Сети и телекоммуникации

471

оценка расстояния между ними, которое должно быть кратным длине ячейки.

При периодическом размещении СП вставляется в передаваемый сигнал

через равные промежутки времени.

Если второй подход уменьшает требуемое время на обработку в узле се-

ти, то первый сокращает временные затраты на выравнивание ячеек при сбоях в канале связи. Поэтому предпочтительнее комбинировать оба подхода (рис.

32.7,в).

На рис. 32.8 представлена зависимость требуемого интервала следования СП от ее длины при различных вероятностях удержания синхронизма для сле-

дующих условий: загрузка сети информационными ячейками — 70%, длина ячейки — 72 октета, максимальный интервал следования синхропоследова-

тельностей — 33 ячейки. Видно, что для P = 0,95 увеличение длины СП более

16...18 двоичных символов не приводит к уменьшению требуемого интервала синхронизации, а следовательно, и не является необходимым. Однако такое уменьшение длины повышает вероятность имитации СП, поэтому необходимо определять значение ее длины с учетом обоих факторов. Возможно применение для синхронизации и уникальных последовательностей (например, некоторые

последовательности Баркера), что позволит еще более сократить их длину без ухудшения качества процесса синхронизации. Но это потребует введения до-

полнительного преобразования ячеек, в частности кодирования со вставкой символов, что усложнит процесс обработки в узлах сети и увеличит задержку доставки сообщений.

Поскольку алгоритмы синхронизации базируются на оценке расстояния между двумя СП, то в канале связи ШЦСИО должны предъявляться жесткие требования к качеству тактовой синхронизации, поскольку любой ее сбой мо-

жет привести к потере информационных ячеек. Для решения этой проблемы можно использовать скремблирование. При этом скремблируется весь переда-

ваемый сигнал, за исключением участка, содержащего СП и указатель, выпол-

няющий функцию установки скремблера/дескреблера. На рис. 32.7,а,б,в стрел-

472

ками показаны моменты установки и сброса скремблера для случая, когда дли-

на СП совпадает с длиной ячейки.

Для улучшения качества восстановления тактовой синхронизации широ-

кополосной сети помимо скремблирования рассматривалось использование ка-

нального кодирования. Однако этот подход часто связан с необходимостью расширения используемой полосы частот, что затрудняет его применение в ШЦСИО.

РАЗДЕЛ VI «СЕТИ С МНОГОПРОТОКОЛЬНОЙ КОММУТАЦИЕЙ НА ОСНОВЕ МАРКЕРОВ ПОТОКА»

Глава 33 Концептуальные основы архитектуры многопротокольной коммутации на основе маркеров потока

Введение

В современных ИТС, ярким примером которых является Интернет-сеть,

пакет сетевого уровня (IP-пакет) доставляется в дейтаграммном режиме от од-

ного маршрутизатора к другому (следующему), и поэтому каждый маршрути-

затор независимо принимает решение о дальнейшей доставке такого пакета. Т.е.

каждый маршрутизатор анализирует заголовок IP-пакета (IP-заголовок), и каж-

дый маршрутизатор реализует алгоритм маршрутизации на сетевом уровне.

Каждый маршрутизатор независимо выбирает следующий ретрансляционный участок (РУ) для IP-пакета, основываясь на анализе IP-заголовка и результатов выполнения алгоритма маршрутизации.

IP-заголовки содержат значительно больше информации, чем это необхо-

димо для простого выбора следующего РУ. Процедура выбора следующего РУ можно представить как выполнение композиции из двух функций (рис. 33.1).

Первая функция разбивает (по заданному критерию) всю совокупность воз-

можных IP-пакетов на множество эквивалентных классов доставки (Forwarding Equivalence Class — FEC). Вторая функция заключается в отображении каждо-

го FEC-класса в следующий РУ. Так как это касается решения о доставке, раз-

личные IP-пакеты, подлежащие отображение в один и тот же FEC-класс, явля-

ются неразличимыми. Все IP-пакеты, принадлежащие соответствующему FEC-

классу и которые поступают из соответствующего сетевого узла, затем будут следовать по одному и тому же РУ (или если используются некоторые типы многонаправленной маршрутизации, то они все будут следовать по одному из совокупности маршрутов, которые относятся к FEC-классу).

475

пакет поступил в сеть. FEC-класс, к которому был «приписан» IP-пакет, коди-

руется с помощью величины, имеющей небольшой фиксированный размер

(длину), который именуется как «маркер потока» (или просто «маркер»). Когда

IP-пакет доставляется на следующий РУ, то маркер передаѐтся вместе с ним.

