Размещено на http://www.allbest.ru/

Перелік позначень та скорочень

Телекомунікаційні мережі усе більш відповідають терміну «глобальні» і вже практично не залишилося комп'ютерів (а також інших «розумних пристроїв»: смартфонов, коммуникаторов, ноутбуків і субноутбуків, навігаторів і тому подібних), які не мають виходу до Всесвітньої павутини, тобто що не є членами глобальної телекомунікаційної мережі. При цьому різні пристрої створюють унікальний трафік. Для одних користувачів та їх пристроїв важливе листування електронною поштою, інші - є файловими серверами, треті - беруть участь в аудио- та відеоконференціях, четверті - завантажують карти місцевості з великою роздільною здатність, п'яті, - отримують FULLHD відео-контент завдяки послузі IPTV. Продовжувати цей список можна нескінченно, але означає він одне - величезну неоднорідність передаваної інформації по об'ємах, призначенню, терміновості, часу, завадостійкості, вимогам до безпеки передачі. Саме тому будь-яка транспортна система ефективна лише за умови, що вона підтримує динамічну рівновагу і пристосовується до умов і завдань, що швидко змінюються. Сучасна технологія повинна, грубо кажучи, «самооптимізуватися» в реальному часі. Наприклад, велика проблема телекомунікації - гігантські пульсації рівню трафіку. Якщо телефонний трафік пульсує максимум в 5-15 разів, то при передачі даних - це вже сотні тисяч разів [21]. Кажучи про мережі IP і NGN, потрібно враховувати, що десятки тисяч комп'ютерів (а кожен з них здатний породити сотні мегабіт трафіку в секунду), об'єднаних в одну мережу, можуть давати колосальні сплески і спади трафіку. Технології SDH і АТМ в моменти зростання трафіку не здатні динамічно надавати велику смугу пропускання, а в моменти спаду не в змозі утилізувати вільну смугу.

При цьому не можна забувати, що в новій ідеології телекомунікаційних мереж, поняття «Транспортна мережа» відрізняється від звичного поняття «первинна мережа» і є ширшим:

1. Транспортна мережа є розвитком первинної мережі при переході від комутації каналів до комутації пакетів.

2. Транспортна мережа є каркасом сучасної мережі NGN. Вона є засобом з'єднання користувачів і застосунків.

3. У первинній мережі основна функція зводилася до утворення стандартного аналогового або цифрового каналу між двома точками мережі, а транспортна мережа формує канал передачі даних між двома точками підключення користувачів NGN.

4. Не дивлячись на схожість принципів роботи транспортної мережі і первинної мережі, NGN привносить свою специфіку:

* замість типового каналу первинної мережі використовується канал передачі даних, який може бути встановлений на основі технології «віртуального каналу», або «віртуальної труби» в разі використання принципу датаграмної передачі;

* у мережі можуть бути присутніми як з'єднання «точка-точка», що може трактуватися як канал, так і з'єднання «точка-багатоточка» і навіть «багатоточка- багатоточка», яку не можна вже розглядати як канал;

* «віртуальні труби» можуть бути симетричними та ассиметричными за об'ємом трафіку, що передається; допускається також режим однонаправленої передачі (симплексний канал).

5. На відміну від мереж доступу, які розгортаються «по місцю», транспортна мережа будується заплановано, відповідно до стратегії розвитку оператора [6].

