Методы инжиниринга трафика

Исходными данными для методов инжиниринга трафика являются:

□ характеристики передающей сети — ее топология, а также производительность составляющих ее коммутаторов и линий связи (рис. 7.15);

□ сведения о предложенной нагрузке сети, то есть о потоках трафика, которые сеть должна передать между своими пограничными коммутаторами (рис. 7.16).

Пусть производительность процессора каждого коммутатора достаточна для об­служивания трафика всех его входных интерфейсов, даже если трафик посту­пает на интерфейс с максимально возможной скоростью, равной пропускной способности интерфейса. Поэтому при резервировании ресурсов будем считать ресурсами пропускную способность линий связи между коммутаторами, которая определяет также пропускную способность двух интерфейсов, связанных этой линией.

Рис. 7.15. Топология сети и производительность ее ресурсов

Рис. 7.16. Предложенная нагрузка

Каждый поток характеризуется точкой входа в сеть, точкой выхода из сети и про­филем трафика. Для получения оптимальных решений можно использовать деталь­ное описание каждого потока, например учитывать величину возможной пульса­ции трафика или требования QoS. Однако поскольку количественно оценить их влияние на работу сети достаточно сложно, а влияние этих параметров на харак­теристики QoS менее значимо, то для нахождения субоптимального распределе­ния путей прохождения потоков через сеть, как правило, учитываются только их средние скорости передачи данных, что и показано на рис. 7.16.

Методы ТЕ чаще работают не с отдельными потоками, а с агрегированными пото­ками, которые являются объединением нескольких потоков. Так как мы ищем общий маршрут для нескольких потоков, то агрегировать можно только потоки, имеющие общие точки входа в сеть и выхода из сети. 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. Необходимо, однако, подчеркнуть, что агрегирование отдельных потоков в один возможно только в том случае, когда все составляющие потоки предъявляют одни и те же требования к качеству об­служивания. Далее в этом разделе мы будем для краткости пользоваться терми­ном «поток» как для индивидуального потока, так и для агрегированного, по­скольку принципы ТЕ от этого не меняются.

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.

Максимальный уровень использования ресурсов выбирается таким образом, чтобы механизмы контроля перегрузки могли обеспечить требуемое качество обслужи­вания. Это означает, что для эластичного трафика максимальное значение выби­рается не больше, чем 0,9, а для чувствительного к задержкам трафика — не боль­ше, чем 0,5. Так как обычно резервирование производится не для всех потоков, то нужно оставить часть пропускной способности для свободного использова­ния. Поэтому приведенные максимальные значения обычно уменьшают до 0,75 и 0,25 соответственно. Для упрощения рассуждений мы будем считать далее, что в сети передается один вид трафика, а потом покажем, как обобщить методы ТЕ для случая трафика нескольких типов.

Существуют различные формальные математические определения задачи ТЕ. Мы здесь ограничимся наиболее простым определением, тем более что сегодня оно чаще всего используется на практике.

Будем считать, что решением задачи ТЕ является такой набор маршрутов для за­данного множества потоков трафика, для которого все значения коэффициентов использования ресурсов вдоль маршрута следования каждого потока не превы­шают некоторого заданного порога К_тах.

На рис. 7.17 показано одно из возможных решений задачи, иллюстрируют кото­рую рис. 7.15 и 7.16. Найденные маршруты гарантируют, что максимальный ко­эффициент использования любого ресурса для любого потока не превышает 0,6.

Рис. 7.17. Распределение нагрузки по сети — выбор путей передачи трафика

Решение задачи ТЕ можно искать ио-разному. Во-первых, можно искать его за­благовременно, в фоновом режиме. Для этого нужно знать исходные данные: то­пологию и производительность сети, а также входные и выходные точки потоков трафика и среднюю скорость передачи данных в них. После этого задачу рацио­нального распределения путей следования трафика при фиксированных точках входа и выхода, а также заданном уровне максимального значения коэффициен­та использования ресурса можно передать некоторой программе, которая, напри­мер, с помощью направленного перебора вариантов найдет решение. Результа­том работы программы будут точные маршруты для каждого потока с указанием всех промежуточных коммутаторов.

Во-вторых, можно решать задачу ТЕ в оперативном режиме, поручив ее самим коммутаторам сети. Для этого используются модификации стандартных прото­колов маршрутизации. Модификация протоколов маршрутизации состоит в том, что они сообщают друг другу не только топологическую информацию, но и теку­щее значение свободной пропускной способности у каждого ресурса.

После того как решение найдено, нужно его реализовать, то есть воплотить в таблицах маршрутизации. На этом этапе может возникнуть проблема — в том случае, если мы хотим проложить эти маршруты в дейтаграммной сети. Дело в том, что таблицы маршрутизации этих сетей учитывают только адреса назначе­ния пакетов. Коммутаторы и маршрутизаторы таких сетей (например, IP-сетей) не работают с потоками, для них поток в явном виде не существует, каждый па­кет при его продвижении является независимой единицей коммутации. Можно сказать, что таблицы продвижения этих сетей отражают только топологию сети (направления продвижения к определенным адресам назначения).

Поэтому привнесение методов резервирования в дейтаграммные сети происхо­дит с большими трудностями. В протоколах резервирования, подобных упомя­нутому ранее протоколу RSVP, используется некоторый дополнительный набор признаков помимо адреса назначения, чтобы определить поток для дейтаграмм- ного маршрутизатора. При этом понятие потока требуется только на этапе резер­вирования, а при продвижении пакетов по-прежнему работает традиционная для этого типа сетей схема, учитывающая только адрес назначения.

Теперь представим ситуацию, когда у нас имеется несколько потоков между двумя конечными узлами, и мы хотим направить их по разным маршрутам. Мы приня­ли такое решение, исходя из баланса загрузки сети, когда решали задачу инжи­ниринга трафика. Дейтаграммный коммутатор или маршрутизатор не имеет воз­можности реализовать наше решение, потому что для всех этих потоков у него в таблице продвижения есть только одна запись, соответствующая общему адресу назначения пакетов этих потоков. Изменять логику работы коммутаторов и мар­шрутизаторов дейтаграммных сетей достаточно нецелесообразно, поскольку это слишком принципиальная модернизация.

Поэтому методы инжиниринга трафика сегодня используются только в сетях с виртуальными каналами, для которых не составляет труда реализовать найден­ное решение для группы потоков. Каждому потоку (или группе потоков с одина­ковыми маршрутами) выделяется виртуальный канал, который прокладывается в соответствии с выбранным маршрутом. Методы инжиниринга трафика успешно применяются в сетях ATM и Frame Relay, работающих на основе техники вирту­альных каналов. IP-сети также опираются на методы ТЕ, когда те используются в сетях ATM или Frame Relay, работающих в составной сети, построенной на ос­нове протокола IP. Существует также новая технология MPLS, которая разрабо­тана специально в качестве средства привнесения техники виртуальных каналов в IP-сети. На основе технологии MPLS в IP-сетях можно также решать задачи ТЕ.

Мы рассмотрим особенности методов ТЕ для каждой отдельной технологии при детальном изучении этих технологий в следующих частях книги.