Já existem soluções e cazes para o cálculo de rota com TE em redes intra-domínio. Para redes GMPLS, o protocolo OSPF-TE [28] é responsável pela troca de informações acerca do estado da rede necessárias para realização de TE. A inundação de pacotes OSPF-TE em redes intra-domínio é aceitável, contudo, em redes multi-domínio essa inundação não é factível por questão de escalabilidade e con dencialidade entre domínios. Dessa maneira a troca de informações entre redes de diferentes domínios é limitada e se faz necessário de nir heurísticas para a divulgação de informações sobre o estado da rede multi-domínio. Principalmente por questão de escalabilidade, protocolos de roteamento multi-domínio só trocam informações de alcançabilidade, sem detalhar informações sobre disponibilidade de recursos. Com isso, torna-se mais complicado realizar cálculo de LSP com engenharia de tráfego, causando má utilização dos recursos da rede. A arquitetura PCE tem como uma de suas principais vantagens tirar melhor proveito das informações sobre recursos da rede em cenários onde a disseminação dessas informações é limitada.
Nas redes multi-domínio, um PCE é responsável por realizar cálculo de rota dentro de cada domínio, enquanto o cálculo inter-domínio é realizado por meio de um processo de comunicação coordenada entre PCEs, utilizando os procedimentos de nidos pelo PCEP. Como consequência, ter uma quantidade de informação su ciente de todos os domínios envolvidos num cálculo de rota é uma questão fundamental. Por um lado, um domínio deveria publicar informação su ciente para que os outros domínios fossem capazes de construir suas rotas multi-domínio. Por outro lado, ao mesmo tempo em que os domí- nios cooperam eles competem pelos mesmos clientes, por isso eles querem manter a real topologia da sua rede oculta a m de não revelar informações críticas que garantam seu diferencial competitivo. Por esse motivo, topologia, recursos de rede e parâmetros de TE não são divulgados.
O trabalho publicado em [53] discute abordagens cooperativas para cálculo de rota baseado em PCE, distinguindo entre as abordagens baseadas em modelos e as aborda- gens ad-hoc. Abordagens baseadas em modelo assumem que a sequência de domínios é conhecida a priori e são baseadas em problemas de decisão multi-stage. As principais abordagens para cálculo de rota baseada em modelo são a perdomain e a BRPC.
Na abordagem per-domain, os métodos de cálculo de rota são baseados em mecanis- mos de divulgação de alcançabilidade como o do BGP. O caminho completo é obtido concatenando-se segmentos de rota calculados em cada domínio. Contudo, a rota resul- tante é obtida a partir de informações desatualizadas nas bases de dados de roteamento de cada comutador. Para que se possa garantir um bom nível de con ança no cálculo de rotas, são necessários mecanismos bem projetados de divulgação de informação de alcançabilidade e de estado dos enlace da rede.
No BRPC, o PCE fonte especi ca a sequência de domínios entre a fonte e o destino. Tal informação é transportada na mensagem de requisição de cálculo de rota do protocolo de comunicação PCE (PCEP) [57]. O BRPC calcula, então, o melhor caminho m-a- m que atravessa essa sequência. A sequência é pré-de nida administrativamente ou desco- berta de alguma maneira não explicada no padrão [56], o que motivou o desenvolvimento deste trabalho de mestrado e a construção das soluções de cálculo de cadeia de domínios
Cálculo de Rota e Divulgação de
Estado da Rede
Planos de Controle distribuídos como o GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Swit- ching) [21] visam facilitar o aprovisionamento dinâmico de caminhos ópticos com restrições de TE. O IETF especi cou duas abordagens para o cálculo de caminhos multidomínio: BRPC e o per-domain [55]. Ambos usam algoritmos do tipo Constrained Shortest Path First (CSPF), que usam um grafo auxiliar para representar a rede. Nesses algoritmos, os enlaces que não satisfazem as restrições de nidas por uma chamada são retirados do grafo para que se faça a execução do algoritmo de menor caminho (Dijkstra) no grafo resultante [18].
No que se refere às restrições impostas pelas redes ópticas, ambos esquemas de cálculo de rota não tratam da restrição WCC, principalmente pela falta de informações sobre disponibilidade de recursos ópticos na rede. Por conseguinte, tanto o BRPC quanto o esquema per domain não possuem as informações necessárias para o estabelecimento de caminhos ópticos multidomínio.
