As redes são projetadas com um alto nível de redundância para garantir a oferta dos serviços disponíveis aos clientes. No entanto, muitas vezes a falha em um circuito de comunicação faz com que a recuperação de um serviço gaste um tempo na ordem de dezenas de segundos, dada a quantidade de protoco- los envolvidos na convergência. Este tempo de convergência é resultante, prin- cipalmente, do tempo de propagação do protocolo IGP, responsável por fazer o rerroteamento rápido para contornar as falhas, efetuando a convergência na rede. Dependendo do tamanho da rede, este tempo pode levar de cinco a dez segundos. Durante esta convergência há perda de pacotes e, consequentemente, uma indisponibilidade do serviço oferecido ao usuário, o que pode afetar o SLA (Service Level Agreement) acordado entre o usuário e o provedor.
Fast Reroute (FRR) é uma ferramenta integrante do MPLS-TE. Ela permite
que circuitos e roteadores sejam protegidos pelos túneis do MPLS-TE com rápido tempo de convergência. A proteção dos circuitos é denominada Link Protection e a dos roteadores, Node Protection.
Ambos os tipos de proteção são conhecidos como proteção local, isso por- que os túneis de backup protegem apenas um segmento do caminho. A Figura 6.5 exibe a proteção local entre R3 e R5, denominada de proteção do enlace, e a proteção do nó R5, denominada de proteção do nó. Para a proteção do enlace, o
do túnel é o roteador R5 (Merge Point). Já para a proteção do nó, o head-end (HE) do túnel é o R3, e o fim do túnel é o roteador R7.
Figura 6.5 – Proteção do enlace e proteção do nó. Adaptado de (Osborne e Simha, 2002)
O enlace R3-R5 é considerado o enlace crítico sobre o qual o túnel primário é sinalizado. Esse enlace será o enlace protegido e, para sua proteção e proteção do túnel principal, um túnel de backup é sinalizado em torno do enlace. A prote- ção do enlace usa túneis de backup NHop (Next Hop Router) e conta com o fato de que, embora o enlace protegido tenha sido rompido, o roteador na outra ponta desse enlace protegido ainda está ativo; portanto, a proteção do enlace protege de uma falha do enlace, mas não contra uma falha de nó (Osborne e Simha, 2002). A proteção do nó é semelhante à proteção do enlace, porém ela difere por- que o MP não é NHop, e sim o NNHop (Next Next Hop Router). No caso da Figura 6.5, o túnel principal faz uso do caminho R1 à R3 à R5 à R7. O enlace R3 à R5 está protegido pelo Túnel 1, e o roteador R5 está protegido pelo Túnel 2.
No caso de falha da conexão R3 à R5, o tráfego ocorrerá pelo Túnel 1 até que o túnel principal seja reestabelecido. Já em caso de falha do roteador R5, o tráfego será transmitido através do Túnel 2 até que o túnel principal seja reestabelecido.
6.9 – GMPLS
O MPLS Generalizado (Generalized MPLS) é um conjunto de extensões aos protocolos de sinalização de engenharia de tráfego MPLS e aos protocolos de
roteamento de engenharia de tráfego, com o objetivo de promover um conjunto padronizado e comum para controlar as redes de núcleo. GMPLS é desenvolvido sobre MPLS porque as noções de comutação são muito semelhantes e devido à vantagem de potencializar a reconhecida tecnologia MPLS (Farrel, 2005).
A sinalização GMPLS é desenvolvida sobre a sinalização MPLS-TE. Isso não é apenas uma conveniência que reduz a quantidade de novo desenvolvimento de protocolo necessário, mas reflete o fato de o GMPLS ser um conceito advindo do MPLS-TE e usar muitos dos mesmos termos e conceitos.
O MPLS possui dois protocolos de sinalização, e ambos foram estendidos para o uso no GMPLS. O GMPLS é uma tecnologia de engenharia de tráfego.
Com base no fato de que no MPLS o plano de controle é totalmente disso- ciado do plano de dados, surgiu no IETF a ideia de se estender o uso do plano de controle do MPLS, com as devidas adequações, para a generalidade de tecnolo- gias de transmissão de dados, incluindo-se aquelas que se baseiam em comuta- ção por circuitos (Enne, 2009).
O GMPLS se utiliza do mesmo conceito de comutação de rótulos do MPLS, sendo que o seu objetivo é integrar as tecnologias TDM (Time Division Multiplexing) e WDM (Wavelength Division Multiplexing) com a comutação de pacotes do MPLS. Deve ser observado que no GMPLS a comutação de pacotes é apenas um tipo de GMPLS. Ele se encontra em fase de implantação, havendo uma grande expectati- va quanto ao seu uso futuro.
As extensões do MPLS para GMPLS definidas nas RFC 4203 (RFC 4203) e RFC 5063 (RFC 5063) relativas às extensões dos protocolos, respectivamente, OSPF-TE e RSVP-TE não são, contudo, suficientes para suportar certas demandas requeridas pelo plano de controle para pleno funcionamento de uma ASON (Automatically
Switched Optical Network). O plano de controle das ASONs foi especificado segun-
do a recomendação G.8080 do ITU-T. Para a extensão da aplicação dos processos de roteamento do GMPLS no sentido de atender essa recomendação do ITU-T, o IETF emitiu a RFC 4258 (RFC 4258), que trata desse assunto específico.
96
C
APÍTULO
7.
IPv6 sobre MPLS
Este capítulo trata dos fundamentos básicos do protocolo IPv6, assim como de algumas arquiteturas para transporte IPv6 sobre a tecnologia MPLS.
7.1 – O protocolo IPv6
Ao passo que ocorre o crescimento da emergente tecnologia MPLS, o pro- tocolo IP deverá continuar sendo a principal ferramenta adotada por provedores de serviços. Tal protocolo, aliado ao uso da tecnologia MPLS e à possibilidade de unificar as comunicações de voz, vídeo e dados, proporciona benefícios econômi- cos e tecnológicos para as operadoras.
O sucesso do IP como protocolo padrão em nível mundial e base para interligação das redes de computadores é inegável, porém, devido à escas- sez dos endereços IPv4 existentes hoje, motivada pelo rápido crescimento da Internet, passa a ser de fundamental importância que os provedores de serviços estejam preparados para a adoção e implementação do protocolo IPv6 em seu
backbone.
Apesar do protocolo IPv6 já existir há mais de uma década, agora é que sua implantação está sendo acelerada, já que ele é imprescindível para a continuida- de do crescimento e da evolução da Internet. Vários governos têm incentivado a implantação do IPv6 na Internet através do envolvimento das áreas de comunica- ções, energia, ciência e tecnologia, educação, dentre outras. No Brasil, estima-se que os endereços IPv4 devam se esgotar entre 2012 e 2014. Segundo dados do CGI (Comitê Gestor da Internet no Brasil), mais de oitenta sistemas autônomos brasileiros já possuem alocações IPv6.
As especificações do IPv6 foram apresentadas inicialmente na RFC 1883 (RFC 1883), de dezembro de 1995. No entanto, em dezembro de 1998, esta RFC
foi substituída pela RFC 2460 (RFC 2460). Como principais mudanças do IPv6, destacam-se:
• Maior espaço de endereçamento: um endereço IPv6 tem 128 bits de comprimento, permitindo níveis mais específicos de agregação de ende- reços, identificação de uma quantidade muito maior de dispositivos na rede e implementação de mecanismos de autoconfiguração. A escalabi- lidade de roteamento multicast também foi melhorada através da adição do campo “escopo” no endereço multicast.
• Simplificação no formato do cabeçalho: alguns campos existentes no cabeçalho IPv4 foram removidos ou tornaram-se opcionais, com o intuito de reduzir o custo do processamento dos pacotes nos roteadores.
• Suporte a cabeçalhos de extensão: o campo de opções (existente no IPv4) não faz mais parte do cabeçalho base, permitindo um roteamento mais eficaz, limites menos rigorosos em relação ao tamanho e à quanti- dade de opções e uma maior flexibilidade para a introdução de novas opções no futuro.
• Capacidade de identificar fluxos de dados: foi adicionado um novo recurso que permite a identificação de pacotes que pertençam a deter- minados fluxos de tráfegos, para os quais podem ser requeridos trata- mentos especiais.
• Suporte a autenticação e privacidade: foram especificados cabeçalhos de extensão, capazes de fornecer mecanismos de autenticação e garantir a integridade e a confidencialidade dos dados transmitidos.
Além dessas, o IPv6 também apresenta mudanças no tratamento da frag- mentação dos pacotes, que passa a ser realizada apenas no dispositivo de origem, evitando assim um maior processamento nos roteadores ao longo do caminho. O protocolo também trouxe recursos que facilitam a configuração de redes, além de outros aspectos que foram melhorados em relação ao IPv4.
Na Tabela 7.1 tem-se uma breve comparação entre os cabeçalhos dos protocolos IPv4 e IPv6.
Tabela 7.1 – Comparação entre os cabeçalhos IPv4 e IPv6
Campos IPv4 IPv6
Versão Identifica a versão do
datagrama Identifica a versão do datagrama Comprimento do cabeçalho Informa o comprimento
do cabeçalho em palavras de 32 bits
---
Tipo de serviço/Classe de tráfego Usado para fazer a marcação dos pacotes
quando do uso de Qualidade de Serviço
Usado para fazer a marcação dos pacotes
quando do uso de Qualidade de Serviço Comprimento total/Comprimento
do campo de informação Define o tamanho total do datagrama Identifica o tamanho dos dados enviados Identificação/Flags/Deslocamento
do fragmento para fazer fragmentação Usados em conjunto do datagrama IP
---
Tempo de vida/Limite de
encaminhamento Tempo de vida do pacote na rede pacote pode dar antes de Limite de saltos que o ser descartado Protocolo/Próximo cabeçalho Define o protocolo
seguinte usado numa porção de dados do
datagrama IP
Identifica o cabeçalho que se segue ao cabeçalho IPv6
Soma de verificação Campo de verificação do cabeçalho do
datagrama
---
Endereço de origem Endereço IP de origem
do pacote Endereço IPv6 de origem do pacote Endereço de destino Endereço IP de destino
do pacote Endereço IPv6 de destino do pacote Opções Raramente utilizado.
Existem opções para segurança, timestamps, roteamento mandatório,
etc.
---
Complemento Garantir que o cabeçalho tem um tamanho múltiplo de 4
bytes
---
Identificador de fluxo --- Identificar um tipo de fluxo de dados
Podemos observar que sete campos do cabeçalho IPv4 foram removidos (Comprimento do cabeçalho, Identificação, Flags, Deslocamento do fragmento, Soma de verificação, Opções e Complemento), uma vez que essas funções não são mais necessárias no cabeçalho base do IPv6.
No IPv6, as opções adicionais agora fazem parte dos cabeçalhos de exten- são do IPv6; deste modo, os campos Opções e Complementos puderam ser remo- vidos. O campo Tamanho do cabeçalho também foi removido porque o tamanho do cabeçalho IPv6 é fixo em 40 bytes.
Os campos Identificação, Flags e Deslocamento do fragmento foram remo- vidos porque as informações referentes à fragmentação são indicadas agora em um cabeçalho de extensão apropriado.
Com o intuito de aumentar a velocidade do processamento dos roteado- res, o campo Soma de verificação foi retirado, pois esse cálculo já é realizado pelos protocolos das camadas superiores.
O campo Identificador de fluxo foi adicionado no IPv6 com o objetivo de acrescentar um mecanismo extra de suporte a QoS ao protocolo IP.
Resumindo, as mudanças em termos de cabeçalho entre o IPv4 e IPv6 foram:
• Sete campos do cabeçalho IPv4 foram removidos.
• Quatro campos tiveram seus nomes alterados e seus posicionamentos modificados.
• O campo Identificador de fluxo foi acrescentado. • Três campos foram mantidos.
A seguir descreveremos um resumo sobre cada campo do cabeçalho base do IPv6:
• Versão (4 bits): identifica a versão do protocolo IP utilizado. No caso do IPv6, o valor desse campo é 6.
• Classe de Tráfego (8 bits): identifica e diferencia os pacotes por classes de serviços ou prioridade. Ele continua provendo as mesmas funcionali- dades e definições do campo Tipo de serviço do IPv4.
• Identificador de Fluxo (20 bits): identifica e diferencia pacotes do mes- mo fluxo na camada de rede. Esse campo permite ao roteador identifi- car o tipo de fluxo de cada pacote, sem a necessidade de verificar sua aplicação.
• Tamanho dos dados (16 bits): indica o tamanho, em bytes, apenas dos dados enviados junto ao cabeçalho IPv6. Substituiu o campo Tamanho total do IPv4, que indica o tamanho do cabeçalho mais o tamanho dos dados transmitidos. Os cabeçalhos de extensão também são incluídos no cálculo do tamanho.
• Próximo cabeçalho (8 bits): identifica cabeçalho que se segue ao ca- beçalho IPv6. Este campo foi renomeado (no IPv4 chama-se Protocolo), refletindo a nova organização dos pacotes IPv6, pois agora este campo não contém apenas valores referentes a outros protocolos, mas também indica os valores dos cabeçalhos de extensão.
• Limite de encaminhamento (8 bits): indica o número máximo de roteadores pelos quais o pacote IPv6 pode passar antes de ser des- cartado, sendo decrementado a cada salto. Padronizou o modo como o campo Tempo de vida (TTL) do IPv4 tem sido utilizado, apesar da definição original do campo TTL dizer que este deveria indicar, em se- gundos, quanto tempo o pacote levaria para ser descartado caso não chegasse ao seu destino.