1.2 Порівняльний аналіз технологій транспортних мереж

Історично склалося, що в якості технології транспортних мереж NGN розглядалися відразу дві технології - IP та АТМ. Два абсолютно різні стандарти і стратегії єдиного транспорту боролися за право на життя. Технологія АТМ була запропонована як плановий розвиток великих мереж. Як принцип маршрутизації в технології АТМ використовувався принцип віртуальних каналів, відпрацьований на мережах Х.25 і Frame Relay. Пакетні дані перетворювалися у чарунки фіксованого розміру. Були розроблені стандарти комутації чарунок, стандарти в галузі забезпечення якості, надання різних послуг і ін. Стратегія розвитку АТМ передбачала напрям розвитку «зверху». Передбачалося провести модернізацію мереж, а потім поступово доводити технологію АТМ до кінцевого користувача. Альтернативним підходом вважалася ідея транспорту на основі дейтаграмм IP. В ньому була запропонована ідея використовувати як єдиного стандарту датаграми змінної довжини з безліччю заголовків. Принцип маршрутизації трафіку орієнтувався на індивідуальну передачу датаграм. При цьому розвиток технології IP йшов по стратегії «знизу», оскільки ця технологія на початок протистояння фактично перемогла в сегменті кінцевого обладнання, локальних і офісних мереж. Відповідно розвиток технології йшов від кінцевих пристроїв до транспортної мережі. Розглянемо відмінності даних технологій за ключовими показниками. [9]

1.2.1 Принцип комутації

Комутація чарунок в АТМ є простішою і одноріднішим процесом у порівнянні з традиційною маршрутизацією, використовуваною в мережах IP. Оскільки чарунки АТМ завжди мають одну і ту ж сталу довжину, значно меншу довжини кадру IP, вони потребують меншої буферізації. Крім того, вони передбачувані, оскільки їх заголовки завжди знаходяться в одному й тому ж місці. У мережах IP маршрутизатори повинні використовувати програмне забезпечення для правильної обробки низку змін в потоці передачі, зокрема, для вимірювання довжини пакету, для фрагментації пакету, для передачі пакетів у правильному порядку і для перезбирання пакетів. Підсумовуючи, комутатор АТМ автоматично виявляє заголовки чарунок, і їх обробка відбувається швидше. З іншого боку, оскільки довжина пакету IP більше довжини чарунки АТМ, відсоток передаваного корисного навантаження в мережі АТМ виявляється значно менше, ніж в IP, що знижує ефективність роботи мережі.

1.2.2 Встановлення з'єднання

Мережі зі встановленням з'єднання можуть гарантувати певну якість обслуговування, тому вони можуть використовуватися для передачі різних видів трафіку - звуку, відео і даних - через одні й ті ж самі комутатори. Крім того, мережі зі встановленням з'єднанням можуть краще управляти мережевим трафіком і запобігати перевантаженню мережі, оскільки комутатори можуть просто скидати з'єднання, які не здатні підтримувати.

1.2.3 Можливість передачі даних різних типів по одному з'єднанню

У АТМ всі типи інформації можуть надійно передаватися через єдине мережеве підключення. АТМ використовує концепцію категорії обслуговування між кінцевими користувачами АТМ і комутаторами для того, щоб отримати надійну службу передачі даних.

У мережі IP для забезпечення якісної передачі різних типів інформації, а також для забезпечення різних категорії обслуговування необхідно використовувати додаткові механізми на вищих рівнях.

1.2.4 Підтримка технології QoS

У технологіях АТМ первісно закладена розвинена з часів мереж Frame Relay технологія якості обслуговування. Вона реалізується на рівні адаптації АТМ (на підрівні AAL5) і застосовується для всього трафіку певного типу або для всього трафіку, що генерується конкретним застосунком [4]. У датаграмі IP присутнє поле пріоритету (Type of Service - ToS) і історично воно визначало ті ж параметри трафіку, що і вищезгадане поле технології АТМ: затримка, смуга пропускання, надійність і пріоритетність передачі. Але в теперішній час воно не використовується за призначенням, а сучасними маршрутизаторами частенько зовсім ігнорується. Для потреб мультисервісних мереж забезпечення якості передачі трафіку, його класифікація і пріоритетизація, є необхідними компонентами, тому на базі IP довелося створювати все нові й нові технічні рішення, щоб «знизу» довести рівень якості в мережі IP до рівня, який технологія АТМ пропонувала як само собою зрозуміле.

