Маршрутизація на основі обмежень

Маршрутизація на основі обмежень (constraint-based routing) використовує в якості вхідних даних розглянуті вище атрибути, пов'язані з потоками трафіку, атрибути, пов'язані з ресурсами, а також іншу інформацію, що характеризує поточну топологію мережі, і дає можливість резервувати за запитом ресурси для управління трафіком. При цьому вона може співіснувати з наявними IGP-протоколами маршрутизації, що працюють за принципом hop-by-hop.

Базуючись на названій інформації, процес маршрутизації на основі обмежень автоматично обчислює маршрут для кожного потоку, що виходить від певного вузла. Результат обчислень являє собою специфікацію маршруту, який задовольняє вимогам, записаним в атрибутах потоку трафіку. Обмеження формулюються на основі відомостей про доступність ресурсів, адміністративної політики і топологічної інформації. Маршрутизація на основі обмежень призначена для того, щоб максимально скоротити обсяг робіт, пов'язаних з ручною конфігурацією і ступінь участі адміністратора в реалізації політики управління трафіком. Відомо, що для більшості реальних ситуацій проблема маршрутизації на основі обмежень важко вирішується. Однак на практиці для знаходження прийнятного маршруту може використовуватися наступний простий метод. Спочатку відкидаються ресурси, які не задовольняють вимогам атрибутів потоку трафіку. Потім для графа зв'язків, що залишився, запускається алгоритм пошуку найкоротшого шляху. Оптимізація зазвичай зводиться до мінімізації перевантаження. Але у випадку, коли потрібно маршрутизувати пакети декількох потоків трафіку, тобто пакети кількох FEC, запропонований алгоритм не завжди дозволяє знайти рішення, навіть якщо таке існує. При реалізації маршрутизації на основі обмежень в мережевих пристроях необхідна наявність:

- механізмів обміну інформацією про топологічний статус (даних про доступність ресурсів, інформації про стан зв'язку, інформації про атрибути ресурсів);

- механізмів роботи з інформацією про топологічний статус;

- засобів взаємодії між процесами маршрутизації на основі обмежень і процесами традиційних IGP;

- механізмів, що забезпечують адаптивність ланок і трактів;

- механізмів, що забезпечують стійкість і живучість трактів.

Механізми TE в MPLS

Iнжиніринг трафіку в MPLS заснований на управлінні наборами атрибутів, значення яких враховуються при виборі маршрутів для створюваних в MPLS-мережі LSP і LSP-тунелів. Тепер спробуємо описати загальну картину роботи програми ТЕ в MPLS. Основними компонентами підсистеми ТЕ є:



- для користувача інтерфейс, через який адміністратор мережі може управляти політикою TE ;

- IGP-компонент, який поширює інформацію про топологію мережі і відомості про стан мережевих ресурсів;

- маршрутизація на основі обмежень - модуль, який проводить розрахунок маршруту в мережі MPLS на основі інформації, одержуваної від користувача інтерфейсу і IGP-компонента;

- компонент сигналізації для створення та підтримки LSP (або LSP - тунелю), для управління LSP (LSP - тунелем) і для резервування мережевих ресурсів;

- компонент пересилання даних, в якості якого виступає сама мережа MPLS. Нагадаємо, що TE - це механізм оптимізації мережі, і тому мережеві вузли, поряд з обчисленням маршрутів на основі обмежень, повинні вміти розраховувати традиційні маршрути згідно з алгоритмом SPF. Функціональна модель такого LSR - ТЕ мережі MPLS представлена ​​на рис. 5.

Рис. 5 Модель LSR з функціями ТЕ

LSR з функціями ТЕ має дві окремі бази даних: одну - традиційну Link-State Database (LSD), а іншу - Traffic Engineering Database (TED), де зберігаються атрибути ланок і топологічна інформація. При використанні в мережі MPLS механізмів TE спочатку необхідно отримати статистичні дані про трафік. Зручніше збирати статистичні дані не по ланках, а по LSP, так як в цьому випадку видно обсяг трафіку між LSR для кожної пари вузлів мережі. Для пояснення наведемо приклад, представлений на рис. 6 та 7.

Рис. 6 трафік ланок

Якщо збирати статистичні дані по ланках (рис. 6), то незрозуміло, який обсяг трафіку адресований від маршрутизатора LSR2 маршрутизатора LSR6, а який - маршрутизатора LSR5. Збираючи ж статистичні дані по LSP, як це показано на рис. 7, можна побачити, наприклад, що по LSP від LSR2 до LSR6 передається 300Кбіт/с, по LSP від LSR2 до LSR5 через LSR6 - 700 Кбіт/с і по LSP від LSR6 до LSR5 - 300 Кбіт/с.



Рис. 7 трафік LSP

Можлива ситуація, коли отримувати статистичні дані не потрібно, наприклад, коли адміністратор заздалегідь знає, яка наскрізна пропускна здатність йому буде потрібна між двома вузлами мережі. Так чи інакше, тепер адміністратор може сформувати вимоги до пропускної здатності за напрямками, причому це може бути виконано як вручну, так і за допомогою засобів автоматизації. Ці вимоги адміністратор повідомляє систему через інтерфейс користувача. У процесі експлуатації мережі MPLS розширені маршрутні IGP-протоколи, такі як OSPF-TE і IS-IS-TE, поширюють в мережі наступну інформацію про топологію мережі і стан ресурсів:

- максимальна пропускна здатність ланки,

- максимальна пропускна здатність ланки, доступна для резервування,

- резервована на ланці пропускна здатність,

- поточне використання пропускної здатності,

- «колір» ресурсу.

