Traffic engineering, Multiprotocol Label Switching, tunnels, routing, resiliency.
Однією з особливостей Next Generation Network (NGN) є одночасна циркуляція в ній безлічі різнотипних потоків, кожен з яких вимагає безумовного дотримання одних параметрів передачі і допускає деякі поступки по іншим. Так як в якості однієї зі складових транспортної платформи NGN використовуються традиційні IP-мережі, що не включають в себе механізми оптимізації продуктивності, питання підвищення ефективності передачі інформації залишаються як і раніше актуальними.
При традиційній маршрутизації IP-трафік маршрутизируется за допомогою його передачі від однієї точки призначення до іншої і слід до пункту призначення по шляху, що має найменшу сумарну метрику мережевого рівня. Цей шлях може не бути оптимальним, так як він залежить від інформації про статичної метриці каналу. В даному випадку, при виборі шляху не враховуються вільні мережеві ресурси, поточне завантаження каналів, а також вимоги до обслуговування трафіку. Таким чином, якщо найкоротший шлях вже перевантажений, то пакети все одно будуть надсилатися цим шляхом, внаслідок чого буде спостерігатися картина завантаженості одних каналів зв'язку і простою інших. [1]
Даний метод розподілу ресурсів мережі не є ефективним - одні ресурси працюють з перевантаженням, а інші не використовуються зовсім. Таким чином традиційні методи боротьби з перевантаженнями цю проблему вирішити не можуть, тому доцільніше використовувати технологію управління трафіком.
В даний час для вирішення завдання забезпечення ефективного управління трафіком в NGN задіюється технологія інжинірингу трафіку (Traffic Engineering). Під інжинірингом трафіку розуміють методи і механізми збалансованого завантаження всіх ресурсів мережі, а також швидкого відновлення маршрутів після збою за рахунок раціонального вибору шляху проходження трафіку через мережу.
Методи інжинірингу трафіку:
Вихідними даними для методів інжинірингу трафіку є:
1) характеристики передавальної мережі, її топологія, а також продуктивність складових її комутаторів і ліній зв'язку;
2) відомості про запропоновану навантаженні мережі, тобто про потоках трафіку, які мережа повинна передати між своїми прикордонними комутаторами.
Методи інжинірингу трафіку частіше застосовують не до окремих, а до агрегірованнимпотокам, які є об'єднанням декількох потоків. Необхідно відзначити, що агрегування окремих потоків в один можливо тільки в тому випадку, коли всі потоки, що становлять агрегований потік, пред'являють одні й ті ж вимоги до якості обслуговування. Агреговане завдання потоків дозволяє спростити задачу вибору шляхів, так як при індивідуальному розгляді кожного користувача потоку проміжні комутатори повинні зберігати занадто великі обсяги інформації, оскільки індивідуальних потоків може бути дуже багато.
Завдання ТІ полягає у визначенні маршрутів проходження потоків трафіку через мережу, тобто для кожного потоку потрібно знайти точну послідовність проміжних комутаторів і їх інтерфейсів. При цьому маршрути повинні бути такими, щоб усі ресурси мережі були навантажені до максимально можливого рівня, а кожен потік отримував необхідну якість обслуговування. Наприклад, для еластичного трафіку максимальне значення вибирається максимум, ніж коефіцієнт 0,9, а для чутливого до затримок трафіку не більш, ніж 0,5. Однак резервування проводиться не для всіх потоків і потрібно залишити частину пропускної здатності для вільного використання. Тому наведені максимальні значення зазвичай зменшують до 0,75 і 0,25 відповідно. [2]
Технологія MPLS підтримує техніку інжинірингу трафіку. В цьому випадку використовуються модифіковані протоколи сигналізації і маршрутизації, що мають приставку ТІ (Traffic Engineering - інжиніринг трафіку). В цілому такий варіант MPLS отримав назву MPLS ТЕ.
В технології MPLS ТЕ шляху LSP (Label Switched Path) називають ТЕ-тунелями. ТЕ-тунелі прокладаються згідно з технікою маршрутизації від джерела, коли централізовано задаються проміжні вузли маршруту. Ініціатором завдання маршруту для ТЕ-тунелю виступає початковий вузол тунелю, а розраховуватися такий маршрут може як цим же початковим вузлом, так і зовнішньої по відношенню до мережі програмної системою або адміністратором.
MPLS ТЕ підтримує тунелі двох типів:
На малюнку 1 показані обидва типи тунелів.
