INTRODUCCION

La conmutacin de paquetes es un mtodo de comunicaciones de red digital que los grupos de todos los datos transmitidos - independientemente de su contenido, tipo, o estructura - en los bloques de tamao adecuado, llamados paquetes. Primera propuesta para usos militares en la dcada de 1960 e implementada en redes pequeas en 1968, este mtodo de transmisin de datos se convirti en una de las tecnologas de red fundamentales detrs de la mayora de las redes de rea locales de Internet y.Flujos de paquetes de conmutacin caractersticas de la entrega de datos variables de velocidad de bits en una red compartida. Cuando atraviesa adaptadores de red, conmutadores, routers y otros nodos de red, los paquetes se almacenan en la cola y, lo que resulta en retardo variable y el rendimiento en funcin de la carga de trfico en la red.Contrastes de conmutacin de paquetes con otro principal paradigma de redes, la conmutacin de circuitos, un mtodo que establece un nmero limitado de conexiones dedicadas de tasa de bits constante y retardo constante entre los nodos para uso exclusivo durante la sesin de comunicacin. En caso de tasas de trfico, por ejemplo, en servicios de comunicacin mvil, que la conmutacin de circuitos se caracteriza por una cuota por unidad de tiempo de tiempo de conexin, incluso cuando no se transfieren datos mientras que la conmutacin de paquetes se caracteriza por una cuota por unidad de informacin.El modo de comunicacin de paquetes puede ser utilizado con o sin los nodos intermedios de reenvo. En todas las comunicaciones en modo paquete, recursos de la red son gestionados por la asignacin de ancho de banda de multiplexacin estadstica o dinmica en la que un canal de comunicacin est dividido efectivamente en un nmero arbitrario de canales de variable de velocidad de bits lgicos o flujos de datos. La multiplexacin estadstica, la conmutacin de paquetes y la otra memoria intermedia de almacenamiento y retransmisin introduce variando latencia y el rendimiento en la transmisin. Cada secuencia lgica consiste en una secuencia de paquetes, los cuales normalmente se reenvan por los multiplexores y los nodos de red intermedios de forma asncrona utilizando primero en entrar, primero en salir buffering. Alternativamente, los paquetes pueden ser enviados de acuerdo con una cierta disciplina de programacin para justo cola, la modulacin del trfico o de la calidad diferenciada o de servicio garantizada, tales como puesta en cola justa ponderada o de cubeta con goteo. En caso de un medio fsico compartido, los paquetes pueden ser entregados de acuerdo a algn esquema de acceso mltiple en modo paquete.

