Статья опубликована в №3 (ноябрь) 2013
Разделы: Информационные технологии, Телекоммуникации
Размещена 19.11.2013. Последняя правка: 19.11.2013.
Просмотров - 7936

Инжиниринг трафика в MPLS

Шнуренко Ольга Евгеньевна

СибГУТИ

магистрант

Тишкова Ю.И.,СибГУТИ, магистрант

УДК 004.05

Одной из особенностей Next Generation Network (NGN) является  одновременная циркуляция в ней множества разнотипных потоков, каждый из которых требует безусловного соблюдения одних параметров передачи и допускает некоторые уступки по другим. Так как в  качестве одной из составляющих транспортной  платформы NGN используются  традиционные IP-сети, не включающие в себя механизмы оптимизации  производительности,  вопросы  повышения  эффективности передачи информации остаются по-прежнему актуальными.

При традиционной маршрутизации IP-трафик маршрутизируется посредством  его  передачи  от  одной  точки  назначения  к  другой  и следует  до пункта  назначения  по  пути,  имеющем  наименьшую суммарную  метрику сетевого  уровня.  Этот  путь  может  не  быть оптимальным,  так  как  он зависит  от  информации  о  статической метрике канала.  В  данном  случае, при  выборе  пути  не  учитываются  свободные сетевые  ресурсы,  текущая  загрузка  каналов,  а  также требования  к обслуживанию  трафика.  Таким  образом,  если  кратчайший  путь  уже перегружен,  то  пакеты  все  равно  будут посылаться  по  этому  пути, вследствие  чего  будет  наблюдаться картина загруженности одних каналов связи и простоя других.[1]

Данный метод распределения ресурсов сети  не является эффективным - одни ресурсы работают с перегрузкой, а другие не используются вовсе. Таким образом  традиционные методы борьбы с перегрузками эту проблему решить не могут, поэтому  целесообразней использовать  технологию управления трафиком.

В настоящее время для решения задачи обеспечения эффективного управления трафиком  в  NGN задействуется технология инжиниринга  трафика (Traffic Engineering). Под инжинирингом трафика понимают методы и механизмы сбалансированной загрузки всех ресурсов сети, а также быстрого восстановления маршрутов после сбоя за счет рационального выбора пути прохождения трафика через сеть.

Методы инжиниринга трафика:

Исходными данными для методов инжиниринга трафика являются:

1) характеристики передающей сети, ее топология, а также производительность составляющих ее коммутаторов и линий связи;

2) сведения о предложенной нагрузке сети, то есть о потоках трафика, которые сеть должна передать между своими пограничными коммутаторами.

 

Методы инжиниринга трафика чаще применяют не к отдельным, а к агрегированнымпотокам, которые являются объединением нескольких потоков. Необходимо отметить, что агрегирование отдельных потоков в один возможно только в том случае, когда все потоки, составляющие агрегированный поток, предъявляют одни и те же требования к качеству обслуживания. Агрегированное задание потоков позволяет упростить задачу выбора путей, так как при индивидуальном рассмотрении каждого пользовательского потока промежуточные коммутаторы должны хранить слишком большие объемы информации, поскольку индивидуальных потоков может быть очень много.

Задача ТЕ состоит в определении маршрутов прохождения потоков трафика через сеть, то есть для каждого потока требуется найти точную последовательность промежуточных коммутаторов и их интерфейсов. При этом маршруты должны быть такими, чтобы все ресурсы сети были нагружены до максимально возможного уровня, а каждый поток получал требуемое качество обслуживания. Например,  для эластичного трафика максимальное значение выбирается не больше, чем коэффициент 0,9, а для чувствительного к задержкам трафика не больше, чем 0,5. Однако резервирование производится не для всех потоков и  нужно оставить часть пропускной способности для свободного использования. Поэтому приведенные максимальные значения обычно уменьшают до 0,75 и 0,25 соответственно.[2]

Технология MPLS поддерживает технику инжиниринга трафика. В этом случае используются модифицированные протоколы сигнализации и маршрутизации, имеющие приставку ТЕ (Traffic Engineering — инжиниринг трафика). В целом такой вариант MPLS получил название MPLS ТЕ.

В технологии MPLS ТЕ пути LSP (Label Switched Path) называют ТЕ-туннелями. ТЕ-туннели прокладываются в соответствии с техникой маршрутизации от источника, когда централизованно задаются промежуточные узлы маршрута. Инициатором задания маршрута для ТЕ-туннеля выступает начальный узел туннеля, а рассчитываться такой маршрут может как этим же начальным узлом, так и внешней по отношению к сети программной системой или администратором.

MPLS ТЕ поддерживает туннели двух типов:

• строгий ТЕ-туннель -определяет  все промежуточные узлы между двумя пограничными устройствами (указывается начальный и конечный узлы  туннеля, а так же все промежуточные, то есть последовательность IP-адресов для устройств, входящих в туннель);
• свободный ТЕ-туннель- определяет только часть промежуточных узлов от одного пограничного устройства до другого, а остальные промежуточные узлы выбираются устройством LSR (Label Switching Router) самостоятельно (администратор задает только начальный и конечный узлы туннеля).

На рисунке 1 показаны оба типа туннелей.

Рис. 1 ТЕ-туннели в технологии MPLS

 

Независимо от типа туннеля он всегда обладает таким параметром, как резервируемая пропускная способность. Это значение определяются администратором, и технология MPLS ТЕ никак не влияет на этот выбор, она только реализует запрошенное резервирование. Чаще всего администратор оценивает резервируемую для туннеля пропускную способность на основании измерений трафика в сети. Некоторые реализации MPLS ТЕ позволяют затем автоматически корректировать величину зарезервированной пропускной способности на основании автоматических измерений реальной интенсивности трафика, проходящего через туннель.

