Ingeniería de Tráfico en Redes MPLS

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1 Ingeniería de Tráfico en Redes MPLS Proyecto Final de Carrera Integrantes: Adrián Delfino, Sebastián Rivero, Marcelo San Martín Tutor: Ing. Pablo Belzarena Instituto de Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería de la República

2 Prefacio El presente documento constituye la documentación final del Proyecto de Fin de Carrera titulado Ingeniería de Tráfico en Redes MPLS, realizado para el Instituto de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería, Universidad de la República. Los integrantes del grupo de trabajo son Sebastián Rivero, Adrián Delfino y Marcelo San Martín. Todos ellos, estudiantes de Ingeniería, opción Telecomunicaciones. El proyecto en cuestión se llevo a cabo en el período comprendido entre Marzo de 2004 y Agosto de 2005, bajo la tutoría del Ing. Pablo Belzarena. El objetivo del proyecto fue desarrollar una herramienta de software que permite al usuario realizar lo siguiente: diseñar la topología de la red a su gusto por medio de una interfaz gráfica, tanto de manera manual o cargándola de manera automática a la misma, disponer de diversos algoritmos para el establecimiento de LSPs (Label Switched Paths) (objetivo principal de éste proyecto) así como de herramientas de visualización del estado actual de la red. En cuanto a los métodos de búsqueda de caminos, se utilizó el establecimiento explícito del LSP por parte del usuario, CSPF (Constraint Shortest Path First), una versión modificada del algoritmo MIRA (Minumum Interference Routing Algorithm) y algoritmos usados en las llamadas Fair Networks que se explicarán más adelante. El trabajo se divide en 4 partes. Primero se presenta el Objetivo del proyecto, la Motivación que llevo a su creación y una breve descripción de cómo está organizado el mismo. Luego se presentan los conceptos principales sobre TE (Traffic Engineering) de manera que el lector este familiarizado con los conceptos básicos en los que se basa éste proyecto. A continuación pasamos a una segunda parte donde exponemos las principales herramientas teóricas que tuvieron que ser estudiadas durante todo el desarrollo del proyecto para poder alcanzar los objetivos marcados. En la tercer parte se comenta de manera profunda los diferentes packages que conforman el software NET-TE (Networking Traffic Engineering), explicando con detenimiento como fueron implementados. Finalmente, en una última y cuarta parte se realizan las conclusiones del proyecto y plantean los posibles casos a futuro. Con la presente documentación se adjunta un disco compacto conteniendo: El archivo instalador del software NET-TE. Un Manual del Usuario. Documentación completa del Proyecto. Documentación del código de software (JavaDoc). Agradecimientos: A nuestro tutor, Pablo Belzarena 2

3 A Paola Bermolen, por su amable ayuda en la compresión de los algoritmos de Fair Networks. Al grupo de proyecto del EasySim (Mauricio García, Gastón Madruga y Víctor Paladino) por brindarnos su proyecto como base para la interfaz gráfica del nuestro. 3

4 Índice General I Presentación del Problema 1. Introducción y objetivos Objetivos del proyecto Motivación Especificación funcional del proyecto Esquema organizacional del proyecto Casos de Uso 16 Caso de Uso#1: Construcción de la topología 16 Caso de Uso#2: Establecimiento de los LSPs 18 Caso de Uso#3: Visualización del estado actual de la red Ingeniería de Tráfico Introducción Componentes de la Ingeniería de Tráfico 28 II Principios y Bases teóricas 4. Constraint Shortest Path First (CSPF) Principios básicos de CBR CSPF Ruteo basado en QoS. WSP y SWP Minimum Interference Routing Algorithm (MIRA) Presentación del algoritmo Modelado del sistema Algoritmo propuesto Redes Justas ( Fair Networks ) Introducción Nociones de Justicia Algoritmo 1: Max-Min Fairness básico para caminos fijos Formulación completa del Algoritmo Pasos para resolver el Algoritmo Algoritmo 2: Max-Min Fairness para caminos fijos con cotas Formulación del Algoritmo Pasos para resolver el Algoritmo Algoritmo 3: Max-Min Fairness para múltiples caminos Pasos para resolver el Algoritmo 3 (usando NBT1) Algoritmo 4: Max-Min Fairness para múltiples caminos acotado

5 III Arquitectura de Software 7. Representación de la red e interacción con ARCA El package topología La clase Elemento Las clases LER y LSR La clase Link La clase LSP El Package Arca.InterfazGráfica Compatibilidad con ARCA Analizador de Redes de Caminos Virtuales Interfaz Gráfica El package Programa Clase Principal y VentanaConf Clase Intérprete Clases TxtFileFilter y ArcFileFilter Clase ConfLink Clase Cargar topología Clases Estadísticas y Propiedades Clase Utilización Carga automática de la topología El package CargarRed Implementación Computación de caminos El package CrearLSPs La clase Ruteo Explícito La clase CSPF La clase Algoritmo La clase CarConf La clase MIRA Algoritmos de justicia y el MIRA El package MT La clase Caminos La clase InterpreteMT La clase GeneroMT La clase FairnessNetwork La clase LasDemandas La clase OfflineMira 84 5

