Технология MPLS ТЕ

Технология MPLS ТЕ служит для прокладки в сети путей коммутации по мет­кам, обеспечивающих гарантированную среднюю пропускную способность в соот­ветствии с принципами инжиниринга трафика, описанными в главе 7. В этом за­ключается основное отличие технологии MPLS ТЕ от технологии MPLS IGP, которая обеспечивает прокладку путей коммутации по меткам, исходя из извест­ной топологии составной сети, а трафик при этом игнорируется.

Кроме того, в отличие от MPLS IGP в технологии MPLS ТЕ пути коммутации по меткам, называемые здесь ТЕ-туннелями, не прокладываются автоматически. ТЕ-туннели прокладываются только по инициативе администратора сети, и в этом отношении ТЕ-туннели подобны каналам PVC в технологиях ATM и Frame Relay.

MPLS ТЕ поддерживает туннели двух типов:

□ строгий ТЕ-туннель определяет все промежуточные узлы между двумя по­граничным устройствами;

□ свободный ТЕ-туннель определяет только часть промежуточных узлов от од­ного пограничного устройства до другого, а остальные промежуточные узлы выбираются устройством LSR самостоятельно.

На рис. 22.14 показаны оба типа туннелей.

Туннель 1 является примером строгого туннеля, при его задании администратор указал как начальный и конечный узлы туннеля, так и все промежуточные узлы, то есть последовательность IP-адресов для устройств LER1, LSR1, LSR2, LSR3, LER3. Таким образом, администратор сам решил задачу инжиниринга трафика, выбрав путь, вдоль которого существует достаточная неиспользуемая пропуск­ная способность. Администратор при установлении туннеля 1 задает не только последовательность адресов, но и требуемую пропускную способность. Несмот­ря на то что выбор пути происходит в автономном режиме, все устройства сети вдоль туннеля 1 проверяют, действительно ли они обладают запрошенной неис­пользуемой пропускной способностью, и только в случае положительного ответа туннель устанавливается.

При установке туннеля 2 (свободного) администратор задает только начальный и конечный узлы туннеля, то есть устройства LER5 и LER2. Промежуточные устройства LSR4 и LSR2 находятся автоматически начальным узлом туннеля 2, то есть устройством LER5, а затем с помощью сигнального протокола устройст­во LER5 сообщает этим и конечному устройствам о необходимости установле­ния туннеля.

Независимо от типа туннеля он всегда обладает таким параметром, как резерви­руемая пропускная способность. В нашем примере туннель 1 резервирует для трафика 10 Мбит/с, а туннель 2 — 36 Мбит/с. Эти значения определяются адми­нистратором, и технология MPLS ТЕ никак не влияет на их выбор, она только отрабатывает запрошенное резервирование. Чаще всего администратор оценивает резервируемую для туннеля пропускную способность на основании измерений трафика в сети, тенденций изменения трафика, а также собственной интуиции. Некоторые реализации MPLS ТЕ позволяют затем автоматически скорректировать величину зарезервированной пропускной способности на основании автоматиче ­ских измерений реальной интенсивности трафика, проходящего через туннель.

Однако само по себе установление в MPLS-сети ТЕ-туннеля еще не означает пе­редачи по нему трафика. Оно означает только то, что в сети действительно суще­ствует возможность передачи трафика по туннелю со средней скоростью, не пре­вышающей зарезервированное значение. Для того чтобы данные были переданы по туннелю, администратору предстоит еще одна ручная процедура: задание для начального устройства туннеля условий, определяющих, какие именно пакеты должны передаваться по туннелю. Условия могут быть весьма разнообразными; в качестве признаков агрегированного потока, который должен передаваться но туннелю, могут выступать все традиционные признаки: IP-адрес назначения и источника, тип протокола, номера TCP- и UDP-портов, номер интерфейса вхо­дящего трафика, значения приоритета в протоколах DSCP и IP и т. д.

Таким образом» устройство должно сначала провести классификацию трафика, затем выполнить профилирование; удостоверившись, что средняя скорость потока не превышает зарезервированную, и наконец, н&ч$тъ м&ркировать пакеты, используя начальную метку ТЕ- туннеля, чтобы передавать трафйк через, сеть с иомощьр техники MPLS, В этом случае рас­четы, выполненные на этапе выбора пути для туннеля, дадут нужный результат — баланс ре­сурсов сети при соблюдений средней скорости дгш каждого потока.

Однако мы еще не рассмотрели специфический набор протоколов, которые уст­ройства LER и LSR сети используют для прокладки свободных туннелей или проверки работоспособности созданных администратором строгих туннелей.

Для выбора и проверки путей через туннели в технологии MPLS ТЕ использу­ются расширения протоколов маршрутизации, работающих на основе алгоритма состояния связей. Сегодня такие расширения стандартизованы для протоколов OSPF и IS-IS. Для решения задачи ТЕ в протоколы OSPF и IS-IS включены новые типы объявлений для распространения по сети информации о номиналь­ной и незарезервированной (доступной для ТЕ-потоков) величинах пропускной способности каждой связи. Таким образом, ребра результирующего графа сети, создаваемого в топологической базе каждого устройства LER или LSR, будут маркированы этими двумя дополнительными параметрами. Располагая таким графом, а также параметрами потоков, для которых нужно определить ТЕ-пути, устройство LER может найти рациональное решение, удовлетворяющее одному из сформулированных в главе 7 ограничений на использование ресурсов сети. Чаще всего решение ищется по наиболее простому критерию, который состоит в минимизации максимального значения коэффициента использования вдоль выбранного пути, то есть критерием оптимизации пути является значение min {К_шах j} для всех возможных путей.

