IP sobre ATMProf. Jos Marcos C. Brito

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Razes para ter-se IP sobre ATM O IP o padro predominante nas redes de dados. O ATM oferece qualidade de servio e permite a implementao de comutadores de alta capacidade a um custo menor. O ATM est se tornando realidade no backbone das operadoras de Telecom

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Diferenas entre o IP e o ATM IP no-orientado a conexo, enquanto o ATM orientado a conexo Os formatos de endereamento so distintos. Os algoritmos de roteamento so distintos. O ATM possu sinalizao para o estabelecimento da conexo, enquanto o IP no possu.

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Modelos para Interconexo Modelo Overlay Modelo Peer

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Modelo Overlay As estaes IP tem uma viso opaca da nuvem ATM Necessidade de mapeamento de endereo IP em endereo ATM Duplicidade de funes nas duas redes

No modelo Overlay os ns na borda, que pertencem mesma sub-rede lgica, vm a nuvem ATM como uma estrutura de enlace atravs da qual todos os ns so vizinhos entre si, ou seja, os ns encontram-se distncia de um hop uns dos outros. O processo de mapeamento do endereo IP em endereo ATM exige a utilizao de servidores especializados, uma vez que a rede ATM no possui a facilidade de broadcast e, portanto, no permite a utilizao de solues como o ARP utilizado para mapeamento de endereo IP em endereo MAC (Ethernet)

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Problema com o modelo Overlay

A estao A (192.162c50.4) deseja transmitir um datagramaIP distintas, A envia (192.162c51.4). Como A -redes . IP para a estaoBouestarem nopara o seu Este procedimento ocorreindependentemen separados odatagrama mesmo seg

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Modelo Peer Utiliza-se, dentro da rede ATM, da mesma estrutura de endereos e roteamento da camada de rede. Os comutadores ATM tornam-se roteadores IP, e os roteadores de borda no so mais vizinhos entre si. Elimina a duplicidade de funes presente no modelo overlay

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Solues para IP sobre ATM Classical IP over ATM (IETF) Lan Emulation - LANE (ATM-Frum) Multiprotocol over ATM - MPOA ( ATMFrum) Multiprotocol Label Switching - MPLS (IETF)

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Classical IP over ATM Definido na RFC 2225 (anteriormente pelas RFCs 1577 e 1626) Utiliza o modelo overlay Utiliza o encapsulamento LLC/SNAP (RFC 1483) Operao similar a IP sobre Ethernet, utilizando-se o protocolo ATMARP e um servidor de resoluo de endereos

O modelo clssico foi definido originalmente pela RFC 1577 e atualizado posteriormente pela RFC 1626, estando hoje em vigncia a RFC 2225. A rede IP est sobreposta rede ATM, mantendo-se inalterado os procedimentos de roteamento do IP. A vantagem oferecida por esta abordagem est em se aproveitar a familiaridade que os operadores de rede possuem com a arquitetura IP, alm de se permitir a utilizao de Firewalls (que operam no nvel de rede) para aumentar a segurana. Os datagramas so transportados em clulas ATM, utilizando-se a camada AAL5 para adaptao. O protocolo de resoluo de endereo o ATMARP (similar ao ARP), sendo necessria a presena de um servidor especial, uma vez que a rede ATM no permite o broadcast. O modelo clssico pode resultar em ineficincia, devido ao processo de segmentao e remontagem dos datagramas em cada roteador ao longo do caminho do datagrama.

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Multiprotocol Encapsulation over ATM AAL 5 Vrios protocolos sobre o mesmo VCC Protocolo transportado especificado atravs de um cabealho LLC (Logical Link Control) seguido de um cabealho SNAP (Subnetwork Attachment Point), que anexado SDU a ser transportada.

O encapsulamento utilizado definido pela RFC 1483 ( Multiprotocol Encapsulation over ATM Adaptation Layer 5). O modo de encapsulamento LLC/SNAP permite que vrios protocolos possam ser transportados sobre o mesmo VCC. Um mecanismo para identificao do protocolo que est sendo transportado deve ser criado: incluso de um cabealho anexado ao pacote de dados a ser transportado. Um mtodo alternativo seria estabelecer um VCC para cada protocolo, evitando-se a necessidade do cabealho adicional, ao custo de um maior nmero de VCCs na rede.

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Encapsulamento LLC/SNAP3 bytes LLC 0xAA-AA-03 SNAP = 3 + 2 bytes OUI 0x00-00-00 PID 0x08-00 Datagrama IP

O valor 0xAA-AA-03 no cabealho LLC indica a presena do cabealho SNAP O valor 0x00-00-00 no campo OUI (Organizationally Unique Identifier) do cabealho SNAP indica um protocolo do tipo Ethertype no campo PID (Protocol Identifier). O valor 0x08-00 no campo PID do tipo EtherType indica o protocolo IP

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Sub-redes lgicas

A nuvem ATM pode ser constituda de uma ou mais LIS (Logical IP Subnet). As LIS constituem redes IP independentes, interconectadas atravs de roteador. No modelo clssico dispositivos pertencentes a LIS distintas no podem se comunicar diretamente, mesmo que estejam conectados mesma rede ATM. A comunicao entre estes dispositivos se d atravs de roteadores. Os dispositivos pertencentes mesma LIS podem estabelecer circuitos virtuais ATM para troca de datagramas IP entre si. Os dispositivos de uma mesma LIS compartilham o mesmo prefixo de subrede IP. Todos os membros da LIS esto diretamente conectados rede ATM. Todos os membros da LIS devem possuir mecanismo (protocolo ATMARP) para resolver endereo IP em endereo ATM, para o caso de SVC e resolver VCs para endereo IP, para o caso de PVCs.

