06-2aula-23

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Curso: MPLS Prof. Motoyama
1
MultiProtocol Label Switching -
MPLS
Prof. S. Motoyama
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2
Rede IP Tradicional
ROT
ROT
ROT
ROT
ROT
ROT
ROT
ROT ROT
ROT
ROT - roteador ROT
Nuvem IP
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3
Encaminhamento de pacote
na rede tradicional
Roteador
Roteador
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 2
163.85 2
... Roteador
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
...
Roteador
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
163.85 2
...
153.55
1
2
2
163.85153.55.33.6 Dados
153.55.33.6 Dados
153.55.33.6 Dados
153.55.33.6 Dados
Pacote é enviado utilizando
endereço IP.
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4
MPLS - Elementos Básicos
LER
LSR
LER
LER
LER
LER
LER
LER
LSR LSR
LSR
LER - Label Edge Router
Roteador de borda
- Classifica os pacotes
- Rotula os pacotes
LSR - Label Switching Router
Roteador de Rótulos
- Comuta pacotes utilizando os rótulos
Nuvem MPLS
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5
MPLS - Princípio de Operação
LER
LSR
LER
LER
LER
LER
LER
LER
LSR LSR
LSR
Nuvem MPLS
LAN
LAN
1. LER recebe o 
pacote de uma 
LAN e acrescenta
um rótulo.
2. LSR comuta
pacote, através da
permutação de rótulos.
3. LER de egresso
remove o rótulo e
entrega o pacote
LSP
LSP – Label Switched Path
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6
Exemplo de Encaminhamento de pacote
na rede MPLS
LER LSR 1
2
2
LER
163.85
LER
153.55
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 2
163.85 2
...
Rot
En
Rot
Sai
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
163.85 2
...
Rot
En
Rot
Sai
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
...
Rot
En
Rot
Sai
3
5
8
2
8
3
5
153.55.33.6 Dados 153.55.33.6 Dados3
153.55.33.6 Dados8
153.55.33.6 Dados
Roteador utiliza
o rótulo para comutar.
Troca o rótulo na saida.
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7
MPLS – Estabelecimento de LSP
O estabelecimento de um caminho entre o nó origem
e o nó destino é realizado utilizando, por ex o protocolo 
de roteamento OSPF.
LER
LSR
LER
LER
LER
LER
LER
LER
LSR LSR
LSR
LAN
Nuvem MPLS
LAN
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8
Exemplo de Distribuição de Informação de 
Roteamento
Roteador
Roteador
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 2
163.85 2
... Roteador
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
...
Roteador
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
163.85 2
...
153.55
1
2
2 153.55 pode ser alcançado
através deste roteador
153.55 e 163.85 podem ser alcançados
através deste roteador.
163.85 pode ser alcançado
através deste roteador.
163.85
Atualização de rotas
utilizando o protocolo
OSPF.
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MPLS –Distribuição de Rótulos
1. Estabelece os rótulos a serem utilizados na rede para fins de comutação 
em cada roteador. O protocolo para essa finalidade pode ser LDP (Label 
Distribution Protocol), RSVP, BGP.
LER
LSR
LER
LER
LER
LER
LER
LSR LSR
LSR
LER
LAN
Nuvem MPLS
LAN
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Exemplo de Distribuição de Informação de 
Rótulos em MPLS
Roteador Roteador 1
2
2
Roteador
163.85
Roteador
153.55
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 2
163.85 2
...
Rot
En
Rot
Sai
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
163.85 2
...
Rot
En
Rot
Sai
Prefixo
Enderereço Int.
153.55 1
...
Rot
En
Rot
Sai
Use label 8 para 153.55
Use label 2 para 163.85
Use label 3 para 153.55 e 5 para 163.85
Distribuição de labels,
utilizando o protocolo
LDP.
3
5
8
2
8
3
5
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Formato e Posição do Label
O label pode ser colocado:
- no lugar de VPI/VCI no caso de utilizar a infra-estrutura ATM
- no lugar de DLCI no caso de utilizar o Frame Relay
- entre a camada enlace de dados (L2) e a camada rede (L3).
Formato quando está entre L2 e L3.
CoS SLabel TTL
20 bits 8 bits13
4 bytes
S = Bottom of Stack
TTL = Time to Live
CoS = Class of Service
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Formato e Posição do Label
Posição no cabeçalho da célula
GFC VPI VCI PTI CLP HEC Dados
Label
4 bits 8 bits 16 bits 3 bits 1 8 bits 48 bits
20 bits
Posição no cabeçalho PPP
PPP Header Label Header Layer 3 Header
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Forwarding Equivalence Class - FEC
Os pacotes nos roteadores de borda são discriminados em 
classes, através das informações contidas nos cabeçalhos. 
Os pacotes de uma mesma classe percorrem os mesmos 
caminhos, significando que os pacotes são tratados de uma 
mesma maneira nos roteadores da rede MPLS.
