Статья опубликована в №3 (ноябрь) 2013
Разделы: Информационные технологии, Телекоммуникации
Размещена 27.11.2013. Последняя правка: 29.11.2013.
Просмотров - 3126

Методы защиты, обеспечивающие уменьшение резервной пропускной способности

Колягин Леонид Валерьевич

магистрант

Nvision Group,СибГУТИ

инженер-стажер, Телекоммуникационные Системы Энвижн

УДК 004.05

Обозначим технические ограничения для возможных решений резервирования. Маршрут и балансировка нагрузки рассчитываются для режима нормальной работы и для каждого сценария отказа независимо. При этом разрешено использование общих структур с множеством путей. В случае отказа отказавшие каналы должны быть  заново маршрутизированы, а непострадавшие от аварии каналы также должны быть смещены для реализации решения с минимальными затратами.

Во-первых, знание точного места отказа необходимо для выбора оптимальной трассы канала и балансировки нагрузки. Самой по себе информации об отказе маршрута, который может быть обнаружен отправителем, недостаточно. Тем не менее, точная информация об отказе должна быть распространена по всем доступным маршрутизаторам для переключения защитной коммутации по  сценарию конкретного отказа.

Во-вторых, перемена маршрутов не может быть произведена одновременно. Изменение большего числа маршрутов, чем это необходимо, может привести к временной перегрузке на некоторых элементах сети. Это приводит к джиттеру и потере пакетов, чего можно избежать лишь перенаправлением отказавших маршрутов.

В-третьих, если каждое соединение имеет запасной маршрут для каждого сценария отказа, то необходимо заранее организовать и настроить большое число маршрутов. Из-за этого конфигурация маршрутов становится очень сложной, а большое количество маршрутов является проблемой для технического обслуживания современных маршрутизаторов ядра сети.

Наконец, чтобы не усложнять диагностику неисправностей и реакцию на отказ, маршрутизатор, стоящий в начале пути коммутации по метке,  должен быть способен определять отказ и локально реагировать путем переключения трафика на резервный путь. В случае общих структур с множеством путей, пути могут разветвляться и объединяться в транзитных марщрутизаторах. Если откажет часть пути, то все множество путей теряет некие пакеты и больше не может быть использовано. Реализация общих множеств путей в виде совокупности дублирующих друг друга отдельных путей предотвращает эту проблему, поскольку в случае локального отказа выдут из строя лишь некоторые части путей. Тем не менее, это увеличивает число параллельных LSP и усложняет администрирование. Таким образом, только непересекающиеся пути пригодны для достижения простой диагностики отказов при продвижении по множеству путей.

Другим ограничением по прокладке маршрута являются группы каналов с общим риском(Shared Risk Link Groups (SRLGs)), в которых групповые элементы сети совмещены таким образом, что могут с высокой вероятностью одновременно выйти из строя. Например, все каналы, начинающиеся в одном маршрутизаторе, выходят из строя, если он отказывает. SRLGs возникли в оптоволоконных сетях, где одна линия оптического волокна вмещает несколько разделенных логических каналов. Тем не менее, общие SRLGs не учитываются, так как внимание сосредоточено на оценке эффективности базового множества путей с самозащитой(Self-Protecting Multi-Path (SPM)), а не его адаптации для SRLGs.

 

Механизмы защитной коммутации, основанные на структурах с множеством путей

 

Представим несколько новых механизмов защитной коммутации, которые содержат  идею уменьшения резервной пропускной способности путем продвижения по множеству путей в случаях отказа. Разделим их на два отдельных подхода: методы защиты пути(Path Protection (PP)) и множество путей с самозащитой((Self-Protecting Multi-Path (SPM)).

 

Механизмы защиты пути

Механизмы защиты пути (PP) обычно пересылают трафик по основному отдельному пути и используют структуру с множеством путей как запасной путь в случае отказа основного (рисунок 1).



Рисунок 1- Защита пути использует множество непересекающихся путей для резервирования

 

Новизна заключается в расширении канальных и узловых несвязанных структур с множеством путей для запасных целей , благодаря чему метод прост в реализации. Продвижение трафика по множеству путей в случаях отказов требует балансировки нагрузки  и предоставляет пространство для оптимизации и мини
мизации требуемой резервной пропускной способности.

 

Сравнение с P-циклами

Метод p-цикла был изначально применен для физического уровня WDM и транспортных сетей SONET, но затем был адаптирован также для сетевого уровня в IP сетях, использующих MPLS. Называемый также защитным циклом, он устанавливается в сеть так, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 -P-цикл защищает каналы, входящие в цикл и хордовые пути (straddling paths) .