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Sub-redes IP LgicasLIS 1,2 LIS 1

Nuvem ATM

LIS 1 LIS 2 LIS 2

A separao entre LISs lgica, e no fsica. Estaes prximas geograficamente podem pertencer a LISs distintas, enquanto estaes distantes podem pertencer mesma LIS. De qualquer forma, a comunicao entre LISs se d atravs de roteadores.

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Problema com o modelo overlay

LIS 2 LIS 1

LIS 3

LIS 4

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Nuvem ATM

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Resoluo de endereo IP-ATM Utiliza-se o protocolo ATMARP Utiliza-se um servidor ATMARP que atende aos dispositivos da sua LIS

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Protocolo ATMARP

O campo Hardware Type indica o uso do ATM (0x0013), enquanto o campo Protocol Type indica o uso do IP (0x0800). O campo Operation define os tipos de mensagem ATMARP: 1 (decimal) = ATMARP_Request 2 8 9 10 = ATMARP_Reply = InATMARP_Request = InATMARP_Reply = ATMARP_NAK

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Mensagens ATMARP ATMARP_Request ATMARP_Reply InATMARP_Request InATMARP_Reply ATMARP_NAK

A mensagem ATMARP_Request enviada pela estao ao servidor ATMARP solicitando a resoluo de um endereo IP em um endereo ATM. A mensagem ATMARP_Reply a resposta enviada pelo servidor mensagem ATMARP_Request. As mensagens InATMARP_Request e InATMARP_Reply so utilizadas para se descobrir os endereos IP e ATM de um dispositivo conectado na extremidade de um circuito virtual j estabelecido (exemplo: PVC). As mensagens ATMARP devem ser transportadas em uma PDU da camada de adaptao AAL5 usando encapsulamento LLC/SNAP.

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Servidor ATMARP Um para cada LIS. As estaes devem se conectar ao servidor e informar seus endereos IP e ATM (InATMARP). Servidor mantm tabela cache com os endereos IP e ATM das estaes de sua LIS.

As estaes da rede devem se conectar ao servidor ATMARP. Para tal, deve existir um PVC pr-configurado ou a estao deve possuir o endereo ATM do servidor armazenado em disco. Atravs de uma troca de mensagens InATMARP, o servidor descobre os endereos IP e ATM da estao, e os armazena em cache. Cada entrada do cache do servidor tem durao de 20 minutos. Decorrido este tempo, se ainda houver uma conexo entre o servidor e a estao, uma nova troca de mensagens InATMARP feita no sentido de revalidar o cache, caso contrrio, a entrada do cache descartada. O temporizador de 20 minutos reinicializado toda vez que o servidor recebe uma requisio ATMARP da estao associada entrada em questo; ou seja, o recebimento de uma mensagem ATMARP_Request de uma dada estao revalida a entrada do cache associado a esta estao. Um mesmo servidor (fsico) pode atender a vrias LISs, desde que se tenha um endereo IP para cada LIS. Ou seja, pode-se ter diversos servidores lgicos em um nico servidor fsico.

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Registro da estao no servidor

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Resoluo de endereoest qu Re

Cache

P_ ply Re AR M _ AT RP MA AT

SVC IP_Aa ATM_A IP_Ab

LIS

ATM_B

No exemplo mostrado a estao A deseja transmitir uma mensagem para a estao B, da qual ela conhece o endereo IP mas no conhece o endereo ATM. As estaes A e B j esto registradas no servidor ATMARP. A estao A possui endereos IP_Aa (net_id A e host_id a) e ATM_A, e a estao B possui endereos IP_Ab e ATM_B. Os seguintes passos ocorrem: 1) Estao A envia um ATMARP_Request para o servidor solicitando o endereo ATM associado ao endereo IP da estao B (IP_Ab). 2) O servidor consulta sua tabela cache e verifica que o endereo ATM associado ao endereo IP_Ab ATM_B. 3) O servidor envia um ATMARP_Reply estao A informando o endereo ATM da estao B (ATM_B). Caso o servidor no conhea o endereo ATM associado ao endereo IP_Ab, a resposta ser uma mensagem ATMARP_NAK. 4) A estao A estabelece um SVC com a estao B e passa a trocar dados diretamente com esta estao. 5) A estao A armazena em cache a associao IP_Ab - ATM_B, para uso posterior. Cada entrada de cache da estao tem validade de 15 minutos, aps os quais a entrada deve ser revalidada ou apagada.

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Operao com PVCAInATMARP_Reply

B PVCInATMARP_Request

LIS

Em uma rede que suporta apenas PVCs, os mesmos so pr-configurados pelo administrador da rede, manualmente ou atravs de procedimentos de gerencia. Um dispositivo conectado extremidade de um PVC pode conhecer os endereos do dispositivo da outra extremidade (por exemplo, os endereos esto armazenados em disco). Caso contrrio, as mensagens InATMARP so utilizadas. No exemplo a estao A no conhece os endereos da estao B, e envia a esta uma mensagem InATMARP_Request. Em resposta, a estao B envia um InATMARP_Reply, que contm seus endereos IP e ATM. Aps a troca de mensagens, tanto A quanto B sabem os endereos associados da estao na outra extremidade do PVC. Deve-se observar que pode no ser necessrio configurar endereos ATM em um ambiente que opere exclusivamente com PVCs.

