MPLS es un estandar desarrollado para consensuar diferentes soluciones propietarias de conmutación multinivel. Con el objetivo de comparar el rendimiento del reenvío de una red MPLS con el de una red IP convencional (bajo Linux), se diseñó e implementó una aplicación Evaluadora de Routers en los lenguajes C y PHP. Dicha aplicación genera un gráfico en barras por cada router que permite evaluar los tiempos medios de ruteo para diferentes patrones de tráfico.
En este trabajo se introduce el análisis de requerimientos y la arquitectura de la Aplicación Evaluadora de Routers, como así también los rendimientos globales que se obtuvieron para ambas redes.
Finalmente, se realizó un análisis comparativo entre los resultados para las dos redes, y una crítica al software usado que implementa el MPLS.Eje: Redes y arquitecturasRed de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI

Balladini, Javier

Castillo, Rodolfo del

SEDICI - Repositorio de la UNLP

MPLS vs. Ruteo IP Convencional
Javier Aldo Balladini Rodolfo del Castillo
{jballadi,rolo}@uncoma.edu.ar
Departamento de Ciencias de la Computación
FaEA - Universidad Nacional del Comahue
Buenos Aires 1400 - Neuquén Capital - Argentina
Tel. (0299) 4490300
Resumen
MPLS es un estandar desarrollado para consensuar diferentes soluciones propietarias de conmutación
multinivel. Con el objetivo de comparar el rendimiento del reenvío de una red MPLS con el de una red IP
convencional (bajo Linux), se diseñó e implementó una aplicación Evaluadora de Routers en los lenguajes
C y PHP. Dicha aplicación genera un gráfico en barras por cada router que permite evaluar los tiempos
medios de ruteo para diferentes patrones de tráfico.
En este trabajo se introduce el análisis de requerimientos y la arquitectura de la Aplicación Evaluadora
de Routers, como así también los rendimientos globales que se obtuvieron para ambas redes.
Finalmente, se realizó un análisis comparativo entre los resultados para las dos redes, y una crítica al
software usado que implementa el MPLS.
1. Introducción
MPLS (MultiProtocol Label Switching) es un estandar desarrollado por el IETF a partir de 1997,
para consensuar diferentes soluciones propietarias de conmutación multinivel. En vez de realizar el
ruteo en base a la dirección destino, esta técnica de reenvío realiza el ruteo en base a una etiqueta que
agrega a cada uno de los paquetes. Es llamado multiprotocolo porque sus técnicas son aplicables a
cualquier protocolo de capa de red. Este trabajo se circunscribe al estudio del uso del protocolo de
capa de red IP.
Considerando la importancia de la aparición de esta nueva tecnología, se ha analizado y com-
parado el rendimiento del reenvío que ofrece el MPLS frente al ruteo IP convencional, utilizando
implementaciones que corren bajo el sistema operativo Linux.
Se encontró que todas las ventajas que en teoría ofrece el MPLS no son reflejadas en la imple-
mentación seleccionada.
El trabajo está organizado como sigue. En primer lugar se describe brevemente el ruteo IP con-
vencional, luego se explica el MPLS mostrando la importancia de su aparición como así también las
características de su funcionamiento. En la sección 4, se describe sinteticamente el análisis de requer-
imientos y la arquitectura de la Aplicación Evaluadora de Routers desarrollada. En la sección 5, se
documentan los resultados de las evaluaciones a las redes. Por último, se presentan las conclusiones
y los trabajos futuros.
2. Ruteo IP Convencional
El protocolo IP (Internet Protocol) es un protocolo de capa de red no orientado a la conexión
y no confiable. En una red IP convencional, los paquetes IP no se clasifican, no se marcan, y no
pueden procesarce de manera diferente. Ellos viajan desde un router al siguiente, y cada router toma
una decisión de reenvío independiente para cada paquete. Todos los routers tienen su propia tabla de
ruteo construida estáticamente o mantenida por un algoritmo de ruteo dinámico de capa de red que se
ejecuta en cada uno de ellos. De esta manera, un router IP independientemente selecciona el siguiente
salto para el paquete, basándose en el análisis del encabezado del paquete y en la tabla de ruteo. Los
paquetes fluyen por la red sin rutas predeterminadas.
