15.5 Инжиниринг трафика
Инжиниринг трафика ТЕ (Traffic Engineering) представляет функции мониторинга и управления трафиком с тем, чтобы обеспечить нужное качество обслуживания путём рационального использования сетевых ресурсов за счет сбалансированной их загрузки. Этому английскому термину ТЕ соответствует управление разнотипным трафиком в MPLS, отмечая связь рассматриваемых здесь механизмов с задачей обеспечивать разное качество обслуживания QoS трафика разных типов. Принятая в MPLS технология ТЕ, позволяет снять ограничения, присущие протоколам маршрутизации в IP-сетях. Задача максимального использования ресурсов для IP-сетей, лежащих в основе Интернета, не была первоочередной, т.к. Интернет не считался долгое время коммерческой сетью. Поэтому в сетях MPLS необходимо было изменить традиционные подходы к выбору маршрутов. Известно, что все протоколы маршрутизации (RIP, OSPF и другие), выбирают для трафика, направленного в определенную сеть, кратчайший маршрут в соответствии с некоторой метрикой. Выбранный путь может быть более рациональным, например, если в расчёт метрики принимается номинальная пропускная способность каналов связи и менее рациональным, если учитывается только количество промежуточных маршрутизаторов (хопов) между исходной и конечной подсетями. Однако в любом из случаев выбирается единственный маршрут, даже если существует несколько альтернативных путей. Примером неэффективности является IP-сеть сеть с топологией, приведённой на рисунке 15.8. Недостаток методов маршрутизации трафика в IP - сетях заключается в том, что пути выбираются без учета текущей загрузки ресурсов сети. Даже если кратчайший путь уже перегружен, пакеты всё равно посылаются по этому пути. Так, в сети, представленной на рисунке 15.8, верхний путь будет продолжать использоваться даже тогда, когда его ресурсов перестанет хватать для обслуживания трафика от А к Е, а нижний путь будет простаивать, хотя, возможно, ресурсов маршрутизаторов В и С хватило бы для более качественной передачи трафика. Отсюда видна неэффективность методов распределения ресурсов сети - одни ресурсы работают с перегрузкой, а другие не используются вовсе.
Рис. 15.8. Неэффективность кратчайшего пути
Применение в MPLS механизма инжиниринг трафика ТЕ позволяют решить эту проблему, указав два разных пути от маршрутизатора А к маршрутизатору Е, то есть кроме А-В-Е маршрут A-C-D-E. ТЕ лучше использует сетевые ресурсы за счёт перевода части трафика с более загруженного на менее загруженный участок сети. При этом достигается более высокое качество обслуживания трафика, поскольку уменьшается вероятность перегрузки в сети. Кроме того, для услуг, которые требуют выполнения заданных норм качества обслуживания QoS (например, заданного коэффициента потерь пакетов, задержки, джиттера) инжиниринг трафика позволяет обеспечить надлежащее QoS путём назначения явно определённых маршрутов. В технологии MPLS TE пути LSP называют TE-туннелями. TE-туннели не прокладываются распределенным способом вдоль путей, находимых обычными протоколами маршрутизации независимо в каждом отдельном устройстве LSR. Вместо этого TE-туннели прокладываются в соответствии с техникой маршрутизации от источника, когда централизовано задаются промежуточные узлы маршрута. В этом отношении TE-туннели подобны PVC-каналам в технологиях АТМ и Frame Relay. Инициатором задания маршрута для TE-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 TE поддерживает туннеля двух типов:
Строгий TE-туннель – определяет все промежуточные узлы между двумя пограничными устройствами;
Свободный TE-туннель – определяет только часть промежуточных узлов от одного пограничного устройства до другого, а остальные промежуточные узлы выбираются устройством LSR самостоятельно.
На рисунке 15.9 показаны оба типа туннелей. Туннель 1 является примером строгого туннеля, при его задании внешняя система (или администратор сети) указана как начальный и конечный узлы туннеля, так и все промежуточные узлы, то есть последовательность IP-адресов для устройств LER1, LSR1, LSR2, LSR3, LSR4, LER3. Таким образом, внешняя система решила задачу инжиниринга трафика, выбрав путь с достаточной неиспользуемой пропускной способностью. При установлении 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.
Рис. 15.9. Два типа Е-туннелей в технологии MPLS
При прокладке 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 устройства LER5 сообщает этим и конечному устройствам о необходимости прокладки туннеля.
Независимо от типа туннеля он всегда обладает таким параметром, как резервируемая средняя пропускная способность. В нашем примере туннель 1 резервирует для трафика 10 Мбит/с, а туннель 2 резервирует 36 Мбит/с. Эти значения определяются администратором, и технология MPLS TE никак не влияет на их выбор, она только реализует запрошенное резервирование. Чаще всего администратор оценивает резервируемую для туннеля пропускную способность на основании измерений трафика в сети, тенденций изменения трафика. Некоторые реализации MPLS TE позволяют затем автоматически корректировать величину зарезервированной пропускной способности на основании трафика, проходящего через туннель.
Методы инжиниринга трафика чаще применяют не к отдельным, а к агрегированным потокам, которые являются объединением нескольких потоков. Так как мы ищем общий маршрут для нескольких потоков, то агрегировать можно только потоки, имеющие общие точки входа и выхода. 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 подчеркнуть, что агрегирование отдельных потоков в один возможно только в том случае, когда все потоки, составляющие агрегированный поток, предъявляют одни и те же требования к качеству обслуживания.
Однако сама по себе прокладка в MPLS-сети TE-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, определяющих, какие именно пакеты должны передаваться по туннелю. Такими условиями могут быть классы эквивалентности пересылки FEC и классы обслуживания. Устройство LER должно сначала провести классификацию трафика, удостоверившись, что средняя скорость потока не превышает зарезервированную, а затем начать маркировать пакеты, используя начальную метку TE-туннеля, чтобы передать трафик через сеть MPLS.
Для выбора и проверки TE-туннелей используются расширенный протокол маршрутизации OSPF-TE, который распространяет следующую информацию:
максимальная пропускная способность звена (то есть между маршрутизаторами);
максимальная пропускная способность звена, доступная для резервирования;
резервированная на звене пропускная способность;
текущее использование пропускной способности звена.
Располагая такими значениями, а также параметрами потоков, для которых нужно определить TE-туннели, маршрутизатор LER может найти решение наиболее рационального использования ресурсов сети. В качестве критерия для этого используется обычно значение min (max Ki) для всех возможных путей.
В общем случае администратору необходимо проложить несколько туннелей для различных 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 TE-путей по очереди снижает качество решения – при одновременном рассмотрении всех потоков в принципе можно было бы добиваться более рациональной загрузки ресурсов. Покажем это на примере.