Introdução

Em um paradigma clássico de roteamento por IP, o encaminhamento do tráfego é feito de forma a chegar o mais rapidamente possível ao destino, o que significa seguir o caminho mais curto baseado somente no custo dos links. Além disso, os pacotes são encaminhados a cada salto, ou seja, cada roteador encaminha o pacote baseado no endereço de destino, o que chamamos de destination-based forwarding paradigm. Esse paradigma contudo não leva em conta a largura de banda de cada link, gerando um subaproveitamento da banda total entre fonte e destino.

Assim, a rede passa a estar suscetível a congestionamentos, e consequentemente perda de pacotes. Uma solução para o problema é a utilização da PRB (Policy-based Routing), mas que contudo não é prática, pois requer que as políticas sejam implementadas em cada roteador no caminho para o destino.

Dessa forma, surge a engenharia de tráfego (Traffic Engineering - TE), cujo funcionamento resume-se em desviar uma parcela do tráfego para um caminho não ótimo, permitindo um melhor gerenciamento da utilização de banda total, aliviando congestionamentos temporários no centro da rede. Para tal, são coletadas informações a respeito do padrão de tráfego que atravessa o núcleo da rede, de forma que possam ser configurados túneis, a fim de separar os caminhos .



Fig 1: túneis TE , Tunnel1 and Tunnel2, podem ser configurados em PE1-AS1 que podem mapear diferentes caminhos(PATH1, PATH2), permitindo um uso de banda eficiente. (extraído de [2])


Em uma rede MPLS (Multiprotocol Label Switching), os dados de uma rede são encaminhados de nó a nó baseados em rótulos que identificam enlaces virtuais, evitando a utilização de endereços longos e tabelas de roteamento complexas. Nessa, as configurações de tunelamento são sempre definidas nos denominados provider edge (PE) routers, roteadores localizados entre áreas de provedores de serviço distintos, ligando-os através do núcleo do provedor.

Logo, podemos citar a aplicabilidade de mecanismos de engenharia de tráfego em redes MPLS: É aplicado o Source-based routing para o tráfego na origem do túnel, sendo definido um caminho configurável através do qual o tráfego deverá passar; O MPLS-TE provê uma forma eficiente de encaminhamento de tráfego evitando a superutilização e subutilização de links; MPLS-TE se adapta a mudanças de banda; MPLS-TE leva em conta as bandas configuradas dos links.

Multi-Protocol Label Switching (MPLS)

Multi-Protocol Label Switching tem como base a utilização de rótulos (labels) para realizar o roteamento dentro da rede e, por ter seu cabeçalho inserido entre o cabeçalho de enlace e o de rede, é classificado na camada 2.5 do modelo OSI.



Fig 2:Adição de labels em uma rede MPLS sobre pacotes IP ( extraído de https://www.mushroomnetworks.com/what-is-mpls/)


Redes MPLS possuem dois tipos principais de dispositivos: Label Edge Router (LER) e Label Switch Router Ascendente (LSR). Os LER são os componentes de borda da rede, sendo o LER de entrada o responsável pela associação dos rótulos aos pacotes de dados, tarefa que é realizada após a determinação das possibilidades de encaminhamento na rede, também conhecidas como Fowarding Equivalence Class (FEC), e associação das FECs à pelo menos um caminho interno da rede MPLS.

Após concluída a rotulação dos pacotes, os componentes LSR realizam o roteamento utilizando apenas a troca dos rótulos dos pacotes a cada salto por valores especificados em suas tabelas de roteamento, consultando apenas a label de entrada e a FEC pertencente ao pacote.

Engenharia de Tráfego (TE)

Denominamos por engenharia de tráfego o processo de controle do fluxo de tráfego em uma rede, de forma a promover uma otimização concomitantemente da performance quanto da utilização dos recursos. Em geral, utilizando a aplicação de tecnologias e princípios científicos para medir, modelar, caracterizar e controlar o tráfego da internet.

Atualmente, a maior parte dos IGPs (Interior Gateway Protocol) - protocolo utilizado para o roteamento entre gateways (usualmente roteadores) dentro de um mesmo sistema autônomo (AS) - utiliza o menor caminho para encaminhar o tráfego. Isso, apesar de conservar os recursos da rede, também representa sérios problemas. Entre eles, pode-se citar a possível convergência do tráfego em alguns links, gerando congestionamento, além da subutilização de caminhos mais longos quando o mais curto atinge sua capacidade.

Assim, o crescimento em tamanho e em complexidade dos sistemas autônomos, aliado aos altos custos de operação e uma competitividade inerente ao mercado, enfatizam a necessidade de uma máxima eficiência de operação. Dessa forma, a engenharia de tráfego passa a ser um mecanismo completamente indispensável no contexto de redes atual.