O termo Multiprotocol significa que a tecnologia MPLS pode 
ser aplicada para qualquer protocolo do nível 3.
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Comutadores IP
Comutador 
IP
1 1
2 2
3 3
N N
- Os pacotes são classificados em fluxos no roteador de borda (LER).
- São acrescentados rótulos (labels) em cada pacote no roteador de borda.
- Os pacotes são comutados utilizando as informações dos rótulos.
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Estratégias de Armazenamento
• Necessidade de armazenamento: dois ou mais pacotes podem se
encaminhar a uma mesma saída.
• Procedimentos para solução de conflito:
1. Colocar um buffer em cada enlace de entrada. 
Buffer na entrada (input buffering).
2. Colocar um buffer em cada enlace de saída. 
Buffer na saída (output buffering).
3. Colocar buffers nos enlaces de entrada e de saída.
4. Colocar buffers nos estágios intermediários.
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Buffer na Entrada
xy
xy
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1
N
1
N
y
x
enfileiramento roteamento
árbitro
(resolução de contenção)
solicitação permissão controle
1
1
1
1
Algoritmo de roteamento para
resolução de contenção pode ser
do tipo discutido em comutadores
ATM. Entretanto, o gerenciamento
do buffer é mais difícil, porque o
comprimento do pacote é variável.
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Buffer na Saida
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1
N
1
N
enfileiramentoroteamento
1
1
1
1
N
N Inconveniente: a velocidade
de transferência na matriz de
comutação (roteamento) deve
ser maior (speed-up, no máximo,
N vezes).
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Buffer de Saída Virtual
•
•
•
•
•
•
1
N
1
N
Enfileiramento (VOQ) roteamento
escalonador
solicitação permissão controle
Saída 1
Saída N
•
•
•
Saída 1
Saída N
•
•
•
•
•
•
O buffer de entrada de cada
enlace é organizada em N saídas
virtuais. Facilita o escalonamento,
pois, o escalonador fica sabendo
quanto pacotes devem ser 
encaminhados para cada saída.
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Buffer na Entrada e na Saída
•
•
•
1
N
filas de saídaroteamento
•
•
•
1
N
So
SoSi
Si
filas de entrada
•
•
•
1
N
filas de saídaroteamento
•
•
•
1
N
So
SoSi
Si
filas de entrada
•
•
•
1
N
filas de saídaroteamento
•
•
•
1
N
So
SoSi
Si
filas de entrada
Os pacotes são armazenados provisoriamente nos buffers de entrada, e
são transferidos para buffers de saída. O armazenamento na entrada
permite um tempo maior para o escalonamento 
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Exemplo de Implementação
Barr. ACK (N bits)
Barr.REQ (N bits)
CRT
CRT
CRT
Escalonador
(SCH)
Porta saída 1 Porta saída 2 Porta saída N
Porta entrada 1
Porta entrada 2
Porta entrada N
Escalonador
(SCH)
Escalonador
(SCH)
. . .
1 2 ...m 1 2 ...m 1 2 ...m
. 
 . 
 .
Barr. ACK (N bits)
Barr.REQ (N bits)
CRT
CRT
CRT
Escalonador
(SCH)
Escalonador
(SCH)
Porta saída 1 Porta saída 2 Porta saída N
Porta entrada 1
Porta entrada 2
Porta entrada N
Escalonador
(SCH)
Escalonador
(SCH)
Escalonador
(SCH)
Escalonador
(SCH)
. . .
1 2 ...m 1 2 ...m 1 2 ...m
. 
 . 
 .
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Descrição da estrutura
- Cada porta de entrada possui um único buffer do tipo FIFO enquanto cada porta de 
saída possui um conjunto de m buffers também do tipo FIFO. 
- Cada buffer de entrada é conectado aos m buffers de saída através de m enlaces físicos. 
- Cada porta de entrada possui uma unidade de controle (CRT) enquanto cada porta de saída 
possui um escalonador (SCH) com finalidades de controle. 
- Cada CRT é conectado a cada SCH através de uma linha reservada para transportar
a informaçãode solicitação (REQ). A informação REQ é enviada do CRT ao correspondente 
SCH quando um novo pacote tem que ser transportado do buffer de entrada para uma saída. 
- O escalonador ao receber os pedidos de REQs dos CRTs utiliza um algoritmo de agendamento 
para escolher até m CRTs para transmitir os seus pacotes aos m buffers de saída. Aos CRTs 
escolhidos o SCH envia um sinal de confirmação (ACK) através de uma linha reservada. 
- Ao terminar a transmissão do seu pacote, o CRT envia um outro sinal de informação de fim de 
transmissão (EOT) ao SCH. Este sinal pode ser enviado usando as mesmas linhas usadas para 
transmitir o sinal REQ.