6 IV Conclusiones 12. Conclusiones y tareas a futuro Supuestos y objetivos Conclusiones Tareas a futuro 89 APÉNDICES A. Multi Protocol Label Switching (MPLS) 91 A.1. Descripción funcional de MPLS 91 A.2. Componentes y funcionamiento de una red 92 A.3. Método de distribución de etiquetas 94 B. Simple Network Management Protocol (SNMP) & Management Information Base (MIB) 97 B.1. SNMP y Management Information Base 97 B.2. ASN.1 98 B.3. SNMP v1 100 B.3.1. Operaciones básicas 101 B.4. SNMP v2 101 C. Ejemplo de Fairness con múltiples caminos 102 C.1. Ejemplo 102 D. Software 107 D.1. Menú Archivo y Barra de Herramientas 108 D.2. Crear Matriz de Tráfico 110 D.3. Barra Vertical 110 Bibliografía 116 Glosario de términos 117 6

7 Parte I Presentación del Problema 7

8 Capítulo 1 Introducción y Objetivos En este capítulo expondremos los objetivos, motivaciones y los distintos casos de uso de manera que se pueda entender en forma clara lo que hace el software y cuál es su utilidad. 1.1 Objetivos del proyecto El objetivo general de este proyecto es desarrollar una herramienta que permita analizar las distintas prestaciones que se pueden obtener al aplicar algoritmos de Ingeniería de Tráfico sobre una red de computadoras basadas en Multi Protocol Label Switching (MPLS). En general se pueden identificar cuatro diferentes objetivos a lo largo de todo este proyecto. El primer objetivo específico fue el formar una sólida base teórica sobre MPLS y TE (Traffic Engineering), entendiendo la razón de su existencia y su funcionamiento. El enfoque brindado se basará en el estudio de algoritmos de TE offline y online, orientados a brindar garantías de Calidad de Servicio (QoS), las cuales permitan asegurarle al cliente que obtendrá el grado de servicio esperado en términos del ancho de banda solicitado. Asimismo se estudiaron también métodos de optimización asociados al reparto justo de carga de las demandas de los clientes, lo que constituye las llamadas fair networks. Y por último, y también a destacar, se estudiaron los principales conceptos que abarcan las MIBs (Management Information Bases), con el objetivo en particular de determinar cómo descubrir los routers presentes en cierta red, que estén intercambiando información de ruteo mediante el protocolo OSPF. Un segundo objetivo, fue el desarrollo de la herramienta de software, llamada NET-TE (Networking Traffic Engineering), la cual en primera instancia le permitiera al usuario el poder ingresar manualmente la topología de la red en estudio, devolviéndole el programa por medio de una interfaz gráfica, el estado actual de la red. Se buscó también implementar un algoritmo para la computación de caminos (LSPs en nuestro caso), comúnmente usado en algoritmos de ruteo estilo Constraint Base Routing (CBR), el cual le ofrecerá también al usuario diferentes criterios de priorización al momento de elegir un camino. El algoritmo elegido fue el Constraint Shortest Path First (CSPF). Posteriormente, se puede señalar como tercer objetivo el agregar una funcionalidad al software que le permitiera al usuario el cargar la topología de la red en estudio en forma automática. Finalmente, como cuarto objetivo, se busco el darle la posibilidad al usuario de poder determinar, teniendo como dato de entrada la matriz de tráfico conteniendo todos los pares origen-destino con sus respectivos anchos de banda, cuál es la mejor manera de distribuir la carga de forma tal que la mayoría de las demandas se vean cubiertas de manera satisfactoria siguiendo diferentes pautas de justicia en el reparto de la carga. 8

