и передать метку, не дожидаясь прихода сообщения от своего соседа, лежащего ниже по потоку. Например, устройство LSR2 могло бы назначить и передать метку 199 устройству LSR1, не дожидаясь прихода метки 231 от устройства LSR3. Так как метки имеют локаль­ ное значение, результат изменения режима не изменился бы.

Существует также два метода распределения меток —распределение от лежащего ниже по потоку по запросу и без запроса. Для нашего случая это значит, что если бы устрой­ ство LSR2 обнаружило в своей таблице маршрутизации запись о новой сети 132.100.0.0, оно могло бы назначить метку новому пути и передать ее устройству LSR1 без запро­ са. Так как при этом устройство LSR2 не знает своего соседа выше по потоку (таблица маршрутизации не говорит об этом), оно передает эту информацию всем своим соседям по сеансам LDP. В этом варианте работы протокола LDP устройства LSR могут получать альтернативные метки для пути к некоторой сети; а выбор наилучшего пути осуществля­ ется обычным для IP-маршрутизатров (которыми устройства LSR являются по совме­ стительству) способом — на основании наилучшей метрики, выбираемой протоколом маршрутизации.

Как видно из описания, существует два независимых параметра, которые определяют вариант работы протокола LDP: режим управления распределением меток и метод рас­ пределения меток. Так как каждый параметр имеет два значения, всего существует четыре режима работы протокола LDP.

В рамках одного сеанса LDP должен поддерживаться только один из методов распределе­ ния меток —по запросу или без запроса. В то же время в масштабах сети могут одновремен­ но использоваться оба метода. Протокол LDP чаще всего работает в режиме независимого управления распределением меток без запроса.

Упорядоченное управление распределением меток требуется при прокладке путей LSP, необходимых для инжиниринга трафика.

Мониторинг состояния путей LSP

Наличие встроенных в транспортную технологию средств мониторинга состояния соеди­ нений и локализации ошибок (то есть средств ОАМ) является необходимым условием для того, чтобы она претендовала на статус технологии операторского класса. В противном случае ее трудно будет использовать операторам сетей, которым нужно обеспечивать своих многочисленных клиентов транспортным сервисом с высоким коэффициентом готовности (в пределах 0,999-0,99999), как это принято в телекоммуникационных сетях.

Первоначально технология MPLS не имела таких встроенных средств, полагаясь на такие средства стека TCP/IP, как утилиты ping и traceroute (использующие, как вы знаете из главы 17, ІСМР-сообщения Echo Request и Echo Response). Однако классические утилиты ping и traceroute стека TCP/IP не дают корректной информации о состоянии путей LSP, так как они могут переноситься как вдоль, так и в обход этих путей с помощью обычной тех­ ники продвижения пакетов протокола IP. Поэтому позднее был разработан специальный протокол LSP Ping, который позволяет как тестировать работоспособность LSP (режим ping)> так и локализовывать отказы (режим traceroute).

Кроме того, для мониторинга состояния LSP можно применять более экономичный, чем LSP Ping, протокол двунаправленного обнаружения ошибок продвижения (см. далее).

Тестирование путей LSP

В протоколе LSP Ping для тестирования состояния LSP применяется техника, близкая к механизму работы утилиты ping протокола IP. Она заключается в том, что протокол LSP Ping отправляет вдоль тестируемого пути LSP сообщение Echo Request. Если такое сообщение доходит до устройства LER, которое является конечным узлом тестируемого пути LSP, оно отвечает сообщением Echo Replay. Получение исходным узлом такого со­ общения означает, что путь LSP работоспособен.

Описанная схема работы аналогична схеме работы утилиты ping протокола IP, однако она имеет свои особенности, которые мы поясним на примере сети, изображенной на рис. 20.12.

В этом примере устройство LSR1 тестирует состояние пути LSP1, который заканчивается на устройстве LSR8 (для этого пути оно является устройством LER).

Для тестирования пути LSP1 устройство LSR1 отправляет MPLS-пакет с меткой 105 —эта метка соответствует пути LSP1 на линии между устройствами LSR1 и LSR4. Сообщение Echo Request вкладывается в UDP-сообщение, которое, в свою очередь, вкладывается в IP-пакет. На рис. 20.12 показаны только значимые для изучения протокола LSP Ping поля: метка MPLS-кадра, IP-адрес источника (SA), IP-адрес назначения (DA), а также поле FEC, которое идентифицирует тестируемый путь LSP. В нашем примере это IP-адрес сети 105.0.0.0, к которой ведет путь LSP1.