Для того чтобы данные были переданы по туннелю, администратору предстоит задать для начального устройства туннеля условия, определяющие, какие именно пакеты должны передаваться по туннелю. Условия могут быть разнообразными: IP-адрес назначения и источника, тип протокола, номер интерфейса входящего трафика и т. д.

Для выбора и проверки путей через туннели в технологи MPLS ТЕ используются расширения протоколов маршрутизации (OSPF, IS-IS), работающих на основе технологии отслеживания состояния канала (link state technology). Данные расширения содержат новые типы объявлений о номинальной  и незарезервированной (доступной для ТЕ-потоков) пропускной способности каждой связи, а также параметры потоков данных, для которых необходимо определить  оптимальные  пути  с  учетом  требований инжиниринга трафика. Таким образом, ребра результирующего графа сети, создаваемого в топологической базе каждого устройства LER (Label Edge Router) или LSR (Label Switching Router), маркируются этими двумя дополнительными параметрами. Располагая таким графом, а также параметрами потоков, для которых нужно определить ТЕ-пути, устройство LER может найти рациональное решение, удовлетворяющее использованию ресурсов сети.

Для упрощения задачи оптимизации, выбор путей для некоторого набора потоков может осуществляется по очереди, при этом в качестве ограничения выступает суммарная загрузка каждого ресурса сети. Обычно считается, что внутренней производительности маршрутизатора достаточно для обслуживания любого трафика, который способен принять интерфейсы маршрутизатора. Поэтому в качестве ограничений выступают только максимально допустимые значения коэффициентов загрузки каналов связи, устанавливаемые индивидуально или же имеющее общее значение. Решение задачи определения маршрута с учетом ограничений получило название Constrained-based Routing, а протокол OSPF с соответствующими расширениями – Constrained SPF, или CSPF.

В технологии MPLS TE информация о найденном рациональном пути используется полностью – т. е. запоминается не только первый транзитный узел, как в основном режиме маршрутизации IP, а все промежуточные узлы пути вместе с начальным и конечным, т. е. маршрутизация производится от источника. Поэтому достаточно, чтобы поиском путей занимались только пограничные LER сети, а промежуточные LSR лишь поставляли им информацию о текущем состоянии сети, которая необходима для принятия решений. Такой подход обладает несколькими преимуществами по сравнению с распределенной моделью поиска пути, лежащей в основе стандартных протоколов маршрутизации IP:

• он позволяет использовать "внешние" решения, когда пути находятся какой-либо системой оптимизации сети в автономном режиме, а потом прокладываются в сети;
•  каждый из пограничных LER может работать по собственной версии алгоритма, в то время как при распределенном поиске на всех LSR необходим идентичный алгоритм, что усложняет построение сети с оборудованием разных производителей;
• такой подход разгружает внутренние LSR от работы по поиску путей.

 

Чтобы зафиксировать найденный путь , MPLS TE использует протокол резервирования ресурсов  RSVP ТЕ.Сообщения RSVP ТЕ передаются от одного устройства LSR другому в соответствии с данными о найденных IP-адресах маршрута. При установлении нового пути в сигнальном сообщении наряду с последовательностью адресов пути указывается также и резервируемая пропускная способность. Каждое устройство LSR, получив такое сообщение, вычитает запрашиваемую пропускную способность из пула свободной пропускной способности соответствующего интерфейса, а затем объявляет остаток в сообщениях протокола маршрутизации, например CSPF.

MPLS поддерживает несколько механизмов обеспечения отказоустойчивости, или механизмов автоматического защитногопереключениямаршрута в случае отказа какого-либо элемента сети: интерфейса LSR, линии связи или LSR в целом.

В том случае, когда путь является ТЕ-туннелем, в технологии MPLS разработано несколько механизмов его восстановления.

• Восстановление пути его начальным узлом. Повторное нахождение нового пути, обходящего отказавший элемент сети. Прокладкой нового пути занимается лишь один узел сети, а именно начальный узел пути.
• Защита линии. Организуется между двумя устройствами LSR, непосредственно соединенными линией связи. Обходной маршрут находится заранее, до отказа линии, и заранее прокладывается между этими устройствами таким образом, чтобы обойти линию связи в случае ее отказа. Защита линии является временной мерой, так как параллельно с началом использования обходного пути начальный узел основного пути начинает процедуру его восстановления с помощью протокола маршрутизации. После восстановления основного пути использование обходного пути прекращается. Временная защита линии не гарантирует ТЕ-туннелю требуемой пропускной способности.
• Защита узла. Обходной путь прокладывается так, чтобы обойти отказавшее устройство. Механизм защиты узла тоже относится к механизмам быстрой перемаршрутизации и тоже является временной мерой.
• Защита пути. Дополнение к основному пути в сети прокладывается путь, связывающий те же конечные устройства, но проходящий по возможности через устройства LSR и линии связи, не встречающиеся в основном пути.

 

По мере усложнения сетей и роста требований к ресурсам, инжиниринг трафика будет становиться все более важным средством управления сетевыми ресурсами, позволяя оптимизировать производительность, увеличивать общую эффективность и минимизировать нагрузки.

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебное пособие для вузов. 4-ое изд. – СПб.: Питер,2010. – 944 с.
2. RFC 2702 - Requirements for Traffic Engineering Over MPLS.
3. Traffic engineering в MPLS.[Электронный ресурс].-Режим доступа: http://tehnic-info.ru/traffic-engineering-v-mpls.

Рецензии:

20.11.2013, 1:19 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Актуально, логично изложено. Рекомендуется к печати.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий