2. Como Funciona

Fonte: fstelecom¹

O cenário das redes atual é impulsionado por novas e diversas demandas empresariais, tais como a necessidade de otimizar a utilização de cada elo da rede, garantir alto desempenho, alcançar escalabilidade, flexibilidade, alta disponibilidade, além da simplificação das operações, entre outros aspectos. Essa mudança nos requisitos destaca a urgência de adotar abordagens baseadas em software para automatizar e gerenciar as redes, ou seja, permitir que o software defina a estrutura da rede. Em resposta a essa exigência, surgiu a arquitetura de roteamento por segmento.

A evolução do roteamento por segmento teve sua origem no Multiprotocol Label Switching (MPLS). Para compreender o MPLS, é crucial ter uma compreensão sólida do roteamento IP. No contexto do roteamento IP, um conjunto de protocolos é responsável por determinar a rota que um pacote deve seguir, desde sua origem até o destino, atravessando uma série de roteadores em diversas redes. Essa interconexão complexa destaca a importância de abordagens inovadoras, como o roteamento por segmento, para atender às exigências dinâmicas do ambiente de rede atual.

Multi-Protocol Label Switching (MPLS)

Fonte: Huawei²

O Multi-Protocol Label Switching, conhecido como MPLS, representa um mecanismo de encaminhamento que se baseia em rótulos. Esses rótulos, simples números binários, são utilizados pela tabela de encaminhamento do dispositivo receptor para determinar a interface de saída em direção ao próximo salto. O procedimento consiste na troca do rótulo de entrada pelo rótulo de saída, encaminhando o pacote para o próximo dispositivo ao longo da rede. Esse processo é repetido sequencialmente até que o pacote alcance seu destino final. Para a eficácia do MPLS, são implementados dois tipos distintos de roteadores:

• Label Edge Routers (LER), responsáveis pela atribuição de rótulos nos pacotes de dados
• Label Switch Routers (LSR), encarregados da comutação desses rótulos ao longo do percurso do pacote.

A manutenção de um plano de controle mais complexo no contexto do MPLS resulta em custos elevados. Uma solução eficaz para mitigar esses desafios é interconectar todos os nós da rede a um controlador, estabelecendo uma comunicação através de um protocolo comum. Com isso, a gestão é simplificada, concentrando-se apenas no roteador de origem ou no controlador, conferindo à infraestrutura maior programabilidade e escalabilidade. Essa abordagem deu origem à arquitetura de roteamento por segmento, a qual se destaca por sua notável flexibilidade, escalabilidade aprimorada, menor complexidade e facilidade operacional em comparação com as abordagens de Roteamento IP ou MPLS.

Segment Routing (SR)

Segment Routing (SR) apresenta diversas vantagens significativas quando comparado a outros protocolos MPLS, como LDP e RSVP-TE. Uma das principais distinções reside na eliminação da necessidade de implementar LDP ou RSVP-TE no roteamento por segmentos. Em vez disso, o SR utiliza um Protocolo de Gateway Interno (IGP) para a distribuição de marcações e o cálculo de caminhos, tudo isso sem a necessidade de modificar a arquitetura MPLS existente. O SR destaca-se em vários aspectos:

Protocolo de Controle:

• Segment Routing: Utiliza um IGP para controle, simplificando o gerenciamento e evitando a necessidade de outros protocolos complexos, como LDP, RSVP-TE, BGP, ou IGP.
• MPLS: Dependente de LDP, RSVP-TE, BGP e/ou IGP para controle, resultando em uma configuração mais complexa.

Distribuição das Marcações:

• Segment Routing: Adiciona uma marcação para cada adjacência ou nó, independente do número de túneis, reduzindo significativamente a demanda por recursos.
• MPLS: A distribuição de marcações aumenta conforme o número de túneis, demandando mais recursos.

Ajustes de Caminho e Controle:

• Segment Routing: A re-computação e ajuste de controle são executados pelo ingressante, simplificando o processo.
• MPLS: Necessidade de entrega de configurações nó a nó para ajustes de caminho e controle, tornando o processo mais complexo.

Segment Routing delineia de maneira precisa a trajetória que um pacote deve percorrer na rede. Em termos mais simplificados, esses segmentos representam as instruções que orientam o pacote em sua jornada em direção ao destino desejado. Uma observação crucial é que, neste contexto, o estado completo de encaminhamento do fluxo de tráfego reside no próprio pacote, não na infraestrutura de rede.

O roteador de origem no Segment Routing, detém o conhecimento de todos os identificadores (SIDs) necessários para atingir o destino. Isso implica que os estados por fluxo são mantidos apenas na origem, simplificando a gestão da rede. A quantidade de entradas na tabela SR-FIB em qualquer nó específico é determinada pela soma do numero de segmentos com o numero de segmentos adjascentes.

Um conceito relevante no Segment Routing é o "segmento ativo", que varia de acordo com a natureza da rede. Nas redes MPLS, o segmento ativo é representado pelo rótulo mais externo, enquanto nas redes IPv6, é um ponteiro para o SID. Essa abordagem inovadora proporciona uma gestão mais eficiente e flexível do encaminhamento de pacotes, simplificando a arquitetura da rede e aprimorando a agilidade operacional.

Implementação do Segment Routing IPv6 (SRv6)

Fonte: researchgate⁴

• Estrutura do Pacote IPv6: Um pacote IPv6 padrão consiste em um cabeçalho IPv6 convencional, cabeçalhos estendidos (0..n) e o payload.

• Adição do Segment Routing Header (SRH): Para implementar o SRv6, é necessário adicionar uma extensão específica chamada Segment Routing Header (SRH). O SRH especifica um caminho e armazena uma lista de informações de segmentos IPv6.

• Lista de Segmentos no SRH: A lista de segmentos no SRH é codificada na extensão do cabeçalho, sendo planejada pela fonte. Essa lista funciona de maneira análoga ao SR MPLS, indicando os segmentos pelos quais o pacote deve passar.

• Codificação da Lista de Segmentos: A lista de segmentos pode ser baseada em protocolos de roteamento interno (IGP) ou no protocolo de gateway de borda (BGP), oferecendo flexibilidade na definição do caminho.

• Atualização Gradual da Tecnologia: Uma característica notável é a capacidade de operar com ou sem SR, permitindo uma adoção gradual da tecnologia. Não é necessária uma atualização em toda a rede, possibilitando a convivência harmoniosa de dispositivos compatíveis com SRv6 e aqueles que não o suportam.

• Encaminhamento com Base nas Informações do SRH: A entrada do SRH é adicionada ao pacote IPv6 pela fonte. Cada nó de trânsito, ao receber o pacote, encaminha-o com base nas informações de caminho carregadas no SRH.

Ao seguir esses passos, é possível implementar o Segment Routing IPv6 com eficácia, aproveitando as extensões do cabeçalho IPv6 para inserir as informações necessárias de roteamento e possibilitar a criação de caminhos explícitos e personalizados na rede IPv6. Essa abordagem oferece uma flexibilidade notável e suporte para a evolução gradual das redes para essa tecnologia inovadora.

Fonte: Huawei³