9 La realización de este proyecto esta contenida en un marco más amplio de trabajo, que cuenta con el financiamiento del BID y del PDT, y que tiene por objeto la implementación de una red multi-servicio, utilizando infraestructura similar a la que soporta los servicios de datos ofrecidos por ANTEL (ANTELDATA), con el objetivo de probar aplicaciones/servicios que pueda ser implantados en el futuro con garantías de calidad de servicio. 1.2 Motivación El crecimiento actual de la Internet le da una oportunidad a los Internet Service Providers (ISPs) de ofrecer nuevos servicios como VoIP, Videoconferencia, etc., además de los ya tradicionales servicios de datos como , ftp y web browsing. Todos estos nuevos servicios tienen grandes requerimientos en lo que a throughput, tasa de pérdida, delay y jitter se refiere. La Internet no fue diseñada para trabajar con este tipo de requerimientos, trabajando desde sus comienzos, bajo el paradigma Best Effort de IP. Esto significa que el usuario manda paquetes a la red y la red va a tratar de hacerlos llegar a destino sin garantía alguna. A pesar que protocolos como TCP han agregado mecanismos de reenvío que tratan de solucionar el problema de la pérdida de paquetes generado por el congestionamiento en la red, estos no solucionan las pérdidas en aplicaciones interactivas de tiempo real, donde no es posible esperar a que un paquete sea reenviado. Es por ello que la comunidad de Internet ha hecho grandes esfuerzos en los pasados años para poder ofrecer garantías de calidad de servicio (QoS) a Internet, con el objetivo de transformarla en una red convergente para todos los servicios de telecomunicaciones. Entre los primeros modelos podemos destacar el de Servicios Integrados (IntServ) y el de Servicios Diferenciados (DiffServ). Debido principalmente a problemas de escalabilidad en el primer caso y al no poder ofrecer las suficientes garantías de QoS en el segundo (el actual paradigma de ruteo IP de la Internet provoca la hiper-agregación de flujos en ciertas partes de la red y sub-utilización de recursos en otras), es que se necesita de la Ingeniería de Tráfico en las redes IP para asegurar QoS. Los ISPs necesitan así de sofisticadas herramientas de gestión de redes que apunten a un uso óptimo de los recursos de la red que son compartidos entre clases de servicios con diferentes requerimientos de QoS. La tecnología de Multi Protocol Label Switching (MPLS) es un buen ejemplo que ayuda a realizar TE en sistemas autónomos (AS) (ver Apéndice A por más información). Se basa en la idea de enviar paquetes a través de Label Switched Paths (LSPs) haciendo uso de etiquetas que son adjuntadas a los paquetes en los routers de ingreso de al red (puntos de interconexión entre la red MPLS y la red de acceso). Esas etiquetas son a su vez asignadas a los paquetes de acuerdo a su Forwarding Equivalence Class (FEC) (representación de un conjunto de paquetes que comparten los mismos requerimientos para su transporte) que son entonces mandados a través de uno de los LSPs asociado con esa FEC en particular. La práctica de TE hoy en día abarca el establecimiento y uso de esos LSPs como tuberías de determinado ancho de banda entre dos puntos. Dichos LSPs pueden ser seteados a través de varios routers, ya sea de forma manual por parte del usuario 9

10 eligiendo las rutas deseadas o por medio de una herramienta que los compute. Las rutas pueden ser computadas tanto offline usando alguna herramienta de software, o a través del uso de algún algoritmo de computación online basado en restricciones (CSPF). Como podemos ir viendo, la Ingeniería de Tráfico (TE) intenta optimizar la performance de las redes, a través de tres actividades integradas: medición del tráfico, modelado de la red, y selección de mecanismos para el control del tráfico. Desafortunadamente, grandes Proveedores de Servicios de Internet (ISPs) tienen pocos sistemas de software y herramientas que soporten la medición del tráfico y el modelado de la red, pilares básicos de una ingeniería de tráfico efectiva. De manera similar, preguntas sencillas sobre la topología, tráfico y ruteo son sorprendentemente difíciles de contestar en las redes IP de hoy en día. Una gran cantidad de trabajo ha sido dedicado al desarrollo de mecanismos y protocolos para el control del tráfico. Como ejemplo de ello, la mayor parte del trabajo de la Internet Engineering Task Force (IETF) está relacionado al control del tráfico en lo que a la ingeniería de tráfico concierne. Existen determinados factores que indican la necesidad de más y mejores herramientas de ingeniería de tráfico para las redes. Entre ellos se destacan la calidad del servicio, los parámetros ajustables interdependientes, el crecimiento de las redes y la variabilidad del tráfico (Referirse a [1] por más información). En cuanto a la Calidad del Servicio, los clientes son cada vez más exigentes en el cumplimiento de la performance, confiabilidad y seguridad, que se manifiestan en forma de Service Level Agreements (SLAs). Los clientes desarrollan más procedimientos de certificación y testeos continuos, para asegurar el cumplimiento de dichos SLAs. Aplicaciones como Voz sobre IP, las cuales por su naturaleza, requieren del transporte de datos de alta calidad, medido por el retardo, tasa de pérdida de paquetes y jitter, están emergiendo hoy en día. Por eso es muy importante para los operadores de redes el coordinar cuidadosamente por dónde fluye el tráfico de cada demanda y ver si pueden o no tolerar la llegada de futuras nuevas demandas sin afectar las ya existentes y por ende, viendo comprometido el cumplimiento de los SLAs pertinentes. En lo que a los Parámetros ajustables Interdependientes se refiere, hoy en día, los proveedores de equipos de red, proveen a los ISPs con poco o ningún control sobre los mecanismos básicos responsables de la coordinación de paquetes, gestión de buffers y selección de caminos. En su lugar, los proveedores de backbones son forzados a entender una larga cantidad de parámetros interrelacionados que de una manera u otra afectan la configuración y operación. Hasta el día de hoy, un ISP debe gestionar su red de backbone, y sus complicadas relaciones de frontera con proveedores vecinos, ajustando los asuntos mencionados anteriormente a través de una combinación de intuición, testeo y pruebas de intento y error. El Crecimiento de las Redes se ve reflejado en que por un lado, redes de backbones individuales están creciendo rápidamente en tamaño, velocidad y espectro abarcado; mientras que por otro lado, la industria intenta unir redes discordes entre sí, en redes integradas más grandes. Como resultado, las funciones de gestión de red que una vez pudieron ser manejadas por un grupo reducido de personas, basándose en la intuición y experimentación, deben ser ahora soportadas por herramientas efectivas de ingeniería de tráfico que unen información de configuración y de uso de una variedad de fuentes. Por último, la Variabilidad del Tráfico. El tráfico de Internet es complejo. La carga ofrecida entre pares origen-destino es típicamente desconocida. Asimismo, la 10

11 distribución del tráfico IP usualmente fluctúa ampliamente a través del tiempo. Esto introduce una gran complejidad a la ingeniería de tráfico sin alivianar las demandas de los clientes por una performance de comunicación predecible. Herramientas efectivas de TE deben soportar la identificación rápida de potenciales problemas de performance y un ambiente flexible para experimentar posibles soluciones. Es por los motivos expuestos anteriormente que se decidió la creación del software NET-TE, como un aporte más en cuanto a las herramientas que puede encontrar un usuario para poder realizar tests de ingeniería de tráfico en un ambiente simulado. La idea clave detrás de este software es la de ofrecer al usuario de una plataforma donde pueda visualizar la topología de su red de estudio conjuntamente con datos sobre el uso de los enlaces, qué enlaces se encuentran saturados, establecer afinidades que distingan el tráfico que pasa por cierto grupo de enlaces del resto. Una vez enfrente a la topología, el poder inferir sobre ella y visualizar las implicaciones de cambios locales en el tráfico y determinar por dónde se rutean las distintas demandas a medida que van llegando, de acuerdo al estado actual de la red. También el poder realizar una mirada general sobre todo el grupo de demandas que se tienen hasta el momento y determinar cuál es la mejor manera de ubicar los LSPs en la red de manera que todas vean sus requerimientos satisfechos. En el caso de no ser posible satisfacerlas a todas, es deseable el poder determinar cómo lograr cubrirlas de la manera más justa posible a todas ellas. Entendiendo por justicia, la elección por parte del usuario de determinado criterio en cuanto a la manera en que se debe tratar de repartir la carga entre las diferentes demandas (clientes). Usando esta herramienta, un proveedor de red pude claramente experimentar con cambios en la configuración de la red en un ambiente simulado, en vez en una red operacional, basándose en una plataforma para investigaciones del tipo what-if de ingeniería de tráfico. 11

12 1.3 Especificación Funcional del proyecto La herramienta de software desarrollada, se puede describir en rasgos generales por medio del diagrama de bloques mostrado en la Figura 1.1. MIBs Router más próximo Objetivos de Performance (restricciones) Descripción de la Red Cargar Matriz de Tráfico Cálculo de Caminos Candidatos (Dijkstra) Algoritmos MIRA o FairNetworks Selección de Camino usuario de la Red LSPs establecidos Visualización Estado Actual de la Red LSP establecido Figura 1.1: Diagrama de bloques del Proyecto A continuación pasamos a comentar brevemente cada uno de los bloques funcionales. Descripción de la Red: La función de este bloque es la de generar un objeto Red, el cual representará a la red sobre la cual el usuario trabajará. Se construirá manualmente por parte del usuario de la Red, ingresando datos como ser la lista de nodos y links con sus respectivos atributos, los LSPs ya existentes, etc. También se tendrá la opción de cargarla automáticamente extrayendo la información necesaria de las MIBs del router más próximo al cual esta conectada la estación de trabajo donde se encuentra instalado el software NET-TE. 12