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Lan Emulation - LANE Objetivos Introduzir o ATM no ambiente das redes locais sem alterar os protocolos existentes, preservando portanto o investimento j realizado. Tornar a existncia do backbone ATM transparente para as aplicaes Ethernet.

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LANE - Dificuldades ATM orientado a conexo, Ethernet no. ATM no suporta broadcast, que utilizado frequentemente pelo Ethernet Resoluo de endereos MAC e ATM LAN no suporta QoS.

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LANE - Tipos de LAN Ethernet, Token Ring, etc. No permite conexo entre LANs distintas. Uma ou mais LANs emuladas podem coexistir numa mesma rede ATM, mas a comunicao entre elas s possvel atravs de roteadores ou mecanismos que estendam o servio de LANE (ex.: MPOA)

O servio de LAN emulada permite a emulao dos diversos tipos de redes locais existentes. No entanto, o servio de LAN emulada no faz converso de protocolo, no permitindo a conexo direta de uma rede Ethernet com uma rede Token Ring atravs do backbone ATM, mesmo que ambas as redes pertenam mesma LAN emulada.

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LANE - AmbienteEstao ATM

ATMLAN legada

LAN legada

Estao ATM

O cenrio mostra redes Ethernet interligadas atravs de um backbone ATM, ao qual esto conectadas algumas estaes ATM. possvel troca de mensagens entre estaes Ethernet, entre estaes ATM, e entre uma estao Ethernet e uma estao ATM. Tem-se um nico domnio de broadcast em toda a estrutura, mas domnios de coliso distintos.

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LANEs distintas interconectadasEstao ATM LANE 2 LANEs 1 e 2

LANE 1

LANE 2

ATMLAN legada

LAN legada

LANE 2 LANE 1

LANE 1

A figura mostra um cenrio onde tem-se duas LANs emuladas coexistindo em uma mesma rede ATM. A comunicao entre dispositivos das LANs emuladas distintas s pode se dar atravs do roteador. Veremos, posteriormente, que a soluo MPOA permite a criao de um atalho na rede ATM para comunicao entre LANEs distintas, estendendo o servio de LAN emulada.

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Componentes da LANE Lan Emulation Client - LEC Servio de LAN emulada, composto de: Lan Emulation Server - LES Lan Emulation Configuration Server - LECS Broadcast and Unknown Server - BUS

Lan Emulation Client: Qualquer dispositivo ATM que deseje utilizar os servios da rede legada (Ethernet) deve ter um LEC. So exemplos de LECs: estao ATM conectada diretamente ao backbone, e Proxy LEC, LAN switch ou bridge, servindo de interface entre o ambiente Ethernet e o ambiente ATM. O Proxy LEC registra os endereos MAC das estaes para as quais ele atua como procurador (uma estao Ethernet normal no pode ser um LEC). O Proxy LEC pode tambm registrar apenas a informao de que atua como Proxy, sem registrar os endereos de suas estaes Ethernet. Cada LEC possui um nico endereo ATM, e pode estar associado a um nico endereo MAC (LEC uma estao ATM) ou a vrios endereos MAC (LEC um switch atuando como proxy).

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Componentes da LANELECS LES BUS

Proxy

ATM

Proxy

LAN legada

LAN legada

LECsEstao ATM

O servio de LAN emulada oferecido atravs dos servidores LES, LECS e BUS, que podem residir no mesmo dispositivo (estao ou switch). A funo bsica do LECS associar um cliente (LEC) LAN emulada correspondente. Existe um LECs por domnio administrativo, que serve todas as LANs emuladas. O LES controla a adeso dos clientes (LECs) e prov o servio de resoluo de endereo MAC em endereo ATM. Existe um LES para cada LAN emulada. O BUS utilizado para a transmisso de trfego broadcast e multicast na LAN emulada. Cada LEC est associado a um BUS (podendo haver mais de um para cada LAN emulada). O BUS pode tambm ser utilizado para transmisso de trfego de dados entre duas estaes, enquanto a resoluo de endereos no est completa.

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Interfaces do servio de LANELEC LUNI LEC LECS LES BUSServio de LANE

LNNI

LECS LES BUSServio de LANE

LUNI = Lan Emulation User to Network Interface

LNNI = Lan Emulation Network to Network Interface

A interface LUNI utilizada para a comunicao entre os clientes e os servidores do servio de LAN emulada. Os seguintes passos podem ser identificados no processo de comunicao: 1) Inicializao: obteno do endereo ATM dos servidores de LAN emulada. 2) Registro: registro nos servidores dos endereos (MAC e ATM) dos clientes de LAN emuladada. 3) Resoluo de endereo: processo de descoberta do endereo ATM de um cliente (LEC), a partir do seu endereo MAC. 4) Transferncia de dados: troca de mensagens entre LECs, atravs de uma conexo ATM. A interface LNNI define a interoperabilidade entre servidores no ambiente da LAN emulada. Esta interface foi especificada na verso 2.0 do LANE, que prev a utilizao de mltiplos servidores LES, LECS e BUS, com o objetivo de aumentar a confiabilidade e o desempenho (eliminao de gargalos) do sistema.