1.2.5 Можливості масштабування мережі

Теоретично розширення IP-сети обмежене розрядністю IP-адреси. Максимальна швидкість магістралі при використанні технології Gigabit Ethernet складає 10 Гбіт/с. На практиці забезпечення якості обслуговування в мережі IP вимагає створення керованої мережі з певною пропускною спроможністю і продуктивністю маршрутизаторів, що накладає обмеження на масштабованість.

Існуючі стандарти АТМ передбачають швидкості передачі до 2,4 Гбіт/с. АТМ підтримує єдиний спосіб передачі даних, що дозволяє зв'язувати мережі будь-яких розмірів і масштабувати їх в майбутньому. Масштабованість мереж АТМ обмежується продуктивністю комутаторів і можливістю управління мережею.

1.2.6 Поширеність мереж

Розгортання IP-мереж здійснюється, перш за все, для передачі даних (а не мультисервісного трафіку). Завдяки появі мережі Інтернет технологія IP в даний час - найбільш поширена технологія мереж передачі даних, що стрімко розвивається. Це є основною причиною прагнення розробників створити на базі IP-протокола мультисервісну мережу, використовуючи для цього вже існуючі мережі.

Технологія АТМ створювалася спеціально для того, щоб слугувати основою широкосмугової мультисервісної мережі: її поширення безпосередньо пов'язане з прагненням створити подібні мережі. Оскільки в даний час ринок широкосмугових послуг розвинений у меншій мірі, нім ринок послуг передачі даних, мережі на основі АТМ менш поширені.

1.2.7 Вартість мережі

Ціни на устаткування АТМ істотно вищі, ніж на устаткування IP. При цьому якість послуг, що надаються АТМ мережею, також істотно вища за аналогічні показники IP-мереж. Застосування ж на мережі IP всіляких засобів підвищення якості сервісу призводить до істотного дорожчання будівництва і експлуатації мережі.

Аналогічні міркування стосуються і складності протоколів, і управління мережею. Протоколи маршрутизації АТМ значно складніші, ніж в IP, проте впровадження механізмів резервування смуги пропускання, багаторівневої комутації, диференційованого обслуговування призводить до значного ускладнення стека протоколів IP мережі, і його простота перестає бути перевагою.

Звідси слід зробити висновок, що в кожна технологія має свою сферу вжитку, в якій її особливості використовуються щонайкраще. Але, як вже наголошувалося, при всій багатогранності і демократичності мереж наступного покоління, основа архітектури має бути єдиною. І в цьому «протистоянні» перемогла технологія IP. Дослідники часто приводять об'єктивні недоліки АТМ (складна процедура обслуговування трафіку, висока вартість устаткування, відсутність гнучкості та ін.) і суб'єктивні причини поразки цієї технології (змова компаній на чолі з Cisco, відсутність гнучкої маркетингової політики у великих операторів і так далі).

Крім того, можливо, найкращий результат може дати спільне вживання АТМ і IP, що поєднує переваги цих технології. Цього ж результату можна досягти завдяки надбудові над технологією IP - MPLS.

1.3 Технологія MPLS

1.3.1 Структура та основні поняття

Багатопротокольна комутація за допомогою міток MPLS - технологія, розроблена робочою групою по інженерії послуг інтернету IETF. Це нова архітектура побудови магістральних мереж, яка значно розширює наявні перспективи масштабування, підвищує швидкість обробки трафіку і надає величезні можливості для організації додаткових послуг.

Технологія MPLS поєднує в собі можливості управління трафіком, властиві технологіям канального рівня, та масштабованість і гнучкість протоколів, характерні для мережевого рівня. Будучи результатом злиття механізмів різних компаній, вона ввібрала в себе найбільш ефективні рішення кожної. MPLS поєднала в собі надійність АТМ, зручні і потужні засоби доставки і забезпечення гарантованої якості обслуговування IP-мереж, - така інтеграція мереж дозволяє отримати додаткову вигоду зі спільного використання протоколів IP і АТМ.

Головна особливість технології MPLS - відділення процесу комутації пакету від аналізу IP-адреси в його заголовку, що дозволяє здійснювати комутацію пакетів значно швидше. Відповідно до протоколу MPLS маршрутизатори і комутатори призначають на кожній точці входу в таблицю маршрутизації особливу мітку і повідомляють цю мітку сусіднім пристроям [3].

Наявність таких міток дозволяє маршрутизаторам і комутаторам, що підтримують технологію MPLS, визначати наступний крок в маршруті пакету без виконання процедури пошуку адреси. На сьогоднішній день існують три основні сфери застосування MPLS:

управління трафіком;

підтримка класів обслуговування (CoS);

організація віртуальних приватних мереж (VPN) [7].

Розташування технології MPLS в семирівневій моделі ВВС показано на рис. 1.1.

Мережевий рівень - це комплексний рівень, який забезпечує можливість з'єднання і вибір маршруту між двома кінцевими системами, підключеними до різних "підмереж", які можуть знаходитися в різних географічних пунктах. В даному випадку "підмережа" - це, по суті, незалежний мережевий кабель (ще інколи зветься сегментом).

Канальний рівень забезпечує надійний транзит даних через фізичний канал. Виконуючи це завдання, канальний рівень вирішує питання фізичної адресації (на противагу мережевій або логічній адресації), топології мережі, лінійної дисципліни (яким чином кінцевій системі використовувати мережевий канал), повідомлення про несправності, а також питання впорядкованої доставки блоків даних і управління потоком інформації.

Фізичний рівень визначає електротехнічні, механічні, процедурні і функціональні характеристики активації, підтримки і дезактивації фізичного каналу між кінцевими системами.

Рисунок 1.1 - Площини MPLS

MPLS - це свого роду інкапсулюючий протокол, здатний транспортувати інформацію безлічі інших протоколів вищих рівнів моделі ВВС. Таким чином, технологія MPLS залишається незалежною від протоколів рівнів 2 і 3 в мережах IP, АТМ і Frame Relay, а також взаємодіє з існуючими протоколами маршрутизації, такими як протокол резервування ресурсів RSVP або мережевий протокол переважного вибору найкоротших маршрутів OSPF.

Представлена на рис. 1.1 площина пересилки даних MPLS не утворює повноцінного рівня, вона "вклинюється" в мережі IP, АТМ або Frame Relay між 2-м і 3-м рівнями моделі ВВС, залишаючись незалежною від цих рівнів. Можна сказати, що одночасне функціонування MPLS на мережевому рівні і на рівні ланки даних призводить до утворення так званого рівня 2.5, де, власне, і виконується комутація по мітках.

Комітет IETF визначив три основні елементи технології MPLS. Розглянемо кожен з них детальніше:

Мітка - це ідентифікатор фіксованої довжини, що визначає клас еквівалентності пересилки FEC. Мітки мають локальне значення, тобто прив'язка мітки до FEC використовується тільки для пари маршрутизаторів. Мітка використовується для пересилки пакетів від верхнього маршрутизатора до нижнього, де, будучи вхідною, замінюється на вихідну мітку, що має також локальне значення на наступній ділянці шляху. Мітка передається у складі будь-якого пакету, при цьому її місце в пакеті залежить від використовуваної технології канального рівня.

Стек міток. Пакет, передаваний по мережі MPLS, як правило, містить не одну, а декілька міток. Такий набір міток утворює стек. Основне призначення стека міток - підтримка деревоподібності безлічі трактів LSP, що закінчуються в одному вхідному LSR, а, крім того, в тому, щоб використовувати мітки при створенні так званих LSP-тунелів [15].

FEC - це форма представлення групи пакетів з однаковими вимогами до передачі. Як мовилося раніше, в заголовку IP-пакету міститься значно більше інформації, чим потрібно для вибору наступного маршрутизатора. Цей вибір можна організувати шляхом виконання наступних двох груп функцій в маршрутизаторі:

відносити пакет до певного класу FEC;

ставити у відповідність кожному FEC наступний крок маршрутизації.