HISTORIAEl concepto de cambio de pequeos bloques de datos fue explorado por primera vez por Paul Baran en la dcada de 1960. Independientemente, Donald Davies en el Laboratorio Nacional de Fsica del Reino Unido ha desarrollado las mismas ideas de algunos aos ms tarde.Leonard Kleinrock realiz las primeras investigaciones en la teora de colas que result importante en la conmutacin de paquetes, y public un libro en el campo relacionado de cambio en el ao 1961 de mensajes digitales, sino que tambin ms tarde desempe un papel destacado en la construccin y gestin de la primera red de conmutacin de paquetes del mundo, la ARPANET.Baran desarroll el concepto de conmutacin de mensajes bloque durante su investigacin en la Corporacin RAND para la Fuerza Area de los EE.UU. en las redes de comunicaciones survivable, presentado por primera vez a la fuerza area en el verano de 1961 como conferencia B-265 y luego publicado como Documento de RAND P-2626 en 1962 y luego incluyendo y ampliando un poco dentro de una serie de once trabajos titulados en Comunicaciones Distribuidas en 1964 - el peridico de Baran-P 2626 describe una arquitectura general para una red distribuida de gran escala, capacidad de supervivencia de las comunicaciones. El documento se centra en tres ideas fundamentales: en primer lugar, el uso de una red descentralizada con mltiples caminos entre dos puntos, y segundo, dividir los mensajes de usuario completos en lo que l llama bloques de mensaje, luego tercero, la entrega de estos mensajes por la tienda y cambiar hacia adelante.El estudio de Baran hizo su camino a Robert Taylor y JCR Licklider en la Oficina de Tecnologa de Procesamiento de la Informacin, ambos evangelistas de red de rea amplia, y ayudaron influencia Lawrence Roberts a adoptar la tecnologa cuando Taylor lo puso a cargo del desarrollo de ARPANET.El trabajo de Baran fue similar a la investigacin llevada a cabo de forma independiente por Donald Davies en el Laboratorio Nacional de Fsica del Reino Unido. En 1965, Davies ha desarrollado el concepto de redes de conmutacin de paquetes y el desarrollo propuesto de una amplia red del Reino Unido. l dio una charla sobre la propuesta en 1966, despus de lo cual una persona del Ministerio de Defensa le dijo sobre el trabajo de Baran. Un miembro del equipo de Davies conoci Lawrence Roberts en la ACM Simposio 1967 sobre los principios del sistema operativo, con lo que los dos grupos juntos.Curiosamente, Davies haba elegido algunos de los mismos parmetros para el diseo de la red original como Baran, tales como un tamao de paquete de 1024 bits. En 1966 Davies propone una red debera ser construido en el laboratorio para satisfacer las necesidades de morosidad y demostrar la viabilidad de la conmutacin de paquetes. La red de comunicaciones de datos de morosidad entr en servicio en 1970. Roberts y el equipo de ARPANET tom el nombre de "conmutacin de paquetes" en s de la obra de Davies.La primera red de computadoras y de la red de conmutacin de paquetes desplegada para compartir recursos informticos de la Red de pulpo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, que comenz conectando cuatro datos de control 6.600 ordenadores para varios dispositivos de almacenamiento compartido y para varios cientos de teletipo ASR Modelo 33 terminales para el uso de tiempo compartido de partida en el ao 1968.En 1973 Vint Cerf y Bob Kahn escribi las especificaciones de Transmission Control Protocol, un protocolo de conexin en red para compartir recursos con conmutacin de paquetes entre los nodos.Sin conexin y orientados a la conexin de conmutacin de paquetesExisten dos modos principales de conmutacin de paquetes; conexin de conmutacin de paquetes, tambin conocido como datagrama de conmutacin, y orientado a la conexin de conmutacin de paquetes, tambin conocido como conmutacin de circuitos virtuales. En el primer caso cada paquete incluye completa informacin de direccionamiento o encaminamiento. Los paquetes se envan de forma individual, a veces resultando en diferentes caminos y fuera de la entrega del pedido. En el segundo caso, se define una conexin y asigna previamente en cada nodo involucrado durante una fase de conexin antes de transferir cualquier paquete. Los paquetes incluyen un identificador de conexin en lugar de informacin de la direccin, y se entregan en orden.El servicio efectivamente prestado al usuario por redes que utilizan los nodos de conmutacin de paquetes puede ser sin conexin o conmutacin de circuito virtual. Algunos protocolos sin conexin es Ethernet, IP y UDP, los protocolos de conmutacin de paquetes orientados a la conexin como X.25, Frame Relay, Multiprotocol Label Switching, y TCP.En las redes orientadas a conexin, cada paquete est etiquetado con una ID de conexin en lugar de una direccin. La informacin de direccin slo se transfiere a cada nodo durante una fase de establecimiento de la conexin, cuando se descubre la ruta hacia el destino y se aade una entrada a la tabla de conmutacin en cada nodo de red a travs del cual pasa la conexin. Los protocolos de sealizacin utilizados permiten la aplicacin para especificar sus requisitos y la red para especificar qu capacidad est disponible, etc, y los valores aceptables para los parmetros de servicio que haya que negociar. Distribucin de un paquete es muy simple, ya que slo requiere el nodo para buscar el ID de la tabla. El encabezado del paquete puede ser pequea, ya que slo debe contener el ID y cualquier informacin que es diferente para paquetes diferentes.En las redes sin conexin, cada paquete est etiquetado con una direccin de destino, direccin de origen, y nmeros de puerto, sino que tambin puede estar marcado con el nmero de secuencia del paquete. Esto evita la necesidad de un camino dedicado a ayudar a que el paquete a encontrar su camino a su destino, sino que significa que se necesita mucha ms informacin en el encabezado del paquete, que es tanto ms grande, y esta informacin debe ser consultado en el contenido hambriento de poder memoria direccionable. Cada paquete es enviado y puede pasar a travs de diferentes vas, potencialmente, el sistema tiene que hacer tanto trabajo para cada paquete como el sistema orientado a la conexin tiene que ver en el establecimiento de la conexin, pero con menos informacin en cuanto a los requisitos de la aplicacin. En el destino, se vuelven a montar el mensaje/datos originales en el orden correcto, basado en el nmero de secuencia de paquetes. Por lo tanto una conexin virtual, tambin conocido como un circuito virtual o flujo de bytes se proporciona al usuario final por un protocolo de capa de transporte, a pesar de los nodos de red intermedios slo proporciona un servicio de capa de red sin conexin.La conmutacin de paquetes en redesLa conmutacin de paquetes se utiliza para optimizar el uso de la capacidad de canal disponible en las redes de telecomunicaciones digitales, tales como las redes de ordenadores, para minimizar la latencia de transmisin, y para incrementar la robustez de la comunicacin.El uso ms conocido de la conmutacin de paquetes es la ms redes de rea locales de Internet y. El Internet es implementado por la suite de protocolo de Internet a travs de una variedad de tecnologas de capa de enlace. Por ejemplo, Ethernet y Frame Relay son comunes. Ms recientes tecnologas de telefona mvil utilizan tambin la conmutacin de paquetes.X.25 es un notable uso de conmutacin de paquetes en el que, a pesar de estar basado en mtodos de conmutacin de paquetes, que proporciona circuitos virtuales para el usuario. Estos circuitos virtuales transportan paquetes de longitud variable. En 1978, X.25 proporciona la primera red internacional y comercial de conmutacin de paquetes, el paquete internacional de servicios conmutados. Modo de transferencia asncrono tambin es una tecnologa de circuito virtual, que utiliza clulas de longitud fija rel de conmutacin de paquetes orientado a la conexin.Datagrama de conmutacin de paquetes tambin se llama redes sin conexin debido a que no se establecen conexiones. Tecnologas como Multiprotocol Label Switching y el protocolo de reserva de recursos crean circuitos virtuales en la parte superior de las redes de datagramas. Los circuitos virtuales son especialmente tiles en la construccin de mecanismos de conmutacin por error robustos y la asignacin de ancho de banda para aplicaciones sensibles al retardo.MPLS y sus predecesores, as como de cajeros automticos, han sido llamadas tecnologas de "paquetes rpidos". MPLS, de hecho, ha sido llamado "ATM sin clulas". Routers modernos, sin embargo, no requieren estas tecnologas para poder enviar paquetes de longitud variable a velocidades multigigabit travs de la red.X.25 vs Frame Relay conmutacin de paquetesTanto X.25 y Frame Relay proporcionan orientado a la conexin conmutacin de paquetes, tambin conocido como conmutacin de circuito virtual. Una diferencia importante entre X.25 y Frame Relay conmutacin de paquetes es que X.25 es un protocolo fiable, sobre la base de nodo a nodo de solicitud de repeticin automtica, mientras que Frame Relay es un protocolo no fiable, longitud mxima del paquete es 1000 bytes. Cualquier retransmisiones deben ser realizadas por protocolos de capa superior. El protocolo X.25 es un protocolo de capa de red, y es parte de la suite de protocolos X.25, tambin conocida como la suite de protocolos OSI. Se utiliza ampliamente en redes de conmutacin durante la dcada de 1980 y principios de 1990, por ejemplo, como una alternativa al modo de conmutacin de circuitos del terminal, y para cajeros automticos. Frame relay es un desarrollo de X.25 - La sencillez de Frame Relay hizo considerablemente rentable que la conmutacin de paquetes X.25 ms rpido y mucho ms. Frame Relay es un protocolo de capa de enlace de datos, y no proporciona direcciones lgicas y de enrutamiento. Slo se utiliza para las conexiones de "semi-permanentes", mientras que las conexiones X.25 tambin se pueden establecer para cada sesin de comunicacin. Frame Relay se utiliza para interconectar redes de rea local o LAN segmentos, sobre todo en la dcada de 1990 por parte de grandes empresas que tenan la obligacin de manejar el trfico pesado de las telecomunicaciones a travs de redes de rea extensa:. 250 A pesar de los beneficios de frame relay conmutacin de paquetes, muchas empresas internacionales se estn quedando con el X.25 estndar. En los Estados Unidos, conmutacin de paquetes X.25 se utiliza en gran medida en las redes gubernamentales y financieros que utilizan las aplicaciones de mainframe. Muchas compaas no tienen la intencin de cruzar a Frame Relay de conmutacin de paquetes, ya que es efectivo usar X.25 en redes ms lentas ms rentable. En ciertas partes del mundo, particularmente en las regiones de Amrica del Sur de Asia y el Pacfico y, X.25 era la nica tecnologa disponible.