В общем случае администратору необходимо проложить несколько туннелей для различных агрегированных потоков. Для упрощения задачи оптимизации выбор путей для этих туннелей обычно осуществляется по очереди, причем админист­ратор определяет очередность на основе своей интуиции. Очевидно, что поиск ТЕ-путей по очереди снижает качество решения — при одновременном рассмот­рении всех потоков в принципе можно добиться более рациональной загрузки ресурсов.

Пример

В примере, показанном на рис. 22Л5, ограничением является максимально допусти­мое значение коэффициента использования ресурсов, равное 0,65. В варианте 1 реше­ние было найдено при очередности рассмотрения потоков 1, 2, 3. Для первого потока был выбран путь А-В-С, так как в этом случае он, с одной стороны, удовлетворяет ог­раничению (все ресурсы вдоль пути — каналы А-В, А-С и соответствующие интерфей­сы маршрутизаторов оказываются загруженными на 50/155 = 0,32), а с другой — обла­дает минимальной метрикой (65 + 65 = 130). Для второго потока также был выбран путь А-В-С, так как и в этом случае ограничение удовлетворяется — результирующий коэффициент использования оказывается равным 50 + 40/155 = 0,58. Третий поток направляется по пути A-D-E-C и загружает ресурсы каналов A-D, D-E и Е-С на 0,3. Решение 1 можно назвать удовлетворительным, так как коэффициент использования любого ресурса в сети не превышает 0,58.

Однако существует лучший способ, представленный в варианте 2. Здесь по верхнему пути А-В-С были направлены потоки 2 и 3, а поток 1 — по нижнему пути A-D-E-C. Ресурсы верхнего пути оказываются загруженными на 0,45, а нижнего — на 0,5, то есть налицо более равномерная загрузка ресурсов, а максимальный коэффициент исполь­зования всех ресурсов сети не превышает 0,5. Этот вариант может быть получен при одновременном рассмотрении всех трех потоков с учетом ограничения min (max Ki) или же при рассмотрении потоков по очереди в последовательности 2, 3, 1.

Тем не менее в производимом сегодня оборудовании применяется вариант тех­нологии MPLS ТЕ с последовательным рассмотрением потоков. Он проще в реа­лизации и ближе к стандартным для протоколов OSPF и IS-IS процедурам нахо­ждения кратчайшего пути для одной сети назначения (в отсутствие ограничений найденное решение для набора кратчайших путей не зависит от последователь­ности учета сетей, для которых производился поиск). Кроме того, при измене­нии ситуации — появлении новых потоков или изменении интенсивности суще­ствующих — найти путь удается только для одного потока.

Возможен также способ, при котором внешняя по отношению к сети вычисли­тельная система, работающая в автономном режиме, определяет оптимальное ре­шение для набора потоков. Это может быть достаточно сложная система, кото­рая включает подсистему имитационного моделирования, способную учесть не только средние интенсивности потоков, но и их пульсации, и оценить не только загрузку ресурсов, но и результирующие параметры QoS — задержки, потери и т. п. После нахождения оптимального решения его можно модифицировать уже в опе­ративном режиме поочередного поиска путей.

В технологии MPLS ТЕ информация о найденном рациональном пути использу­ется полностью — то есть запоминаются IP-адреса источника, всех транзитных маршрутизаторов и конечного узла. Вспомним, такая маршрутизация называет­ся маршрутизацией от источника. Поэтому достаточно, чтобы поиском путей занимались только пограничные устройства сети (LER), а промежуточные уст­ройства (LSR) лишь поставляли им информацию о текущем состоянии резерви­рования пропускной способности каналов.

М = 100 R = mn/1R5

После нахождения пути независимо от того, найден он был устройством LER или администратором, его необходимо зафиксировать. Для этого в MPLS ТЕ ис­пользуется расширение уже рассмотренного нами протокола резервирования ре­сурсов (RSVP), который часто в этом случае называют протоколом 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.

В заключение рассмотрим вопрос о соотношении технологий MPLS ТЕ и QoS. Как видно из описания, основной целью MPLS ТЕ является использование воз­можностей MPLS для достижения внутренней цели поставщика услуг, а именно достижения сбалансированной загрузки всех ресурсов своей сети. Однако при этом также создается основа для предоставления транспортных услуг с гаранти­рованными параметрами QoS, так как трафик по ТЕ-туннелям передается при соблюдении некоторого максимального уровня коэффициента использования ресурсов. Как мы знаем из материала главы 7, коэффициент использования ре­сурсов оказывает решающее влияние на процесс образования очереди, так что потоки, передаваемые по ТЕ-туннелям, передаются с некоторым гарантирован­ным уровнем QoS.

Для того чтобы обеспечить разные параметры QoS для разных классов трафика, поставщику услуг необходимо для каждого класса трафика установить в сети от­дельную систему туннелей. При этом для чувствительного к задержкам классам трафика нужно выполнить резервирование таким образом, чтобы максимальный коэффициент использования ресурсов туннеля находился в диапазоне 0,2-0,3, иначе задержки пакетов и их вариации выйдут за допустимые пределы.