13 Cálculo de caminos candidatos (Dijkstra): En este bloque el usuario podrá establecer restricciones que los futuros LSPs deberán cumplir, como ser el ancho de banda (BW) que deberán soportar y el pertenecer a una determinada Afinidad previamente establecida (P2P, UDP, etc.). Objetivos de Performance (restricciones): Acá el usuario podrá ingresar restricciones como el asegurarse que los caminos encontrados pasen por un determinado enlace y/o no lo hagan por otro, o el elegir el tipo y valor de los pesos que desea tengan los mismos, determinando así el criterio de optimización que establecerá la elección de caminos. Selección de camino: A partir del estado actual de la red y de los candidatos, se podrán establecer nuevos LSPs mediante la utilización de un algoritmo del tipo Shortest Path First (SPF) que tome además en consideración un conjunto de restricciones que deben ser cumplidas, teniendo como objetivo encontrar caminos de origen a destino que satisfagan esas restricciones impuestas por el usuario previamente, y de ser posible, optimizar la elección. El usuario también dispondrá de más de un criterio de TE para aplicar antes de mostrar cuál es/son las soluciones posibles encontradas, a manera de elegir la opción que más óptima le resulte. Cargar Matriz de Tráfico: Aquí se ingresara la matriz de tráfico conteniendo toda la lista de las demandas que hay sobre la red para los distintos clientes. Se especificarán todos los pares origendestino así como el valor del ancho de banda requerido para cada una de esas demandas. Algoritmos MIRA o FairNetworks: Una vez ingresada la matriz de tráfico o cargada una ya creada previamente, se podrán aplicar diversos algoritmos de ruteo offline que mostrarán la manera de alojar a todas esas demandas en la red en forma conjunta e indicando cuánto se puede satisfacer a cada una de ellas. Estado Actual de la Red: Simplemente se refiere al estado en el que se encuentra la red en un determinado instante, con los LSPs ya establecidos en caso que los haya, qué enlaces están saturados, 13

14 y cuáles tienen sus recursos sobre o sub-utilizados. Se podrá apreciar el porcentaje de utilización de cada enlace también. Visualización: En este bloque se visualizan los nuevos LSPs establecidos, así como el estado actual de la red. 1.4 Esquema organizacional del proyecto El objetivo de esta sección es el mostrarle al lector las áreas teóricas analizadas y principales tareas que se realizaron durante todo el transcurso de este proyecto así como la manera en que está distribuida la información en el presente documento. En primer lugar, la tarea de este grupo de trabajo fue la de ponerse en contacto con los principales conceptos que encierra MPLS y la Ingeniería de Tráfico en Internet (TE). Para ello nos informamos sobre lo que motivo la aparición de MPLS, sus ventajas, cómo es el mecanismo de intercambio de etiquetas, entre otras cosas. Asimismo se estudió TE, su relación con MPLS, los objetivos que busca la ingeniería de tráfico así como también los pasos que debe seguir un Administrador para poder hacer una aprovechamiento eficiente de los recursos que ofrece la red en la que opera. Se estudiaron diversos algoritmos de ruteo que hacen ingeniería de tráfico tanto offline como online. También se vieron algoritmos de búsqueda de caminos, haciendo principal hincapié en el Constraint Shortest Path First (CSPF), analizando su uso junto con diferentes tipos de restricciones. Una vez conseguida la base teórica deseada, se empezó a desarrollar la herramienta de software. En una primera instancia, se buscó ofrecerle al usuario la posibilidad de que creara la topología de la red a su gusto, pudiendo agregar o quitar nodos y enlaces a su deseo y especificando el ancho de banda, peso y afinidad de los mismos; todo por medio de una interfaz gráfica. También se crearon herramientas mediante las cuales el usuario puede visualizar el estado actual de la red en todo momento. Algunos de los ejemplos de lo anterior son el observar el porcentaje de ocupación de los enlaces o la lista de los LSPs creados hasta el momento con sus respectivos anchos de banda. En cuanto a los mecanismos para el establecimiento de los LSPs, el primero en implementar fue el Ruteo Explícito, mediante el cual el usuario puede crear un LSP de manera manual, eligiendo los enlaces hasta llegar a formar el camino de origen a detino. El paso siguiente fue implementar un algoritmo de computación de caminos (usado en protocolos tipo CBR en su primera etapa de búsqueda de caminos). El elegido fue el Constaint Shortest Path First (CSPF). Si bien en un principio se implementó para que sólo desplegara la primera ruta que encontraba de origen a destino y que cumpliera además con las restricciones ingresadas por el usuario, luego esto se extendió para que mostrara todas las soluciones posibles (se despliegan todos los caminos con la distancia más corta del origen a fin, refiriéndonos por distancia al peso de los enlaces, los cuales representan diversas cosas de acuerdo a lo que el usuario desee) brindando así al usuario una mayor gama de posibilidades sobre la cual trabajar y una mayor flexibilidad en la búsqueda de las rutas posibles. 14