CONMUTACIN IPLos problemas derivados del rendimiento de la solucin IP/ATM, llevaron posteriormente al desarrollo de tcnicas para la integracin de los niveles de forma efectiva. Esas tcnicas se conocieron como conmutacinIP o conmutacin multinivel. El problema que presentaban estas soluciones o tcnicas era la falta de interoperatividad, ya que se usaban diferentes tecnologas privadas para combinar las capas 2 y 3 (OSI).Todas las soluciones de conmutacin multinivel (incluyendoMPLS) se basan en dos componentes bsicos comunes:(1) La separacin entre las funciones de control y envo.(2) El paradigma de intercambio de etiquetas para el envo de datos.

Al separar la componente de control de la componente de envo (1), cada una de ellas se puede implementar y modificar independientemente.Para el envo de datos, se realiza un intercambio de etiquetas (2). Una etiqueta es un campo de unos pocos bits y de longitud fija, que se aade a la cabecera del paquete y que identifica a una clase equivalente de envo (FEC, Forwarding Equivalente Class). Como se ver ms adelante al explicar con detalle el protocolo MPLS, una FEC es un conjunto de paquetes que se envan sobre el mismo camino a travs de una red, an cuando sus destinos finales sean diferentes.El algoritmo de intercambio de etiquetas permite as la creacin de caminos virtuales conocidos comoLSP(Label-Switched Path), funcionalmente equivalente a losPVCs deATM. La diferencia bsica entre las tcnicas de conmutacin y el modelo IP/ATM es que en el fondo lo que se hace es imponer una conectividad entre extremos a una red no conectiva por naturaleza (como son las redesIP), pero todo ello sin perder la visibilidad del nivel de red.

