Tipos de protocolos

A arquitetura TCP/IP impõe três tipos de protocolos: (i) protocolo de comunicação (IP); (ii) protocolo de encaminhamento (IGP/EGP); e (iii) protocolo de sinalização (TCP, RSVP, LDP, etc.). A Figura 11.1 ilustra esses três tipos de protocolos.

Figura 11.1 – Tipos de protocolos.

Protocolo de comunicação

O protocolo IP é o único protocolo de comunicação e faz parte da camada 3 do modelo OSI. É um dos principais protocolos da internet, pois possibilita o transporte de pacotes IP, sem, além disso, garantir a sua entrega. Este procedimento de encaminhar pacotes sem garantias deste chegar ao seu destino é designado por best effort [11.1-1]. O termo inglês “best effort” é um modelo de serviço utilizado pela arquitetura IP. Consiste num utilizador que envia um fluxo de dados, ao mesmo tempo que a largura de banda é partilhada com todos os fluxos de dados enviados por outros utilizadores, ou seja, estas transmissões são concorrentes entre si. Na realidade, o protocolo IP processa os pacotes IP independentemente uns dos outros e escolhe o melhor encaminhamento ao instante. A tomada de decisão é determinística, individual no encaminhamento dos pacotes e consome recursos (processamento e consequentemente, mais tempo). Uma decisão determinística significa que se trocarmos unicamente o elemento de rede, o cálculo resulta sempre na mesma solução. O protocolo de encaminhamento determina o destinatário da mensagem baseando-se em três campos: (i) o campo de endereço IP destino; (ii) o campo de máscara de sub-rede; e (iii) o campo do gateway padrão. O gateway padrão (gateway default) serve de intermediário entre a rede a que o utilizador pertence (LAN) e a rede

exterior (WAN) que possibilita alcançar o host de destino. Ou seja, permite ligar redes diferentes (com domínios de colisão/ambiente diferentes). Gateway descreve uma família de elementos de rede, sendo que router, firewall, proxy e network address translation (NAT) são elementos dessa família.

Protocolo de encaminhamento

O protocolo de encaminhamento é um componente fundamental na gestão de redes, pois permite ao router ter conhecimento da topologia da rede. O router, conhecendo a topologia da rede a que pertence, fica capacitado a, e de forma autónoma, tomar decisões de encaminhamento dos pacotes IP que lhe chegam. O IGP, do tipo link state, permite ao router criar uma base de dados da topologia da rede (tabela LSDB), que é utilizada para construir a tabela RIB. A tabela RIB é utilizada para reencaminhar todos os pacotes recebidos, permitindo assim ao pacote IP alcançar a sua máquina de destino. Esta solução é mais robusta que uma solução baseada numa ligação ponto a ponto, pois em caso de interrupção da ligação física, o router procura outro caminho possível, recalculando um novo caminho alternativo, ao consultar a tabela LSDB. O encaminhamento IP é, portanto, dinamicamente adaptável ao estado da rede e recorre a saltos consecutivos para alcançar o destino do pacote.

Protocolo de sinalização

O protocolo de sinalização, no MPLS, solicita a reserva de recursos e distribui rótulos. Existem dois protocolos de sinalização para solicitar a reserva de recursos aos routers que participam na criação do traçado label switched path (LSP): (i) resource reservation protocol (RSVP); e (ii) RSVP traffic engineering (RSVP-TE).

Para a distribuição de rótulos, entre routers, existem quatro protocolos de sinalização: (i) label distribution protocol (LDP); (ii) tag distribution protocol (TDP), proprietário do fabricante Cisco; (iii) MP-BGP que é utilizados nos circuitos da camada 3; (iv) constraint-based routed label distributed protocol (CR-LDP). O TDP e o CR-LDP já não se utilizam.

- Protocolo de reserva de recursos

O protocolo que solicita a reserva de recursos (resource reservation protocol, RSVP) aos routers que participam no estabelecimento do caminho é um agente que interage com o plano de controlo dos routers. A solicitação consiste em providenciar uma ligação virtual, e, numa negociação dinâmica, solicita os recursos necessários, aos routers, que permitam satisfazer os critérios de prioridade da qualidade de serviço. A reserva de recursos só ocorre por iniciativa dos recetores, que escolhem o melhor caminho, e reenvia uma outra mensagem tipo (RESV), para confirmar os recursos que ficaram cativos por um curto espaço de tempo. Após confirmação de que há condições, pelo router LER_i, é iniciado o envio de todos os pacotes do fluxo pelo mesmo caminho. Quando termina, os recursos são libertados. O RSVP não efetua função de encaminhamento de pacote úteis, pois essa função cabe ao protocolo IGP e não impõe qualquer tipo de política de controlo de admissão, de escalonamento, ou de permissões de carácter administrativo (policy control), pois são tarefas do plano de controlo do próprio router.

O RSVP permite o encaminhamento convencional, determinado pelo IP de destino do pacote, utilizando a mensagem label object (LO). O RSVP-TE é uma extensão para estabelecer um

caminho com critérios, forçando assim um encaminhamento explícito. O protocolo RSVP-TE utiliza a mensagem explicit routing Object (ERO).

Protocolo de distribuição de rótulos

O MPLS admite duas formas de propagar as informações que permitem as atualizações das tabelas LFIB: (i) estende a funcionalidade dos protocolos já existentes (BGP e OSPF); ou (ii) utiliza um novo protocolo dedicado à distribuição de rótulos (label distribution protocol, LDP). O LDP é o agente que possibilita a criação do LSP e é o protocolo utilizado para a propagação das tabelas LIB, geradas pelos routers vizinhos. É necessário o estabelecimento de sessões TCP entre routers vizinhos para garantir a receção das informações baseado em multicast, com endereço IP 224.0.0.2 e o campo “Time to Live” (TTL) igual a “1”.

Protocolo de distribuição de rótulos com engenharia de tráfego

O label switched path - traffic engineering (LSP-TE), elemento do mecanismo MPLS-TE, permite o estabelecimento de uma ligação (unidirecional) de forma explícita, independente do protocolo de encaminhamento e cumpre com os critérios de qualidade de serviço (quality of service, QoS). O LSP-TE é utilizado no estabelecimento de uma ligação ponto a ponto, no restabelecimento rápido em caso de perda de ligação (fast reroute), e no compartilhamento de carga.

Distribuição de rótulos

O protocolo de sinalização label distribution protocol (LDP) é responsável pela distribuição da tabela LIB, aos outros routers LSR adjacentes, permitindo, assim, o tráfego nos LSP. O processo do protocolo LDP resume-se a quatro fases, ilustrado na Figura 11.2: (i) o router MPLS tem a iniciativa de iniciar o processo LDP; (ii) envia uma mensagem de descoberta, do tipo “hello”; (iii) são enviadas mensagens a pedir uma sessão LDP, estabelecendo-a, mantendo-a e de fecho de sessão; e (iv) mensagens de advertência.

O processo recorre a uma ligação orientada à conexão (sessão TCP), é bidirecional, o que permite atuar como um mecanismo de transporte de troca de mensagens confiável entre os routers MPLS adjacentes. A mensagem do tipo “hello” permite anunciar, e/ou manter, os routers MPLS adjacentes à sua presença na rede. A mensagens de advertência permite criar, alterar e apagar associações entre o encaminhamento por classes equivalentes e o rótulo, distribuição dinâmica de rótulos que permite a construção, e atualizações da tabela LIB. Esta distribuição dinâmica de rótulos confere autonomia ao router para que se possam preencher as tabelas LFIB.

- Método unsolicited downstream

Neste método, desde que um router LSR associe um rótulo ao encaminhamento por classes equivalentes, informa automaticamente todos os seus vizinhos desta operação. O funcionamento deste método de distribuição de rótulos é ilustrado na Figura 11.3.

Figura 11.3 – Funcionamento do método unsolicited downstream.

- Método downstream on demand

O funcionamento deste método de distribuição de rótulos é ilustrado na Figura 11.4.

Figura 11.4 – Funcionamento no método downstream on demand.

Neste modo, o router a montante (upstream) pergunta o router a jusante (downstream) para lhe fornecer o número do rótulo a ser associado a um determinado encaminhamento por classes equivalentes. O router upstream envia o tráfego para o router downstream, quando passa um pacote que ainda não está associado a uma classe de encaminhamento, o router upstream vai exigir a associação de um rótulo para esta classe de encaminhamento ao próximo router (do LSR downstream). Este método é utilizado pelo protocolo RSVP-TE (é mais confiável que o LDP e é utilizado no contexto MPLS-TE).