Контроль качества предоставления услуг (SLA) в сетях IPMPLS. Учебное пособие

Лекция 2. МЕХАНИЗМЫ ПОДДЕРЖКИ КАЧЕСТВА ОБСЛУЖИВАНИЯ В СЕТЯХ IP В ПЛОСКОСТИ КОНТРОЛЯ И АДМИНИСТРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Цели лекции: изучение механизмов поддержки качества обслуживания в сетях IP в плоскости контроля и административного управления.

2.1Управление допуском

Механизм управления допуском (Call Admission Control) контролирует новые заявки на пропуск трафика через сеть, определяя, может ли вновь поступающий трафик привести к перегрузке сети или к ухудшению уровня качества обслуживания для уже имеющегося в сети трафика. Обычно управление допуском построено на определенном наборе правил администрирования, контроля и управления сетевыми ресурсами.

Эти правила могут быть специфицированы в соответствии с потребностями сетевого провайдера или базироваться на соглашении между провайдером и пользователем и включать в свой состав различные параметры QoS. Для удовлетворения требований определенных служб (например, при чрезвычайных обстоятельствах), соответствующему трафику может быть присвоен высший приоритет при доступе в сеть.

Обычно используются три метода управления потоком:

на основе окна;

на основе скорости;

на основе кредита.

Применение метода контроля потока «на основе окна» позволяет ограничить объем потока данных (называемый окном), передаваемый источником, и осуществить регулировку размера окна с помощью обратной связи. Контроль потока на основе окна очень прост. Он был первым методом, использованным в сетях передачи данных. С некоторыми уточнениями метод используется в Интернет.

21

При контроле потока «на основе скорости» вместо размера окна контролируется скорость передачи источника, выражаемая в количестве пакетов, передаваемых за период отклика. Первоначально скорость передачи равна нулю. С каждым периодом отклика коммутатор обеспечивает обратную связь с источником, увеличивая или уменьшая допустимую скорость источника.

При контроле потока “ на основе скорости” обеспечивается более равномерная расстановка пакетов, а также более высокая пропускная способность, по сравнению с управлением на основе окна.

При управлении потоком «на основе кредита» источник может продолжать отправлять пакеты до тех пор, пока отсчет кредита превышает ноль. В каждый период отклика коммутатор посылает сообщения обратной связи, объявляя новое значение кредита каждому источнику. Кредит рассчитывается коммутатором как число оставшихся ячеек в буфере для каждого виртуального соединения.

Метод кредита приводит к очень прерывистой, но регулярной передаче ячеек, позволяет изолировать все виртуальные соединения друг от друга.

2.2Маршрутизация для QoS

2.2.1Общие принципы маршрутизации

Интернет – это комбинация сетей, соединяемых с помощью маршрутизаторов. Когда дейтаграмма идет от источника к пункту назначения, она, вероятнее всего, проходит много маршрутизаторов, пока достигает маршрутизатора, закрепленного за сетью пункта назначения. Маршрутизатор получает пакет от сети и передает его другой сети. Маршрутизатор обычно закрепляется за несколькими сетями. Когда он получает пакет, он должен решить две задачи:

1.к какой сети он должен его передать;

2.по какому пути.

Последнее решение основано на выборе оптимального пути. Какой доступный путь является оптимальным путем? Это

22

обычно определяется метрикой. Метрика – это условная стоимость передачи по сети. Полное измерение конкретного маршрута равно сумме метрик сетей, которые включают в себя маршрут. Маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшей метрикой. Метрика назначается для интерфейса сети в зависимости от типа протокола. Некоторые простые протоколы, подобно протоколу маршрутной информации (RIP – Routing Information Protocol), рассматривают все сети как одинаковые. Тогда стоимость прохождения через каждую сеть — одна и та же, и для определения метрики подсчитываются участки. Так, если пакет, чтобы достигнуть конечного пункта, проходит через 10 сетей, полная стоимость составляет 10 участков.

Другие протоколы, такие как "первоочередное открытие наикратчайших путей" (OSPF — Open Shortest Path First), позво-

ляют администратору назначить стоимость для передачи через сеть, основанную на типе требуемого обслуживания. Маршрут через сеть может иметь различную стоимость (метрику). Например, если для типа сервиса желательна максимальная производительность, спутниковый канал имеет меньшую метрику, чем оптическая линия. С другой стороны, если типу сервера желательна минимальная задержка, оптическая линия имеет меньшую метрику, чем спутниковый канал. OSPF позволяет каждому маршрутизатору иметь таблицу последовательностей маршрутов, основанную на требуемом типе сервиса.

Другие протоколы определяют метрику различно. В протоколе пограничной маршрутизации (BGP — Border Gateway Protocol) критерий — это политика, которую может устанавливать администратор. Политика — это принцип, по которому определяется путь.

В любой метрике маршрутизатор должен иметь таблицы маршрутизации, чтобы консультироваться при дальнейшей передаче пакета. Таблица маршрутизации задает оптимальный путь для пакета. Таблица может быть либо статическая, либо динамическая. Статическая таблица — одна из тех, которые часто не меняются. Динамическая таблица — одна из тех, которая обновляется автоматически, когда имеются изменения где-либо в Интернете. Сегодня Интернет нуждается в динамических таблицах. Таблицы нужно обновлять по мере появления изменений

23

в Интернете. Например, их нужно обновить, когда маршрут вышел из строя, или они должны быть обновлены всякий раз, когда создается лучший маршрут.

Протоколы маршрутизации созданы для отображения требований таблиц динамической маршрутизации. Протокол маршрутизации — комбинация правил и процедур, которые позволяют в Интернете маршрутизаторам информировать друг друга об изменениях. Протоколы маршрутизации также включают процедуры для комбинирования информации, полученной от других маршрутизаторов.

2.2.2 Внутренняя и внешняя маршрутизация

Сегодня Интернет — громадная сеть, так что один протокол маршрутизации не может обрабатывать задачу обновления таблиц всех маршрутизаторов. По этой причине Интернет разделяется на автономные системы. Автономная система (Autonomous System – AS) — группа сетей и маршрутизаторов под управлением одного администратора. Маршрутизация внутри автономной системы отнесена к внутренней маршрутизации. Маршрутизация между автономными системами отнесена к внешней маршрутизации. Каждая автономная система может выбрать протокол внутренней маршрутизации для того, чтобы обрабатывать маршрутизацию внутри автономной системы. Однако для обработки маршрутизации между автономными системами выбирается только один протокол маршрутизации.

Разработано несколько внутренних и внешних протоколов. В этой лекции мы коснемся только наиболее популярных из них — внутренних протоколов RIP и OSPF и одного внешнего протокола BGP. RIP и OSPF используются для обновления таблиц маршрутизации внутри автономной системы. Протокол BGP применяется в обновлении таблиц маршрутизации для маршрутизаторов, которые объединяют вместе автономные системы.

2.2.3 Протокол маршрутной информации (RIP)

Протокол маршрутной информации (RIP – Routing Information Protocol) — внутренний протокол маршрутизации, ис-

24

пользуется внутри автономной системы. Это очень простой протокол, основанный на применении дистанционного вектора маршрутизации.

Используя вектор расстояния маршрутизации, каждый маршрутизатор периодически делится своей информацией о входах в Интернет со своими соседями. Ниже приводятся три основных принципа этого процесса, для того чтобы понять, как работает алгоритм.

Распределение информации о входе в автономную систему. Каждый маршрутизатор распределяет информацию о входе соседним автономным системам. Вначале эта информация может быть не подробной. Однако объем и качество информации не играют роли. Маршрутизатор посылает, во всяком случае, все что имеет.

Распределение только соседям. Каждый маршрутизатор посылает свою информацию только к соседям. Он посылает информацию, которую получает через все интерфейсы.

Распределение через регулярные интервалы. Каждый маршрутизатор посылает свою информацию соседней автономной системе через фиксированные интервалы, например, каждые 30 с.

Каждый маршрутизатор хранит таблицы маршрутизации, имеющие один вход для каждой сети назначения, которую маршрутизатор зарегистрировал. Вход содержит:

адрес сети пункта назначения,

кратчайший путь для того, чтобы достичь пункта назначения, отсчитываемый в участках,

следующий участок (следующий маршрутизатор), к которому должен быть доставлен пакет по пути к своему конечному пункту назначения,

счетчик участков – это число сетей, которые пакет пересечет для достижения своего конечного пункта

назначения.

Таблица может содержать другую информацию, такую как маску подсети (или префикс) или время, когда этот вход был обновлен. табл. 2.1. показывает пример таблицы маршрутизации.

25

Таблица. 2.1 Таблица вектора расстояния маршрутизации

RIP версии 2 был разработан для преодоления некоторых недостатков версии 1. Разработчики версии 2 не дополнили длину сообщения для каждого входа. Они только заменили те поля в версии 1, которые были заполнены нулями для TCP/IPпротокола, некоторыми новыми полями.

2.2.4 Первоочередное открытие кратчайших путей

(OSPF — Open Shortest Path First)

Протокол "первоочередное открытие кратчайших путей" (OSPF — Open Shortest Path First) — это другой внутренний протокол, который получил популярность. Его область также автономные системы. Специальный маршрутизатор, называемый пограничным маршрутизатором автономных систем, отвечает за распространение информации об автономных системах в текущей системе. Для того чтобы обработать маршрутизацию эффективно и вовремя, OSPF разделяет автономную систему на зоны.

Зона — это набор всех сетей, хостов и маршрутизаторов, содержащихся в автономной системе (рис. 2.1). Автономная система может разделяться на много различных зон. Все сети внутри зоны должны быть соединены.

26

Рис. 2.1 Зоны автономной системы

Маршрутизаторы внутри зоны содержат зоновую информацию маршрутизации. На границе зоны специальные маршрутизаторы, называемые пограничными маршрутизаторами зоны, суммируют информацию о зоне и посылают другим зонам. Среди зон внутри автономной системы есть специальная зона, называемая основной. Все другие зоны внутри автономной системы должны быть подсоединены к основной. Иначе говоря, основная зона обслуживает как первичная зона, а другие зоны

— как вторичные. Однако это не означает, что маршрутизаторы в пределах зон не могут соединяться каждый с каждым.

Маршрутизатор внутри основной зоны называется основным маршрутизатором. Заметим, что основной маршрутизатор может также быть пограничным маршрутизатором.

Отметим одну из проблем: если соединение между основной зоной и любой зоной пересекает другую зону, то администрация должна создать виртуальную линию между маршрутизаторами для обеспечения постоянных функций основной зоны как первичной зоны. Каждая зона имеет идентификатор зоны.

Протокол OSPF позволяет администратору назначать стоимость, называемую метрикой, для каждого маршрута. Метрика может быть основана на типе сервиса (минимальная задержка, максимальное число переприемов и так далее). Фактически, маршрутизатор может иметь множество таблиц, каждая из которых базируется на различном типе сервиса.

Для обновления таблиц маршрутизации OSPF использует

маршрутизацию по состоянию канала. Маршрутизация по

27

состоянию линии — процесс, при помощи которого каждый маршрутизатор распространяет свою информацию о его соседях каждому маршрутизатору в зоне.

Ниже приводятся три основных положения для понимания того, как работает метод.

1.Распределение информации об окружении. Каждый маршрутизатор посылает информацию о состоянии своего окружения для каждого другого маршрутизатора зоны.

2.Распределение информации другим маршрутизатором. Каждый маршрутизатор посылает информацию о состоянии окружения для каждого другого маршрутизатора зоны. Он делает это с помощью волнового процесса. При его помощи маршрутизатор посылает свою информацию всем другим соседям (через все выходные порты). Каждый сосед посылает пакет ко всем его соседям, и так далее. Каждый маршрутизатор, который получает пакет, посылает копии для каждого своего соседа. В конечном счете, каждый маршрутизатор (без исключения) получает копию одной и той же информации.