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Tipos de conexesVCC direto de configurao

LUNI

EstaoVCC direto de controle

LECS

Bridge

LES LECVCC distribudo de controle VCC de envio de multicast VCC de reenvio de multicast VCC direto de dados

LEC BUS

Os seguintes tipos de conexes so especificados para a LANE V1.0: CONEXES DE CONTROLE: interligam os LECs ao LECS e LES. Transportam quadros LE_ARP e quadros de controle; nunca transportam quadros de dados. Os VCCs de controle so estabelecidos como parte da fase de inicializao. Se classificam em VCC direto de configurao, VCC direto de controle e VCC de distribuio de controle (opcional). CONEXES DE DADOS: interligam os LECs entre si e ao BUS. Transportam quadros MAC (IEEE 802.3 ou 802.5) e mensagens de Flush. No transportam qualquer outra mensagem de controle alm da mensagem de Flush. Se classificam em VCC direto de dados, VCC de envio de multicast, e VCC de reenvio (forward) de multicast. Todas as conexes, com exceo da conexo direta de dados, devem ser mantidas enquanto o LEC estiver participando da LAN emulada (a manuteno da conexo LEC-LECS opcional).

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Funes do servio de LAN Emulada Inicializao e Registro Resoluo de endereo Gerenciamento da conexo Transferncia de dados Ordenao de quadros

INICIALIZAO e REGISTRO: Esta funo engloba todos os passos, desde o estado inicial at o momento em que o LEC torna-se operacional. Nestes passos os clientes se juntam LAN emulada, estabelecem suas conexes de controle e dados com os servidores (LECS, LES e BUS), e registram seus endereos. Um cliente pode registrar todos os endereos MAC para os quais ele responsvel ou pode se registrar como um Proxy. RESOLUO DE ENDEREO: Procedimento pelo qual um cliente associa um endereo MAC a um endereo ATM. Um LEC utiliza este procedimento para descobrir o endereo ATM de outros LECs ou do BUS. GERENCIAMENTO DA CONEXO: Esta funo diz respeito ao estabelecimento e manuteno das conexes ATM dentro da rede, para fins de controle e troca de dados. As conexes ATM so criadas utilizando-se a sinalizao UNI. TRANSFERNCIA DOS DADOS: Os dados unicast podem ser enviados diretamente de um cliente para outro ou, opcionalmente, pelo BUS, se a conexo entre clientes ainda no est estabelecida. Dados multicast ou broadcast so enviados atravs do BUS. ORDENAO DE QUADROS: A possibilidade de enviar quadros de dados por caminhos distintos (mesmo que no simultaneamente) pode fazer com que os quadros cheguem fora de ordem ao destino. O protocolo Flush utilizado para evitar que isto ocorra.

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Inicializao e RegistroEstado Inicial Conexo ao LECS Configurao Associao Registro Inicial Conexo ao BUSPerda da conexo com o BUS

Outras falhas

Operacional

As operaes de inicializao e registro englobam diversos passos, a seguir descritos: CONEXO AO LECS: O cliente (LEC) estabelece conexo com o LECS. CONFIGURAO: LECS informa ao cliente dados bsicos referentes sua LAN emulada. ASSOCIAO: nesta fase o LEC estabelece sua conexo de controle com o LES e envia uma mensagem de associao LAN emulada. Se o LES aceitar a associao, um LECID (LE Client Identifier) fornecido ao cliente de LAN emulada. O LES ir ento adicionar o LEC sua conexo de distribuio de controle. REGISTRO: Nesta fase o LEC informa se vai atuar como Proxy ou no e registra seu(s) endereo(s) MAC e seu endereo ATM. CONEXO AO BUS: O LEC descobre o endereo do BUS enviando uma mensagem de resoluo de endereo broadcast ao LES. Aps isto, o LEC deve se conectar ao BUS, que ir acrescent-lo em sua conexo de reenvio de broadcast.

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Operao da LANEConexo ao LECS e configuraoLECS LES BUS

Proxy

Req uest LE_ Con figu re_R espo nse

Proxy

LE_ Con figu re_

LAN legada

LAN legada

Estao ATM

CONEXO AO LECS: O cliente descobre o endereo do LECS e estabelece uma conexo com o mesmo. O endereo do LECS pode ser obtido de trs formas: - do comutador ATM ao qual o cliente est conectado, via procedimento ILMI ( Interim Link Management Interface); - utilizando-se um endereo bem-conhecido fixado pelo ATM-Frum. - utilizando-se um PVC bem-conhecido (VPI = 0 e VCI = 17). CONFIGURAO: O LEC envia uma mensagem de Requisio de Configurao (LE_Configure_Request), especificando seu endereo ATM e, caso a solicitao de configurao tenha sucesso, recebe uma mensagem de resposta (LE_Configure_Response) que contm, dentre outros, os seguintes parmetros de configurao: tipo de LAN (Ethernet ou Token Ring); tamanho mximo do campo de dados para os quadros MAC; nome da LAN emulada; endereo ATM do LES associado. O LECS geralmente configurado pelo gerente da rede.

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Operao da LANEAssociaoLES LECSCache

BUS

ProxyLE_ Join _Req uest LE_ Join _Re spon se

Proxy

LAN legada

LAN legada

Estao ATM

O LEC se conecta ao LES e envia uma mensagem de requisio de associao (LE_Join_Request) a uma dada LAN emulada, informando seus endereos ATM e MAC (ou a informao de que vai atuar como Proxy). O LES salva no cache o par de endereos MAC-ATM do cliente que est se associando. O LES envia uma mensagen LE_Join_Response ao LEC aceitando-o (ou no) na LAN emulada. A resposta pode ser enviada atravs do VCC direto de controle ou do VCC distribudo de controle.