При відношенні пакетів до різних FEC велику роль грають IP-адреси, пріоритети обслуговування та інші параметри трафіку. Кожен FEC обробляється окремо, що дозволяє підтримувати необхідну якість обслуговування в мережі MPLS.

Комутований по мітках тракт (LSP) - це послідовність MPLS-маршрутизаторів. Набір пакетів, передаваний по LSP, відноситься до одного FEC, і кожен маршрутизатор LSR в LSP-тунелі призначає для нього свою мітку. LSP-тунель створюється всередині LSP-тракту. Слід зазначити, що часто початок і кінець тунеля не співпадають з початком і кінцем LSP-тракта. Як правило, тунель коротший. Для кожного тунеля підраховується число пропущених пакетів і байт. Іноді потік даних може бути настільки великий, що для нього створюється декілька LSP-тунелей між відправником і одержувачем. В одному LSP може бути створено декілька LSP-тунелів з різними точками прийому і передачі, а в кожному тунелі можуть бути створені LSP-туннели іншого рівня. У цьому виявляється ієрархічність структури MPLS. Можливі два варіанти створення тунелів: за принципом hop-by-hop, який припускає, що кожен маршрутизатор самостійно вибирає подальший шлях проходження пакету, або за принципом явної маршрутизації, в якому маршрутизатори передають пакет відповідно до вказівок, отриманих від верхнього в даному тракті LSR. Таким чином, в першому випадку маршрут проходження пакетів визначається випадковим чином, а у разі явної маршрутизації він відомий заздалегідь. У мережі MPLS може існувати набір маршрутизаторів, які є вхідними для конкретного FEC, тоді вважається, що для цього FEC існує LSP-тунель з різними точками входу і виходу. Якщо для деяких з цих LSP вихідним є один і той самий LER, то можна говорити про дерево LSP, коренем якого служить даний вихідний маршрутизатор. LSP можна розглядати як тракт, що створюється шляхом зчеплення одного або більшої кількості ділянок маршруту, який дозволяє пересилати пакет, замінюючи на кожному вузлі мережі MPLS вхідну мітку вихідною (так званий алгоритм перестановки міток). Таким чином, тракт мережі MPLS можна розглядати як тунель, для створення якого до IP-пакету вставляється заголовок - мітка. LSP встановлюються або перед передачею даних (з програмним управлінням), або при виявленні певного потоку даних (керовані даними LSP). На сьогоднішній день застосування тунелювання реалізоване в багатьох технологіях. Утворення у віртуальному тракті тунелів, по яких проходять інші віртуальні тракти, ґрунтується на інкапсуляції передаваних пакетів в пакети, які проходять цим трактом до даної адреси призначення.

1.3.2 Принцип роботи

Будь-який IP-пакет на вході в мережу MPLS, незалежно від того, поступає цей пакет від відправника або ж він прийшов з суміжної мережі, яка може бути MPLS-мережею більш високого рівня, відноситься до певного класу еквівалентної пересилки FEC (Forwarding Equivalence Class). Нагадаємо, що аналіз заголовка IP-пакета і призначення FEC проводиться тільки один раз на вході в мережу (рис. 1.2) [18].

Етап 1. Мережа автоматично формує таблиці маршрутизації. У цьому процесі беруть участь маршрутизатори або комутатори IP+ATM, встановлені в мережі сервіс-провайдер. При цьому застосовуються внутрішні протоколи маршрутизації, такі як OSPF або IS-IS.

Етап 2. Протокол розподілу міток (Label Distribution Protocol - LDP) використовує відображену в таблицях топологію маршрутизації для визначення значень міток, що вказують на сусідні пристрої. В результаті цієї операції формуються маршрути з комутацією по мітках (Label Switched Paths - LSP). Автоматичне призначення міток MPLS вигідно відрізняє цю технологію від технології приватних віртуальних каналів АТМ PVC, що вимагають ручного призначення VCI/VPI.