3. MPLS
La Internet provee un servicio de transporte de datos conocido como de “mejor esfuerzo”, pero no
es aceptable para aplicaciones que requieren un servicio de transporte de datos con ciertas restriccio-
nes. Por ejemplo, aplicaciones de tiempo real, videoconferencia, etc. Por esto, es necesario introducir
cambios tecnológicos, que permitan ir más allá del nivel de mejor esfuerzo y puedan proporcionar
una respuesta más determinística y menos aleatoria.
Las soluciones actuales de IP sobre ATM presentan dos graves problemas. Por un lado está la com-
plejidad de gestión de dos redes separadas y tecnológicamente diferentes, y por el otro, la expansión
sobre una topología virtual superpuesta [Mar2001]. El problema del modelo superpuesto es también
conocido como el problema de n2 y requiere que cada router tenga una adyacencia con cada uno de
los routers restantes de la red, por lo que se necesita un mayado completo de VCs para interconectar
los routers [Lay2000].
Ambos problemas quedan resueltos con MPLS, el cual integra sin discontinuidades los niveles
2 (enlace) y 3 (red), y combina eficazmente las funciones de control de ruteo con la simplicidad y
rapidez de la conmutación1 de nivel 2 [Mar2001]. Además funciona sobre cualquier tecnología de
capa de enlace.
MPLS puede agregar capacidades esenciales a las redes IP de “mejor esfuerzo” existentes en la
actualidad, incluyendo: Ingeniería de tráfico; Proveer tráfico con diferentes Clases de Servicios (CoS);
Proveer tráfico con diferente Calidad de Servicio (QoS); y Proveer Redes Privadas Virtuales (VPN)
basadas en IP.
Cuando los paquetes ingresan a una red MPLS, son etiquetados por los LER (Label Edge Router).
Cada paquete tiene una pila de etiquetas, y cada una de ellas identifica una FEC (Forwarding Equiva-
lence Class).
Una FEC es un grupo de paquetes que son reenviados de la misma manera. Por ejemplo, sobre el
mismo camino, y con el mismo tratamiento de reenvío [ERo2001].
Cada paquete sigue una ruta predeterminada llamada LSP (Label Switched Path) dependiendo de
la FEC que tiene asignada. Un LSP se relaciona con un solo nivel de la jerarquía [Sam2002]. Los LSP
son unidireccionales, es decir, dos LSP son necesarios para comunicación duplex [ERo2001].
Cada dispositivo que atraviesa el paquete es llamado LSR (Label Switching Router). Un LER es
un LSR de ingreso o egreso.
En MPLS, la asignación de un paquete a una FEC es hecha una sola vez, cuando el paquete ingresa
a la red. En los saltos subsecuentes, no hay un análisis adicional del encabezado de capa de red de los
paquetes. La etiqueta es utilizada como un índice dentro de una tabla que especifica el siguiente salto,
y una nueva etiqueta. La etiqueta anterior es reemplazada con la nueva, y el paquete es reenviado a
su siguiente salto. No siempre se reemplaza una etiqueta, también pueden apilarse para soportar un
diseño de ruteo jerárquico, y por supuesto, otras veces simplemente serán desapiladas.
4. La aplicación Evaluadora de Routers
En esta sección se describe el análisis de requerimientos y la arquitectura de la aplicación desa-
rrollada para evaluar tanto un router IP convencional como un router MPLS (LSR).
1En inglés: switching.
4.1. Analisis de Requerimientos - Casos de Uso
La figura 1 muestra, utilizando la notación de UML, el Diagrama de Casos de Uso del sistema
desarrollado. A continuación se da una breve descripción de los casos de uso:
Generar Tráfico: Consiste en el envío de paquetes
clasificados en grupos de distintas características:
cantidad de paquetes, frecuencia (paquetes por se-
gundo), y cantidad de redes destinos distintas.
Capturar Tráfico: Consiste en la realización de
una sesión de captura de tráfico. Identifica el tiem-
po en que cada paquete ingresa y egresa del router.
Se activa al ejecutar el caso de uso Iniciar Captura
de Tráfico y se finaliza al ejecutar el caso de uso
Finalizar Captura de Tráfico.
Iniciar Captura
de Tráfico
Finalizar Captura
de Tráfico
Generar Tráfico
Capturar Tráfico
Generar datos de
Rendimiento
Visualizar Rendimiento
del Router
Evaluador
de Routers
Figura 1: Diagrama de Casos de Uso
Iniciar Captura de Tráfico: Se ingresan pares <D,M> donde D es el nombre de un dispositivo de
red local y M es una dirección MAC perteneciente a un dispositivo de red del router. Así, a través del
dispositivo de red D se espían los paquetes con dirección MAC M.
Finalizar Captura de Tráfico: Se muestran las características del tráfico capturado clasificados en
paquetes propios, extraños, y externos. Estos factores determinan la precisión de las pruebas.
Generar Datos de Rendimiento: Se genera una “Tabla de Rendimiento”. En ella se muestra por
cada grupo de paquetes de distintas características (es decir, discriminados por frecuencia y cantidad
de redes destinos distintas) la cantidad de paquetes ruteados, descartados, y el tiempo de ruteo medio
(en microsegundos).
Visualizar Rendimiento del Router: Una interfaz gráfica solicita la selección de una “Tabla de
Rendimiento” y a partir de estos datos se construye un “Gráfico comparativo de tiempos de ruteo”.
Este gráfico en barras tendrá las siguientes variables: frecuencia (paquetes por segundo), cantidad
de redes destinos y tiempo de ruteo medio (en microsegundos). El eje horizontal representa cada
cantidad de redes destinos y cada frecuencia. Más precisamente, se divide el eje en secciones que
representan las distintas cantidades de redes destinos y cada sección contiene las barras de las distintas
frecuencias. El eje vertical representa el tiempo de ruteo medio.
4.2. Arquitectura
El estilo arquitectural determinado para la aplicación es “Pipes and Filters”. La figura 2 muestra el
diagrama de clases que representa la arquitectura de la aplicación especificado con el UML. Mediante
estereotipos se identifica si una clase determinada es un “Pipe” o un “Filter”.
Esta arquitectura provee un MCP (Módulo de Captura de Paquetes), para cuyo desarrollo se ha
utilizado la librería PCAP versión 0.7.2 [TCP2003]. El Generador de Paquetes simplemente envía
paquetes UDP por la red.
Inicialmente el Evaluador de Routers crea un componente Anotador y mas tarde un componente
Lector. Luego el Lector crea un Lector Hijo por cada par <D,M> especificado en el caso de uso
Iniciar Captura de Tráfico. Cada Lector Hijo solicita paquetes al MCP, si es un paquete generado
por el componente Generador de Paquetes, entonces construye un mensaje indicando el número de
secuencia de identificación del paquete, la dirección del paquete (entrada o salida del router), tiempo
de captura, y las características del tráfico al que pertenece: frecuencia y número de redes destinos.
El componente Anotador revisa la Casilla de Mensajes y hace uso de la Tabla Hash como soporte de
almacenamiento de datos para, una vez terminada la sesión de captura de tráfico, generar un Archivo
que contendrá una Tabla de Rendimiento. El componente Graficador, obteniendo los datos de este
archivo, visualiza gráficamente el rendimiento del router sobre la interfaz gráfica Pantalla.
MCP
1
1
1
1
1
1
1
1
1 1 1 1
* *
*
*
Lector Hijo
<<Filter>>
Lector
Anotador Archivo Graficador
Casilla de
Mensajes
<<Pipe>>
<<Pipe>>
<<Filter>><<Filter>>
Generador
de Paquetes
<<Filter>>
<<Filter>>
T
 
abla Hash
<<Filter>>
<<Filter>>
Pantalla
<<Filter>>
Generadora
de Paquetes
Capturadora
de Paquetes
CCP
CGP
H1: Hub Ethernet H2: Hub Ethernet
Router IP convencional
o
LSR (si es una red MPLS)
Figura 2: Representación de la Arquitectura me-
diante un Diagrama de Clases de UML
Figura 3: Diagrama de Despliegue
La figura 3 muestra el diagrama de despliegue. El router puede tener más interfaces que las dos
que tiene en este diagrama. Las flechas señalan la dirección del tráfico generado, el cual atraviesa el
router y que a su vez es capturado. Las nubes pueden ser reemplazadas para completar la topología a
evaluar.
A continuación se documentan las evaluaciones realizadas con la Aplicación Evaluadora de Routers
a las redes IP convencional y MPLS.
5. Evaluación de las redes
Para armar la red MPLS se utilizó la implementación de tal protocolo desarrollada por el proyecto
MPLS for Linux [MPL2002]. El número de versión de la implementación utilizada es 1.172.
