Utilizando bloom filters para o encaminhamento de pacotes em redes Metro Ethernet
Nesse caso, um nó pode manter vários bloom filters, cada um contendo o índice que descreve o conteúdo armazenado em um nó vizinho. Outro uso interessante de bloom filters é proposto por Whitaker e Wetherall (2002). Em vez de se utilizar o campo TTL (time to live) no cabeçalho do protocolo IP para descartar um pacote em uma condição de loop – o que pode não ser o caso dependendo do tamanho da rede –, é sugerido o uso de um bloom filter para registrar os nós pelos quais o pacote passou. Se o pacote chegar até um nó que já foi registrado, isso indica claramente a condição de loop, podendo-se descartar o pacote sem maior receio. Na área de endereçamento, Jokela et al. (2009) propõem o uso de bloom filters para um novo mecanismo de encaminhamento de pacotes. Nessa proposta, cada interface física da rede possui um identificador único. O pacote é comutado pelos nós através de um bloom filter, adicionado nele próprio. Esse bloom filter contém todas as interfaces que compõem o caminho que o pacote deve seguir. Essa técnica recebeu o nome de in-packet bloom filter e apresenta várias vantagens. Por exemplo, o nó de núcleo da rede torna-se muito simples e não requer tabelas para o encaminhamento, apresentando menor custo e consumindo menos energia em comparação aos nós convencionais. Os bloom filters também são naturalmente eficientes para operações de multicast. Por carregarem um grupo de interface, não é necessário outro tipo de endereçamento para descrever o multicast, nem protocolos como o IGMP snooping para a inclusão e remoção de interfaces no grupo. Em termos de novas arquiteturas para o futuro da Internet (SPYROPOULOS; FDIDA; KIRKPATRICK, 2007), a proposta de encaminhamento com bloom filters é apropriada para o modelo de publisher/subscriber (EUGSTER et al., 2003), base para muitas das aplicações atuais, que são, em geral, desenvolvidas como um overlay. A solução discutida por Jokela et al. (2009) apresenta alguns problemas consideráveis. Por exemplo, o bloom filter proposto tem algo em torno de 248 bits. Bloom filters mais curtos, de 120 bits, são brevemente considerados, mas descartados em função da alta probabilidade de falsos positivos. Bloom filters de 248 bits não podem ser acomodados com facilidade em um cabeçalho-padrão. Torna-se necessário, então, procurar meios para a utilização de bloom filters menores. Outro problema está nos componentes que realizam a comutação. Jokela et al. (2009) afirmam que o nó de núcleo é simples; entretanto, é necessário o desenvolvimento de novos componentes de circuito integrado para suportar essa proposta de endereçamento e um
FPGA (Field Programmable Gate Array) é usado para a prova de conceito. O desenvolvimento de um novo ASIC (Application Specific Integrated Circuit) é uma tarefa extremamente custosa. Para obter sucesso, propostas de novos métodos devem ser passíveis de implementação nos componentes já disponíveis no mercado. Um último ponto é que não se considera, em maiores detalhes, como o bloom filter pode ser adicionado ao pacote. Assim, este artigo objetiva tornar a proposta de endereçamento com bloom filters possível. Como mostrado na Seção 2, é proposto o uso de um bloom filter de 108 bits, inserido em campos-padrão no cabeçalho Ethernet, em conjunto com duas novas técnicas de bloqueio e recuperação de caminhos com falsos positivos. Além disso, todas as ideias apresentadas são passíveis de implementação em componentes já disponíveis no mercado, como descrito na Seção 4. 2
Encaminhamento de pacotes e técnicas
Esta seção apresenta como o bloom filter, utilizado para o encaminhamento do pacote, pode ser adicionado ao cabeçalho. Além disso, as técnicas de bloqueio e recuperação de caminhos com falsos positivos são introduzidas. 2.1 Alocando o bloom campos-padrão do Ethernet
filter
em
O padrão 802.1ah (IEEE, 2008) estende o cabeçalho do quadro Ethernet com campos apropriados para que as operadoras de telecomunicações possam definir o endereçamento de sua própria rede sem interferir no pacote do cliente. A Figura 2 mostra o cabeçalho completo do quadro 802.1ah. As redes que utilizam a extensão 802.1ah requerem dois tipos distintos de nós: de borda e de núcleo. Os nós de borda são responsáveis pela adição dos campos referentes ao 802.1ah, determinando o endereçamento de um dado fluxo de pacotes no núcleo da rede. O fluxo de pacotes é caracterizado por uma combinação de fatores: a interface de ingresso, o endereço MAC do cliente, o ID da VLAN, entre outros. Já o nó de núcleo é responsável por encaminhar os pacotes baseando-se nos campos B-DA, B-SA e B-VID. A rede metropolitana é fortemente baseada em um sistema de gerência centralizado, que lida com os recursos da rede com o objetivo de atender às demandas dos clientes. Para tanto, o sistema de gerência necessita de informações precisas da rede, como a topologia física e a capacidade dos nós.
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 6, n. 1, p. 45-56, jan./jun. 2010
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