho + a soma dos delays de todas as interfaces envolvidas);
Seleção de rotas para publicação na tabela de roteamento de acordo com o critério de confiabilidade da origem da informação
b) O valor “Administrative Distance” é usado pelo roteador para selecionar as rotas de origem/protocolos “mais confiáveis” na perspectiva ou entendimento do próprio sistema operacional. Por exemplo, em um roteador Cisco, uma rota para uma determinada rede aprendida via OSPF, por exemplo 100.100.100.0/24, possui um valor de confiabilidade denominado “AD 110” sendo portando preferida sobre uma rota para esta mesma rede (100.100.100.0/24) aprendida via o protocolo RIP, cujo AD seria o de “120”;
Quando há rotas de custos iguais, o load sharing pode ser viabilizado…
c) Quando há duas ou mais opções de rotas para uma mesma rede de destino e aprendidas pelo mesmo protocolo de roteamento – por exemplo, OSPF cujo AD é “110” – será considerada aquela que apresentar o menor custo. Uma rota de custo “200” é preferida sobre uma rota para a mesma rede da primeira opção de rota que tiver, por exemplo, um custo de “500”. Havendo duas ou mais rotas com custos iguais, estas opções de rotas, cujas quantidades máximas são variáveis e dependem da plataforma ou equipamento utilizado, poderão ser instaladas para efeitos de “load sharing”;
Critério primário para encaminhamento de pacotes: prefixo mais específico contido na FIB…
d) No que tange ao encaminhamento de pacotes pelo roteador, o critério principal de seleção de uma rota para encaminhamento deste tráfego será a rota que for a mais específica. Por exemplo, o endereço IP de destino citado no cabeçalho IP do pacote é “10.1.1.1”, e o roteador possui duas rotas possíveis e que atenderiam ao propósito: 10.1.1.0/28 via RIP e 10.1.1.0/24 via OSPF. A opção /28 é mais específica que a opção /24, portanto está rota e a sua adjacência associada será utilizada;
e) Se, por exemplo, tivéssemos três opções de rotas, sendo a primeira 10.1.1.0/24 pelo RIP, e 10.1.1.0/24 pelo OSPF com custo de 100 e 10.1.1.0/24, também pelo OSPF, com custo de 200, a única rota que existiria na tabela de roteamento seria a rota OSPF 10.1.1.0/24 com custo de 100;
Observações:
OBS: não entraremos em detalhes aqui, mas as plataformas de roteamento modernas não processam o encaminhamento de pacotes pela tabela de roteamento (o que seria o Control Plane), e sim por estruturas de comutação mais inteligentes e programadas no hardware do equipamento (ex: Line Card, I/O Modules), o que seria considerado o Data Plane.
Estas estruturas (por exemplo, FIB) são alimentadas pelas instruções contidas na RIB (tabela de roteamento), enquanto as informações para a reescrita dos cabeçalhos de camada 2 – ADJ no Data Plane, e processos tais como ARP, no Control Plane – havendo, portanto, uma relação entre processos de Control Plane e Data Plane. Mas isto fica para um próximo artigo!
2) Portanto, do ponto “A” para o ponto “B” poderão haver múltiplas opções, porém suponhamos que somente uma única opção (a melhor opção, ou “shortest path”) tenha sido escolhida;
O encaminhamento de pacotes nas redes IP possui limitações, entenda:
3) O roteamento IP encaminhará o tráfego salto-a-salto ao longo deste melhor caminho, enquanto as outras opções de caminhos/alternativas não são utilizadas ou aproveitadas;
4) Se a quantidade de tráfego ofertado sobre este caminho for superior à capacidade de algum dos links ou interfaces envolvidas nesta melhor rota, haverá congestionamentos e potencialmente descartes de pacotes na rede, resultando em baixo desempenho e baixo throughput;
5) Consequentemente, o chamado “melhor caminho” fica saturado, sobrecarregado;
6) Ao mesmo tempo em que os caminhos alternativos não são utilizados ou no máximo ficam muito subutilizados;
7) O mapeamento do tráfego de rede sobre os recursos disponíveis é muito ineficaz;
8) As consequências disto tudo são reclamações, problemas, impactos, e o seu Planejamento de Capacidades fica complexo e oneroso.
Como o MPLS TE poderá servir para aliviar congestionamentos na rede decorrentes do comportamento natural das redes IP?
O MPLS TE é uma excelente ferramenta para aliviar os congestionamentos persistentes no backbone, ao mesmo tempo em que dispensando procedimentos de engenharia de tráfego “padrão”, tais como modificações de parâmetros dos protocolos IGP (custos, métricas, etc.), que costumam resolver “um” problema e ao mesmo tempo causar outros “500” problemas!
O MPLS TE poderá também servir como componente de alta resiliência para cenários de falhas, sendo esta uma das capacidades mais apreciadas do MPLS TE, ou seja, o Fast Reroute (FRR).
Esperamos ter esclarecido algumas coisas importantes do MPLS TE: não faz mágica e não é a solução para congestionamentos de curto prazo decorrentes de eventos inesperados. O MPLS TE é eficiente nas questões de planejamento de capacidades e congestionamentos persistentes, além de servir como excelente ferramenta para maior disponibilidade do backbone.
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Um abraço!
Leonardo Furtado