La evaluación se realizó sobre routers con la siguiente arquitectura de hardware: dos procesadores
Intel Pentium III 550MHz y 128Mb de Memoria RAM.
Las redes evaluadas tienen una topología de tres routers R1, R2 y R3, en donde R1 tiene un enlace
con R2 y R2 tiene un enlace con R3.
Cada router IP tiene una tabla de ruteo de 65536 entradas, determinadas para rutear paquetes
dirigidos a las redes entre la 200.0.0.0 y la 200.255.255.0.
En la red MPLS se evaluan todos los roles de un LSR. Se tiene un LSR de ingreso, un LSR de
tránsito, y un LSR de egreso. Se determinó una única FEC que incluye a todos los paquetes con
dirección IP destino 200.x.x.x.
MPLS puede mejorar su rendimiento al aplicar un procedimiento llamado “Penultimate Hop Pop-
ping”, pero como esta implementación no lo incluye, fue necesario hacer un análisis suponiendo su
uso.
Los resultados globales de las redes son mostrados en la figura 4.
Se comprobó que con MPLS el tiempo de ruteo en el LSR de tránsito es independiente de la
cantidad de redes destinos, debido a que el tráfico es agrupado en FECs.
El tiempo mínimo de ruteo por paquete para el router IP Convencional fue menor al del LSR de
tránsito. Este resultado no era el esperado; probablemente existan deficiencias en la implementación
del protocolo MPLS utilizada, o tal vez, la arquitectura del sistema operativo Linux no sea la ideal
para soportar el uso del MPLS.
No hay una gran diferencia de rendimiento en el uso del procedimiento Penultimate Hop Popping.
Se observa un punto de inflexión entre el tráfico enviado a 4.000 y 8.000 redes destinos diferentes,
por lo que el tráfico puede dividirse en dos segmen-
tos, el segmento 1 comprendiendo desde 1 a 4.000
redes destinos diferentes, y el segmento 2 com-
prendiendo desde 8.000 hasta 64.000 redes desti-
nos diferentes.
En el segmento 1, la red IP convencional presen-
ta un rendimiento levemente superior al de la red
MPLS. En el segmento 2, los papeles se invierten
y la red MPLS es quien posee un mejor rendimien-
to y en una proporción mayor a la que la red IP
mantenía frente a la de MPLS en el segmento 1.
Suponiendo que se agregan mas nodos interme-
dios a las redes evaluadas, el segmento 2 aumen-
taría su tamaño. Sin embargo, será imposible lo-
grar que el segmento 1 quede vacío ya que el tiem-
po mínimo de ruteo por paquete para el router IP
Convencional fue menor al LSR de tránsito, con-
trariamente a lo esperado.
La selección entre la red MPLS y la red IP con-
vencional dependerá de la cantidad de saltos que
debe realizar un paquete cuando atraviesa la red y
de los tamaños de las tablas de ruteo.
(a) Red IP
(b) Red MPLS sin Penultimate Hop Popping
(c) Red MPLS con Penultimate Hop Popping
Figura 4: Rendimiento de las redes evaluadas
6. Conclusiones y Trabajos Futuros
Se construyeron dos redes, una del tipo IP convencional y otra MPLS. Se desarrolló una Apli-
cación Evaluadora de Routers que genera un gráfico en barras por cada router (LSR o IP Conven-
cional) que permite evaluar los tiempos medios de ruteo para diferentes patrones de tráfico. El resul-
tado obtenido de las evaluaciones a las redes determinó que todas las ventajas que en teoría ofrece el
MPLS no están reflejadas en la implementación utilizada.
Entre los trabajos futuros se encuentran: 1) Agregar la variación del tamaño de los paquetes a
las características del tráfico utilizado para evaluar los routers; 2) Evaluar la red MPLS variando la
profundidad de la pila de etiquetas; 3) Evaluar la red MPLS variando la cantidad de LSPs; 4) Estudiar
la causa por la que, cuando se generó tráfico hacia una única dirección IP destino, el tiempo de ruteo
en el LSR fue más lento que con ruteo IP convencional.
7. Referencias
[ERo2001] E. Rosen, A. Viswanathan y R. Callon. Multiprotocol Label Switching Architecture. Request for Com-
ments: 3031. Enero de 2001.
