Autor: Luiz Puppin - Head FiberX Training
A internet teve um início onde as conexões eram sob demanda, ou seja, quando precisávamos “navegar”, realizávamos a discagem para o nosso provedor e tínhamos o acesso enquanto trafegava as informações.
Por mais que pareça um passado longínquo, certeza de que muitos já passaram por esta época. Com a evolução dos métodos de conexão, principalmente depois do advento do xDSL, ISDN e Cable Modem, os serviços ofertados pelos ISP passaram a ter maior velocidade e estabilidade, caracterizando cada vez mais como alguns dos itens mais importantes na avaliação de qualidade do serviço prestado.
Neste cenário desafiador, agregando ainda o aumento de demanda por largura de banda, os Provedores de Serviços de Internet (ISPs) veem a necessidade de garantir a confiabilidade de suas redes como forma de sobrevivência.
A implementação de técnicas de Agregação de Links (Link Aggregation) se tornou fundamental para aumentar a capacidade e a redundância das conexões. No entanto, o uso dessa tecnologia em switches com Multiprotocol Label Switching (MPLS) traz consigo uma série de problemas que precisam ser abordados.
Neste artigo, vamos explorar a importância da confiabilidade em redes de ISP, os desafios associados à técnica de agregação de links, algumas soluções paliativas e necessidade de pensar na adoção de novas tecnologias como VXLAN e Segment Routing (SR).
A importância da confiabilidade em redes de ISP
De todos os pilares que sustentam um provedor (disponibilidade, velocidade, segurança, escalabilidade, monitoramento etc.) a disponibilidade é o que vemos com fator que mais influencia a satisfação do cliente final.
Este cliente cada vez mais tem o entorno de sua vida dependente de conectividade. Sem ela, nossas atividades comerciais, educacionais e de entretenimento são prejudicadas. Qualquer interrupção dos serviços, por menor que seja pode causar prejuízos significativos ao consumidor.
Pensando nisso, o ISP precisa ter um plano de contingência com equipamentos e links redundantes com a ativação desta redundância o mais imperceptível possível durante uma falha.
No caso da redundância de equipamentos, temos diversos métodos que não mencionaremos aqui, mas para os links, o método que torna a experiência mais imperceptível é o de agregação de links. Neste método, agregamos diversos links em uma porta lógica única, provendo resiliência e maior largura de banda para passagem por aquele determinado caminho.
Podemos então mencionar que a agregação de links oferece o aumento da largura de banda através da combinação de múltiplos links, a redundância, pois na falha de um link temos outros na mesma interface lógica que mantém o tráfego passando por aquele caminho, e a escalabilidade, que torna muito mais fácil a ampliação da rede com a agregação de mais links nas mesmas interfaces lógicas existentes em produção, sem a necessidade de interrupção dos serviços prestados.
Desafios da agregação de links com MPLS
Hoje não podemos falar de um ISP sem a implementação de protocolos específicos para transporte de serviços.
O MPLS (Multi-Protocol Label Switching) é o protocolo mais utilizado para este fim, apesar de ser uma tecnologia criada no final dos anos 90 e que sofre com toda a defasagem tecnológica imposta pelos seus mais de 25 anos de existência.
Por mais que nestes anos ele também tenha evoluído, é fundamentado em técnicas que não o possibilitam acompanhar plenamente os requisitos atuais de conectividade.
É inegável que a Agregação de Links ofereça benefícios claros, mas sua implementação em switches que utilizam MPLS apresenta desafios significativos. O maior deles é o próximo tópico.
Problema de balanceamento de carga
Se a Agregação de Links, como o próprio nome diz, associa diversas interfaces numa única entidade lógica, é necessário que haja uma forma de distribuição, um balanceamento de carga entre estas interfaces.
Para esta distribuição existem dois métodos diferentes. O primeiro é o balanceamento por pacote, o mais simples de todos, que envia um pacote por cada interface sem analisar nenhum parâmetro dos cabeçalhos.
Método fantástico, mas que por sua simplicidade pode causar problemas como a chegada das informações fora de ordem no destino. Dependendo do tipo de aplicação que estamos transmitindo isso pode ser extremamente indesejável.
O segundo método, que é o utilizado pelos switches, é baseado no fluxo para garantir que pacotes de mesmo fluxo de informação sigam sempre o mesmo caminho físico para evitar que saiam da ordem de transmissão.
Para que isso aconteça, precisamos identificar parâmetros nos cabeçalhos dos pacotes que distingam um determinado fluxo de comunicação de outro.
E aí encontramos o problema no uso do MPLS, que é projetado para encaminhar pacotes com base em labels, o que simplifica o roteamento e melhora o desempenho, mas agrega todos os fluxos de uma origem e destino numa única label de transmissão. Quando chegamos numa Agregação de Links, os diversos fluxos são identificados por uma única label e acabam sendo encaminhados por uma única interface física, podendo ocasionar congestionamentos.
Utilização de Flow Label em L2VPN para minimizar o problema
Como já mencionamos neste texto, nesses mais de 25 anos de existência do MPLS, ele sofreu algumas atualizações para solução ou minimização de problemas.
Uma das soluções propostas para mitigar os problemas de balanceamento de carga é a utilização de Flow Label em L2VPNs. Simplificando, o Flow Label implementa uma label adicional ao MPLS permitindo que na entrada dos pacotes na rede MPLS cada fluxo seja identificado com uma label diferente, que é adicionada àquela label de transporte única para os serviços, permitindo uma melhor distribuição do tráfego.
A adoção desta tecnologia ajuda aumentando a variabilidade dos pacotes, permitindo a retomada da visão dos fluxos que foi ocultada pela label MPLS, garantindo assim que eu consiga distribuir melhor o tráfego entre as interfaces do LAG.
Mas essa não é a solução definitiva, pois não consegue identificar todos os fluxos. Em alguns casos, mesmo com o Flow Label, o fluxo ainda não pode ser diferenciado. Além disso, essa abordagem torna a rede mais complexa e depende do suporte completo da tecnologia em toda a sua extensão.
Caso no meio do caminho tenha equipamentos sem esse suporte, perde-se totalmente o equilíbrio na distribuição de tráfego.
Como configurar nos Switches Huawei?
Nos equipamentos de entrada da rede, os famosos PE, onde o tráfego do cliente é introduzido nas VPNs, precisamos ativar a tecnologia flow-label para identificar os diversos fluxos:
Na VPWS:
[PE1] interface GigabitEthernet 0/0/1
[PE1-GigabitEthernet0/0/1] mpls l2vc 10.3.3.3 123456
[PE1-GigabitEthernet0/0/1] mpls l2vpn flow-label both
Na VPLS:
[PE1] vsi 1
[PE1-vsi-1] pwsignal ldp
[PE1-vsi-1-ldp] flow-label both
Nos equipamentos do meio do caminho, que precisarão balancear o tráfego, precisamos adicionar a 3rd-label, a label de fluxo, como método de identificação para o balanceamento:
[P2] load-balance-profile mplsload
[P2-load-balance-profile-mplsload] mpls field top-label 2nd-label 3rd-label
[P2] interface eth-trunk 1
[P2-Eth-Trunk1] load-balance enhanced profile mplsload
Tecnologias modernas: VXLAN e Segment Routing (SR)
Infelizmente o problema do balanceamento de carga no MPLS é algo intrínseco ao seu desenvolvimento original e o Flow Label é uma medida paliativa que não vai solucionar 100% dos casos encontrados. Mesmo com todos os esforços, a evolução para novos protocolos que nasceram já pensando na solução a este problema se torna inevitável.
Para superar essa e outras limitações do MPLS, é preciso considerar o uso de tecnologias mais modernas, como o VXLAN e o Segment Routing (SR), combinadas com BGP e VPN.
Mas por que esses são protocolos indicados para a solução definitiva (até que encontremos novas demandas não endereçadas) para os problemas do MPLS?
No final dos anos 90, não tínhamos noção de todos os requisitos que as redes atuais impõem, portanto, esses protocolos já foram imaginados atendendo aos requisitos atuais e com um toque de futurologia, reduzindo bastante a complexidade e provendo certa facilidade de adaptação a mudanças na demanda por serviços.
A confiabilidade é essencial para as operações de um ISP e a Agregação de Links desempenha um papel crucial nesse aspecto.
No entanto, quando combinada com o MPLS, uma tecnologia dos anos 90, surgem desafios significativos que afetam o balanceamento de carga e a eficiência da rede.
A utilização de Flow Label em L2VPNs pode minimizar esses problemas, mas não oferece uma solução completa.
Para atender às demandas atuais e futuras, é imperativo que os ISPs adotem tecnologias modernas como VXLAN e Segment Routing. Essas soluções não apenas resolvem os problemas existentes, mas também preparam a infraestrutura para suportar o crescimento contínuo e a evolução tecnológica.
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