15 Posteriormente se agregaron más funciones, siempre con el objetivo de darle al usuario una mayor participación en la elección de los caminos y dándole al programa una mayor o menor participación en esa búsqueda. De ésta manera, cuantas más opciones tenga el usuario, podrá crear una mayor variedad de escenarios what-if. Claros ejemplos de la flexibilidad que se le intenta dar al usuario son los distintos tipos de pesos que le puede asignar a los enlaces al momento de usar el CSPF, dándole prioridad a la distancia o al ancho de banda disponible en los enlaces o a cierto peso administrativo que es fijado por el usuario. También se ofrecen distintos criterios de TE, que hacen una especie de filtrado sobre los resultados brindados por el algoritmo CSPF, ayudando también a incrementar las combinaciones de escenarios que se pueden crear. El siguiente paso fue el empezar a idear la manera de agregarle al programa la funcionalidad de poder cargar la topología de la red a la que está conectada la PC vía Simple Network Management (SNMP) de manera automática. Vale destacar que con cargar la topología de red se entiende como descubrir todos los routers presentes en cierta red que estén intercambiando información de ruteo mediante el protocolo OSPF. En nuestro caso la componente de gestión SNMP fue implementada en el software usando el API de Adventnet. Se tuvo que hacer nuevamente una fuerte investigación teórica, enfocándose esta vez en la estructura en forma de árbol usada por SNMP para organizar la gestión de datos; con esto nos estamos refiriendo a las llamadas Bases de gestión de Información (MIBs) (ver Apéndice B por más información). En la próxima etapa surgió la idea de agregar un nuevo algoritmo para el ruteo dinámico de los LSPs con ancho de banda garantido, en donde las demandas de ruteo van llegando una por una y no hay conocimiento previo acerca de futuras demandas. Este problema es motivado por la necesidad de los ISPs de desarrollar rápidamente servicios de ancho de banda garantidos y la consecuente necesidad en los backbones de redes de un aprovisionamiento rápido de caminos con ancho de banda garantido. El algoritmo elegido fue una pequeña variante del conocido algoritmo Minimun Interference Routing Algorithm (MIRA), el cual se basa en el principio de que cada nuevo túnel ruteado (LSP) debe seguir una ruta que no interfiera demasiado con una ruta que pueda ser posiblemente crítica para satisfacer una futura demanda. Previo a su elección se analizaron otros posibles algoritmos y luego de compararlos se decidió usar éste. Finalmente, en una última etapa, asumimos que el volumen de carga (BW) para cada demanda deja de ser una cantidad fija y pasa a ser una especie de demanda elástica. Así nos planteamos la siguiente pregunta: cuál debería ser el principio que gobierne la distribución de los volumenes de esas demandas entre ciertos recursos de red (capacidad de los links) que llevan a asignaciones que cumplen con determinado criterio de justicia? Nos encontramos así con un nuevo tema abarcado por las llamadas redes justas (Fair Networks), del cual estudiamos sus aspectos más generales e incorporamos cuatro diferentes algoritmos, con el objetivo de determinar si el usuario podrá alojar en la red todas las demandas que fueron solicitadas, o en caso de no ser posible, cuál es la manera más justa de distribuirlas entre los recursos de la misma. Demos paso entonces, en los próximos capítulos, a introducir los conceptos principales que deberá poseer el lector sobre MPLS y TE. 15

16 Capítulo 2 Casos de Uso Veamos ahora cuáles son los usos y las distintas funcionalidades que el software NET-TE tiene para ofrecer. Se distinguen tres principales utilidades o casos de uso dentro de NET-TE: construcción de la topología de la red de trabajo, establecimiento de los LSPs por los cuáles pasará el tráfico de cada demanda y visualización del estado actual de la red. A su vez, han de destacarse los cuatro mecanismos usados por NET-TE para el establecimiento de los LSPs: ruteo explícito, CSPF, MIRA y FairNetworks. Explicaremos más adelante qué ventaja ofrece cada uno de ellos y los compararemos. Caso de Uso# 1: Construcción de la topología Para empezar a trabajar, lo primero que necesita hacer el usuario es construirse la topología de la red sobre la cual va a trabajar. NET-TE ofrece dos maneras de realizar esto: una manual y otra automática. La interfaz gráfica donde se apoya NET-TE está formada por dos barras de herramientas, desde las cuales el usuario puede acceder a las distintas funciones del software y una pantalla que es el marco de trabajo donde se crea o carga la topología de la red. Empecemos por el método manual de construcción. En este caso, el usuario dispone de dos posibles objetos para crear su topología: routers y links. Como la red donde se trabaja es basada en MPLS, los routers que se ofrecen son de dos tipos: LERs y LSRs. NET-TE permite manipular los objetos dentro de la pantalla con total libertad, pudiéndolos colocar y desplazándolos de un lugar a otro a gusto del usuario, de manera que éste pueda diseñar la red con la forma que desee y pudiéndola guardar luego en un archivo en su computadora, en caso de querer reutilizarla luego, si así lo desease. Esto resulta muy cómodo ya que el usuario puede cargar una vieja topología que tenia guardada, y cambiarla a su gusto, para reflejar el estado más reciente de la misma, agregando o quitando enlaces o routers de la red. Los campos que ofrece NET-TE para configurar los enlaces son los siguientes: ancho de banda, peso administrativo y afinidad. Como se puede apreciar en la Figura 2.1, el usuario puede describir con bastantes detalles las características de los elementos de la red. La opción del uso de pesos administrativos es especialmente útil en los casos en los que el usuario desea darle más prioridad a ciertos enlaces sobre otros. Son varios los motivos que pueden llevar a un usuario el querer priorizar cierto grupo de enlaces sobre otros. Como ejemplo, podemos mencionar razones de política interna por parte del cliente que regulen el uso de los recursos sobre cierto enlace o grupo de enlaces. También pueden existir tráficos que satisfacen demandas que son críticas o de mayor importancia, 16