[Lay2000] Layer 3 Switching Using MPLS. NetPlane Systems. Julio de 2000.
[Mar2001] María Sol Canalis. Universidad Nacional del Nordeste, Corrientes, Argentina. MPLS - Una arquitectura de
backbone para la Internet del siglo XXI.
[MPL2002] MPLS for Linux. Project Home Page: http://mpls-linux.sourceforge.net
[Sam2002] Sami Uskela. Helsinki University of Technology. Multiprotocol Label Switching (MPLS).
[TCP2003] TCPDUMP. Packet Capture library (“libpcap”). URL http://www.tcpdump.org/.


Spanish

MPLS vs. ruteo IP convencional

Servicio de Difusión de la Creación Intelectual

MPLS vs. Ruteo IP ConvencionalJavier Aldo Balladini Rodolfo del Castillo{jballadi,rolo}@uncoma.edu.arDepartamento de Ciencias de la ComputaciónFaEA - Universidad Nacional del ComahueBuenos Aires 1400 - Neuquén Capital - ArgentinaTel. (0299) 4490300ResumenMPLS es un estandar desarrollado para consensuar diferentes soluciones propietarias de conmutaciónmultinivel. Con el objetivo de comparar el rendimiento del reenvío de una red MPLS con el de una red IPconvencional (bajo Linux), se diseñó e implementó una aplicación Evaluadora de Routers en los lenguajesC y PHP. Dicha aplicación genera un gráfico en barras por cada router que permite evaluar los tiemposmedios de ruteo para diferentes patrones de tráfico.En este trabajo se introduce el análisis de requerimientos y la arquitectura de la Aplicación Evaluadorade Routers, como así también los rendimientos globales que se obtuvieron para ambas redes.Finalmente, se realizó un análisis comparativo entre los resultados para las dos redes, y una crítica alsoftware usado que implementa el MPLS.1. IntroducciónMPLS (MultiProtocol Label Switching) es un estandar desarrollado por el IETF a partir de 1997,para consensuar diferentes soluciones propietarias de conmutación multinivel. En vez de realizar elruteo en base a la dirección destino, esta técnica de reenvío realiza el ruteo en base a una etiqueta queagrega a cada uno de los paquetes. Es llamado multiprotocolo porque sus técnicas son aplicables acualquier protocolo de capa de red. Este trabajo se circunscribe al estudio del uso del protocolo decapa de red IP.Considerando la importancia de la aparición de esta nueva tecnología, se ha analizado y com-parado el rendimiento del reenvío que ofrece el MPLS frente al ruteo IP convencional, utilizandoimplementaciones que corren bajo el sistema operativo Linux.Se encontró que todas las ventajas que en teoría ofrece el MPLS no son reflejadas en la imple-mentación seleccionada.El trabajo está organizado como sigue. En primer lugar se describe brevemente el ruteo IP con-vencional, luego se explica el MPLS mostrando la importancia de su aparición como así también lascaracterísticas de su funcionamiento. En la sección 4, se describe sinteticamente el análisis de requer-imientos y la arquitectura de la Aplicación Evaluadora de Routers desarrollada. En la sección 5, sedocumentan los resultados de las evaluaciones a las redes. Por último, se presentan las conclusionesy los trabajos futuros.2. Ruteo IP ConvencionalEl protocolo IP (Internet Protocol) es un protocolo de capa de red no orientado a la conexióny no confiable. En una red IP convencional, los paquetes IP no se clasifican, no se marcan, y nopueden procesarce de manera diferente. Ellos viajan desde un router al siguiente, y cada router tomauna decisión de reenvío independiente para cada paquete. Todos los routers tienen su propia tabla deruteo construida estáticamente o mantenida por un algoritmo de ruteo dinámico de capa de red que seejecuta en cada uno de ellos. De esta manera, un router IP independientemente selecciona el siguientesalto para el paquete, basándose en el análisis del encabezado del paquete y en la tabla de ruteo. Lospaquetes fluyen por la red sin rutas predeterminadas.3. MPLSLa Internet provee un servicio de transporte de datos conocido como de “mejor esfuerzo”, pero noes aceptable para aplicaciones que requieren un servicio de transporte de datos con ciertas restriccio-nes. Por ejemplo, aplicaciones de tiempo real, videoconferencia, etc. Por