3.Распределение информации, когда имеются изменения. Каждый маршрутизатор распределяет информацию о состоянии его окружения, только когда есть изменения. Это правило резко отличается от дистанционного вектора маршрутизации, где информация рассылается через регулярные интервалы, не принимая во внимание

изменения.

Идея маршрутизации по состоянию линии – это то, что каждый маршрутизатор должен иметь точную топологию Интернета на каждый момент. Другими словами, каждый маршрутизатор должен иметь полную "картину" Интернета. Исходя из этой топологии, маршрутизатор может вычислить самый короткий путь между ним самим и каждой сетью. Топология здесь означает граф существующих узлов и границ. Однако для того чтобы представить Интернет графом, нам нужно привести некоторые определения.

28

В OSPF-терминологии соединение называется связь (link). Определены четыре типа связи: "точка-точка", транзит, ответвление и виртуальная.

Связь "точка-точка". Связь "точка-точка" соединяет два маршрутизатора без участия любого другого хоста или маршрутизатора между ними. Другими словами, цель связи (сети) — соединить два маршрутизатора. Например, этот тип связи представляют два маршрутизатора, соединенные телефонной линией или уплотненной линией.

Для этого типа связи не нужно назначать сетевые адреса. Графически маршрутизатор представляется узлами графа, и связь представляется двунаправленной границей, соединяющей эти узлы. Метрика, которая обычно одна и та же, показана для двух концов, одна в каждом направлении. Другими словами, каждый маршрутизатор имеет только одного соседа на другой стороне линии (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Связь "точка-точка"

Транзитная связь – это сеть с несколькими маршрутизаторами, соединенными линиями. Данные могут войти в сеть через любой маршрутизатор и покинуть сеть через любой другой. Все локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN) с двумя и более маршрутизаторами являются связями этого типа. В этом случае, каждый маршрутизатор имеет несколько соседей. Например, рассмотрим сеть Ethernet на рис. 2.3а. Маршрутизатор A имеет соседей B, C, D. Маршрутизатор B имеет соседей A, C, D. Отношение соседей в этой ситуации показано в виде графа на рис. 2.3а.

На рис. 2.3б. показана транзитная связь в сети типа "каждый с каждым". Такой тип подключения требует обмена каждого маршрутизатора с большим числом маршрутизаторов. Это не эффективно и попросту не реалистично.

Для такой сети реальным является назначение узлового маршрутизатора (рис. 2.3б.).

29

Рис. 2.3 Транзитная связь

Теперь каждый маршрутизатор имеет только одного соседа, назначенный маршрутизатор (сеть) имеет четырех соседей. Мы видим, что число оповещаемых соседей уменьшилось до 8 (поскольку связь двунаправленная). Однако пока имеется метрика от каждого узла к назначенному маршрутизатору, нет метрики от назначенного маршрутизатора ни к одному узлу. Причина в том, что назначенный маршрутизатор является единственным представителем сети для внешнего мира.

Ответвление связи – это сеть, которая подключает только один маршрутизатор. Пакеты данных вводятся сетью через отдельный маршрутизатор и покидают сеть через тот же самый маршрутизатор. Это специальный случай транзитной сети.

Виртуальная линия. Когда линия между двумя маршрутизаторами повреждена, администратор может создать виртуальную линию между ними, используя более длинный путь, который, вероятнее всего, пройдет через несколько маршрутизаторов.

Для того чтобы распределять информацию о соседях,

каждый вход распределяет извещения о состоянии связи (Link State Advertisements – LSAs). LSA извещают состояние доступа к связи. В зависимости от типа доступа, мы можем определить пять типов различных извещений о состоянии связи (LSAs), которые различаются объектами рассылки:

30