MPLSINTRODUCCINEl enorme crecimiento de la red Internet ha convertido al protocolo IP (Internet Protocol) en la base de las actuales redes de telecomunicaciones, contando con ms del 80% del trfico cursado. La versin actual de IP, conocida por IPv4 y recogida en la RFC 791, lleva operativa desde 1980. Este protocolo de capa de red (Nivel 3 OSI), define los mecanismos de la distribucin o encaminamiento de paquetes, de una manera no fiable y sin conexin, en redes heterogneas; es decir, nicamente est orientado a servicios no orientados a conexin y a la transferencia de datos, por lo que se suele utilizar junto con TCP (Transmission Control Protocol) (Nivel 4 de OSI) para garantizar la entrega de los paquetes.A mediados de la dcada de los 90, la demanda por parte de los clientes de los ISP (Internet Service Providers) de aplicaciones multimedia con altas necesidades de ancho de banda y una calidad de servicio o QoS (Quality of Service) garantizada, propiciaron la introduccin de ATM (Asyncronous Transfer Mode) en la capa de enlace (Nivel 2 de OSI) de sus redes. En esos momentos, el modelo de IP sobre ATM satisfaca los requisitos de las nuevas aplicaciones, utilizando el encaminamiento inteligente de nivel 3 de los routers IP en la red de acceso, e incrementando el ancho de banda y rendimiento basndose en la alta velocidad de los conmutadores de nivel 2 y los circuitos permanentes virtuales de los switches ATM en la red troncal. Esta arquitectura, no obstante, presenta ciertas limitaciones, debido a: la dificultad de operar e integrar una red basndose en dos tecnologas muy distintas, la aparicin de switches ATM e IP de alto rendimiento en las redes troncales, y la mayor capacidad de transmisin ofrecida por SDH/SONET (Synchronous Digital Hierarchy / Syncronous Optical NETwork) y DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) respecto a ATM.Durante 1996, empezaron a aparecer soluciones de conmutacin de nivel 2 propietarias diseadas para el ncleo de Internet que integraban la conmutacin ATM con el encaminamiento IP; como por ejemplo, Tag Switching de Cisco o Aggregate Route-Based IP Switching de IBM. La base comn de todas estas tecnologas, era tomar el software de control de un router IP, integrarlo con el rendimiento de reenvo con cambio de etiqueta de un switch ATM y crear un router extremadamente rpido y eficiente en cuanto a coste. La integracin en esta arquitectura era mayor, porque se utilizaban protocolos IP propietarios para distribuir y asignar los identificadores de conexin de ATM como etiquetas; pero los protocolos no eran compatibles entre s y requeran an de infraestructura ATM.Finalmente en 1997, elIETF (Internet Engineering Task Force)establece el grupo de trabajoMPLS (MultiProtocol Label Switching)para producir un estndar que unificase las soluciones propietarias de conmutacin de nivel 2. El resultado fue la definicin en 1998 del estndar conocido por MPLS, recogido en la RFC 3031. MPLS proporciona los beneficios de la ingeniera de trfico del modelo de IP sobre ATM, pero adems, otras ventajas; como una operacin y diseo de red ms sencillo y una mayor escalabilidad. Por otro lado, a diferencia de las soluciones de conmutacin de nivel 2 propietarias, est diseado para operar sobre cualquier tecnologa en el nivel de enlace, no nicamente ATM, facilitando as la migracin a las redes pticas de prxima generacin, basadas en infraestructuras SDH/SONET y DWDM.

CONCEPTO DE MPLS

MPLS es un estndar IP de conmutacin de paquetes del IETF, que trata de proporcionar algunas de las caractersticas de las redes orientadas a conexin a las redes no orientadas a conexin. En el encaminamiento IP sin conexin tradicional, la direccin de destino junto a otros parmetros de la cabecera, es examinada cada vez que el paquete atraviesa un router. La ruta del paquete se adapta en funcin del estado de las tablas de encaminamiento de cada nodo, pero, como la ruta no puede predecirse, es difcil reservar recursos que garanticen la QoS; adems, las bsquedas en tablas de encaminamiento hacen que cada nodo pierda cierto tiempo, que se incrementa en funcin de la longitud de la tabla.Sin embargo, MPLS permite a cada nodo, ya sea un switch o un router, asignar una etiqueta a cada uno de los elementos de la tabla y comunicarla a sus nodos vecinos. Esta etiqueta es un valor corto y de tamao fijo transportado en la cabecera del paquete para identificar un FEC (Forward Equivalence Class), que es un conjunto de paquetes que son reenviados sobre el mismo camino a travs de la red, incluso si sus destinos finales son diferentes. La etiqueta es un identificador de conexin que slo tiene significado local y que establece una correspondencia entre el trfico y un FEC especfico. Dicha etiqueta se asigna al paquete basndose en su direccin de destino, los parmetros de tipo de servicio, la pertenencia a una VPN, o siguiendo otro criterio. Cuando MPLS est implementado como una solucin IP pura o de nivel 3, que es la ms habitual, la etiqueta es un segmento de informacin aadido al comienzo del paquete. Los campos de la cabecera MPLS de 4 bytes, son los siguientes: Label(20 bits). Es el valor actual, con sentido nicamente local, de la etiqueta MPLS. Esta etiqueta es la que determinar el prximo salto del paquete. CoS(3 bits). Este campo afecta a los algoritmos de descarte de paquetes y de mantenimiento de colas en los nodos intermedios, es decir, indica la QoS del paquete. Mediante este campo es posible diferenciar distintos tipos de trficos y mejorar el rendimiento de un tipo de trfico respecto a otros. Stack(1 bit). Mediante este bit se soporta una pila de etiquetas jerrquicas, es decir, indica si existen ms etiquetas MPLS. Las cabeceras MPLS se comportan como si estuvieran apiladas una sobre otra, de modo que el nodo MPLS tratar siempre la que est ms alto en la pila. La posibilidad de encapsular una cabecera MPLS en otras, tiene sentido, por ejemplo, cuando se tiene una red MPLS que tiene que atravesar otra red MPLS perteneciente a un ISP u organismo administrativo externo distinto; de modo que al terminar de atravesar esa red, se contine trabajando con MPLS como si no existiera dicha red externa.

ELEMENTOS DE UNA RED MPLS

En MPLS un concepto muy importante es el de LSP (Label Switch Path), que es un camino de trfico especfico a travs de la red MPLS, el cual se crea utilizando los LDPs (Label Distribution Protocols), tales como RSVP-TE (ReSerVation Protocol Traffic Engineering) o CR-LDP (Constraint-based Routing Label Distribution Protocol); siendo el primero el ms comn. El LDP posibilita a los nodos MPLS descubrirse y establecer comunicacin entre s con el propsito de informarse del valor y significado de las etiquetas que sern utilizadas en sus enlaces contiguos. Es decir, mediante el LDP se establecer un camino a travs de la red MPLS y se reservarn los recursos fsicos necesarios para satisfacer los requerimientos del servicio previamente definidos para el camino de datos.Una red MPLS est compuesta por dos tipos principales de nodos, losLER (Label Edge Routers)y losLSR (Label Switching Routers), tal y como se muestra en el ejemplo de la Figura 1. Los dos son fsicamente el mismo dispositivo, un router o switch de red troncal que incorpora el software MPLS; siendo su administrador, el que lo configura para uno u otro modo de trabajo. Los nodos MPLS al igual que los routers IP normales, intercambian informacin sobre la topologa de la red mediante los protocolos de encaminamiento estndar, tales como OSPF (Open Shortest Path First), RIP (Routing Information Protocol) y BGP (Border Gateway Protocol), a partir de los cuales construyen tablas de encaminamiento basndose principalmente en la alcanzabilidad a las redes IP destinatarias. Teniendo en cuenta dichas tablas de encaminamiento, que indican la direccin IP del siguiente nodo al que le ser enviado el paquete para que pueda alcanzar su destino final, se establecern las etiquetas MPLS y, por lo tanto, los LSP que seguirn los paquetes. No obstante, tambin pueden establecerse LSP que no se correspondan con el camino mnimo calculado por el protocolo de encaminamiento.Los LERs estn ubicados en el borde de la red MPLS para desempear las funciones tradicionales de encaminamiento y proporcionar conectividad a sus usuarios, generalmente routers IP convencionales. El LER analiza y clasifica el paquete IP entrante considerando hasta el nivel 3, es decir, considerando la direccin IP de destino y la QoS demandada; aadiendo la etiqueta MPLS que identifica en qu LSP est el paquete. Es decir, el LER en vez de decidir el siguiente salto, como hara un router IP normal, decide el camino entero a lo largo de la red que el paquete debe seguir. Una vez asignada la cabecera MPLS, el LER enviar el paquete a un LSR. Los LSR estn ubicados en el ncleo de la red MPLS para efectuar encaminamiento de alto rendimiento basado en la conmutacin por etiqueta, considerando nicamente hasta el nivel 2. Cuando le llega un paquete a una interfaz del LSR, ste lee el valor de la etiqueta de entrada de la cabecera MPLS, busca en la tabla de conmutacin la etiqueta e interfaz de salida, y reenva el paquete por el camino predefinido escribiendo la nueva cabecera MPLS. Si un LSR detecta que debe enviar un paquete a un LER, extrae la cabecera MPLS; como el ltimo LER no conmuta el paquete, se reducen as cabeceras innecesarias.

Figura 1: Ejemplo de una red MPLS.

