Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?
https://wos-scopus.com
Научные направления
Поделиться:
Статья опубликована в №3 (ноябрь) 2013
Разделы: Информационные технологии, Телекоммуникации
Размещена 25.11.2013. Последняя правка: 26.11.2013.

Оптимизация процессов маршрутизации

Колягин Леонид Валерьевич

магистрант

Nvision Group,СибГУТИ

инженер-стажер, Телекоммуникационные Системы Энвижн

Аннотация:
В данной статье рассмотрены принципы продвижения на основе их возможностей по управлению трафиком.Дается краткое ознакомление с вопросами оптимизации с учетом и без учета требований к надежности.


Abstract:
The forwarding principals with a correspondance to its traffic control abilities are described into this article. The quick brief of the optimisation aspects is also given. Optimisation is made with and without taking reliability into account.


Ключевые слова:
маршрутизация, управление трафиком, передача данных

Keywords:
routing,traffic control, data transfering


УДК 004.05

Компании, зависящие от коммуникационной инфраструктуры и  перебоев в ее работе, несут финансовые потери. Тем не менее,  от транспортных сетей ожидается обеспечение готовности “пять девяток” (99.999%), несмотря на возможность отказа элементов сети. Эта проблема возникает, например, для виртуальных частных сетей (Virtual Private Networks (VPNs)) или в наземной радиосети доступа (terrestrial radio access network(UTRAN)) универсальной мобильной телекоммуникационной системы (Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)). 

Традиционные телефонные сети достигают надежности “пять девяток” высокой избыточностью аппаратных резервов. Также, некоторые из современных IP сетей защищены от потенциальных отказов каналов с помощью резервных линий либо колец SDH на физическом уровне. Тем не менее, данные методы требуют 100% либо большей резервной пропускной способности, поскольку резервная линия используется только в случае отказа основной линии. Все это справедливо для колец SDH, так как только одна из двух частей кольца от отправителя до получателя необходима во время безотказной операции, как показано на рисунке 1. Кольцо остается уязвимым до устранения отказа.

 Рисунок 1- Защита от отказов при помощи колец обеспечивается как минимум 100% резервной пропускной способностью.

Рисунок 1- Защита от отказов при помощи колец обеспечивается как минимум 100% резервной пропускной способностью.

 В сетях с коммутацией пакетов подобная надежность может быть достигнута путем отвода трафика по альтернативным путям в случае локальных отказов. Тем не менее, резервная пропускная способность может быть разделена между разными видами трафика при различных сценариях отказов. Следовательно, разделение резервной пропускной способности дает возможность уменьшить требуемую резервную пропускную способность без ущерба для отказоустойчивости сети. Тем не менее, механизмы надежности на сетевом уровне могут достигать определенной надежности по более низкой цене, чем традиционные механизмы надежности физического уровня.[1]

Принципы маршрутизации

Рассмотрим 2 основных принципа  продвижения на основе их возможностей по управлению трафиком: продвижение, основанное на адресе назначения и продвижение с установлением соединения.

 

Продвижение, основанное на адресе назначения

В технологии IP маршрутизаторы определяют соответствующий выход интерфейса, на основании  адреса назначения в заголовке пакета в соответствии с их таблицами маршрутизации. Маршруты в IP обычно создаются с помощью протоколов маршрутизации, таких как протокол Open Shortest Path First (OSPF). Они обмениваются информацией о готовности, связанной  со стоимостью каналов, которые используются для определения выходных портов для создания кратчайших путей до конкретных адресатов. Изменяя стоимость каналов, мы можем влиять на маршрутизацию, что означает возможность администрирования трафика (инжиниринг трафика). Распределение нагрузки между различными путями возможно, если к одному адресу назначения ведут несколько путей с одинаковой стоимостью. Такой метод называется множеством путей с равной стоимостью ECMP(Equal Cost Multi-Path) и он реализован, например, в OSPF.