Адрес назначения в IP-пакете, который переносит сообщение Echo Request, равен 127.0.0.1, то есть является адресом обратной петли стека протоколов IP каждого узла. О причине ис­ пользования такого необычного адреса назначения (а не, скажем, IP-адреса интерфейса ко­ нечного узла тестируемого пути LSP) мы расскажем позже, а пока заметим, что адрес 127.0.0.1 должен работать правильно, так как в процессе передачи запроса по сети для его продвиже­ ния используются MPLS-метки, а не IP-адрес назначения. При приходе на конечный узел IP-пакет освобождается от заголовка MPLS (это также может произойти на предыдущем хопе, если применяется техника РНР) и обрабатывается на основе IP-адреса. Так как адрес 127.0.0.1 указывает на собственный узел, то пакет передается собственному стеку TCP/IP, где он распознается как UDP-пакет протокола LSP Ping и обрабатывается соответственно.

Поле FEC посылается в запросе Echo Request для того, чтобы конечный узел пути мог сравнить указанное в пакете значение FEC со значением из его собственной базы данных

для пути, по которому пришел кадр запроса. Такой механизм позволяет отслеживать ситуации, когда запрос вследствие каких-то ошибок приходит не по тому пути, который тестируется.

В том случае, когда запрос благополучно доходит до конечного узла пути, и тот убеждает­ ся, что полученный запрос пришел по нужному пути (то есть полученное значение FEC совпадает со значением FEC из базы данных конечного узла), он отправляет ответ Echo Replay узлу, выполнившему запрос. В нашем случае узел LSR8 отправляет ответ Echo Replay узлу LSR1. Сообщение Echo Replay посылается уже не по пути LSP, а как обычное UDP-сообщение, вложенное в IP-пакет. Если вспомнить, что пути LSP являются одно­ направленными, станет понятно, что это единственное гарантированное решение, так как обратного пути от LSR8 к LSR1 может и не существовать.

Теперь посмотрим, что происходит в том случае, когда по какой-то причине путь LSP поврежден. На рис. 20.13 представлен именно такой случай, когда путь поврежден на по­ следнем своем участке (между устройствами LSR7 и LSR8).

В этой ситуации LSR7 не может отправить MPLS-кадр по назначению, как того требует метка 177, а отбрасывает заголовок MPLS и старается обработать кадр как IP-пакет. Как и в случае исправного пути, адрес 127.0.0.1 требует передачи пакета локальному стеку TCP/IP. Именно этого эффекта и добивались разработчики протокола LSP Ping, выбирая в качестве адреса назначения этот специальный адрес. Узел LSR7 обрабатывает сообщение Echo Request и отправляет сообщение Echo Replay узлу LSR1 с информацией об обнару­ женной ошибке.

Трассировка путей LSP

При неисправном состоянии какого-то отрезка пути LSP сообщение об ошибке не всегда может быть отправлено промежуточным устройством LSP. Возможна и такая ситуация, когда ответ на запрос Echo Request просто не приходит —сеть «молчит», например, потому что отказал промежуточный узел. Для того чтобы локализовать отказавший элемент сети (узел или соединение), протокол LSI? Ping может работать в режиме трассировки пути LSP. Этот режим аналогичен режиму работы утилиты traceroute стека TCP/IP и в нем используется тот же механизм, заключающийся в посылке серии сообщений Echo Request

ции, имеющие приставку ТЕ (Traffic Engineering —инжиниринг трафика). В целом такой вариант MPLS получил название MPLS ТЕ.

В технологии MPLS ТЕ пути LSP называют ТЕ-туннелями. ТЕ-туннели не прокладыва­ ются распределенным способом вдоль путей, находимых обычными протоколами марш­ рутизации независимо в каждом отдельном устройстве LSR. Вместо этого ТЕ-туннели прокладываются в соответствии с техникой маршрутизации от источника, когда центра­ лизованно задаются промежуточные узлы маршрута. В этом отношении ТЕ-туннели по­ добны PVC-каналам в технологиях ATM и Frame Relay. Инициатором задания маршрута для ТЕ-туннеля выступает начальный узел туннеля, а рассчитываться такой маршрут может как этим же начальным узлом, так и внешней по отношению к сети программной системой или администратором.

MPLS ТЕ поддерживает туннели двух типов:

□строгий ТЕ-туннель определяет все промежуточные узлы между двумя пограничными 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. 20.14 показаны оба типа туннелей.

Рис. 20.14.ДватипаТЕ-туннелей втехнологии MPLS

Туннель 1 является примером строгого туннеля, при его задании внешняя система (или администратор сети) указала как начальный и конечный узлы туннеля, так и все проме­ жуточные узлы, то есть последовательность ІР-адресов для устройств LERI, LSR1, LSR2, LSR3, LER3. Таким образом, внешняя система решила задачу инжиниринга трафика, выбрав путь с достаточной неиспользуемой пропускной способностью. При установле­ нии туннеля 1 задается не только последовательность LSR, но и требуемая пропускная способность пути. 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 прокладывается.