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Operao da LANERegistroLES LECSCache

BUS

LE_ Reg ister _ Req uest LE_ Reg ister _Re spon se

Proxy

Proxy

LAN legada

LAN legada

Estao ATM

Aps a associao LAN emulada o LEC pode registrar outros endereos MAC associados a seu endereo ATM (ex.: ponte transparente que vai aprendendo outros endereos MAC). O LES salva no cache os pares de endereos MAC-ATM registrados pelo LEC. Um cliente LEC com um nico endereo MAC no precisa utilizar o protocolo de registro, uma vez que todo cliente LEC registra implicitamente um endereo MAC durante a fase de associao. Note que fazer uma associao com um endereo MAC funcionalmente equivalente a fazer uma associao sem endereo MAC e fazer um registro com um endereo MAC.

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Operao da LANEConexo ao BUSLES LECS BUS

ProxyLE_ ARP _R eque st LE_ ARP _Re spon se

ProxyC VC

LAN legada

LAN legada

Estao ATM

Para se conectar ao BUS o LEC deve primeiro descobrir seu endereo ATM. Para tal, o LEC envia uma mensagem de resoluo do endereo de broadcast (FFFFFFFFFFFF) ao LES (LE_ARP_Request). O LES retorna uma mensagem LE_ARP_Response contendo o endereo ATM do BUS. De posse do endereo ATM do BUS o LEC pode ento abrir a conexo de envio de difuso com o mesmo. O BUS responder automaticamente abrindo a conexo de reenvio de difuso com o LEC ( esperado que esta conexo seja ponto-multiponto, mas ela tambm pode ser implementada como VCCs pontoa-ponto.

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Operao da LANEResoluo de endereo (1)LES LECS BUS

ProxyLE_ ARP _R eque st LE_ ARP _Re spon se

ProxyVCC

LAN legada Cache

LAN legada

Estao ATM

Quando um LEC deseja se comunicar com um dispositivo cujo endereo ATM ainda desconhecido, ele envia uma mensagem LE_ARP_Request ao LES, solicitando o endereo ATM associado ao endereo MAC informado na mensagem. Caso o LES saiba o endereo ATM associado ao endereo MAC solicitado (par de endereos foi anteriormente registrado por outro LEC), ele informa o LEC atravs de uma mensagem LE_ARP_Response. A resposta pode ser enviada pelo VCC direto de controle ou, opcionalmente, pelo VCC distribudo de controle. O LEC chamador pode ento abrir uma conexo com o LEC chamado para posterior troca de dados.

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Operao da LANEResoluo de endereo (2)LES LECSLE _A RP _

BUS

LE_ AR P_ R equ LE_ est ARP _Re spon se

Proxy_ RP _A LE

st que Re

Req ues LE_ t AR P_R esp ons e

Proxy

VCC

LAN legada Cache Estao ATM

LAN legada

Quando o LES recebe a solicitao de resoluo de endereo de um par de endereos MAC-ATM desconhecidos (ainda no registrados), ele deve reencaminhar esta requisio para todos os LECs que se registraram como Proxy (e opcionalmente para outros LECs). O Proxy que estiver atuando como procurador do endereo MAC procurado ir responder requisio, enviando uma mensagem LE_ARP_Response ao LES, informando seu prprio endereo ATM. O LES ir ento encaminhar o endereo ATM do Proxy para o LEC, que poder abrir um VCC para troca de dados.

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Operao da LANEEnvio de dados unicastLES LECS BUS

Proxyos Dad

Proxy

dos Da

LAN legada

LAN legada

Estao ATM

Quando um cliente LEC sabe o endereo ATM do LEC de destino e j possui uma conexo VCC com o mesmo, os dados so enviados diretamente para o cliente de destino. Se o LEC de origem ainda no conhece o endereo ATM do LEC de destino, ou ainda no possui uma conexo com este, ele pode optar por enviar os quadros atravs do BUS. O BUS, ao receber o quadro, ir reencaminh-lo pelo menos para o cliente de destino. Se o cliente ainda no est registrado, o BUS deve encaminhar o quadro ao menos para os clientes Proxy e opcionalmente para todos os clientes. Esta facilidade importante, pois a estao MAC de destino pode estar atrs de uma bridge transparente que ainda no tomou conhecimento da estao, e o envio do quadro pelo BUS pode ser a nica forma de alcanar a estao. Aps estabelecer a conexo com o LEC de destino, os dados podem passar a ser enviados pela conexo direta de dados (LEC-LEC). Mas para tal o protoclo Flush (descrito posteriormente) deve antes ser executado. A conexo direta de dados desfeita aps um perodo configurvel (tipicamente 20 minutos) de inatividade.

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Operao da LANEEnvio de dados multicastLES LECS BUS

Proxy

Proxy

dos Da

LAN legada

LAN legada

Estao ATM

Quando um cliente deseja transmitir dados em broadcast, ele deve enviar os quadros para o BUS, que ir reencaminh-los atravs da sua conexo de reenvio de multicast. O cliente LEC que originou o broadcast sabe, atravs do LECID contido no cabealho, que o quadro que est sendo recebido pela conexo multiponto o mesmo que foi enviado, e portanto o descarta.