 

Продвижение с установлением соединения

MPLS является технологией коммутации с установлением соединения, т.е. трафик перемещается по виртуальным каналам, созданным оверлейными сетями (сетями наложения). Пакеты с совпадающим набором атрибутов создают в маршрутизаторе эквивалентный класс продвижения (forwarding equivalent class (FEC)).  Начальный маршрутизатор с коммутацией по меткам (LSR) распознает эти пакеты и группирует их в единый совокупный трафик, присваивая им общую метку в начале заголовка. Этот трафик перемещается по пути коммутации по меткам(label-switched path (LSP)) к находящемуся на его выходе LSR, который удаляет метку. Промежуточные маршрутизаторы на пути LSP пересылают пакеты путем замены меток в соответствии с их базами информации о метках(label information base (LIB)(таблица продвижения). LIB содержит информацию о входящих путях LSP, которые определяются по входному интерфейсу и входящей метке, и определяет выходной интерфейс и выходную метку. В отличие от таблиц маршрутизации, информация в LIB появляется при установлении соединения. Таким образом, путь LSP может быть автоматически определен протоколами маршрутизации либо соответствовать определенному заранее просчитанному маршруту.

Детальность маршрутизации и четкость продвижения в MPLS гораздо выше, чем в IP, поскольку атрибутами FEC могут выступать, например, адрес источника и адрес назначения. Трафик к одному и тому же пункту назначения может быть доставлен по различным путям с сильно различающейся стоимостью при помощи явно заданных маршрутов в MPLS. Явной маршрутизации может подражать маршрутизация на основе источника в технологии IP, но это не рекомендуется из-за значительного замедления скорости продвижения маршрутизаторов. Кроме того, маршрутизация по нескольким путям ограничивается ECMP. Таким образом, технологии продвижения, ориентированные на установление соединения, такие как MPLS, обладают лучшим контролем над каналом передачи данных, чем технологии продвижения, основанные на адресе назначения.

Отказоустойчивая маршрутизация

В отказоустойчивых сетях в случае локального отказа трафик начинает продвигаться по альтернативным путям. Существует два основных метода обеспечения надежности.

При восстановлении пути в MPLS либо повторной маршрутизации в IP альтернативный маршрут устанавливается только в случае отказа. Резервная пропускная способность может быть разделена, поскольку до отказа ресурсы не связаны ни с одним видом трафика. Тем не менее, время реакции механизмов восстановления может быть довольно долгим. [2]При защите пути отказ ожидается, т.е. запасной путь устанавливается до отказа. Этот процесс также называется защитной коммутацией. Быстрое время реакции – это одно из преимуществ защитной коммутации в сравнении с механизмами восстановления. При методе защитной коммутации 1:1 трафик отправляется по запасному пути только в случае отказа. Таким образом, резервная емкость может быть распределена между потоками, что не требует таких же ресурсов в случае конкретного отказа связи. Возможности разделения резервной пропускной способности равны возможностям схемы восстановления. При методе защиты 1+1 трафик передается одновременно по основному и запасному пути и, следовательно, распределение резервной пропускной способности невозможно. Защитная коммутация 1+1 имеет наименьшее время реакции при отказе, поскольку, когда пункт назначения узнает о неисправности канала, он  принимает поток пакетов с другого пути. Защитная коммутация 1:1 требует, чтобы исходный маршрутизатор определил отказ с помощью извещения от нижних уровней либо пропажей сообщения “fast keep alive”  протокола управления каналом (link management protocol, LMP) . Тогда трафик перенаправляется с основного пути на запасной путь. Общее время реакции составляет чуть менее 100 мс. Схема восстановления в дополнение к установлению основного пути и повторной маршрутизации IP требует заполнения трафика сообщениями о состоянии соединения, что не требует много времени. В стандартной технологии IP отказ соединения обнаруживается при  пропаже сообщения Hello протокола OSPF; обнаружение занимает десятки секунд, поскольку таймеры установлены на относительно большое значение. Современные маршрутизаторы имеют большую вычислительную емкость  и могут обработать больший объем сигнальной нагрузки, однако даже в них повторная маршрутизация длится доли секунды. Вычисление кратчайшего пути  происходит по онлайн алгоритму и выполняется маршрутизаторами, если обнаруживается изменение топологии. Единственной проблемой в IP остается  проблема таймера, которая  разрешается путем уведомления механизмов обнаружения отказов нижних уровней. Маршрутизация по множеству топологий (Multi-topology routing, MTR) также может быть альтернативой при быстром восстановлении IP маршрутизации.