Етап 3. Вхідний пакет поступає на прикордонний Label Switch Router (LSR), який визначає, які послуги 3-го рівня необхідні цьому пакету (наприклад, QoS або управління смугою пропускання). На основі урахування всіх вимог маршрутизації і правил високого рівня, прикордонний LSR вибирає і призначає мітку, яка записується в заголовок пакету, після чого пакет передається далі.

Етап 4. Пристрій LSR, що знаходиться в опорній мережі, читає мітки кожного пакету, замінює старі мітки новими (нові мітки визначаються по локальній таблиці) і передає пакет далі. Ця операція повторюється в кожній точці передачі пакету по опорній мережі.

Рисунок 1.2 Фрагмент MPLS-мережі

Етап 5. На виході пакет потрапляє в прикордонний LSR, який видаляє мітку, читає заголовок пакету і передає його за місцем призначення. У магістральних LSR мітка MPLS перевіряється по заздалегідь розрахованим таблицям комутації і містить інформацію 3-го рівня. Це дозволяє кожному пристрою LSR автоматично надавати кожному пакету необхідні IP-услуги. Таблиці розраховуються заздалегідь, що знімає необхідність повторної обробки пакетів в кожній точці передачі. Така схема не тільки дозволяє розділити різні типи трафіку (наприклад, відокремити непріоритетний трафік від критично важливого); вона робить рішення MPLS добре масштабованими. Оскільки для привласнення міток технологія MPLS використовує різні набори правил (policy mechanisms), вона відокремлює передачу пакетів від змісту заголовків IP. Мітки мають тільки локальне значення і багато разів використовуються наново в крупних мережах, тому вичерпати запас міток практично неможливо. В рамках надання корпоративних IP-послуг найголовніша перевага MPLS полягає в здатності призначати мітки, що мають спеціальне значення. Набори міток визначають не тільки місце призначення, але і тип застосунку і клас обслуговування.

1.3.3 Технологія GMPLS

Успіх MPLS дав поштовх для створення універсальної технології комутації з використанням міток. Зараз IP-трафик в магістральних мережах передається поверх АТМ і/або SDH/SONET. На кожному з рівнів рішення по маршрутизації, управлінню, розподілу мережевих ресурсів виконуються незалежно один від одного. Як наслідок, загальна продуктивність залежить від ефективності кожного з рівнів. Тому однією з основних вимог при розробці стала уніфікація функцій управління. Нова технологія отримала назву Generalized MPLS (GMPLS). Вона розширює і уніфікує функції (маршрутизації і сигналізації) MPLS для будь-яких транспортних технологій канального і фізичного рівнів.

Технологія GMPLS визначається як набір протоколів, які розширюють MPLS-TE, що працює в режимі комутації пакетів (PSC - Packet Switching Capable), для підтримки пристроїв, що використовують для передачі трафіку різні технології канального і фізичного рівнів, такі як L2SC (Layer 2 Switching Capable), TDM (Time Division Multiplex), DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), комутація оптичних портів FSC (Fiber Switch Capable). Архітектура однозначно розрізняє площину управління (control plane) і площину пересилки даних (data plane). Крім цього, площина управління розділяється на дві частини - площина сигналізації, яка включає протоколи сигналізації, і площину маршрутизації, що містить протоколи маршрутизації. При проектуванні технології узагальненої мультипротокольної комутації міток ставилися наступні цілі:

1. Зменшення кількості рівнів комутації і використання уніфікованих функцій управління.

2. Незалежність функцій управління і функцій передачі даних.

3. Використання протоколів стеку MPLS-TE як протоколів сигналізації (RSVP-ТЕ або CR-LDP) і протоколів маршрутизації (OSPF або IS-IS) для створення і підтримки нових типів LSP.

4. Узагальнення принципів комутації міток для підтримки різних технологій передачі даних.

5. Розширення механізмів інжинірингу трафіку.

6. Використання IP-адресації.

Розширення площини управління

Площина управління GMPLS складається з декількох блоків, представлених у вигляді відповідних протоколів. Як було відмічено вище, для сигналізації використовуються протоколи RSVP-ТЕ і/або CR-LDP, функціонально розширені для підтримки нових типів інтерфейсів (RFC-3473 і RFC-3472). В рамках GMPLS також застосовуються традиційні протоколи для внутрішньодоменної маршрутизації - OSPF-TE і IS-IS-TE з відповідними розширеннями [20].

Додатково був розроблений єдиний специфічний протокол сигналізації - LMP (Link Management Protocol) - для управління з'єднаннями суміжних вузлів. LMP забезпечує підтримку каналу, що управляє, перевірку цілісності фізичного з'єднання, надає інформацію про властивості каналу, виявляє помилки і повідомляє про них. Унікальна властивість LMP - можливість локалізації помилок. Для роботи системи сигналізації GMPLS необхідний як мінімум один двонаправлений канал, навіть якщо між суміжними вузлами встановлені однонаправлені з'єднання. Архітектура не визначає, як повинні бути реалізовані ці канали, але для передачі маршрутної та сигнальної інформації слід використовувати IP. Таким чином, стек протоколів GMPLS перекриває чотири нижні рівні семирівневої моделі ISO/OSI (мал. 1.3).

Рисунок 1.3 - Стек протоколів GMPLS

Модель адресації і узагальнена мітка GMPLS

У GMPLS зберігається IP-адресація. Це означає, що для ідентифікації інтерфейсів використовуються адреси в стандартах IPv4 і/або IPv6. Така адресація застосовується не тільки для інтерфейсів IP-вузлів, але також для ідентифікації будь-яких PSC- і не PSC-інтерфейсів.

Для підтримки різних типів інтерфейсів в GMPLS передбачена розширена узагальнена мітка. ЇЇ новий формат містить інформацію, яка дозволяє приймаючому пристрою створювати LSP і здійснювати пересилку даних незалежно від його конструкції (пакетні мережі, TDM і т. п.). Така мітка може бути одиночною хвилею, оптичним волокном або часовим TDM-слотом. Традиційні MPLS-мітки АТМ, Virtual Channel Connection (VCC), IP-shim також підтримуються.

Узагальнена мітка містить як мінімум тип LSP, що визначає, який тип мітки передаватиметься (пакетний, SDH/SONET і т. д.), вид пересилки, який показує, чи використовує вузол комутацію пакетів, часові слоти, світлову хвилю або FSC, і узагальнений ідентифікатор навантаження, що відображає тип навантаження, яке переноситься через LSP (віртуальні трибутарні потоки, DS-3, АТМ, Ethernet і т. п.).

Ієрархія LSP

Для формування пакетного LSP необхідно послідовно запросити ресурси на нижчих рівнях. Таким чином, в рамках GMPLS вводиться поняття ієрархії LSP. Це поняття є ключовим моментом при створенні узагальненого LSP (G-LSP). Розглянемо процедури реалізації пакетного LSP (мал. 1.4) в мережі GMPLS. Так, мережі з комутацією пакетів підключені через STM-4 до SDH-кільця. Кільця SDH об'єднані з оптичними крос-конекторами (OXC1, OXC2). Між крос-конекторами знаходиться оптична лінія з пропускною спроможністю STM-64.