Objetivos Performáticos da Engenharia de Tráfego

Os objetivos performáticos associados a engenharia de tráfego podem ser divididos em: Orientados ao tráfego e orientados a recursos.O primeiro diz respeito a aspectos que impactam na qualidade de serviço (QoS) do fluxo do tráfego, e tem como objetivos a minimização da perda, atraso, maximização do throughput, entre outros. Já o segundo, orientado a recursos, diz respeito a otimização da utilização dos recursos, garantir que não haverá partes da rede sobre utilizadas causando congestionamentos enquanto outras estão subutilizadas.

Podemos considerar portanto, o controle de congestionamento como um objetivo comum de ambas abordagens de TE. Esse, tipicamente pode se manifestar em dois cenários:
1) Quando os recursos da rede são insuficientes ou inadequados para acomodar a carga.
2) Quando o fluxo de tráfego é mapeado de forma ineficiente.

No primeiro caso, temos como soluções viáveis a incremento dos recursos disponíveis ou a aplicação de técnicas de controle de congestionamento clássicas. Já o segundo caso se enquadra no escopo de problemas resolvidos utilizando-se engenharia de tráfego.


Controle de Tráfego e Recursos


Limitações de Mecanismos de Controle IGP

Funcionamento do MPLS-TE

Distribuição de Informação de Links

ISIS-TE

OSPF-TE


Path Calculation (CSPF)


Path Setup (RSVP-TE)


Forwarding Traffic down Tunnel

Serviços do MPLS-TE

Re-roteamento Rápido

Em uma rede MPLS-TE sem o recurso de Re-roteamento Rápido dependente do headend para estabelecer o caminho de um LSP, label-switched paths, a velocidade resposta para casos de falha em um determinado link é limitada pelo tempo de recepção da mensagem de erro ao headend.



Fig 3:Túnel de Backup, Re-roteamento rápido (extraído de [9])


O Re-roteamento Rápido possibilita que os próprios aparelhos de roteamento da rede executem o re-roteamento para contornar links indisponíveis enquanto um novo LSP não é determinado no headend. Para realizar o roteamento ao detectar falha no link, o roteador redireciona os pacotes recebidos para um túnel secundário ao acrescentar o label desse túnel ao pacote


Proteção de Caminho


Tunelamento para VRF

Aplicação do MPLS-TE

Segment Routing Traffic Engineering

Conclusão

Referências

[1] MPLS-TE Basics:Disponível em <https://sites.google.com/site/amitsciscozone/home/important-tips/traffic-engineering/mpls-te-basics> Acesso em: 27/08/2019.

[2] MPLS Traffic Engineering: Disponível em <http://www.ciscopress.com/articles/article.asp?p=426640> Acesso em: 27/08/2019.

[3] AWDUCHE, Daniel O.; AGOGBUA, Johnson. Requirements for traffic engineering over MPLS. 1999.

[4] XIAO, Xipeng et al. Traffic Engineering with MPLS in the Internet. IEEE network, v. 14, n. 2, p. 28-33, 2000.

[5] OOMMEN, B. John; MISRA, Sudip; GRANMO, Ole-Christoffer. Routing Bandwidth-Guaranteed paths in MPLS traffic engineering: A multiple race track learning approach. IEEE Transactions on Computers, v. 56, n. 7, p. 959-976, 2007.

[6] AWDUCHE, Daniel O. MPLS and traffic engineering in IP networks. IEEE Communications magazine, v. 37, n. 12, p. 42-47, 1999.

[7] SHAHSAVARI, Mohammad Mehdi; AL-TUNSI, Adnan A. MPLS performance modeling using traffic engineering to improve QoS routing on IP networks. In: Proceedings IEEE SoutheastCon 2002 (Cat. No. 02CH37283). IEEE, 2002. p. 152-157.

[8] Presentation by Jessica Wei at APNIC 44 on Wednesday, 13 September 2017 : <https://pt.slideshare.net/apnic/mpls-traffic-engineering-79787781>

[9] MPLS Traffic Engineering Fast Reroute: Dísponivel em <https://www.cisco.com/en/US/docs/ios/12_0st/12_0st10/feature/guide/fastrout.html> Acesso em: 01/10/2019.

[10] MPLS: Dísponivel em <https://www.gta.ufrj.br/grad/01_2/mpls/mpls.htm> Acesso em: 01/10/2019.

[11] Presentation by Gregory Johnson at CiscoLive! on June 25-29 2017 - BRKMPL-2100

Perguntas

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