Т.е. IP-пакеты помечаются (маркируются) ещѐ до начала их доставки.

На последующих РУ анализ IP-заголовков не проводится. Более того,

маркер используется в качестве индекса в таблице, по которому определяется следующий РУ и новый маркер. Старый маркер заменяется новым, а IP-пакет доставляется на свой следующий РУ.

Парадигмой доставки данных в MPLS-системах является то, что после

«приписки» IP-пакета к FEC-классу все последующие маршрутизаторы больше не обрабатывают IP-заголовок. Вся доставка осуществляется на основе марке-

ров. Такой способ обладает рядом следующих преимуществ по сравнению с обычной доставкой данных (коммутацией пакетов на сетевом уровне):

доставка данных в MPLS-системах может быть осуществлена с помощью коммутаторов, которые способны проанализировать и обновить (заме-

нить) поступивший маркер, но которые, либо вообще не способны анали-

зировать IP-заголовки (заголовки сетевого уровня), либо не способны анализировать IP-заголовки (заголовки сетевого уровня) с необходимой скоростью обработки;

после того, как поступивший в сеть IP-пакет был отнесѐн к соответст-

вующему FEC-классу, входной маршрутизатор (маршрутизатор доступа, ingress router), при определении принадлежности к FEC-классу, может использовать любую информацию о IP-пакете, которой он обладает, даже если эта информация не могла быть извлечена из IP-заголовка (заголовка сетевого уровня). Например, IP-пакеты, поступающие на вход через раз-

личные канальные интерфейсы, могут быть отнесены к различным FEC-

классам. В то время как при стандартной коммутации и доставке IP-па-

477

для определения приоритета (precedence) или категории обслуживания (class of service) IP-пакета. Более того, они могут использовать различные правила об-

служивания или пороговые значения для уничтожения разных IP-пакетов.

MPLS-системы позволяют (но не требуют) определять приоритет или катего-

рию обслуживания IP-пакета полностью или частично из самого маркера пото-

ка. В этом случае говорят, что маркер потока представляет собой сочетание

FEC-класса и приоритет или категорию обслуживания IP-пакета.

Аббревиатура «MPLS» означает «Multiprotocol Label Switching» — мно-

гопротокольная коммутация на основе маркеров потока. Термин «многопрото-

кольный» (multiprotocol) означает, что этот вариант способа коммутации паке-

тов приемлем для любого протокола сетевого уровня. В данном стандарте речь пойдѐт о IP-протоколе (Internetworking Protocol— протокол межсетевого взаи-

модействия), как протоколе сетевого уровня. Маршрутизатор, который поддер-

живает MPLS-коммутацию, именуется как «Label Switching Router» или LSR-

маршрутизатор.

Маркеры

Маркер представляет собой идентификатор локального значения, имею-

щий небольшую фиксированную длину и используемый для обозначения FEC-

класса. Маркер, размещѐнный в соответствующем IP-пакете, представляет со-

бой FEC-класс (эквивалентный класс доставки), к которому «приписан» этот

IP-пакет.

Как правило, IP-пакет приписывается к FEC-классу (полностью или час-

тично) на основе имеющегося в его заголовке адреса получателя сетевого уров-

ня (IP-адреса). Однако сам маркер никогда не кодируется (формируется) на ос-

нове этого адрес.

Обозначим два LSR-маршрутизатора как «Ru» и «Rd», тогда они могут со-

гласовать параметры доставки следующим образом: когда Ru транслирует IP-

пакет Rd, первый будет маркировать IP-пакет, используя величину L, только в

478

том случае, если IP-пакет принадлежит соответствующему FEC-классу F. Т.е.

они могут согласовать «связку» маркера L с FEC-классом F только для тех IP-

пакетов, которые транслируются от Ru к Rd. В результате такого согласования маркер L становится «исходящим маркером» для Ru, и «входящим маркером» для Rd, отображая, таким образом, FEC-класс F.

Следует заметить, что маркер L не обязательно представляет FEC-класс F

в каких-либо других IP-пакетах, которые отличаются от IP-пакетов, трансли-

руемых от Ru к Rd. Маркер L является произвольно выбранным значением, «свя-

зываемым» с F, которое, в свою очередь, является локальным по отношению к

Ru и Rd.

Когда речь идѐт о «доставке» IP-пакетов от Ru к Rd, это совсем не означа-

ет, что Ru является источником IP-пакета или Rd является его конечным получа-

телем. В дальнейшем предполагается, что все IP-пакеты, являющиеся «транзит-

ными», также относятся к IP-пакетам, обрабатываемым одним или обоими

LSR-маршрутизаторами.