Существует несколько вариантов резервирования путей. Основной путь может быть восстановлен или защищен по принципу ‘’из конца в конец’’, т.е. для каждого основного пути существует  резервный. Защита части пути содержит запасной путь от места возможного отказа до пункта назначения. Другим вариантом является локальная защита отдельных каналов. Тем не менее, защита пути по принципу ‘’из конца в конец’’ является наиболее эффективной в плане требований к резервной пропускной способности, поскольку соединения, зависящие от отказа канала или узла сети, могут находиться далеко от места отказа.

 

Оптимизация маршрутов

Оптимизация маршрутов является обширной научной областью с множеством аспектов. Вкратце ознакомимся с вопросами оптимизации с учетом и без учета требований к надежности:

а) Оптимизация маршрутов без требований к надежности

Хорошо изученной проблемой является оптимизация маршрутов при условии ограниченной  пропускной способности каналов, с целью максимального увеличения поддерживаемой интенсивности трафика, чьи b2b структуры заданы таблицей продвижения. Это проблема потоков с разными типами данных и ее решение может быть реализовано, например, на LSP. При маршрутизации IP данный подход осуществляется путем задания стоимости каналов таким образом, что весь трафик транспортируется через сеть и среднее и максимальное использование каналов сводится к минимуму.

б) Оптимизация маршрутизации с требованиями к надежности

Маршрутизация с требованиями к надежности может быть рассмотрена с точки зрения  подбора размеров сети, т.е. матрица продвижения задана, а пропускную способность каналов необходимо задать. Например, сумма полос пропускания каналов в сети должна быть сведена к минимуму, причем могут быть использованы только технически доступные  пропускные способности каналов (например, OC3=STM1=155Мбит/с, OC12=STM4=622 Мбит/с,, OC48=STM4=2.488 Гбит/с,OC192=STM64=9.953 Гбит/с). Помимо этого ограничения, проблема является стандартной без учета требований к надежности, поскольку присвоение подходящих полос  пропускания  для кратчайших путей уже является оптимальным решением. [3] Проблема превращается в проблему оптимизации, если разрешено разделение пропускной способности для запасных путей. Расположение путей и механизм присвоения пропускной способности сконструированы таким образом, что основные пути и разделенные резервные пути требуют минимальную пропускную способность сети, а механизмы резервирования  обеспечивают полную надежность для заданного набора сценариев отказа защиты.

Библиографический список:

1.Michael Menth, “Efficient Admission Control and Routing for Resilient Communication Networks”, Würzburg 2004
2. M. S. Kodialam and T. V. Lakshman, “Minimum Interference Routing with Applications to MPLS Traffic Engineering,” in IEEE Infocom, vol. 2, pp. 884–893, Mar 2000.
3. G. Li, D. Wang, C. Kalmanek, and R. Doverspike, “Efficient Distributed Path Selection for Shared Restoration Connections,” in IEEE Infocom, 2002.




Рецензии:

25.11.2013, 17:19 Панов Александр Викторович
Рецензия: Доступным, для понимания языком отражен материал. Выдержан ритм изложения, последовательность. Тема раскрыта блоками. Советую добавить переходы или вначале описать общею структуру (показать, как связаны методы, технологии). Рекомендую.

26.11.2013, 0:51 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Тема раскрыта, укажите сноски на литературу. рекомендована к печати.

26.11.2013 17:17 Ответ на рецензию автора Колягин Леонид Валерьевич:
Сноски на литературу указал.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх