MPLS en la era SDN

Prefacio

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Acerca de este libro

Hay muchos libros de Conmutación de Etiquetas Multiprotocolo (MPLS) disponibles en el mercado. En particular, en los últimos tiempos nos han influido mucho estos dos grandes libros:

• Aplicaciones habilitadas para MPLS: Emerging Developments and New Technologies, Tercera edición, de Ina Minei y Julian Lucek (Wiley, 2010).

• Arquitecturas MPLS y VPN, de Ivan Pepelnjak y Jim Guichard (Cisco Press, 2010).

¿Qué sentido tiene publicar otro libro sobre MPLS? En dos palabras: interoperabilidad y Redes Definidas por Software (SDN).

Interoperabilidad

Aunque esta primera edición se publica a finales de 2015, la idea inicial data de mediados de 2012. Este libro se concibió inicialmente para describir la interoperabilidad MPLS real.

Durante la última década, hemos oído esta frase de muchos clientes: "Los vendedores no paráis de hablar de lo que hacéis mejor que vuestros competidores, pero nunca nos decís qué se puede hacer con ellos en una red multivendedor". Está claro que la respuesta: "Intentamos cumplir las normas; pide a los demás vendedores que hagan lo mismo y todo irá bien", no es suficientemente satisfactoria para grandes conjuntos de funciones. Este libro intenta romper ese tabú describiendo, por primera vez en la historia de las redes, cómo se puede implementar en redes reales una gran cartera de servicios MPLS de múltiples proveedores, hasta el nivel de configuración. Veremos qué interopera y qué no interopera todavía.

Los dos sistemas operativos de red elegidos son Junos, de Juniper, e IOS XR, de Cisco. Aunque hay otros proveedores MPLS relevantes, un análisis combinatorio básico muestra que conseguir la interoperabilidad entre cuatro proveedores es seis veces más costoso que hacerlo para dos proveedores.

MPLS en la era SDN

A principios de la década de 2010, algunas personas afirmaban que las Redes Definidas por Software (SDN), concretamente OpenFlow, sustituirían a MPLS. Sin embargo, tras darse cuenta de los muchos retos de la primera versión de OpenFlow, la SDN se redefinió en un paradigma (SDN 2.0) que comparte muchos de los principios que han hecho de MPLS una tecnología de gran éxito para los proveedores de servicios durante décadas.

Considerar la SDN y la MPLS como tecnologías competidoras es fundamentalmente erróneo. MPLS es un habilitador clave de SDN. Esta afirmación es especialmente cierta si consideras MPLS como un paradigma arquitectónico (no como una encapsulación). En pocas palabras, éste es el modelo MPLS:

• Desacoplar el plano de control del plano de reenvío.

• Desacoplar el servicio del transporte.

• Desacoplar la superposición de la subyacente.

• Arquitectura en capas con un perímetro rico en funciones y un núcleo de transporte rápido. Este enfoque puede aplicarse a la WAN, a los centros de datos, etc.

• Construir redes superpuestas en el perímetro para soportar la multitenencia y el multiservicio.

• Minimizar el estado de reenvío en el núcleo.

• Dirección avanzada de paquetes mediante la señalización de rutas de reenvío y/o el apilamiento de instrucciones en las cabeceras de los paquetes.

Es difícil imaginar una red escalable que no siga estos principios. Los detalles de implementación (y la encapsulación real es uno de estos detalles) son secundarios. Por ejemplo, este libro considera la VPN Ethernet (EVPN) con transporte de LAN Virtual eXtensible (VXLAN) como una auténtica tecnología MPLS. Aunque no utilice etiquetas MPLS, esta solución se basa realmente en el paradigma MPLS. Si nos fijamos en los detalles, VXLAN no implementa el apilamiento de instrucciones y utiliza una encapsulación basada en IP cuya sobrecarga de cabecera es 10 veces mayor que la de MPLS.

Por otro lado, existe una tendencia MPLS de rápido crecimiento en los centros de datos a gran escala, especialmente para los proveedores de la nube. Las nuevas soluciones para centros de datos utilizan el Protocolo de Pasarela Fronteriza (BGP) y las tecnologías MPLS de forma similar a lo que han hecho durante décadas los proveedores de servicios WAN. Esta tendencia no sólo incluye el paradigma MPLS, sino también, cada vez más, la encapsulación MPLS.