Alguns trabalhos anteriores tentaram tratar essas questões. Casellas e colaboradores [9] estenderam o algoritmo BRPC para tratar WCC m-a- m. Francisco e colaboradores [25] disponibilizaram a primeira implementação do BGP para redes ópticas (OBGP), que contém a especi cação de requisitos e as extensões necessárias ao BGP para criar o OBGP. Yannuzzi e colaboradores [60, 61] enfatizaram a necessidade de se divulgar recursos ópticos de maneira agregada para o aprovisionamento de caminhos ópticos em redes WDM, e de niram um processo de agregação de informações de disponibilidade de comprimento de onda. Greco e colaboradores [48] desenvolveram um modelo de segurança para PCE para ser utilizado em redes multi-domínio.
No entanto, um ponto falho em todos esses trabalhos é o processo de divulgação de disponibilidade dos recursos ópticos na rede, fator crítico na geração de sobrecarga de sinalização na rede. A m de reduzir essa sobrecarga e a taxa de chamadas bloqueadas, Chamania e colaboradores [14] propuseram um mecanismo de pré-reserva de recursos e envio de atualizações quando a quantidade de recursos pré-reservados e a disponível atingem um limiar especí co. Contudo, como a proposta não foi avaliada em conjunto com um protocolo de roteamento, o aumento da sobrecarga de sinalização em decorrência da polítca de disparo de mensagens de atualização não pode ser aferida adequadamente.
Este capítulo apresenta uma primeira proposta de aprovisionamento de lightpath em redes WDM multi-domínio. Em relação ao estado atual do conhecimento, as princi- pais contribuições apresentadas neste capítulo são uma estratégia para a divulgação sob- demanda de recursos ópticos da rede e uma estratégia para cálculo da cadeia de domínios entre o nó fonte e o nó destino. O esquema proposto provê uma solução simples e e ciente ao combinar o cálculo da cadeia de domínios com a divulgação de recursos. A solução pro- posta emprega noti cações sob-demanda, cujas mensagens de atualização são disparadas por eventos de backtracking [18].
5.1 Solução 1
O esquema proposto para aprovisionamento de caminhos ópticos multi-domínio segue uma arquitetura de cálculo de rota com múltiplos PCEs e comunicação inter-PCE (Mul- tiple PCE Path Computation with Inter-PCE Communication Architecture [23]). Nessa arquitetura, há pelo menos um PCE por domínio que realiza roteamento utilizando infor- mações contidas em sua TED e obtidas por meio de troca de mensagens entre os PCEs de domínios vizinhos.
A solução proposta introduz um novo algoritmo para disseminação de informações e cálculo das cadeias de domínios entre o nó fonte e o destino, e implementa uma política de seleção de rotas que resulta numa melhor distribuição dos caminhos ópticos na rede, balanceando a utilização de recursos. As mensagens trocadas incluem informações de alcançabilidade e disponibilidade de recursos necessários para que se possa escolher o melhor comprimento de onda para se criar um caminho de luz m-a- m. Utiliza-se a técnica de backtracking para lidar com TEDs desatualizadas, o que aumenta as chances de sucesso do cálculo das cadeias de domínio. Backtracking é um esquema similar ao crank-back do RSVP [22] e é realizado para tratar falhas no cálculo de rota, para que se possa reencaminhar a chamada por caminhos alternativos, evitando, assim, o bloqueio da mesma.
O esquema de disseminação de mensagens de atualização dispara a troca de mensa- gens apenas na ocorrência de eventos de backtracking. Quando um domínio recebe uma requisição de chamada e não consegue repassá-la adiante, uma mensagem de backtrack é retornada ao PCE que lhe fez a requisição. O PCE que recebe o backtracking atualiza informações referentes ao domínio que gerou o backtracking e escolhe um domínio alter- nativo para repassar a requisição. A política de seleção de rota utilizada baseia-se na disponibilidade dos recursos disponíveis na rede, resultando numa solução de roteamento balanceada.
Os PCEs rodam um protocolo de vetor de caminho com múltiplos caminhos (path vector with path caching protocol [39]), o que quer dizer que cada PCE pode conter em sua TED vários caminhos (cadeias de domínios) para os demais domínios da rede. O número máximo de caminhos para um dado destino que um PCE pode conter em sua TED é igual ao número de nós de borda do domínio. Cada registro de uma TED possui, além da cadeia de domínios entre a fonte e o destino, uma lista de comprimentos de onda disponíveis e o nó de borda de saída para o próximo domínio da cadeia. Quando um PCE recebe uma PCEP request (PCEPreq) de um nó intra-domínio, ele deve escolher uma rota
dentre as disponíveis para o destino. O primeiro critério para escolha do melhor caminho determina que deve ser escolhido o caminho com maior número de comprimentos de onda disponíveis. Se houver mais de uma opção, o caminho com a menor cadeia de domínios deve ser escolhido. Por último, se houver mais de uma opção, utilizam-se as regras de desempate do BGP. Esses critérios produzem uma distribuição de recursos balanceada e, consequentemente, aumentam a disponibilidade de recursos, evitando a formação de gargalos.