IMPLEMENTACIONES DE MPLS

Una vez visto el concepto de MPLS, veamos los distintos tipos de implementaciones actuales, en concreto: MPLS como una solucin IP sobre Ethernet, IP sobre ATM, e IP sobre Frame Relay. No se contempla la aplicacin de MPLS a las redes pticas de prxima generacin, conocida como GMPLS (Generalized MPLS), por encontrarse an en proceso de estudio y estandarizacin por parte del IETF. GMPLS es una extensin natural de MPLS para ampliar el uso de MPLS como un mecanismo de control y provisin, no nicamente de caminos en dispositivos basados en paquetes, sino tambin de caminos en dispositivos no basados en paquetes; como los conmutadores pticos de seales multiplexadas por divisin en longitud de onda, los conmutadores de fibras pticas, y los conmutadores de seales digitales multiplexadas por divisin en el tiempo. Es decir, GMPLS busca una integracin total en la parte de control de las redes de conmutacin de paquetes IP y las redes pticas SONET/SDH y DWDM; dando lugar a las redes pticas inteligentes de prxima generacin, cuya evolucin final ser la integracin de IP directamente sobre DWDM utilizando algn mecanismo de encapsulamiento como los digital wrappers.La implementacin de MPLS como una solucin IP sobre Ethernet, Fast Ethernet o Gigabit Ethernet, es la conocida como IP pura. Puesto que IPv4 es un protocolo diseado mucho antes que MPLS, en este caso, la etiqueta MPLS est ubicada despus de la cabecera de nivel 2 y antes de la cabecera IP. Los LSR saben como conmutar utilizando la etiqueta MPLS en vez de utilizar la cabecera IP. El funcionamiento de IPv4 ha sido totalmente satisfactorio, no obstante, el sorprendente crecimiento de Internet evidenci importantes carencias, como: la escasez de direcciones IP, la imposibilidad de transmitir aplicaciones en tiempo real y los escasos mecanismos de seguridad. Estas limitaciones propiciaron el desarrollo de la siguiente generacin del protocolo Internet o IPv6, definido en la RFC 1883. La versin IPv6 puede ser instalada como una actualizacin del software en los dispositivos de red de Internet e interoperar con la versin actual IPv4, producindose esta migracin progresivamente durante los prximos aos. En este caso, la etiqueta MPLS forma parte de la propia cabecera IPv6, estando su uso descrito en la RFC 1809.La implementacin de MPLS como una solucin IP sobre ATM tambin est muy extendida. Primeramente indicar, que MPLS no fue desarrollado para reemplazar ATM, sino para complementarlo. De hecho, la aparicin de switches ATM e IP con soporte de MPLS, ha integrado las ventajas de los routers IP y los switches ATM y ha supuesto una mejora de la relacin precio/rendimiento de estos dispositivos. La diferencia principal entre MPLS y otras soluciones de IP sobre ATM, es que las conexiones MPLS se establecen utilizando LDP, y no por los protocolos de sealizacin ATM tradicionales, tales como PNNI (Private Network to Network Interface). Por otro lado, MPLS elimina la complejidad de hacer corresponder el direccionamiento IP y la informacin de encaminamiento directamente en las tablas de conmutacin de ATM, puesto que LDP entiende y utiliza direcciones IP y los protocolos de encaminamiento utilizados en las redes MPLS son los mismos que los utilizados en las redes IP. En este caso, descrito en la RFC 3035, la etiqueta es el valor del VPI/VCI (Virtual Path Identifier/Virtual Channel Identifier) de la cabecera de la celda ATM.Finalmente, MPLS tambin se ha desarrollado como una solucin IP sobre Frame Relay. En este caso, descrito en la RFC 3034, la etiqueta es el DLCI (Data Link Control Identifier) de la cabecera Frame Relay.