Мал. 1 ТІ-тунелі в технології MPLS
Незалежно від типу тунелю він завжди має таку параметром, як резервируемая пропускна здатність. Це значення визначаються адміністратором, і технологія MPLS ТЕ ніяк не впливає на цей вибір, вона тільки реалізує запитане резервування. Найчастіше адміністратор оцінює резервовану для тунелю пропускну здатність на підставі вимірювань трафіку в мережі. Деякі реалізації MPLS ТЕ дозволяють потім автоматично коригувати величину зарезервованої пропускної здатності на підставі автоматичних вимірювань реальної інтенсивності трафіку, що проходить через тунель.
Для спрощення задачі оптимізації, вибір шляхів для деякого набору потоків може здійснюється по черзі, при цьому в якості обмеження виступає сумарна завантаження кожного ресурсу мережі. Зазвичай вважається, що внутрішній продуктивності маршрутизатора досить для обслуговування будь-якого трафіку, який здатний прийняти інтерфейси маршрутизатора. Тому в якості обмежень виступають тільки максимально допустимі значення коефіцієнтів завантаження каналів зв'язку, що встановлюються індивідуально або ж має загальне значення. Рішення задачі визначення маршруту з урахуванням обмежень отримало назву Constrained-based Routing, а протокол OSPF з відповідними розширеннями - Constrained SPF, або CSPF.
В технології MPLS TE інформація про знайдений раціональному шляху використовується повністю - т. Е. Запам'ятовується не тільки перший транзитний вузол, як в основному режимі маршрутизації IP, а всі проміжні вузли шляху разом з початковим і кінцевим, т. Е. Маршрутизація проводиться від джерела. Тому досить, щоб пошуком шляхів займалися тільки прикордонні LER мережі, а проміжні LSR лише постачали їм інформацію про поточний стан мережі, яка необхідна для прийняття рішень. Такий підхід володіє декількома перевагами в порівнянні з розподіленою моделлю пошуку шляху, що лежить в основі стандартних протоколів маршрутизації IP:
- він дозволяє використовувати "зовнішні" рішення, коли шляху знаходяться будь-якою системою оптимізації мережі в автономному режимі, а потім прокладаються в мережі;
- кожен з прикордонних LER може працювати за власною версією алгоритму, в той час як при розподіленому пошуку на всіх LSR необхідний ідентичний алгоритм, що ускладнює побудову мережі з обладнанням різних виробників;
- такий підхід розвантажує внутрішні LSR від роботи з пошуку шляхів.
MPLS підтримує кілька механізмів забезпечення відмовостійкості, або механізмів автоматичного защітногопереключеніямаршрута в разі відмови будь-якого елементу мережі: інтерфейсу LSR, лінії зв'язку або LSR в цілому.
У тому випадку, коли шлях є ТЕ-тунелем, в технології MPLS розроблено кілька механізмів його відновлення.
- Відновлення шляху його початковим вузлом. Повторне перебування нового шляху, що ходять по відмовив елемент мережі. Прокладкою нового шляху займається лише один вузол мережі, а саме початковий вузол шляху.
- Захист лінії. Організовується між двома пристроями LSR, безпосередньо з'єднаними лінією зв'язку. Обхідний маршрут знаходиться заздалегідь, до відмови лінії, і заздалегідь прокладається між цими пристроями таким чином, щоб обійти лінію зв'язку в разі її відмови. Захист лінії є тимчасовим заходом, так як паралельно з початком використання обхідного шляху початковий вузол основного шляху починає процедуру його відновлення з допомогою протоколу маршрутизації. Після відновлення основного шляху використання обхідного шляху припиняється. Тимчасовий захист лінії не гарантує ТЕ-тунелю необхідної пропускної спроможності.
- Захист вузла. Обхідний шлях прокладається так, щоб обійти відмовила пристрій. Механізм захисту вузла теж відноситься до механізмів швидкої перемаршрутізаціі і теж є тимчасовим заходом.
- Захист шляху. Доповнення до основного шляху в мережі прокладається шлях, що зв'язує ті ж кінцеві пристрої, але проходить по можливості через пристрої LSR і лінії зв'язку, що не зустрічаються в основному шляху.
В міру ускладнення мереж і зростання вимог до ресурсів, інжиніринг трафіку буде ставати все більш важливим засобом управління мережевими ресурсами, дозволяючи оптимізувати продуктивність, збільшувати загальну ефективність і мінімізувати навантаження.