Una de las pruebas de que MPLS es más relevante que nunca en la era SDN es la cantidad y variedad explosiva de funciones MPLS que los proveedores de redes están desarrollando para satisfacer los requisitos de un mercado en rápida evolución. Este libro intenta reflejar esta realidad incluyendo tecnologías y casos de uso que se encuentran en su fase de vida más temprana.

MPLS es una tecnología flexible que no es compleja, per se. Como cualquier tecnología modular, puede llegar a ser tan compleja como quieras (o mejor dicho, tan compleja como sean los requisitos).

Libro vivo

Este libro es muy práctico, y los autores quieren mantenerlo vivo después de su publicación. Aquí tienes algunos recursos adicionales que puedes utilizar:

• Para una mejor experiencia de lectura y por razones de espacio, este libro sólo muestra la configuración que es relevante para cada sección, pero no las configuraciones completas. En los meses siguientes a la publicación de este libro, los autores empezarán a subir algunas configuraciones completas al blog de este libro en http://www.mplsinthesdnera.net.

• Los autores guardaron algunos escenarios de interoperabilidad en la bodega y los publicarán periódicamente en el blog de este libro en http://www.mplsinthesdnera.net.

• Puedes escribir directamente a los autores a [e-mail]. Por favor, sé justo. Los comentarios, sugerencias para nuevas entradas del blog o consultas aclaratorias son muy bienvenidos. No se responderá a las solicitudes de asesoramiento.

Contenido de este libro

Este libro está escrito para que puedas leerlo de forma lineal, desde su primera página hasta la última, que es el enfoque que recomendamos. Sin embargo, si sólo te interesan determinados capítulos, la siguiente lista te avisa de las dependencias entre capítulos. Por ejemplo, las dependencias del Capítulo 9 son el Capítulo 1, el Capítulo 2 y el Capítulo 3. Esto significa que para leer el Capítulo 9 necesitas dominar los conceptos explicados en los tres primeros capítulos, pero puedes saltarte los Capítulos 4 a 8 si quieres.

El Capítulo 1, Introducción a MPLS y SDN, sienta las bases para el resto del libro introduciendo conceptos básicos de MPLS y SDN y proporcionando un ejemplo de LSP estático. No hay dependencias entre capítulos.

El Capítulo 2, Los cuatro constructores de MPLS, cubre los cuatro métodos de señalización de LSP MPLS dinámicos: LDP, RSVP-TE, IGP (IS-IS, OSPF) SPRING y BGP. Dependencias del capítulo: 1.

El Capítulo 3, Servicios MPLS Unicast de Capa 3, explica el 6PE (transporte IPv6 sobre un núcleo IPv4/MPLS) y las VPN IP BGP/MPLS (también conocidas como L3VPN). Dependencias del capítulo: 1, 2.

El Capítulo 4, Multidifusión de Internet sobre MPLS, ofrece una introducción a la multidifusión IP y describe un método interoperable para transportar tráfico de multidifusión IP global (no VPN) sobre MPLS. Dependencias del capítulo: 1, 2, 3.

El capítulo 5, VPN multidifusión, cubre ampliamente la mayoría, si no todas, las variantes interoperables de BGP MVPN, antes conocido como MVPN de nueva generación. Dependencias del capítulo: 1, 2, 3, 4.

El Capítulo 6, VPN de Capa 2 punto a punto, trata sobre los pseudohilos. Se tratan tanto las versiones basadas en LDP como las basadas en BGP. Dependencias del capítulo: 1, 2 y las primeras secciones L3VPN del 3 (conceptos de RD y RT).

Enel Capítulo 7, Servicio de LAN Privada Virtual, se describen las L2VPN multipunto cuyo aprendizaje MAC se implementa en el plano de reenvío. Dependencias del capítulo: 1, 2, 6.

El capítulo 8, VPN Ethernet, describe las VPN L2 multipunto cuyo aprendizaje MAC se implementa en el plano de control. Se tratan varios tipos: EVPN con transporte MPLS, EVPN con transporte VXLAN y EVPN PBB. Dependencias del capítulo: 1, 2, 6.

El capítulo 9, Servicios MPLS entre dominios, se centra en las opciones A, B y C de VPN IP entredominios BGP/MPLS. Dependencias del capítulo: 1, 2, 3.

El capítulo 10, Arquitecturas subyacentes y superpuestas, explora el mito de la separación entre el plano de control y el plano de reenvío presentando arquitecturas que son muy similares a pesar de utilizarse con fines muy distintos: dispositivos multienviador, tejidos y superposiciones de virtualización. Dependencias del capítulo: 1.