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Operao da LANEProtocolo FlushLES LECS BUS

Proxyh _R espo nse

Proxyest qu Re

Flus

sh Flu

os Dad

LAN legada

LAN legada

Estao ATM

Como foi visto, o LEC pode iniciar o envio de dados para outro LEC atravs do BUS, antes que a conexo com o LEC de destino esteja estabelecida. O processo de chaveamento do caminho de envio dos quadros (do caminho via BUS para o caminho direto entre LECs) pode fazer com que os quadros cheguem no destino fora da ordem em que foram transmitidos (o quadro enviado via caminho direto entre LECs pode chegar depois de um quadro enviado via BUS). O recebimento de quadros fora de ordem no esperado em um ambiente de rede local, e muito menos em um ambiente ATM. Para evitar este problema, um LEC que tenha enviado um quadro atravs do BUS deve enviar uma mensagem denominada Flush_Request pelo mesmo caminho, e aguardar o recebimento da mensagem Flush_Response por parte do LEC de destino, para s ento iniciar o envio dos quadros pelo caminho direto. Este procedimento garante a ordem de entrega dos quadros ao LEC de destino. O BUS ir encaminhar a mensagem Flush_Request at o LEC de destino. A mensagem Flush_Response ser encaminhada pelo LEC de destino atravs do LES (VCC direto de controle e VCC de distribuio de controle).

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NHRP - Next Hop Resolution Protocol ObjetivoModelo clssico

NHRP

LIS 1 IPx,ATMj LIS 2 LIS 3

LIS 4

IPy,ATMk

No modelo clssico a comunicao entre dispositivos pertencentes a LIS distintas se d atravs de roteadores, podendo resultar em ineficincia. O NHRP um protocolo de resoluo de endereo para redes NBMA (NonBroadcast-Multi-Access) que mapeia endereos IP em endereos ATM, com o objetivo de criar um atalho na rede ATM para a comunicao de dispositivos pertencentes a LIS distintas. O NHRP procura mapear o endereo ATM mais prximo do destino. Este endereo pode ser o de um dispositivo de borda, e no da estao IP final. O NHRP utilizado na soluo MPOA (Multiprotocol Over ATM), que ser vista a seguir. Neste contexto, a LIS na verdade LANE.

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Componentes do NHRPNHS NHS NHS

NHC NHC

LIS 1 LIS 2 LIS 3

LIS 4

NHC

A estrutura do NHRP baseada no modelo cliente-servidor, com Clientes NHRP (NHC - Next Hop Client) e Servidores NHRP (NHS - Next Hop Server). Os servidores NHS normalmente residem nos roteadores que interligam as sub-redes lgicas, e so responsveis pela resoluo de endereos IP e ATM. Existindo pelo menos um NHS por sub-rede. Os clientes residem em qualquer dispositivo conectado sub-rede lgica (roteador inclusive) e so usurios do servio de resoluo de endereos para estabelecerem seus atalhos na rede ATM. Os clientes devem se registrar em seu servidor NHS, informando seus endereos IP e ATM. permitido ao cliente enviar seus pacotes pelo caminho roteado normal enquanto o endereo ATM est sendo resolvido. Os NHSs e NHCs mantm caches, com vida limitada, com os pares de endereos (IP,ATM) j resolvidos.

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Princpio de operao do NHRPCache NHSNHRP_ R eply

NHS NHS

NH RP _

Re qu est

NHC VCC LIS 1 LIS 4 LIS 2 LIS 3 IPy,ATMk

NHC

IPx,ATMj

Cache NHC

Quando um NHC precisa resolver o endereo de uma estao de destino, ele envia uma mensagem de requisio de endereo a seu servidor. Se o servidor possui, armazenado em seu cache, o registro associado ao endereo solicitado, ele informa o cliente do endereo ATM do destino. Caso contrrio, o NHS envia a requisio para o NHS next-hop na direo do destino (para tal, o roteamento IP tradicional utilizado). O processo continua at que a requisio chegue a um NHS que possua em seus registros informao para resolver o endereo. Uma mensagem de resposta NHRP (NHRP_Reply) gerada, contendo o endereo ATM associado ao endereo IP do destino (o endereo ATM pode ser de um dispositivo de borda). Os NHSs e NHC armazenam em seus caches o endereo resolvido, para utilizao futura.

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Multiprotocol Over ATM MPOA Elimina o roteamento hop-by-hop, criando um atalho na rede ATM. O processo de criao do atalho disparado pela deteco de um fluxo, por um host ou dispositivo de borda MPOA-capaz

O Multiprotocol Over ATM (MPOA) tenta contornar a ineficincia do modelo clssico devido aos processos de remontagem e segmentao dos datagramas em cada roteador ao longo do caminho entre origem e destino. O MPOA estabelece, a partir da deteco de um fluxo por um host ou dispositivo de borda MPOA-capaz, um atalho entre o dispositivo de ingresso e o dispositivo de egresso na rede ATM, no caminho entre origem e destino, evitando com isto o caminho roteado. Um fluxo definido como um trfego de pacotes entre uma origem e um destino com uma taxa (pacotes/seg) superior a um certo limiar.

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Componentes do MPOA MPOA Client - MPC Dispara o processo de criao do atalho para o encaminhamento dos pacotes

MPOA Server - MPS Reside em um roteador. Resolve o endereo IP de destino no endereo ATM de sada mais prximo do destino. Inclui a funcionalidade de servidor NHRP (NHS)

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Componentes do MPOAMPOA Next Hop Resolution Protocol - NHRP LAN Emulation LANE

O MPOA utiliza o servio de LAN emulada (LANE) para troca de mensagens entre seus componentes no mbito de uma LANE. Para a resoluo de endereo, o servidor MPOA utiliza o protocolo NHRP.