esto, es necesario introducircambios tecnológicos, que permitan ir más allá del nivel de mejor esfuerzo y puedan proporcionaruna respuesta más determinística y menos aleatoria.Las soluciones actuales de IP sobre ATM presentan dos graves problemas. Por un lado está la com-plejidad de gestión de dos redes separadas y tecnológicamente diferentes, y por el otro, la expansiónsobre una topología virtual superpuesta [Mar2001]. El problema del modelo superpuesto es tambiénconocido como el problema de n2 y requiere que cada router tenga una adyacencia con cada uno delos routers restantes de la red, por lo que se necesita un mayado completo de VCs para interconectarlos routers [Lay2000].Ambos problemas quedan resueltos con MPLS, el cual integra sin discontinuidades los niveles2 (enlace) y 3 (red), y combina eficazmente las funciones de control de ruteo con la simplicidad yrapidez de la conmutación1 de nivel 2 [Mar2001]. Además funciona sobre cualquier tecnología decapa de enlace.MPLS puede agregar capacidades esenciales a las redes IP de “mejor esfuerzo” existentes en laactualidad, incluyendo: Ingeniería de tráfico; Proveer tráfico con diferentes Clases de Servicios (CoS);Proveer tráfico con diferente Calidad de Servicio (QoS); y Proveer Redes Privadas Virtuales (VPN)basadas en IP.Cuando los paquetes ingresan a una red MPLS, son etiquetados por los LER (Label Edge Router).Cada paquete tiene una pila de etiquetas, y cada una de ellas identifica una FEC (Forwarding Equiva-lence Class).Una FEC es un grupo de paquetes que son reenviados de la misma manera. Por ejemplo, sobre elmismo camino, y con el mismo tratamiento de reenvío [ERo2001].Cada paquete sigue una ruta predeterminada llamada LSP (Label Switched Path) dependiendo dela FEC que tiene asignada. Un LSP se relaciona con un solo nivel de la jerarquía [Sam2002]. Los LSPson unidireccionales, es decir, dos LSP son necesarios para comunicación duplex [ERo2001].Cada dispositivo que atraviesa el paquete es llamado LSR (Label Switching Router). Un LER esun LSR de ingreso o egreso.En MPLS, la asignación de un paquete a una FEC es hecha una sola vez, cuando el paquete ingresaa la red. En los saltos subsecuentes, no hay un análisis adicional del encabezado de capa de red de lospaquetes. La etiqueta es utilizada como un índice dentro de una tabla que especifica el siguiente salto,y una nueva etiqueta. La etiqueta anterior es reemplazada con la nueva, y el paquete es reenviado asu siguiente salto. No siempre se reemplaza una etiqueta, también pueden apilarse para soportar undiseño de ruteo jerárquico, y por supuesto, otras veces simplemente serán desapiladas.4. La aplicación Evaluadora de RoutersEn esta sección se describe el análisis de requerimientos y la arquitectura de la aplicación desa-rrollada para evaluar tanto un router IP convencional como un router MPLS (LSR).1En inglés: switching.4.1. Analisis de Requerimientos - Casos de UsoLa figura 1 muestra, utilizando la notación de UML, el Diagrama de Casos de Uso del sistemadesarrollado. A continuación se da una breve descripción de los casos de uso:Generar Tráfico: Consiste en el envío de paquetesclasificados en grupos de distintas características:cantidad de paquetes, frecuencia (paquetes por se-gundo), y cantidad de redes destinos distintas.Capturar Tráfico: Consiste en la realización deuna sesión de captura de tráfico. Identifica el tiem-po en que cada paquete ingresa y egresa del router.Se activa al ejecutar el caso de uso Iniciar Capturade Tráfico y se finaliza al ejecutar el caso de usoFinalizar Captura de Tráfico.Iniciar Capturade TráficoFinalizar Capturade TráficoGenerar TráficoCapturar TráficoGenerar datos deRendimientoVisualizar Rendimientodel RouterEvaluadorde RoutersFigura 1: Diagrama de Casos de UsoIniciar Captura de Tráfico: Se ingresan pares <D,M> donde D es el nombre de un dispositivo dered local y M es una dirección MAC perteneciente a un dispositivo de red del router. Así, a través deldispositivo de red D se espían los paquetes con dirección MAC M.Finalizar Captura de Tráfico: Se