El Capítulo 11, Superposiciones de Virtualización de Red, es el primer capítulo genuinamente SDN de este libro. Describe cómo puedes utilizar el paradigma MPLS para interconectar las máquinas virtuales entre sí y con los abonados. Dependencias: 1, 3, 8, 9 (opción B), 10.

El Capítulo 12, Virtualización de Funciones de Red, explica cómo construir Cadenas de Funciones de Servicio para dirigir el tráfico a través de dispositivos de red virtualizados. Dependencias del capítulo: 1, 10, 11.

El Capítulo 13, Introducción a la Ingeniería de Tráfico, explica cómo se pueden calcular dinámicamente rutas explícitas a partir de restricciones estáticas como la métrica, los colores y los Grupos de Enlace de Riesgo Compartido. Se centra principalmente en RSVP-TE y también hay un escenario basado en BGP-LU para la Ingeniería de Pares de Salida (EPE). Dependencias del capítulo: 1, 2.

El Capítulo 14, Reservas de ancho debanda TE, muestra cómo reservar ancho de banda con RSVP-TE, tanto estática como dinámicamente (auto-ancho de banda). También describe los LSP contenedores aplicados al equilibrio de carga RSVP-TE. Dependencias del capítulo: 1, 2.

El Capítulo 15, Ingeniería de Tráfico Centralizada, presenta un modelo en el que el cálculo de la ruta LSP lo realiza un controlador central que se comunica con los dispositivos de red mediante PCEP. Dependencias del capítulo: 1, 2, 13.

El Capítulo 16, Escalado del transporte MPLS y MPLS sin fisuras, cubre las buenas prácticas de escalado de IGP y RSVP-TE y muchos sabores de jerarquía LSP con aplicaciones para proveedores de servicios y centros de datos, con o sin controladores. Dependencias del capítulo: 1, 2, 3, 9 (opción C).

Enel Capítulo 17, Escalado de servicios MPLS, se describen estrategias habituales para reducir la carga del plano de control en dispositivos de baja escala. Se centra en los servicios L3VPN. Dependencias del capítulo: 1, 2, 3.

El Capítulo 18, Restauración rápida del tránsito basada en el IGP, explica cómo conseguir una convergencia inferior a 50 ms tras el fallo de enlaces/nodos de tránsito con mecanismos IGP (OSPF, IS-IS), algunos de ellos combinados tácticamente con RSVP-TE. Abarca tecnologías como LFA, RLFA, TI-LFA, TI-FRR y MRT. Dependencias del capítulo: 1, 2.

El capítulo 19, Restauración rápida del tránsito basada en RSVP-TE, explica cómo conseguir una convergencia inferior a 50 ms en caso de fallo de enlaces/nodos de tránsito utilizando exclusivamente RSVP-TE. Se describen dos modelos de protección de ruta: protección de instalación y protección uno a uno. Dependencias del capítulo: 1, 2.

El capítulo 20, Optimización de la FIB para una restauraciónrápida, es un capítulo muy específico del proveedor que explica cómo tanto Junos como IOS XR mejoran sus estructuras FIB para cumplir los requisitos de restauración rápida. Dependencias del capítulo: 1, 2, 3.

El Capítulo 21, Restauración rápida del servicio de salida, explica cómo conseguir una convergencia inferior a 50 ms en caso de fallo de los enlaces/nodos de salida de tránsito. Incluye tecnologías como BGP PIC, protección tail-end y protección EPE. Dependencias del capítulo: 1, 2, 3, 6, 20.

Descargo de responsabilidad

La honesta intención de los dos autores ha sido mostrar escenarios interoperables que funcionen, centrándose en los escenarios exitosos en lugar de criticar cualquier implementación. Hemos hecho todo lo posible por mantenernos neutrales, a pesar de que ambos éramos empleados de Juniper Networks cuando escribimos esto. Si detectas algún tipo de favoritismo, te aseguramos que no ha sido intencionado.

Este libro refleja exclusivamente la opinión de los autores y no de la empresa para la que trabajan. No contiene ningún mensaje corporativo de Juniper Networks ni de ningún otro proveedor.

Cada afirmación que verás en este libro es una conclusión extraída de investigaciones personales y pruebas de laboratorio. Utilicemos el ejemplo de las afirmaciones redactadas de la siguiente manera: "el proveedor X admite, o implementa, o no admite, o se comporta, o interopera, etc.". El significado real de este tipo de frase es: "tras algunas investigaciones no oficiales y pruebas de laboratorio, estos autores de libros llegaron a la conclusión personal de que el vendedor X parece admitir, o parece implementar, o parece no admitir, o parece comportarse, o parece interoperar,etc.".

Advertencia

Este libro no es un documento oficial del vendedor.

Ten en cuenta también lo siguiente:

• Algunos escenarios se han construido con prototipos alfa. Es posible que en el momento de la publicación algunas de las funciones y comandos aún no estuvieran disponibles de forma general. Los proveedores no se han comprometido a publicar ninguna de las funciones que se describen en este libro y que aún no han sido publicadas. Hay un lado bueno: este libro abre una ventana al estado real de la técnica y tienes la oportunidad de espiar las cosas que pueden estar por venir.

• Es posible que algunos de los comandos utilizados en este libro cambien o queden obsoletos en el futuro. No se garantiza la exactitud de la sintaxis.

Por último, por razones de espacio y brevedad, los autores se tomaron la libertad de editar los ejemplos de salida de comandos eliminando líneas, columnas o caracteres. Por esta razón, los ejemplos de este libro tampoco tienen una exactitud garantizada.

Convenciones utilizadas en este libro

En este libro se utilizan las siguientes convenciones tipográficas:

Cursiva

Indica nuevos términos, URL, normas, borradores, direcciones de correo electrónico, nombres de archivo y extensiones de archivo.

Constant width

Se utiliza para la configuración del aparato, los comandos de funcionamiento y su salida, así como las capturas de protocolo.

Consejo

Este elemento significa un consejo o sugerencia.

Nota

Este elemento significa una nota general.

Advertencia

Este elemento indica una advertencia o precaución.

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Nota

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• 707-829-0104 (fax)

Tenemos una página web para este libro, donde se enumeran erratas, ejemplos y cualquier información adicional. Puedes acceder a esta página en http://bit.ly/mpls-sdn-era.

Para hacer comentarios o preguntas técnicas sobre este libro, envía un correo electrónico a [e-mail].

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Agradecimientos

MPLS in the SDN Era cuenta con dos autores y cuatro colaboradores clave (Harold Ritter, Javier Antich, Gonzalo Gómez y David Roy), a los que se acredita además al final del libro, junto con Raghu Subramanian.

Lo primero que requiere un libro es tiempo para escribirlo. Los autores quieren dar las gracias a sus familias por su extraordinaria paciencia, apoyo y comprensión. También a Pablo Mosteiro, Jos Bazelmans y a los altos directivos por liberar tácticamente tiempo para que los autores pudieran escribir.

Después, requiere un editor y una editorial. Patrick Ames ha ayudado en todas las fases de este proyecto de 18 meses desde su inicio, y los autores no podrían haber estado en mejores manos. Se ocupó de todo para que ellos pudieran centrarse exclusivamente en escribir. O'Reilly ha demostrado su excelencia con una gran flexibilidad, respeto por el trabajo de los escritores y una edición (agradecimiento especial a Nicole Shelby, Courtney Allen, Octal Publishing y a The Book Analyst) y ejecución de primera categoría.

Minto Jeyananth, el principal inventor de la protección de la cola, ayudó en innumerables ocasiones y produjo un puñado de correcciones de interoperabilidad, al tiempo que hacía gala de una mezcla de brillantez y humildad. En cuanto a la innovación, los autores también tuvieron mucha suerte de contar con el apoyo firme, brillante y humilde de varios otros inventores (por orden alfabético: Bruno Decraene, Hannes Gredler, Kaliraj Vairavakkalai, Nischal Sheth, Nitin Singh, Pushpasis Sarkar, Santosh Esale, Wen Lin, y otros más mencionados en la lista que sigue) que están ayudando a impulsar muchos de los últimos avances explicados en este libro.

Escribir sobre MPLS en la era de la SDN necesita la orientación de personas que tengan una visión tecnológica de 360 grados, como Bruno Rijsman, Pravin Bhandarkar y Stuart Mackie. Los autores también tuvieron el privilegio de interactuar con dos creadores esenciales de MPLS y SDN: Kireeti Kompella y Yakov Rekhter.