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Princpio de operao do MPOAMPSt ues Req ion lut eso ly P R Rep HR N tion solu Re RP NHNHRP NHRP Resoluti on Requ est

MPSche Ca OA MP

MPSRe sol uti on Re Re qu sol est uti on Re ply

Resoluti

on Reply

che Ca OA MP

n itio pos Im

MP OA

s. po Im

st que Re

MP OA

ply Re

VCCMPC

MPC

Um cliente MPOA que detecte um fluxo para um dado destino inicia o estabelecimento de um atalho pela rede ATM. Para tal, o cliente envia uma mensagem MPOA_Resolution_Request para o seu servidor (MPS), solicitando o endereo ATM associado ao endereo IP de destino. O servidor consulta seu cache e, caso j conhea a associao ATM-IP solicitada, informa o endereo ATM para seu cliente. Caso contrrio, o MPS envia uma mensagem NHRP_Resolution_Request para o prximo servidor MPS na direo do destino. Este processo continua at que a resoluo NHRP chegue a um MPS (MPS de egresso) que possa resolver o endereo IP no endereo ATM. O MPS de egresso envia uma mensagem de Imposio de Cache ao MPC de egresso (MPOA_Cache_Imposition_Request) e, aps receber o reply do MPC, envia o endereo ATM solicitado de volta ao MPS anterior, atravs de uma mensagem NHRP_Resolution_Reply. O processo continua at que o endereo ATM chegue ao MPS de ingresso, que o envia ao MPC de ingresso atravs de uma mensagem MPOA_Resolution_Reply. Neste momento, uma conexo ATM pode ser estabelecida diretamente entre os MPCs de ingresso e egresso, deixando-se de lado o caminho roteado. Os servidores e clientes MPOA armazenam em seus caches o par de endereos resolvido, para uso posterior. Enquanto o endereo est sendo resolvido, o MPC de ingresso pode enviar os dados pelo caminho roteado, para evitar atrasos.

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Gerenciamento do cache e atalhoMPS de IngressoInvalidao de Cache

MPS de EgressoInv alid a od eC ach e

Inv alid a o de Cac he

MPC de egresso A

MPC de Ingresso MPC de egresso B

Os atalhos devem ser gerenciados de forma cooperativa entre os MPCs e os MPSs de ingresso e egresso, de modo a reagir a situaes que podem levar a inconsistncias na rede. No exemplo, um atalho foi estabelecido com um dado MPC de egresso, mas uma mudana no roteamento alterou o MPC de egresso. Esta mudana percebida pelo MPS de egresso, que envia uma mensagem de invalidao de cache ao antigo MPC de egresso e para o MPS anterior a ele, indicando a estes dispositivos que uma ocorreu uma alterao envolvendo o MPC A, e que as entradas no cache envolvendo este dispositivo devem ser apagadas. A invalidao de cache caminha at o MPC de ingresso, que desfaz a conexo com o MPC A e reinicia o procedimento de resoluo de endereo.

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Multiprotocol Label Switching MPLS Padro emergente do IETF. Utiliza o modelo peer. Pacotes so encaminhados pela rede com base em um label, e no com base no endereo IP.

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Princpio do MPLSPlano de roteamento

Label LSP FEC

IPy

IPx

L1 L3 L2 LSP

IPyPlano de encaminhamento

O MPLS separa os planos de roteamento e encaminhamento. No plano de roteamento os pacotes so enviados pela rede com base no endereo IP de destino, utilizando-se o roteamento IP normal, enquanto no plano de encaminhamento os pacotes so enviados com base em um label acrescentado ao pacote. O envio dos pacotes pelo plano de encaminhamento requer que um caminho seja estabelecido entre origem e destino (LSP - Label Switched Path) e que labels sejam atribudos a cada enlace ao longo deste caminho. O LSP est associado a uma FEC (Forward Equivalence Class), que foi associada aos datagramas entre IPx e IPy pelo roteador de borda.

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MPLS - Princpios Pacotes que chegam a um roteador de borda so analisados e associados a uma FEC (Forward Equivalence Class) s FECs esto associados LSPs (Label Switched Path). Um label acrescentado ao pacote, de acordo com o LSP ao qual ele est associado. Os pacotes so transferidos pela rede comutandose com base no label, e no no endereo IP.

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Formas de implementao do MPLS Soluo de nvel 3 O label adicionado ao datagrama IP e utilizado como base para a comutao

IP sobre Frame Relay O label o DLCI do cabealho Frame Relay, e o datagrama transportado em quadro Frame Relay

IP sobre ATM O datagrama transportado em clulas ATM e o label composto pelos campos VPI/VCI da clula ATM.

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IP sobre ATM com MPLS Mantm-se o hardware ATM Elimina-se o endereo ATM, a sinalizao UNI e PNNI e o roteamento PNNI Utiliza-se o endereamento e o roteamento IP. Utiliza-se um protocolo de distribuio de label para o estabelecimento do caminho

No uso do MPLS como uma soluo de IP sobre ATM os ns da rede tornamse uma mistura de um comutador ATM com um roteador IP. A forma de comutar e o hardware de comutao so do ATM, mas a rota ao longo da rede e os endereos de todos os dispositivos so baseados no IP. Para o estabelecimento do caminho comutado por label utiliza-se um protocolo de distribuio de label (LDP). Vale salientar que outros protocolos esto sendo considerados para a distribuio de labels, como por exemplo uma extenso do RSVP.