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Operação do Comutador
1 2 3CRT
CRT
CRT
CRT
CRT
Escalonador
(SCH)
Porta de saída j
Porta entrada 1
Porta entrada 2
Porta entrada 3
Porta entrada 4
Porta entrada 5
1 2 3CRT
CRT
CRT
CRT
CRT
Escalonador
(SCH)
Porta de saída j
Porta entrada 1
Porta entrada 2
Porta entrada 3
Porta entrada 4
Porta entrada 5
- As portas de entradas i1, i2, i3, i4 e i5 possuem em seus 
buffers pacotes endereçados a mesma porta de saída de 
endereço j. 
- O número de enlaces internos é igual a três (m=3). 
- O esquema de agendamento é do tipo round robin. 
- Após as entradas terem enviado o sinal REQ ao 
escalonador j, apenas as entrada i1, i2 e i3 receberão o 
sinal ACK. 
- Simultaneamente o escalonador j irá escolher os enlaces 
internos 1, 2 e 3, enviará ACKs e habilitará os respectivos 
pontos de cruzamentos. 
- Assim que uma das portas i1, i2 ou i3 terminar a sua 
transmissão e enviar o sinal de fim de transmissão (EOT) 
para o SCH, a entrada i4 receberá o sinal ACK e irá ser 
servida usando um enlace interno livre.
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Análise - Modelagem
Como a estrutura crossbar é simétrica, para a modelagem da estrutura do 
comutador podemos considerar apenas uma saída genérica j. Para a porta 
de saída j, as filas de entrada são filas distribuídas e podem ser modeladas 
como sendo uma única fila e os m enlaces como sendo m servidores. 
Na porta de saída, o conjunto das m filas pode ser também considerado 
como uma única fila. Desta forma, o modelo completo do 
comutador pode ser representado por uma rede aberta de filas, como 
mostrado na figura abaixo.
1
N
N.λ
2
λ
m
1
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24
Análise
aPara a análise foram feitas as seguintes considerações: o número de enlaces 
de entrada ou de saída é N, a chegada dos pacotes em cada enlace de 
entrada obedece a uma distribuição de Poisson com taxa média de chegada 
igual a λ, e o comprimento dos pacotes é exponencialmente distribuído com 
média 1/µ. A probabilidade de um pacote em uma entrada ser encaminhado 
a uma determinada saída é 1/N. Os pacotes são servidos em um esquema 
FIFO. Assumindo as considerações anteriores, a rede aberta de filas pode 
ser modelada como uma fila M/M/m na entrada, e como uma fila M/M/1 na 
saída. Utilizando o teorema de Burke para uma rede aberta de filas, a fila de 
entrada pode ser considerada independente da fila de saída.
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Análise
Tempo médio de atraso na fila de entrada.
Para uma fila do tipo M/M/m, temos
{ }
µ
λρ
ρ
ρρ =
−
= , )(,2 m
ENE mq
( )mmk
P mm
k
k
ρ
ρρ
−
+
=
∑
−
= 1!!
1
1
0
0
0,2 !
)( P
m
m
m
E
m
m 





−
=
ρ
ρρ
λ
ρ
}{}{
e }{}{
NETE
NENE q
=
+=
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Análise
Tempo de espera dos pacotes no
buffer de entrada.
Tempo de espera dos pacotes no
buffer de saída.
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
10-25
10
-20
10
-15
10
-10
10-5
10
0
Load
A
ve
ra
ge
 P
ac
ke
t W
ai
tin
g 
Ti
m
e 
in
 Q
ue
u 
(s
ec
.)
m=1
m=2
m=3
m=4
m=5
m=6 Link Capacity: 100 Mbps 
P acket Length: 8000 bits 
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
x 10
-4
Traffic Load
A
ve
ra
ge
 W
ai
tin
g 
Ti
m
e 
in
 O
ut
pu
t Q
ue
ue
 (s
ec
.)
2.4 Gbps 
100 Mbps 
622 Mbps 
150 Mbps 
P acket Length: 8000 bits
	MultiProtocol Label Switching - MPLS
	Rede IP Tradicional
	Encaminhamento de pacotena rede tradicional
	MPLS - Elementos Básicos
	MPLS - Princípio de Operação
	Exemplo de Encaminhamento de pacotena rede MPLS
	MPLS – Estabelecimento de LSP
	Exemplo de Distribuição de Informação de Roteamento
	MPLS –Distribuição de Rótulos
	Exemplo de Distribuição de Informação de Rótulos em MPLS
	Formato e Posição do Label
	Formato e Posição do Label
	Forwarding Equivalence Class - FEC
	Comutadores IP
	Estratégias de Armazenamento
	Buffer na Entrada
	Buffer na Saida
	Buffer de Saída Virtual
	Buffer na Entrada e na Saída
	Exemplo de Implementação
	Descrição da estrutura
	Operação do Comutador
	Análise - Modelagem
	Análise
	Análise
	Análise