Este es un libro práctico y no sería nada sin los laboratorios. Muchas personas ayudaron, pero tres de ellas fueron absolutamente clave. Manuel Cornejo pasó varios días desarrollando una solución casera para interconectar vMX con máquinas virtuales IOS XRv, permitiendo topologías de interoperabilidad arbitrarias (algo inimaginable hace poco tiempo). Sree Lakshmi Sarva y el equipo de ingeniería de Contrail Solutions tuvieron la amabilidad de diseñar, construir y compartir un conjunto de los últimos y mejores escenarios SDN. Mohammed Khan y su equipo construyeron topologías físicas ASR9K y MX, esenciales para algunos conjuntos de funciones que aún no eran compatibles con uno o ambos SO de red virtuales.

Ato y Krzysztof se sienten abrumados por la ayuda de muchas otras grandes personas que realizaron revisiones técnicas, aclaraciones de conceptos, tareas prácticas de laboratorio o corrección de textos; y que proporcionaron acceso a valiosos prototipos, solucionaron problemas de interoperabilidad, escribieron útiles entradas de blog o simplemente liberaron tiempo para que los autores pudieran escribir.

Entre las muchas y valiosas revisiones técnicas, las realizadas por Alejandro Tovar, Camilo Cardona y Péter Maros abarcaron muchos capítulos y fueron excepcionalmente minuciosas.

Haría falta un capítulo entero para explicar quién hizo qué. En estricto orden alfabético, ésta es la lista (probablemente incompleta) de colaboradores clave adicionales:

Ahmed Guetari, Álvaro de las Heras, Ambrose Kwong, Andrea Di Donato, Andy Ingram, Anil Lohiya, Ankur Singla, Anshu Verma, Antoine Sibout, Antón Bernal, Antonio Huete, Antonio Sánchez-Benavente, Aravind Srikumar, Ashish Ranjan, Balaji Rajagopalan, Bill Dicks, Bill Twibill, Bob Russell, Brian Anderson, Carlos Durán, Chandrasekar Ramachandran, Chris Bowers, Chris Hellberg, Colby Barth, Colleen Lobner, Cressida Downing, Cyril Margaria, Damien Garros, Dan Fauxsmith, David Delgado, David Lobo, Dianne Russell, Didier Bousser, Dilip Sundarraj, Diogo Montagner, Disha Chopra, Domiciano Alonso, Doug Hanks, Efraín González, Erdem Sener, Evgeny Bugakov, Fawad Shaikh, Fernando (Fertxo) Muñoz Macaya, Francisco Sánchez, Guilhem Tesseyre, Guy Davies, Harish Sitaraman, Harshad Nakil, Hartmut Schroeder, Hassan Hosseini, Iria Varela, Ivan Pepelnjak, Ivan Tomić, Javier Campos, Jeetendra Lulla, Jeff Haas, Jeffrey Fry (Fryguy), Jeffrey (Zhaohui) Zhang, José Cid, José Luis Pérez, José Miguel Huertas, Joseph Li, Julian Lucek, Julie Wider, Kapil Arora, Kevin F Wang, Kishore Tiruveedhula, Kostas Anagnopoulos, Mahesh Narayanan, Manish Gupta, Manoj Sharma, Manuel Delgado, Marco Rodrigues, María Caraballo, Matthew Jones, Michael Henkel, Michael Langdon, Michael Pergament, Michał Styszyński, Miguel Barreiros, Miguel Cros, Nacho Martín, Oleg Karlashchuk, Óscar Carnicero, Óscar Santiago, Pablo Sagrera, Parantap Lahiri, Paul Jarvis, Paul Obsitnik, Pedro Marques, Ping Wang, Pierre François, Pooja Mangla, Praveen Karadakal, Qasim Arham, Rafał Jan Szarecki, Rahul Kasralikar, Rakesh Manocha, Ramdas Machat, Ramesh Yakkala, Ranjini Rajendran, Raveendra Torvi, Ravi Singh, Rendo Wibawa, René Triana, Robert Kebler, Rocío Benavente, Rodny Molina, Sachin Natu, Sanju Abraham, Sean Clarke, Selvakumar Sivaraj, Shraddha Hegde, Sreedhevi Sankar, Steve Kensil, Sudharsana Venkataraman, Sue Oliva, Suman Dara, Suneel Pentala, Sunesh Rustagi, Sunil Malali, Tao (Tony) Liu, Tapraj Singh, Thomas Murray, Tom Adams, Usman Latif, Vallinayakam Somasundaram, Vasu Venkatraman, Victor Ganjian, Víctor Rodríguez, Vinay K Nallamothu, Vishal Nagaonkar, Vivek Shenoy, Walter Goralski, Xander Thuijs, Yimin Shen y Zeeshan Sabri.