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Componentes da rede MPLS Label Edge Router (LER) Roteador na fronteira entre o mundo MPLS e o mundo no-MPLS.

Label Switching Router (LSR) Roteador no ncleo da rede MPLS.

Os LERs esto na interface entre redes no-MPLS e a rede MPLS. Eles so responsveis por iniciar o processo de estabelecimento de um caminho (LSP) na rede. O LER associa os datagramas s FECs estabelecidas e acrescenta o label inicial, encaminhando o datagrama para o prximo n no caminho. Os LSRs comutam os pacotes ao longo do LSP tomando como base o label. A comutao baseada em label permite a implementao de LSRs de alto desempenho.

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Forward Equivalence Class - FEC Uma FEC vista como um grupo de pacotes que podem ser encaminhados pela rede da mesma maneira. A FEC est associada a um LSP. A definio da FEC pode levar em conta parmetros diversos. A forma mais simples associar a FEC ao endereo de destino. Formas mais sofisticadas podem levar em conta o tipo de servio, endereo da fonte, etc.

Pacotes associados a uma mesma FEC so encaminhados pela rede da mesma maneira, atravs do mesmo LSP. A estratgia para se definir uma FEC pode ser simples, levando em conta apenas o endereo do destino, por exemplo, ou complexa, onde diversos outros fatores podem ser considerados. Por exemplo, um provedor pode definir classes de servio, tais como servio premiun e servio olmpico (ouro, prata e bronze), com tarifas diferenciadas. Neste caso, a FEC pode levar em conta o endereo do destino e o tipo de servio que est sendo solicitado pelo cliente, ou seja, datagramas entrando pelo mesmo LER de ingresso e destinados ao mesmo LER de egresso podem estar associados a FECs distintas e serem encaminhados por LSPs distintos (no mesmo caminho fsico ou no).

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Definio da rota Roteamento hop-by-hop O LSP criado seguindo as definies do algoritmo de roteamento IP Cada n, independentemente, escolhe o prximo n para cada FEC

Roteamento explcito O LSP criado seguindo uma rota especfica definida pelo LSR de ingresso (ou egresso) origem til para engenharia de trfego

O roteamento explcito torna-se vivel com o MPLS pois, uma vez criado o LSP, os datagramas no mais precisam transportar os endereos dos roteadores ao longo do caminho, bastando associar ao LSP a caracterstica de operao baseada em roteamento explcito. Nesta soluo, mudanas no roteamento IP no afetaro o LSP, e o mesmo se aproxima em termos de comportamento de um circuito virtual.

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Estabelecimento do caminho Disparado por topologia (Topology driven) Trfego de controle proporcional ao nmero de destinos.

Disparado por fluxo (Flow driven) Trfego de controle proporcional ao nmero de fluxos. Pode no ser adequado para backbones

No mtodo de alocao de label disparado por topologia um label associado em resposta ao processamento normal do protocolo de roteamento. Se uma rota existe, um label associado a ela e distribudo, sendo a quantidade de trfego de controle proporcional ao nmero de rotas. Neste tipo de soluo o trfego chegando por uma dada rota pode ser associado imediatamente a um label, sem latncia. No mtodo disparado por fluxo a deteco de um fluxo dispara o processo de estabelecimento de um LSP e distribuio de labels. A quantidade de trfego de controle gerado proporcional ao nmero de fluxos. Esta caracterstica faz com que redes com fluxos recorrentes e com vida curta possam ter um excesso de trfego de controle para o estabelecimento dos caminhos. Neste mtodo existe uma latncia entre o aparecimento de um fluxo e a alocao de um label.

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Alocao de label Downstream Um LSR faz a distribuio de labels para LSRs que estejam a upstream, mesmo que os ns a upstream no tenham solicitado explicitamente.

Downstream sob demanda Um LSR solicita explicitamente a seu n subsequente (downstream) que ele faa a associao de um rtulo para uma determinada FEC

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Exemplo de operaoDownstream sob demandaEgresso Ingresso

A

Requisio de label

Requisio de label

Requisio de label

VPI = 0, VCI = 28

VPI = 0, VCI = 49

VPI = 0, VCI = 97

VPI=0 VCI=28

dados

VPI=0 VCI=49

dados

VPI=0 VCI=97

dados

Na operao a downstream sob demanda um LER de ingresso solicita, quando detecta um fluxo para um dado destino, o estabelecimento de um LSP e distribuio de label, atravs de uma mensagem de Requisio de Label. A mensagem trafega pela rede at o LER de egresso, segundo o roteamento IP (ou atravs de roteamento explcito), que aloca um label ao LSP em questo e o distribui para o LSR uspstream. Este LSR tambm aloca um label associado ao LSP e o envia ao LSR upstream. O processo continua at que o ltimo LSR envia o label alocado ao LER de ingresso, quando ento o caminho est estabelecido, e os pacotes podem ser enviados atravs do mesmo e comutados com base no label. As mensagens de requisio de label trafegam por um canal default, definido pelo par VPI = 0 e VCI = 32.

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Falha em um enlace da rede Detectada pelo roteamento ou pelo LDP, atravs de mensagens keep_alive. Todos os LSPs utilizando o enlace so derrubados. Rotas alternativas so estabelecidas atravs dos algoritmos de roteamento, cuminando com a criao de outros LSPs.

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