muestran las características del tráfico capturado clasificados enpaquetes propios, extraños, y externos. Estos factores determinan la precisión de las pruebas.Generar Datos de Rendimiento: Se genera una “Tabla de Rendimiento”. En ella se muestra porcada grupo de paquetes de distintas características (es decir, discriminados por frecuencia y cantidadde redes destinos distintas) la cantidad de paquetes ruteados, descartados, y el tiempo de ruteo medio(en microsegundos).Visualizar Rendimiento del Router: Una interfaz gráfica solicita la selección de una “Tabla deRendimiento” y a partir de estos datos se construye un “Gráfico comparativo de tiempos de ruteo”.Este gráfico en barras tendrá las siguientes variables: frecuencia (paquetes por segundo), cantidadde redes destinos y tiempo de ruteo medio (en microsegundos). El eje horizontal representa cadacantidad de redes destinos y cada frecuencia. Más precisamente, se divide el eje en secciones querepresentan las distintas cantidades de redes destinos y cada sección contiene las barras de las distintasfrecuencias. El eje vertical representa el tiempo de ruteo medio.4.2. ArquitecturaEl estilo arquitectural determinado para la aplicación es “Pipes and Filters”. La figura 2 muestra eldiagrama de clases que representa la arquitectura de la aplicación especificado con el UML. Medianteestereotipos se identifica si una clase determinada es un “Pipe” o un “Filter”.Esta arquitectura provee un MCP (Módulo de Captura de Paquetes), para cuyo desarrollo se hautilizado la librería PCAP versión 0.7.2 [TCP2003]. El Generador de Paquetes simplemente envíapaquetes UDP por la red.Inicialmente el Evaluador de Routers crea un componente Anotador y mas tarde un componenteLector. Luego el Lector crea un Lector Hijo por cada par <D,M> especificado en el caso de usoIniciar Captura de Tráfico. Cada Lector Hijo solicita paquetes al MCP, si es un paquete generadopor el componente Generador de Paquetes, entonces construye un mensaje indicando el número desecuencia de identificación del paquete, la dirección del paquete (entrada o salida del router), tiempode captura, y las características del tráfico al que pertenece: frecuencia y número de redes destinos.El componente Anotador revisa la Casilla de Mensajes y hace uso de la Tabla Hash como soporte dealmacenamiento de datos para, una vez terminada la sesión de captura de tráfico, generar un Archivoque contendrá una Tabla de Rendimiento. El componente Graficador, obteniendo los datos de estearchivo, visualiza gráficamente el rendimiento del router sobre la interfaz gráfica Pantalla.MCP111111111 1 1 1* ***Lector Hijo<<Filter>>LectorAnotador Archivo GraficadorCasilla deMensajes<<Pipe>><<Pipe>><<Filter>><<Filter>>Generadorde Paquetes<<Filter>><<Filter>>T abla Hash<<Filter>><<Filter>>Pantalla<<Filter>>Generadorade PaquetesCapturadorade PaquetesCCPCGPH1: Hub Ethernet H2: Hub EthernetRouter IP convencionaloLSR (si es una red MPLS)Figura 2: Representación de la Arquitectura me-diante un Diagrama de Clases de UMLFigura 3: Diagrama de DespliegueLa figura 3 muestra el diagrama de despliegue. El router puede tener más interfaces que las dosque tiene en este diagrama. Las flechas señalan la dirección del tráfico generado, el cual atraviesa elrouter y que a su vez es capturado. Las nubes pueden ser reemplazadas para completar la topología aevaluar.A continuación se documentan las evaluaciones realizadas con la Aplicación Evaluadora de Routersa las redes IP convencional y MPLS.5. Evaluación de las redesPara armar la red MPLS se utilizó la implementación de tal protocolo desarrollada por el proyectoMPLS for Linux [MPL2002]. El número de versión de la implementación utilizada es 1.172.La evaluación se realizó sobre routers con la siguiente arquitectura de hardware: dos procesadoresIntel Pentium III 550MHz y 128Mb de Memoria RAM.Las redes evaluadas tienen una topología de tres routers R1, R2 y R3, en donde R1 tiene un enlacecon R2 y R2 tiene un enlace con R3.Cada router IP tiene una tabla de ruteo de 65536 entradas, determinadas para rutear paquetesdirigidos a las redes entre la 200.0.0.0 y la 200.255.255.0.En la red MPLS se evaluan todos los roles de un LSR. Se tiene un LSR de ingreso, un LSR detránsito, y un LSR de egreso. Se determinó una única FEC que incluye a todos los paquetes condirección IP destino 200.x.x.x.MPLS puede mejorar su rendimiento al aplicar un procedimiento llamado “Penultimate Hop Pop-ping”, pero como esta implementación no lo incluye, fue necesario hacer un análisis suponiendo suuso.Los resultados globales de las redes son mostrados en la figura 4.Se comprobó que con MPLS el tiempo de ruteo en el LSR de tránsito es independiente de lacantidad de redes destinos, debido a que el tráfico es agrupado en FECs.El tiempo mínimo de ruteo por paquete para el router IP Convencional fue menor al del LSR detránsito. Este resultado no era el esperado; probablemente existan deficiencias en la implementacióndel protocolo MPLS utilizada, o tal vez, la arquitectura del sistema operativo Linux no sea la idealpara soportar el uso del MPLS.No hay una gran diferencia de rendimiento en el uso del procedimiento Penultimate Hop Popping.Se observa un punto de inflexión entre el tráfico enviado a 4.000 y 8.000 redes destinos diferentes,por lo que el tráfico puede dividirse en dos segmen-tos, el segmento 1 comprendiendo desde 1 a 4.000redes destinos diferentes, y el segmento 2 com-prendiendo desde 8.000 hasta 64.000 redes desti-nos diferentes.En el segmento 1, la red IP convencional presen-ta un rendimiento levemente superior al de la redMPLS. En el segmento 2, los papeles se invierteny la red MPLS es quien posee un mejor rendimien-to y en una proporción mayor a la que la red IPmantenía frente a la de MPLS en el segmento 1.Suponiendo que se agregan mas nodos interme-dios a las redes evaluadas, el segmento 2 aumen-taría su tamaño. Sin embargo, será imposible lo-grar que el segmento 1 quede vacío ya que el tiem-po mínimo de ruteo por paquete para el router IPConvencional fue menor al LSR de tránsito, con-trariamente a lo esperado.La selección entre la red MPLS y la red IP con-vencional dependerá de la cantidad de saltos quedebe realizar un paquete cuando atraviesa la red yde los tamaños de las tablas de ruteo.(a) Red IP(b) Red MPLS sin Penultimate Hop Popping(c) Red MPLS con Penultimate Hop PoppingFigura 4: Rendimiento de las redes evaluadas6. Conclusiones y Trabajos FuturosSe construyeron dos redes, una del tipo IP convencional y otra MPLS. Se desarrolló una Apli-cación Evaluadora de Routers que genera un gráfico en barras por cada router (LSR o IP Conven-cional) que permite evaluar los tiempos medios de ruteo para diferentes patrones de tráfico. El resul-tado obtenido de las evaluaciones a las redes determinó que todas las ventajas que en teoría ofrece elMPLS no están reflejadas en la implementación utilizada.Entre los trabajos futuros se encuentran: 1) Agregar la variación del tamaño de los paquetes alas características del tráfico utilizado para evaluar los routers; 2) Evaluar la red MPLS variando laprofundidad de la pila de etiquetas; 3) Evaluar la red MPLS variando la cantidad de LSPs; 4) Estudiarla causa por la que, cuando se generó tráfico hacia una única dirección IP destino, el tiempo de ruteoen el LSR fue más lento que con ruteo IP convencional.7. Referencias[ERo2001] E. Rosen, A. Viswanathan y R. Callon. Multiprotocol Label Switching Architecture. Request for Com-ments: 3031. Enero de 2001.[Lay2000] Layer 3 Switching Using MPLS. NetPlane Systems. Julio de 2000.[Mar2001] María Sol Canalis. Universidad Nacional del Nordeste, Corrientes, Argentina. MPLS - Una arquitectura debackbone para la Internet del siglo XXI.[MPL2002] MPLS for Linux. Project Home Page: http://mpls-linux.sourceforge.net[Sam2002] Sami Uskela. Helsinki University of Technology. Multiprotocol Label Switching (MPLS).[TCP2003] TCPDUMP. Packet Capture library (“libpcap”). URL http://www.tcpdump.org/.

http://sedici.unlp.edu.ar/bitstream/handle/10915/21310/Documento_completo.pdf?sequence=1

MPLS vs. ruteo IP convencional

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