Иногда весьма трудно или почти невозможно сказать, что в IP-пакет, по-

ступивший в Rd и содержащий маркер L, последний был помещѐн именно Ru, а

никаким другим LSR-маршрутизатором. (Это типичный случай, когда Ru и Rd

не являются напрямую связанными соседями.) В таких ситуациях Rd должен га-

рантировать, что привязка маркера к FEC-классу является взаимно однозначной.

Т.е., Rd обязан не согласовывать с Ru1 привязку маркера L к FEC-классу F1, а

также — привязку маркера L к другому FEC-классу F2 с некоторым другим

LSR-маршрутизатором Ru2, но до тех пор, пока Rd не сможет в любой момент сказать, когда он получил IP-пакет с входящим маркером L, и был ли маркер помещѐн в IP-пакет Ru1 или был ли помещѐн Ru2.

Каждый LSR-маршрутизатор несѐт ответственность за предоставление гарантий того, что он может однозначно интерпретировать свои входящие мар-

керы.

479

LSR-маршрутизаторы нисходящего и восходящего потоков

Предположим, что Ru и Rd согласовали привязку маркера L к FEC-классу

F для пакетов, передаваемых от Ru к Rd. Тогда, в соответствие с указанной при-

вязкой, маршрутизатор Ru — «LSR-маршрутизатор восходящего потока»

(LSRВП), а Rd — «LSR-маршрутизатор нисходящего потока» (LSRНП).

Принято говорить, что один узел является восходящим, а другой — нис-

ходящим, в соответствие с принятой привязкой. А это означает лишь то, что соответствующий маркер отображает определѐнный FEC-класс только в тех IP-

пакетах, которые доставляются от LSRВП к LSRНП. Но это вовсе не означает, что

IP-пакеты, принадлежащие такому FEC-классу, не могли бы в действительно-

сти пройти стандартную процедуру маршрутизации и затем направлены по маршруту от LSRВП к LSRНП.

Промаркированный (помеченный) IP-пакет

«Промаркированный (помеченный) IP-пакет» представляет собой IP-

пакет, в котором размещѐн закодированный маркер потока. В отдельных случа-

ях маркер постоянно размещается в специально предназначенном для него суб-

заголовке, который добавляется к IP-заголовку. В других случаях, маркер мо-

жет постоянно размещаться в уже существующих заголовках канального или сетевого уровней, вплоть до того, что в них существует специальное поле,

предназначенное именно для этих целей. Используемый способ кодирования обязательно должен быть предварительно согласован обеими взаимодейст-

вующими сторонами, и той, которая кодирует маркер, и той, которая декодиру-

ет маркер.

Назначение и распределение маркеров потока

В MPLS-архитектуре решение о привязке определѐнного маркера L к со-

ответствующему FEC-классу F принимается LSR-маршрутизатором, который является LSRНП относительно данной привязки. Затем, LSRНП информирует

480

о наличии привязки. Таким образом, маркеры потоков назначаются

LSRНП, а информация о привязке маркеров распространяется в направлении

«LSRНПLSRВП». Если LSR-маршрутизатор имеет «полномочия» только для поиска маркеров, которые попадают в некоторый численный диапазон, то ему следует просто гарантировать, что он только «привязывает» маркеры из ука-

занного диапазона.

Атрибуты для процедуры привязки маркеров потока

Соответствующая процедура привязки маркера L к FEC-классу F, кото-

рый доставляется от Rd к Ru, может быть связана с использованием определѐн-

ных «атрибутов». Если Ru выступает в роли LSRНП, который также доставляет данные о привязке маркера L к FEC-классу F, то при определѐнных условиях он может быть востребован и для доставки соответствующего атрибута, получен-

ного им от Rd.

Протоколы доставки (распределения) маркеров потока

Протокол доставки (распределения) маркеров потока (label distribution protocol, LDP-протокол, RFC-5036) представляет собой совокупность процедур

(правил проведения информационного обмена), с помощью которых один LSR-

маршрутизатор информирует другого о проведѐнной им процедуре привязки

«маркер/FEC-класс». Два LSR-маршрутизатора, использующие LDP-протокол для обмена информацией о привязке «маркер/FEC-класс», называются «сторо-

нами доставки маркеров потока» (label distribution peers), что соответствует об-

мену между ними информацией о процедуре привязки. Если два LSR-маршру-

тизатора являются «сторонами доставки маркеров потока», то говорят, что они являются «смежными (соседями) относительно доставки маркеров потока».

(Примечание. Два LSR-маршрутизатора могут быть «смежными сторонами доставки маркеров потока» только по отношению к определѐнной совокупности