 

 Он защищает от отказов каналы в цикле путем предоставления обхода по циклу в противоположном направлении. Следовательно, p-цикл предоставляет один непересекающийся запасной путь для каждого канала. Пути, касающиеся цикла в 2 местах (“хордовый путь”) также защищаются. Такие пути делятся p-циклом виртуально на две части. Если путь выходит из строя, трафик отклоняется по этим двум частям для преодоления места отказа. То же самое разрешается для распределения нагрузки в случае отказа. P-циклы также могут защищать узлы от отказов. Они оказались весьма эффективными. Сравним метод p-цикла и механизмы PP. P-циклы могут быть эмулированы механизмами PP с общей резервной пропускной способностью.  Для каждого канала в p-цикле на оставшейся части цикла устанавливается резервный путь, а для каждого хордового пути в цикле создаются два соответствующих резервных пути. Тем не менее, присутствуют и отличия. Если каналы или пути защищены несколькими p-циклами, полученные резервные пути при PP могут не быть непересекающимися. Отмена требования отсутствия пересечений путей делает методы РР немного более сложными, но не изменяет их фундаментально.

Недостатком р-циклов является то, что они имеют фиксированную пропускную способность по всей своей длине, такую, что отдельным р-циклом может быть достигнута только балансировка нагрузки 50:50. Улучшенная балансировка нагрузки может быть осуществлена перекрывающимися р-циклами. Это усложняет весь маршрут р-цикла . Вдобавок, пропускная способность довольно строго связана на физическом уровне. Например, два р-цикла с общим каналом, не могут поделиться резервными пропускными способностями, и пропускная способность отказавших основных путей не может быть повторно использована для восстановления. Поскольку пропускная способность р-циклов связана только с целями резервирования, наложенная сеть р-циклов представляет собой явный уровень восстановления.  Существует компромисс в зависимости от длины р-цикла. Хордовые каналы защищаются более эффективно, и их количество возрастает с длиной р-цикла. Тем не менее, максимум требуемой пропускной способности должен быть предоставлен по всей длине цикла. Таким образом, длина цикла увеличивает итоговую зарезервированную защитную пропускную способность. [1]

 

Множество путей с самозащитой

Множество путей с самозащитой (Self-Protecting Multi-Path, SPM)- это абсолютно новый подход. Рисунок 3 позывает, что SPM состоит из непересекающихся частичных путей. В противоположность РР, трафик распределяется по всем путям даже в нормальном режиме работы.

Рисунок 3 - Множество путей с самозащитой всегда использует все рабочие частичные пути.

  В случае отказа частичного пути, трафик перераспределяется по рабочим путям при помощи специальной функции распределения нагрузки при отказе пути. SPM является более гибким подходом, чем РР. Он может эмулировать механизмы РР, применяя соответствующие функции распределения нагрузки, а также имеет больший потенциал для оптимизации, чем методы РР.

 Надежность сети – это термин, означающий отказоустойчивость к набору сценариев отказов сети, соответствующих некоторым предположениям. Приведем их ниже.

Сценарии защиты от отказов

Оптимизация механизмов защитной коммутации требует набора сценариев защиты от отказа ξ, который по умолчанию содержит рабочий сценарий. Рассмотрим три разных варианта. ”Защита канала ” принимает во внимание только отказы всех одиночных двунаправленных каналов, “защита маршрутизатора” относится только к отказам одиночных маршрутизаторов, а рассмотрение отказов одиночных двунаправленных каналов и маршрутизаторов – “полная защита”.[2]

Повторное использование пропускной способности

В сетях с пакетной коммутацией ресурсы не присваиваются физически никаким потокам. Если трафик заново маршрутизируется из-за локального отказа, ресурсы могут быть автоматически повторно использованы для транспортировки остального трафика. Следовательно, ”повторное использование пропускной способности” возможно. В оптических сетях соединения связаны с физическими ресурсами, такими как оптоволокно, длина волны или временные интервалы. Если элемент сети выходит из строя, может не хватить времени для освобождения ресурса перенаправленного соединения. Это вариант ”невозможность повторного использования пропускной способности”, потому что сетевые ресурсы, выделенные для отказавших путей, не могут быть повторно использованы в целях резервирования.

Заключение

Рассмотренные методы защиты пути и множество путей с самозащитой позволяют сбалансировать нагрузку  и предоставляют пространство для оптимизации и минимизации требуемой резервной пропускной способности, что в свою очередь приводит к снижению расходов на резервирование. 

1. G. Li, D. Wang, C. Kalmanek, and R. Doverspike, “Efficient Distributed Path Selection for Shared Restoration Connections,” in IEEE Infocom, 2002.
2. A. Nucci, B. Schroeder, S. Bhattacharyya, N. Taft, and C. Diot, “IGP Link Weight Assignment for Transient Link Failures” in "International Teletraffic Congress (ITC), (Berlin), 9 2003.

Рецензии:

28.11.2013, 2:33 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Логично выстроен материал, но нет концовки. Доработать. Рекомендуется к печати.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий