MÉTODO Y SISTEMA PARA GARANTIZAR LA ESCALABILIDAD DEL ENCAMINAMIENTO IP EN UN ESCENARIO MALLADO COMPLETO CON DESCARGA IP SOBRE LA RED DE TRANSPORTE.

Método y sistema para garantizar la escalabilidad del encaminamiento IP en un escenario mallado completo con descarga IP sobre la red de transpòrte.

Un método entre una capa de IP (del inglés Internet Protocol) y una capa de transporte en una red de comunicación, donde dicha red de comunicación comprende una pluralidad de nodos IP/MPLS (del inglés Internet Protocol/Multi-Protocol Label Switching) interconectados a través de una pluralidad de nodos de transporte, para permitir el establecimiento de comunicación extremo a extremo entre dicha pluralidad de nodos IP/MPLS, mediante la conmutación de flujos de tráfico IP en dicha capa de transporte por medio de al menos uno de dicha pluralidad de nodos de transporte, mientras se mantiene una topología lógica jerárquica en el nivel del plano de control lo cual permite a dichos nodos IP/MPLS (61 71 81) mantener una pluralidad de adyacencias entre ellos sin problemas de escalabilidad.

L ENCAMINAMIENTO IP EN UN N DESCARGA IP SOBRE LA RED DE TRANSPORTE

de telecomunicaciones. Más concretamente se refiere al

encaminamiento con Protocolo de Internet (IP) multicapa de

gran escala sobre redes de transporte.

ANTECEDENTES

En el contexto actual de crecimiento continuo y exponencial del tráfico, los operadores están preocupados por el coste de conmutación del tráfico. Hoy en día, la mayoría de las redes troncales (backbones) de IP están basadas en una jerarquía de encaminadores (routers) de IP (Internet Protocol) /MPLS (Multi-Protocol Label Switching) , (también llamados nodos IP /MPLS) , interconectados mediante enlaces punto a punto de alta velocidad con tecnología de División Múltiple de Longitud de Onda (del inglés, WDM -Wavelength Division Multiplexing-) . Se ha comprobado que esta arquitectura (mostrada en la figura 1) es muy útil para la provisión de servicios residenciales y de negocio de IP, debido a la enorme flexibilidad proporcionada por los encaminadores IP.

En el escenario mostrado en la figura 1, donde los nodos de transporte de Capa 2/Capa 1 (en adelante nodos de transporte L2/L1 o simplemente nodos de transporte) están indicados con el número 12, los encaminadores IP /MPLS 11 se interconectan por

medio de conexiones punto a punto establecidas mediante la capa de los nodos de transporte 12. Las topologías IP generalmente siguen una modelo jerárquico, donde, normalmente, existe uno (o más) niveles de tránsito entre los encaminadores extremos 21 (localizados en la frontera o límite de la red) y la interconexión a Internet 22, tal y como se muestra en la figura 2. Esta jerarquía permite la agregación eficiente del tráfico, pero al mismo tiempo mantiene la escalabilidad del plano de control de IP/MPLS asegurando que cada encaminador tendrá sólo un número reducido de vecinos.

Sin embargo, el uso de encaminadores IP/MPLS 11 para conmutar grandes volúmenes de tráfico de tránsito introduce saltos IP /MPLS innecesarios en el camino IP /MPLS extremo a extremo, potencialmente introduciendo conversiones electro-ópticas adicionales y retrasos de conmutación, que podrían dificultar el rendimiento de la red y añadir un coste innecesario. Este inconveniente podría aminorarse potencialmente, conmutando el tráfico de tránsito en las capas inferiores. El concepto de descarga de IP (del inglés IP offloading) consiste en la migración progresiva de un conjunto de determinados flujos de gran tamaño de tráfico IP para ser conmutados directamente en la capa de transporte (por ejemplo mediante WDM, OTN, MPLS-TP o Ethernet) , evitando así la necesidad de ser procesados en los nodos intermedios en la capa de IP.

número de interfaces necesarias entre los nodos de transporte y los encaminadores IP/MPLS, a la vez que la capacidad de conmutación requerida en los encaminadores intermedios.

En un escenario extremo, la capacidad de conmutación IP /MPLS podría restringirse a los límites de la red, de forma que la topología IP podría consistir en una malla completa de encaminadores extremos. La figura 3 muestra esta arquitectura prevista, donde cualquier par de encaminadores en el límite de la red 31 se comunica directamente con la capa IP/MPLS sin la necesidad de atravesar otros encaminadores intermedios, sino solo un número de nodos de transporte L2/L1 32.

Sin embargo, un cambio tan drástico en la topología IP podría crear problemas de escalabilidad al plano de control IP/MPLS. En un escenario mallado completo, cada encaminador extremo o fronterizo se conecta a N-1 vecinos (siendo N el número total de encaminadores IP extremos) , lo que significa que el número total de adyacencias IGP (Interior Gateway Protocol) en la red

N2

crece según un factor , como se muestra en la figura 4, lo cual se convierte en un problema de escalabilidad especialmente en redes grandes con cientos o miles de nodos.

En protocolos de encaminamiento IGP (tales como IS-IS, del inglés Intermedia te System to Intermedia te System u OSPF, del inglés Open Shortest Path First) , el mantenimiento de una adyacencia implica típicamente las siguientes acciones (la lista detallada de mensajes depende de cada protocolo) :

los paquetes "HELLO" no son respondidos, se considera que el enlace está caído.

• El intercambio de paquetes de Estado de Enlace, que incluyen información actualizada sobre la topología. Si se detecta un fallo en una interfaz, el nodo IP enviará un paquete de Estado de Enlace sobre todas sus interfaces (lo que se conoce con el término inundación -del inglés flooding) , y cuando otro nodo recibe este paquete, reenvía este paquete a través de todas las interfaces excepto de la que se recibe el mensaje.

El problema de escalabilidad es especialmente importante cuando hay un fallo de red, ya que si se está usando un protocolo de encaminamiento IGP de Estado de Enlace, todos los nodos usan el mecanismo de inundación para enviar mensajes de actualización de topología a todos sus vecinos cuando reciben una actualización o modificación de la topología procedente de cualquier vecino. Este comportamiento resulta en una cantidad tan grande de mensajes a gestionar en redes completamente malladas de gran tamaño, que podría dificultar el rendimiento y estabilidad de la red completa.

Hay otros inconvenientes relacionados con el establecimiento de una malla completa de adyacencias. Por ejemplo, el mantenimiento de adyacencias de encaminamiento por encaminador consume recursos de memoria y de CPU debido a la necesidad de esos recursos de recibir y procesar toda la información de En resumen, la implementación de una gran red IP/MPLS altamente mallada basada en un modelo de descarga de IP ( IP offloading) completa sobre la red de transporte tiene un impacto significativo en el número de adyacencias de encaminamiento IP/MPLS (y de cualquier otro protocolo encaminador-aencaminador de los que se ejecutan típicamente entre nodos vecinos) que deben que establecerse.

control de IGP. Adicionalmente, el mantenimiento de una malla

completa de adyacencias podría resultar en un problema

operacional si se desactivase IGP para evitar los aspectos

Estos efectos podrían hacer que la solución de descarga de IP

(IP offloading) no fuese escalable para estos escenarios. En este contexto, se hace esencial desarrollar soluciones alternativas que permitan la descarga de IP (IP offloading) en escenarios totalmente o altamente mallados, con el objetivo de conseguir ahorros significativos para recursos de tránsito IP/MPLS, pero manteniendo la escalabilidad del plano de control IP/MPLS.

Una de las mayores ventajas de la organización jerárquica actual de las redes IP es que permite desplegar un plano de control escalable y distribuido, siempre y cuando el grado de nodo se controle, es decir, siempre y cuando el número de vecinos no sea demasiado alto. Esto significa que los nodos de tránsito no solo sirven para agregar tráfico, sino también para agregar la información de control, lo cual reduce la cantidad de información del plano de control (asociada a las adyacencias del plano de control) que debe gestionarse por los nodos extremos.

La figura 5 resume la arquitectura actual de un nodo de transporte con plano de control habilitado, y sus interfaces hacia el cliente IP/MPLS y el resto de elementos de la red de transporte.

En el lado del cliente 53 (entre el nodo de transporte L2/L1 52 y el encaminador IP /MPLS 51) , el nodo de transporte L2 /L1 52 proporciona típicamente las siguientes interfaces hacia el encaminador IP/MPLS 51:

• Una (o más) interfaz física 54, que proporciona conectividad lógica en el plano de datos a través de la red de transporte atravesando el controlador de plano de datos 50 del nodo de transporte 52. Esta interfaz o interfaces, a saber interfaces del plano de datos, transportan de forma transparente tráfico IP/MPLS, pero también cualquier...

1. Un método entre una capa de IP y una capa de transporte en una red de comunicación, donde dicha red de comunicación comprende una pluralidad de nodos IP/MPLS (61 71 81)

interconectados a través de una pluralidad de nodos de

transporte (62 72 82) , para permi tir el establecimiento de

comunicación extremo a extremo entre dicha pluralidad de

nodos IP/MPLS (61 71 81) , mediante la conmutación de flujos de tráfico IP en dicha capa de transporte por medio de al menos uno de dicha pluralidad de nodos de transporte (62 72 82) , mientras se mantiene una topología lógica jerárquica en el nivel del plano de control, comprendiendo el método establecer una comunicación extremo-a-extremo entre dos nodos IP/MPLS (61 71 81) de dicha red de comunicación usando al menos uno de dichos nodos de transporte de interconexión (62 72 82) , estando el método caracterizado por que dicho al menos un nodo de transporte de interconexión (62 72 82) está configurado para proporcionar a cada uno de dichos dos nodos 1 P /MPLS (61 71 81) :

• al menos una primera interfaz física (79 89) , configurada para proporcionar conectividad en el plano de datos y para transportar tanto tráfico IP/MPLS como tráfico dentro-debanda del plano de control perteneciente a la capa de IP/MPLS;

• una segunda interfaz física o lógica, configurada para proporcionar comunicación de control fuera-de-banda entre dichos dos nodos IP/MPLS (61 71 81) Y dicha red de transporte (88) , donde dicha segunda interfaz física

comprende dos interfaces lógicas: una primera interfaz lógica (76 86) configurada para intercambiar información del plano de control multicapa, y una segunda interfaz lógica (73 83) que ejecuta el protocolo IGP para la capa IP/MPLS, siendo dicha segunda interfaz lógica usada para intercambiar, al menos mensajes de control y de estado de enlace.

2. El método de la reivindicación 1, donde, en dicha segunda interfaz física, se establecen dos túneles GRE para separar dichas dos interfaces lógicas comprendidas en dicha interfaz física, de acuerdo con la RFC 2784, con objeto de portar dichas dos interfaces lógicas.

3. -El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde si dicha comunicación extremo-a-extremo entre dos nodos IP/MPLS (61 71 81) usa más de uno de dichos nodos de transporte de interconexión (62 72 82) , cada uno de dichos nodos de transporte (62 72 82) comprende además las siguientes interfaces hacia cada uno del resto de dichos nodos de transporte de interconexión (62 72 82) :

• al menos una primera interfaz física (79 89) , configurada para proporcionar conectividad en el plano de datos y para transportar tanto tráfico IP/MPLS como de plano de control dentro-de-banda perteneciente a la capa de IP/MPLS;

• una segunda interfaz física o lógica, configurada para proporcionar comunicación fuera-de-banda del plano de control entre nodos de transporte (62 72 82) , donde dicha segunda interfaz física comprende dos interfaces lógicas: una primera interfaz lógica (77 87) configurada para intercambiar información del plano de control de la capa de transporte, y una segunda interfaz lógica (74 84) que ejecuta un protocolo IGP para la capa IP/MPLS, siendo dicha

segunda interfaz lógica usada para intercambiar, al menos mensajes de control y de estado de enlace.

4. El método de la reivindicación 3, donde, en dicha segunda interfaz física se establecen dos túneles GRE para separar dichas dos interfaces lógicas comprendidas en dicha interfaz física, de acuerdo con la RFC 2784, con objeto de portar dichas dos interfaces lógicas.

5. -El método de cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, donde dicha primera interfaz lógica (77 87) comprendida en dicha segunda interfaz física entre dos nodos de transporte (62 72 82) se implementa de acuerdo con la especificación 1NNI.

6. -El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha segunda interfaz lógica (73 83) comprendida en dicha segunda interfaz física entre un nodo de transporte (62 72 82) Y un nodo IP/MPLS (61 71 81) se configura con el valor de coste máximo disponible para los protocolos que se ejecuten sobre ella, de forma que se evite la propagación de tráfico del plano de datos.

. -El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha primera interfaz lógica (76 86) comprendida en dicha segunda interfaz física entre un nodo de transporte (62 72 82) Y un nodo IP/MPLS (61 71 81) se implementa de acuerdo con la especificación UNI.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho protocolo IGP, que se ej ecuta sobre cualquiera de dichas segundas interfaces lógicas (73 83 74 84) es el protocolo IS-IS.

9. El método de cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 7, donde dicho protocolo IGP, que se ejecuta sobre cualquiera de dichas segundas interfaces lógicas (73 83 74 84) es el protocolo OSPF.

10. - El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cualquiera de dichas segundas interfaces lógicas se transporta directamente sobre una interfaz física dedicada.

11. - Un sistema para establecer una comunicación extremo a extremo en una red de comunicación, donde dicha red de comunicación comprende una pluralidad de nodos IP/MPLS (61 71 81) interconectados a través de una pluralidad de nodos de transporte (62 72 82) , donde dicho sistema comprende medios para llevar a cabo el método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

12. El sistema de la reivindicación 11, donde cada uno de dicha pluralidad de nodos de transporte (62 72 82) comprende un módulo de control IP IGP (75 85) , donde dicho módulo (75 85) se configura para:

• establecer una adyacencia IGP usando un protocolo de encaminamiento IGP para comunicarse con dichos nodos IP/MPLS (61 71 81) y con el resto de dicha pluralidad de nodos de transporte (62 72 82) ;

• intercambiar mensajes de control y de estado de enlace relativos a la capa IP/MPLS con dichos nodos IP/MPLS (61 71 81) y el resto de nodos de transporte (62 72 82) .

13. -El sistema de la reivindicación 12, donde dicho módulo de control IP IGP (75 85) comprende dos interfaces lógicas:

una primera interfaz lógica (73 83) usada para intercambiar

información de encaminamiento IP/MPLS entre un nodo IP/MPLS

(61 71 81) Y el nodo de transporte (62 72 82) Y una segunda interfaz lógica (74 84) usada para intercambiar información de encaminamiento IP/MPLS entre nodos de transporte (62 72

82)

14. -Un programa informático que comprende medios de código de programa informático adaptados para realizar las etapas 10 del método según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 10, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador, un procesador de señal digital, una disposición de puertas de campo programable, un circuito integrado de aplicación específica, un microprocesador, un microcontrolador, y

cualquier otra forma de hardware programable.