Depois de de nir a cadeia de domínios e o comprimento de onda, o PCE fonte sinaliza para os nós intra-domínio alocarem recursos necessários para receber a chamada do nó fonte ao nó de borda escolhido e reencaminha o PCEPreq para o próximo PCE da cadeia de domínios. O PCE que recebe o PCEPreq executa o mesmo procedimento considerando o comprimento de onda escolhido pelo PCE fonte e o nó de borda de saída do PCE que lhe encaminhou a requisição. O procedimento continua até que o domínio destino seja alcançado e um caminho de luz possa ser estabelecido. Por m, procedimentos de estabelecimento de caminho m-a- m e de reserva de recursos como o BRPC e o RSVP são executados [4].
Por meio de um exemplo pode-se entender melhor a solução proposta. Considere a rede representada pela Figura 5.1, composta por cinco domínios, cada um com um PCE. O P CE2 tem conhecimento do estado dos enlaces intra e inter-domínio do domínio D2, e por isso sabe da disponibilidade de recursos ópticos para alcançar D1. As mensagens de atualização recebidas por P CE3 vindas do P CE2 são analisadas e armazenadas na TED do P CE3, que atualiza-se sobre a alcançabilidade e disponibilidade de recursos para alcançar D1. Essas mensagens contêm informação sobre o domínio destino (D1), sobre o nó de borda de entrada de D2 e sobre os comprimentos de onda disponíveis entre o nó de borda de entrada de D2 e o nó de borda de entrada do domínio destino (D1). Da mesma maneira, P CE3 pode enviar atualizações para a TED do P CE4 estendendo o caminho para D1 e de nindo os comprimentos de onda disponíveis como a intersecção dos comprimentos de onda nos caminhos D1-D3 e D3-D4. A TED do P CE5 pode ser nalmente atualizada da mesma forma pelo P CE3 e pelo P CE4.
PCE1 PCE2 PCE3
PCE4 PCE5 Plano de Dados Plano de Controle D5 D1 D3 D4 D2
Ao m desse processo, P CE5 deve ter uma visão geral da topologia como representada na Figura 5.2, que inclui dois possíveis caminhos para alcançar D1, um via D3 (linha pontilhada) e outro via D4 (linha cheia). Ademais, P CE5 não tem nenhuma informação sobre as topologias internas de qualquer domínio, que é uma característica importante para assegurar o diferencial competitivo dos provedores de serviços da Internet.
D5
D1 D2 D3
D4
Figura 5.2: Visão da topologia da rede pelo PCE5. O protocolo é descrito no Algoritmo 5.1 e no Algoritmo 5.2.
Se uma mensagem PCEPreq chega a um PCE e o comprimento de onda escolhido pelo PCE fonte não estiver mais disponível, um evento de backtracking é disparado e a requi- sição retorna ao PCE anterior, que deve escolher um domínio alternativo para continuar o procedimento de cálculo de rota. Quando uma mensagem de backtracking é enviada, uma mensagem de atualização também é enviada para disseminar as mudanças ocorri- das. A mensagem backtrack pega carona na mensagem de atualização. Dessa maneira, a sobrecarga de mensagens de atualização do estado da rede é signi cativamente reduzida. A Figura 5.3 ilustra o uxo de PCEPreq e mensagens de atualização na ocorrência de backtracking durante uma requisição de cálculo de rota numa rede composta por cinco domínios (Figura 5.1). Um limite no número de mensagens de backtracking que podem ser disparadas deve ser de nido, ao se exceder esse limite, a chamada é bloqueada.
A abordagem proposta provê numa solução simples e e ciente ao combinar cálculo de rota com divulgação de disponibilidade de recursos. Como resultado, a solução aborda algumas das principais limitações das soluções baseadas em BGP: (i) o esquema proposto, centrado principalmente na divulgação de informação de alcançabilidade, provê as infor- mações fundamentais para realização de TE em redes WDM; (ii) o esquema de cálculo de rota foi projetado utilizando-se o protocolo de vetor distância que admite múltiplos caminhos; (iii) ao atualizar as tabelas de roteamento apenas na ocorrência de backtracks, a proposta apresentada leva a tabelas de roteamento mais estáveis; (iv) a divulgação sob de- manda das informações de estado da rede evita o processo de convergência dos protocolos vetor distância.