BENEFICIOS DE MPLS

La migracin a IP est provocando profundos cambios en el sector de las telecomunicaciones y configura uno de los retos ms importantes para los ISP, inmersos actualmente en un proceso de transformacin de sus infraestructuras de cara a incorporar los beneficios de esta tecnologa. MPLS naci con el fin de incorporar la velocidad de conmutacin del nivel 2 al nivel 3; a travs de la conmutacin por etiqueta; pero actualmente esta ventaja no es percibida como el principal beneficio, ya que los gigarouters son capaces de realizar bsquedas de rutas en las tablas IP a suficiente velocidad como para soportar todo tipo de interfaces. Los beneficios que MPLS proporciona a las redes IP son: realizar ingeniera del trfico o TE (Traffic Engineering), cursar trfico con diferentes calidades de clases de servicio o CoS (Class of Service) o grados de calidad de servicio o QoS (Quality of Service), y crear redes privadas virtuales o VPN (Virtual Private Networks) basadas en IP.La TE permite a los ISP mover parte del trfico de datos, desde el camino ms corto calculado por los protocolos de encaminamiento, a otros caminos fsicos menos congestionados o menos susceptibles a sufrir fallos. Es decir, se refiere al proceso de seleccionar los caminos que seguir el flujo de datos con el fin de balancear la carga de trfico entre todos los enlaces, routers y switches en la red; de modo que ninguno de estos recursos se encuentre infrautilizado o sobrecargado. La TE, descrita en la RFC 2702, se ha convertido en la principal aplicacin de MPLS debido al crecimiento impredecible en la demanda de recursos de red.Mediante MPLS, los ISP pueden soportar servicios diferenciados o DiffServ, como viene recogido en la RFC 3270. El modelo DiffServ define varios mecanismos para clasificar el trfico en un pequeo nmero de CoS. Los usuarios de Internet demandan continuamente nuevas aplicaciones, teniendo los servicios actualmente soportados unos requerimientos de ancho de banda y de tolerancia a retrasos en la transmisin muy distintos y para satisfacer estas necesidades ptimamente, los ISP necesitan adoptar no slo tcnicas de ingeniera de trfico, sino tambin de clasificacin de dicho trfico. De nuevo, MPLS ofrece a los ISP una gran flexibilidad en cuanto a los diferentes tipos de servicios que puede proporcionar a sus clientes.Finalmente, MPLS ofrece tambin un mecanismo sencillo y flexible para crear VPN. Una VPN simula la operacin de una WAN (Wide Area Network) privada sobre la Internet pblica. Para ofrecer un servicio de VPN viable a sus clientes, un ISP debe solventar los problemas de seguridad de los datos y soportar el uso de direcciones IP privadas no nicas dentro de la VPN. Puesto que MPLS permite la creacin de circuitos virtuales o tneles a lo largo de una red IP, es lgico que los ISP utilicen MPLS como una forma de aislar el trfico. No obstante, MPLS no tiene en estos momentos ningn mecanismo para proteger la seguridad en las comunicaciones, por lo que el ISP deber conseguirla mediante cortafuegos y algn protocolo de encriptacin tipo IPsec. Existen varias alternativas para implementar VPNs mediante MPLS, pero la mayora se basan en la RFC 2547.El problema fundamental que presentaban las diferentes soluciones de conmutacinIPera la falta de interoperatividad entre los productos de diferentes fabricantes. Adems de esto, la mayora de estas soluciones usabanATMcomo transporte, pues no podan operar sobre infraestructuras de transmisin mixtas.Se quera obtener un estndar que pudiera funcionar sobre cualquier tecnologa de transporte de datos en el nivel de enlace. De aqu el Grupo de Trabajo deMPLSque se estableci en elIETFen 1977 se propuso como objetivo la adopcin de un estndar unificado e interoperativo.Los objetivos establecidos por este grupo en la elaboracin del estndar eran: MPLSdeba funcionar sobre cualquier tecnologa de transporte, no sloATM. MPLSdeba soportar el envo de paquetes tantobajo demandaunidifusin(unicast) comomultidifusin (multicast). MPLSdeba ser compatible con el Modelo de Servicios Integrados delIETF, incluyendo el protocoloRSVP(Resource Reservation Protocol). MPLSdeba permitir el crecimiento constante de la Internet. MPLSdeba ser compatible con los procedimientos de operacin, administracin y mantenimiento de las actuales redesIP.Componentes LSRs(Label Switching Router): Es un enrutador de alta velocidad especializado en el envo de paquetes etiquetados porMPLS.Participa en el establecimiento de las rutas (LSPs). Es capaz de enviar paquetes de capa 3 nativos. LosLSR, pueden ser internos o extremos, los primeros aaden o eliminan etiquetas, mientras que los segundos sustituyen unas etiquetas por otras. Etiqueta: es un identificador corto (de longitud fija) y con significado local, empleado para identificar unFEC. Un paquete puede tener una o ms etiquetas apiladas (jerarqua). Cuando un paquete atraviesa dominios interiores a otros dominios, es cuando se produce el apilamiento de etiquetas. ElLSRal recibir un paquete siempre consultar la etiqueta de nivel superior. FEC(Forwarding Equivalence Class): Agrupacin de paquetes que comparten los mismos atributos (direccin destino,VPN..) y/o requieren el mismo servicio (multicast, QoS...). Se asigna en el momento en que el paquete entra a la red. Todos los paquetes que forman parte de laclase, siguen un mismoLSP. LSP(Label Switched Path): Es una ruta a travs de uno o msLSRsen un nivel de jerarqua que sigue un paquete de unFECen particular. Este camino puede establecerse tanto mediante protocolos de enrutamiento como manualmente.Funcionamiento El funcionamiento del protocolo MPLS debe seguir los siguientes pasos: 1) Creacin y distribucin de etiquetas 2) Creacin de tablas en cada enrutador 3) Creacin deLSPs 4) Agregar etiquetas a los paquetes con la informacin de la tabla. 5) Envo del paquete Se estudiar el funcionamiento deMPLSseparandolo en dos componentes:(1)Envo de Paquetes(2)Control de la InformacinEnvio de paquetes La base delMPLSest en la asignacin e intercambio de etiquetas, que permiten el establecimiento de los caminosLSPpor la red. LosLSPsson unidireccionales (simplex) por naturaleza; el trfico bidireccional (dplex) requiere dosLSPs, uno en cada sentido. CadaLSPse crea a base de concatenar uno o ms saltos (hops) en los que se intercambian las etiquetas, de modo que cada paquete se enva de un conmutador de etiquetas (LSR) a otro, a travs del dominioMPLS. El envo se implementa mediante el intercambio de etiquetas en losLSPs. Sin embargo,MPLSno utiliza ninguno de los protocolos de sealizacin ni de enrutamiento definidos por elATMForum; en lugar de ello, se utiliza el protocoloRSVPo bien un nuevo estndar de sealizacinLDP(Label Distribution Protocol). Pero, de acuerdo con los requisitos delIETF, el transporte de datos puede ser cualquiera.Por ejemplo, si ste fueraATM, una redIPhabilitada paraMPLSes ahora mucho ms sencilla de gestionar que la solucin clsica IP/ATM. No es necesario administrar dos arquitecturas diferentes, lo que se hara transformando las direcciones y las tablas de enrutamientoIPen las direcciones y el enrutamientoATM. Este problema lo resuelve el procedimiento de intercambio de etiquetasMPLS. Un caminoLSPes el circuito virtual que siguen por la red todos los paquetes asignados a la mismaFEC. Al primerLSRque interviene en unLSPse le denomina de entrada o de cabecera y al ltimo se le denomina de salida o de cola. Los dos estn en el exterior del dominioMPLS. El resto, entre ambos, sonLSRsinteriores del dominioMPLS. UnLSRes como un enrutador que funciona a base de intercambiar etiquetas segn una tabla de envo. Esta tabla se construye a partir de la informacin de enrutamiento que proporciona la componente de control, segn se ver ms adelante.