При прокладке туннеля 2 (свободного) администратор задает только начальный и конеч­ ный узлы туннеля, то есть устройства LER5 и LER2. Промежуточные устройства LSR4

и LSR2 находятся автоматически начальным узлом туннеля 2, то есть устройством LER5,

азатем с помощью сигнального протокола устройство LER5 сообщает этим и конечному устройствам о необходимости прокладки 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 реализует запрошенное резервирование. Чаще всего администратор оценивает резервируемую для туннеля пропускную способ­ ность на основании измерений трафика в сети, тенденций изменения трафика, а также собственной интуиции. Некоторые реализации MPLS ТЕ позволяют затем автоматически корректировать величину зарезервированной пропускной способности на основании ав­ томатических измерений реальной интенсивности трафика, проходящего через туннель.

Однако сама по себе прокладка в MPLS-сети ТЕ-туннеля еще не означает передачи по нему трафика. Она 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, опре­ деляющих, какие именно пакеты должны передаваться по туннелю. Условия могут быть чрезвычайно разнообразными, так, в качестве признаков агрегированного потока, который должен передаваться по туннелю, могут выступать все традиционные признаки: 1Р-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.

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

Для выбора и проверки путей через туннели в технологи MPLS ТЕ используются расши­ рения 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, обеспечивающие распространение 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, маркируются 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 (шах КЇ) для всех возможных путей.

В общем случае администратору необходимо проложить несколько туннелей для раз­ личных агрегированных потоков. С целью 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 было бы добиваться более рациональной загрузки ресурсов.

ПРИМЕР

В примере, показанном на рис. 20.15, ограничением является максимально допустимое значе­ ние 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 ограниче­ ние удовлетворяется — результирующий коэффициент использования оказывается равным

50 + 40/155 = 0,58. Третий поток направляется по пути A-D-E-C и загружает ресурсы каналов

А-D, D-Е и Е-С на 0,3. Решение 1 можно назвать удовлетворительным, так как коэффициент использования любого ресурса в сети не превышает 0,58.

Рис. 20.15. Зависимость качества решения задачи ТЕ оточередности выбора туннелей

Однако существует лучший способ, представленный в варианте 2. Здесь потоки 2 и 3 были направлены по верхнему пути Л-В-С, 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 равно­ мерная 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 (maxКг) или же при рассмотрении потоков по очереди

в последовательности 2 ,3 ,1.

Несмотря на не оптимальность качества решения, 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 процеду­ рам 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 —появле­ нии новых потоков или изменении интенсивности существующих —найти путь удается только для одного потока.

Возможен также подход, в 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 имитаци­ онного моделирования, способную учесть не только средние интенсивности потоков, но

иих пульсации и оценить не только загрузку ресурсов, но и результирующие параметры QoS —задержки, потери и т. п. После нахождения оптимального решения его можно мо­ дифицировать уже в оперативном режиме поочередного поиска путей.

Втехнологии MPLS ТЕ информация о найденном рациональном пути используется полностью, то есть запоминаются IP-адреса источника, всех транзитных маршрутизаторов

иконечного узла. Поэтому достаточно, чтобы поиском путей занимались только погра­ ничные устройства сети (LER), а промежуточные устройства (LSR) лишь поставляли им информацию о текущем состоянии резервирования пропускной способности каналов.

После нахождения пути независимо от того, найден он был устройством LER или админи­ стратором, его необходимо зафиксировать. Для этого в MPLS ТЕ используется расширение уже рассмотренного нами протокола резервирования ресурсов (RSVP), который часто вэтом случае называют протоколом RSVP ТЕ. Сообщения RSVP ТЕ передаются от одного устройства LSR другому в соответствии с данными о найденных ІР-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 отношения технологий MPLS ТЕ и Q9S. Как видно из описания, основной целью MPLS ТЕ является использование возможностей MPLS для достижения внутренней цели поставщика услуг, а именно сбалансированной загрузки всех ресурсов своей сети. Однако при этом также создается основа для предоставления транс­ портных услуг с гарантированными параметрами QoS, так как трафик по ТЕ-туннелям передается при соблюдении некоторого максимального уровня коэффициента использова­ ния ресурсов. Как мы знаем из материала главы 7, коэффициент использования ресурсов оказывает решающее влияние на процесс образования очереди, так что потоки, передавае­ мые по ТЕ-туннелям, передаются с некоторым гарантированным уровнем QoS.

Для того чтобы обеспечить разные параметры QoS для разных классов трафика, постав­ щику услуг необходимо для каждого класса трафика установить в сети отдельную систему туннелей. При этом для чувствительного к задержкам класса трафика требуется выпол­ нить 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.