• Endereço de origem (128 bits): indica o endereço de origem do pacote. • Endereço de destino (128 bits): indica o endereço de destino do pacote.
7.2 – Endereçamento IPv6
No IPv4, o campo do cabeçalho reservado para o endereçamento possui 32 bits. Este tamanho possibilita um máximo de 4.294.967.296 (2^32) endereços distintos. Na época do seu desenvolvimento, esta quantidade era considerada suficiente para identificar todos os computadores na rede e suportar o surgimen- to de novas sub-redes. No entanto, com o rápido crescimento da Internet, surgiu o problema da escassez dos endereços IPv4, motivando a criação de uma nova geração do protocolo IP.
O IPv6 possui um espaço para endereçamento de 128 bits, sendo possí- vel obter 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 endereços (2^128). Este valor representa aproximadamente 79 octilhões (7,9x10^28) de ve- zes a quantidade de endereços IPv4 e representa, também, mais de 56 octilhões (5,6x10^28) de endereços por ser humano na Terra, considerando-se a população estimada em 6 bilhões de habitantes, de acordo com o CGI (Comitê Gestor da Internet no Brasil).
O endereço IPv6 possui 128 bits e é escrito no seguinte formato: x:x:x:x:x:x:x:x, sendo cada x um valor em hexadecimal de 16 bits. Um exemplo de endereço IPv6 é:
2012:985A:0456:7CAF:0000:0000:F0CA:0872
Apesar de bastante extenso em comparação com o endereço IPv4, no qual temos 32 bits, formados por quatro octetos, é possível a aplicação de técnicas para sua abreviação. É permitido omitir os zeros à esquerda de quaisquer blocos de 16 bits, além de ser possível substituir uma sequência longa de zeros por “::”, porém uma única vez por endereço. Como exemplo, o endereço IPv6 citado ante- riormente poderia ser escrito como 2012:985A:456:7CAF::F0CA:0872.
Existem três categorias de endereços IPv6: Unicast, Anycast e Multicast. O endereço Unicast é utilizado para identificação individual de uma interface simples. O endereço Anycast é designado para múltiplas interfaces; sendo as- sim, um pacote que é destinado para um endereço IPv6 de Anycast é enviado para uma interface mais próxima com aquele endereço de Anycast. Neste caso, mais próxima significa com o caminho mais curto, de acordo com o protocolo de roteamento. Já o endereço Multicast é designado para múltiplas interfaces. Um pacote destinado a um endereço IPv6 de Multicast é entregue a todas as interfaces associadas a esse endereço. Os endereços de broadcast não mais existem no IPv6.
Assim como existem as classes dos endereços IPv4, há classes dos ende- reços IPv6 para endereçamentos dos hosts. São elas: Global Unicast, Unique-
Local e Link-Local. Os endereços Global Unicast são endereços públicos,
roteáveis e acessíveis na Internet IPv6. O bloco reservado para o endere- ço Global Unicast é 2000::/3, que corresponde aos intervalos de endereços 2000::/4 a 3000::/4. Os endereços Unique-Local são privados, similares aos en- dereços privados do IPv4 (RFC1918), e sua faixa é FC00::/7, que compreende o intervalo de FC00::/8 a FD00::/8. Já os endereços Link-Local podem ser usa- dos apenas em um enlace específico, onde a interface está conectada, sendo um endereço atribuído automaticamente. O bloco para estes endereços é FE80::/64 (Florentino, 2012).
A Tabela 7.2 resume estes endereços.
Tabela 7.2 – Endereços IPv6 Unicast
Tipo do Endereço Prefixo
Global Unicast 2000::/3 ou 2000::/4 a 3000::/4 Unique Local FC00::/7 ou FC00::/4 a FD00::/8
Link Local FE80::/64
O bloco dos endereços de Multicast (utilizados para identificar grupos de interfaces) corresponde a FF00::/8.
Em se tratando dos protocolos de roteamento, estes já foram adotados para trabalhar com o protocolo IPv6. O protocolo RIP para IPv6 passou a se cha- mar RIPng (Routing Information Protocol next generation); já o protocolo OSPF (Open Shortest Path First) para IPv6 passou a se chamar OSPFv3. O protocolo IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) também já possui versão para IPv6 (IS-ISv6); assim como o protocolo exterior BGP, que passou a se chamar de MP- BGP (MultiProtocol Border Gateway Protocol).
Diversos estudos mostram que a penetração do protocolo IPv6 tem au- mentado gradativamente; no entanto, é preciso avançar muito mais, pois adiar por mais tempo sua implantação poderá trazer diversos prejuízos para o desen- volvimento de toda a Internet.