Cada entrada de la tabla contiene un par de etiquetas entrada/salida correspondientes a cada interfaz de entrada/salida correspondientemente, que se utilizan para acompaar a cada paquete que llega por ese interfaz y con la misma etiqueta (en losLSRexteriores slo hay una etiqueta, de salida en el de cabecera y de entrada en el de cola), en lafigura 3se ilustra un ejemplo del funcionamiento de unLSRdel ncleoMPLS.

figura 4El algoritmo de intercambio de etiquetas requiere la clasificacin de los paquetes a la entrada del dominioMPLSpara poder hacer la asignacin por elLSRde cabecera. En lafigura 4elLSRde entrada recibe un paquete normal (sin etiquetar) cuya direccin de destino es 212.95.193.1. ElLSRconsulta la tabla de encaminamiento y asigna el paquete a la claseFECdefinida por el grupo 212.95/16. As mismo, esteLSRle asigna una etiqueta (con valor 5 en el ejemplo) y enva el paquete al siguienteLSRdelLSP.Dentro del dominioMPLSlosLSRignoran la cabeceraIP; solamente analizan la etiqueta de entrada, consultan la tabla correspondiente (tabla de conmutacin de etiquetas) y la reemplazan por otra nueva, de acuerdo con el algoritmo de intercambio de etiquetas. Al llegar un paquete alLSRde cola (salida), este determina que el siguiente salto va fuera de la redMPLS, por lo que al consultar la tabla de conmutacin de etiquetas, remueve la etiqueta y enva dicho paquete por enrutamiento convencional. Como se ve, la identidad del paqueteIPoriginal queda enmascarada durante el transporte por la redMPLS.Las etiquetas se insertan en cabecerasMPLS, entre los niveles 2 y 3. Segn las especificaciones delIETF,MPLSdeba funcionar sobre cualquier tipo de transporte:PPP,LAN,ATM,Frame Relay, etc. Por ello, si el protocolo de transporte de datos contiene ya un campo para etiquetas (ATM,Frame Relay, etc.), se pueden utilizan esos campos nativos para las etiquetas. Sin embargo, si la tecnologa de nivel 2 empleada no soporta un campo para etiquetas (i.e. enlacesPPPoLAN),entonces se emplea una cabecera genricaMPLSde 4 octetos, que contiene un campo especfico para la etiqueta y que se inserta entre la cabecera del nivel 2 y la del nivel 3.

figura 5En lafigura 5se representa el esquema de los campos de la cabecera genricaMPLSy su relacin con las cabeceras de los otros niveles. Los 32 bits de la cabeceraMPLSse reparten en: 20 bits para la etiquetaMPLS. 3 bits para identificar la clase de servicio en el campoEXP(experimental, anteriormente llamadoCoS). 1 bit de pila (stack) para poder apilar etiquetas de forma jerrquica. 8 bits para indicar elTTL(time-to-live) que sustenta la funcionalidad estndarTTLde las redesIP.

Conclusiones

MPLS se propone como la tecnologa que se impondr en los prximos aos. La distincin entre las funciones de control del encaminamiento y la de reenvo permite separar las funciones que dependen de los protocolos de encaminamiento estndar de las funciones de conmutacin, simplificando estas ltimas con el uso de la conmutacin basada en las etiquetas (label switching). Se denomina conmutacin IP precisamente por este motivo: parte de las funciones de encaminamiento que 9 tradicionalmente se realizan por software ahora se pueden realizar por hardware a modo de conmutacin. De todas formas, en la actualidad no est disponible la propuesta completa del grupo de trabajo MPLS. Los temas ms importantes a definir son: la semntica de las etiquetas, los mecanismos de asociacin de las etiquetas con los flujos de paquetes (incluyendo ambas opciones: topology driven y traffic driven), los protocolos de sealizacin entre LSR para mantener la informacin acerca de la asociacin etiquetaflujo, etc. Este ltimo aspecto es muy importante para garantizar la compatibilidad con los routers actuales por los que respecta al uso del parmetro TTL y a su actualizacin correcta. Como requerimientos a tener en cuenta se encuentran: la compatibilidad con los protocolos de encaminamiento en uso, la compatibilidad con todas las tecnologas de red, la capacidad de agregar trfico, la capacidad de soportar operaciones de administracin y mantenimiento, soportar flujos unicast y multicast, compatibilidad con el protocolo de reserva de recursos (RSVP), debe poder coexistir con los protocolos de conmutacin de nivel 2 (por ejemplo, en redes ATM, la sealizacin, PNNI, LANE, NHRP, MPOA), no debe imponer modificaciones en los dems routers que no soportan MPLS, etc. Habr que esperar que finalicen los trabajos del IETF MPLS WG para que empiecen a aparecer los nuevos dispositivos MPLS.

Bibliografa

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