Оскільки стан мережевих ресурсів змінюється набагато частіше, ніж топологія мережі, ці розширені версії протоколів OSPF і IS-IS створюють в мережі більш інтенсивний службовий трафік, ніж базові протоколи, однак це виправдані витрати. При маршрутизації, заснованої на обмеженнях (CSPF - маршрутизації), модуль маршрутизації обчислює маршрут в мережі, використовуючи інформацію, що зберігається в TED. Розрахунок може бути тактичним або стратегічним.

Тактичний розрахунок використовується при виникненні аварій або перевантажень на маршруті, і замість розрахованого маршруту, наприклад, IGP - протоколом, буде автоматично створений обхідний TE-маршрут.

Стратегічний розрахунок може бути розділений на online і offline маршрутизацію. При стратегічній online - маршрутизації всі ТЕ-маршрути (і ТЕ-тунелі) обчислюються між прикордонними вузлами MPLS-домену у відповідності з заданими обмеженнями, і виробляється відповідне резервування ресурсів, причому обчислення виконують самі вузли.

Стратегічна offline - маршрутизація відрізняється від online - маршрутизації тільки тим, що для обчислення всіх маршрутів використовується окремий сервер, що має спільне бачення мережі та її ресурсів. Таким чином, при offline - маршрутизації можна добитися найбільш ефективного використання мережевих ресурсів, так як в мережі не виникатиме суперечливих запитів резервування, а при обчисленні маршруту будуть враховуватися і інші маршрути (ТЕ-тунелі).

Але online-маршрутизація швидше адаптується до змін, що відбуваються в мережі, тому на практиці ці два підходи часто використовуються спільно: LSP розраховує offline-сервер, а online-маршрутизація запускається лише тоді, коли робочі характеристики LSP перестають задовольняти пропонованим до них вимогам, або відбувається помітна зміна стану мережі. Крім того, процеси offline- і online-маршрутизації можуть запускатися з різним періодом, причому перший з них, що має більший період, обчислює маршрути, а другий проводить їх корекцію.

Обчислені таким чином маршрути для LSP дозволяють організувати в MPLS-мережі самі тракти. Вони створюються засобами зображеного в правій частині рис. 5 компонента сигналізації. Модуль маршрутизації передає в сигнальний модуль дані про послідовність абстрактних вузлів. При створенні кожного LSP відбувається обмін протокольними повідомленнями, в процесі якого уздовж маршруту розподіляються мітки і резервуються мережеві ресурси. Можуть також враховуватися пріоритетності створюваних LSP, вироблятися витіснення низькопріоритетного трафіку і оброблятися ситуації суперництва за ресурси.

Після того як всі LSP створені, підсистема TE продовжує ефективно їх підтримувати, використовуючи свої додаткові можливості. Тут не можна не згадати про таку функцію, як швидка ремаршрутизація FRR (Fast ReRoute). Оскільки з появою потужних і продуктивних маршрутизаторів можливості MPLS, що спрощують процес маршрутизації, поступово відходять у тінь, основними перевагами цієї технології стають, по-перше, гнучке управління проходженням трафіку (власне, основне завдання TE) і, по-друге, саме FRR.

Важливість швидкої ремаршрутизаціі обумовлена ​​тим, що для оператора втрати при виході ланки з ладу є досить небезпечними. Зрозуміло, про таку ситуацію буде інформований крайній маршрутизатор, він зробить спробу створити новий LSP (LSP - тунель) в обхід пошкодженої ділянки мережі, але через затримки, що виникають при передачі сигнальних повідомлень до кінцевого вузла в процесі розрахунку нового маршруту, можуть відбутися відчутні втрати даних в несправній ланці. FRR забезпечує захист від цих втрат, ремаршрутизуючи трафік, що проходить по LSP, в обхід пошкодженої ланки. При цьому рішення про ремаршрутизацію приймається вузлом, безпосередньо з'єднаним з несправною ланкою. Така локальна ремаршрутизація дозволяє запобігти подальшій втраті пакетів і виграти час для того, щоб інформувати крайній вузол і створити новий LSP. Наведений на рис. 8 приклад показує, як FRR використовується для захисту трафіку, що переноситься між вузлами LSR1і LSR4 при проході через ланку LSR2 - LSR3. Для LSP від LSR1 до LSR4 через LSR2 і LSR3 використовуються мітки 25 і 9. Для захисту ланки LSR2 - LSR3 створюється резервний тунель від LSR2 до LSR3, що проходить через вузли LSR5 і LSR6. У цьому резервному тунелі будуть використовуватися мітки 38 і 15. Коли LSR2 виявить, що ланка між ним і LSR3 стало недоступною, він просто відправить трафік, адресований в сторону LSR3, до резервного тунелю. Це виконується розташуванням мітки 38 наверх стека після виконання звичайної процедури Label Swapping (заміни мітки 25 міткою 9).

Рис. 8 Приклад застосування FRR

Крім того, що FRR забезпечує додаткову надійність при передачі трафіку, вона є дуже добре масштабованим рішенням, оскільки всі LSP, що проходять через пошкоджену ланка, можуть бути переведені в єдиний резервний тунель, створений з урахуванням тих же обмежень, що і при розрахунку захищених LSP.


6088929093286125.html
6088958715676501.html
    PR.RU™