17 con lo cual resultaría particularmente útil el evitar que futuros LSPs a ser establecidos pasen por los enlaces que las conforman, a menos que sea necesario. Otra característica de suma utilidad es poder Figura 2.1: Pantalla principal de NET-TE y ventana de configuración de enlace. seleccionar una Afinidad determinada para ciertos grupos de enlaces. NET-TE le da al usuario la posibilidad de crear como grupos de enlaces que se diferencien unos a otros de acuerdo al tipo de tráfico que pasa a través de ellos. Es muy común en una red el tener distintos tipos de tráfico circulando por la misma (P2P, TCP, UDP, Low Delay, etc.) y es deseable quizás para un usuario el establecer LSPs sólo sobre los enlaces que dejan pasar determinado tráfico por ellos. El concepto de Afinidad brindado por NET-TE permite éste tipo de cosas. Basta con hacer un simple click en el enlace deseado y el usuario será capaz de visualizar las propiedades de cada enlace y router, así como apreciar cuáles LSPs pasan por ellos. De la misma manera y con la misma facilidad, el usuario será capaz de modificar los parámetros de los enlaces nombrados anteriormente, para poder reflejar así cualquier cambio que haya ocurrido en la topología. En todo momento, si el usuario realizó algún cambio el cual quisiera deshacer, o viceversa, NET-TE le ofrece esa posibilidad por medio del uso de dos flechas de poder ir hacia adelante como hacia atrás en cambios ocurridos en la topología. Ver Figura 2.2. Figura 2.2: Botones para deshacer o rehacer cambios. 17

18 Pero supongamos que el usuario no tiene conocimiento sobre cómo es la topología de la red a la cual esta conectado, y sin embargo quiere poder obtenerla para poder así crear distintos escenarios sobre la misma. Obviamente la solución manual no es la adecuada. Es por ello que NET-TE ofrece también un mecanismo automático, mediante el cual, tras ingresar determinados parámetros obligatorios tal como la Figura 2.3 nos muestra, comienza a iterar hasta descubrir completamente la red. Vale destacar que para NET-TE, el cargar la topología se entiende como descubrir todos los routers presentes en la red, que estén intercambiando información de ruteo mediante el protocolo OSPF. Figura 2.3: Ventana Cargar Red. Dentro de los parámetros obligatorios se encuentra la dirección IP de algún router de la red (en general es la del router a la que la computadora está directamente conectada), la versión SNMP que se desea ejecutar (NET-TE ofrece las versiones 1 y 2) y el community o password usado por SNMP para permitir sólo el acceso al router a personas con permiso. También se ofrecen parámetros opcionales, que el usuario es libre de modificar, como el puerto (NET-TE usa el 161 por defecto), número de reintentos y timeout. Además se tiene la posibilidad de seleccionar la opción de Continuar carga de red, útil cuando llegamos a un área de la red la cual tiene un community distinto, el cual poseemos y queremos ingresar al programa para que continúe su descubrimiento de la red. Obviamente, esto es sumamente útil si la red es una red de gran tamaño, ya que consumiría mucho tiempo el crearla manualmente. De esta manera se obtiene el mismo resultado, pero de una manera mucho más rápida. Una vez cargada la topología en forma automática, el usuario vuelve a ser libre de poder modificarla a su gusto, tal como lo hace si la cargara manualmente. Caso de Uso# 2: Establecimiento de los LSPs En MPLS, como todos ya sabemos, el tráfico para determinada demanda sigue determinados LSPs desde que entra a la red MPLS hasta que sale. Es de esa manera que se puede clasificar los servicios según la QoS que desee cada usuario. Por eso, es tan importante el establecimiento de los LSPs, cómo elegirlos y dónde ubicarlos de manera de cubrir de la mejor manera posible las demandas. NET-TE tiene por ende cuatro distintos mecanismos para ofrecer al usuario, al momento de elegir cómo y por dónde ubicar a los LSPs. 18

19 Ruteo Explícito: El primer mecanismo es el más sencillo de los propuestos (en lo que a cálculos se refiere): el ruteo explícito. Se le ofrece al usuario una ventana (ver Figura 2.4) en la cual, a partir de la elección del nodo de origen, se le van desplegando los posibles enlaces para que pueda ir creando salto a salto, el LSP de manera explícita de origen a fin. En NET-TE, la demanda se expresa en términos del ancho de banda. Es decir, cada demanda se representa por medio del nodo origen, destino y un determinado ancho de banda que satisfacer. El usuario debe por ello ingresar también en primer lugar el ancho de banda que desea tenga el LSP a crear. NET-TE entonces va chequeando el ancho de banda disponible de los enlaces que contienen el nodo en el que esta parado el usuario y despliega sólo aquellos que cumplan con la condición de tener un BW mayor o igual al requerido por el LSP. Figura 2.4: Ventana para el Ruteo Explícito. Esta es una manera que como vemos no utiliza algoritmo alguno, sino que sólo se basa en la decisión que tome el usuario y depende exclusivamente del camino que éste desee. Un ejemplo de una situación de este tipo es cuando el usuario, ya sea o porque la red tiene suficiente ancho de banda como para no restringir ningún posible LSP o porque posee un conocimiento muy grande de la red, cree saber ya de entrada por que camino es mejor que vaya el LSP. Quizás haya un acuerdo con el cliente, el cual obligue al LSP a seguir cierto camino explícito de manera obligatoria, con lo cual ésta sería la manera más sencilla de establecerlo. CSPF: El segundo mecanismo ofrecido es el CSPF. Supongamos el caso donde el usuario tiene una red sobre la cual ya existen determinadas demandas siendo ruteadas por ciertos LSPs. Supongamos también que hay más de un tipo de tráfico circulando por la red y que eso está siendo reflejado por las afinidades creadas por el usuario. Aparece entonces un nuevo cliente queriendo conseguir un LSP por el cual rutear su tráfico y 19

20 requiere que le aseguren determinado BW. Entonces, salvo que sea una red de tamaño pequeño y sea muy evidente el camino a usar, el usuario necesitará de algún algoritmo que le halle ese LSP que está buscando, teniendo en cuenta el estado actual de la red. NET-TE le muestra al usuario cuales son todos los posibles caminos por los cuales puede rutear su tráfico, asegurándose que cumplan con el BW solicitado por el cliente, además de un conjunto pre-definido de restricciones que puede él mismo ingresar y comentaremos más adelante. Finalmente, será decisión del usuario el elegir el camino que más le convenga, dentro de toda la gama de soluciones. Dentro de los parámetros obligatorios a ingresar (ver Figura 2.5) por parte del usuario, se encuentran obviamente, el nodo de origen, el nodo destino y el BW requerido por el cliente. En caso que se desee buscar soluciones sólo por aquellos enlaces que soportan cierto tipo de tráfico se incorporó al NET-TE la posibilidad de elegir la Afinidad, como parámetro opcional. Puede suceder que por razones político-administrativas de parte del cliente, o por determinado SLA que debe cumplirse, el usuario necesite que los caminos posibles pasen por un determinado enlace en particular y no lo hagan por otro, por ejemplo. A manera de tener en cuenta este tipo de solicitudes, se incorporaron también otros dos parámetros opcionales a elegir, que son: Enlace Presente y Enlace Ausente. NET-TE se encarga de esta manera de asegurar al cliente que las soluciones a mostrar (en el caso que existan) cumplirán con estas restricciones. Ahora bien, ya que el CSPF se basa en el algoritmo Dijkstra, se debe determinar cuál es la métrica a usar para elegir el camino más corto (con más corto, nos referimos no al camino de menos saltos, sino al camino cuya suma de pesos es la menor). Acá, NET-TE ofrece 4 diferentes tipos de pesos a asignar a los enlaces: Ruteo Mínimo por Pesos Administrativos, Ruteo por Mínima Cantidad de Saltos, 1/(BWreservado) y 1/(BWlibre). El primero de todos es básicamente basarse en los pesos que fueron pre-definidos por el usuario para cada enlace. El usuario, al tener la posibilidad de asignar pesos a los enlaces, puede influir en la toma de decisión de cuál es el mejor camino por donde establecer el LSP. El segundo, es simplemente establecer la cantidad de saltos, como la métrica elegida. NET-TE se fijará solamente en la cantidad de saltos del origen al destino y buscará los caminos que tengan la menor cantidad de saltos de principio a fin. La tercera, tal como lo indica su nombre, usa pesos que equivalen al inverso del BWreservado en cada enlace. Supongamos que el cliente, tiene ya varios LSPs establecidos sobre la red, los cuales consumen determinado BW de los enlaces por los que pasan. Esto hace que hayan enlaces más ocupados y otros más libres en la red. Llega un nuevo LSP que necesita ser ubicado en la red y el usuario quiere que éste tienda a usar los enlaces más ocupados en la red, de manera tal de dejar a los que están más libres, disponibles para futuras demandas. Es una manera de procurar seguir usando los enlaces que ya están siendo más utilizados por otros LSPs, y no tocar los que están más libres. NET-TE brinda esta posibilidad, con tan sólo seleccionar este tipo de peso. Finalmente, supongamos que el usuario quiere exactamente lo opuesto a lo anterior. Es decir, quiere que el nuevo LSP a crearse tienda a pasar por aquellos enlaces que están más libres en la red, no tocando aquellos que ya tienen recursos consumidos o LSPs pasando por ellos. O sea, dicho con otras palabras, que se tienda a ubicar al LSP por 20

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