Необхідно створити LSP і передати дані від LSR1 до LSR4. Для утворення пакетного LSP (рис. 1.4, LSP pc) потрібно сформувати пакетний тунель через LSP нижчого рівня ієрархії. Для цього посилається запит PATH (RSVP-TE) або Label Request (CR-LDP) на нижчий рівень ієрархії. Повідомлення містить узагальнений запит з вказівкою типів LSP і навантаження (пакет, TDM-слот і т. д.), а також ряд службових параметрів. Після обробки запиту нижчестоящий вузол пересилає у зворотному напрямі повідомлення RESV/Label Mapping, що містить узагальнену мітку, яку необхідно використовувати для даного LSP. Оскільки в RSVP-ТЕ одержувач ініціює утворення з'єднання, то у разі пакетного LSP будуть створені:

1. LSP між OXC1 і OXC2 (LSP l).

2. LSP між DSC2 і DSC3 (прикордонними вузлами), потім після розповсюдження інформації про отримані мітки в межах домену - LSP між DSC1 і DSC4 (LSP TDM).

3. LSP між прикордонними маршрутизаторами пакетної мережі LSR2-LSR3 і шлях LSR1-LSR4 згідно передаваної в межах домену інформації про отримані мітки.

Висновки:

У даному розділі зроблено порівняльний аналіз основних технологій транспортних мереж NGN, виявлено їх сильні та слабкі сторони. Сформульовані тут вимоги до таких систем виявляють недоцільність використання ATM чи IP у чистому вигляді, тому технології маршрутизації MPLS та GMPLS стають де-факто стандартом для маршрутизації в мережах наступного покоління та зближують конкуруючі «світогляди», беручи переваги кожного з них. До того ж вони дозволяють використовувати методи мережевого інжинірингу, які при застосуванні до мультипротокольної комутації за допомогою міток та її протоколах мають назву інжинірингу трафіку та дозволяють розподіляти та перерозподіляти трафік у разі необхідності.

2. Аналіз доцільного розподілу трафіку на основі методів трафік інжинірингу (TE)

2.1 Поняття про Traffic Engineering

Під терміном Traffic Engineering розуміють методи і механізми збалансованого завантаження всіх ресурсів мережі за рахунок раціонального вибору шляху проходження трафіку через мережу. Механізм управління трафіком надає можливість встановлювати явний шлях, яким передаватимуться потоки даних. Необхідність наявності цього механізму і серйозність розробок удосконалень в напрямі підтверджується створенням у складі Групи розробки інженерних задач інтернету (IETF) робочої групи Traffic Engineering (TEWG) і виданням нею свого основного документа: RFC 3272 «Overview and Principles of Internet Traffic Engineering» [13]

При традиційній маршрутизації IP-трафік маршрутизується за допомогою передачі його від однієї точки призначення до іншої і слідує до пункту призначення по шляху з найменшою сумарною метрикою мережевого рівня.

Слід відмітити, що за наявності в мережі декількох рівноцінних альтернативних маршрутів трафік ділиться між ними, і навантаження на маршрутизатори і канали зв'язку розподіляється збалансованіше. Але якщо маршрути не є повністю рівноцінними, розподіл трафіку між ними не відбувається.

Ще один істотний недолік традиційних методів маршрутизації трафіку в мережах IP полягає в тому, що шляхи вибираються без урахування поточного завантаження ресурсів мережі. Навіть якщо найкоротший шлях вже перевантажений, то пакети все одно посилатимуться цим шляхом. Наявна збитковість методів розподілу ресурсів мережі - одні з них працюють з перевантаженням, а інші не використовуються зовсім. Ніякі методи QoS цю проблему вирішити не зможуть: потрібні якісно інші механізми. Технологія управління трафіком - достатньо ефективний механізм використання ресурсів мережі.

2.1.1 Трафік інжиніринг системи MPLS

Функція MPLS Traffic Engineering (TE) дозволяє мережі сервіс-провайдеру емулювати можливості інжинірингу трафіку, що існують в мережах 2-го рівня, таких як Frame Relay і АТМ. Інжиніринг трафіку на рівні 3 дозволяє контролювати окремі мережеві маршрути, знижуючи ймовірність переповнювання і підвищуючи економічність передачі IP-трафіку в мережах, що маршрутизуються. Мета інжинірингу трафіку на рівні 3 полягає в тому, щоб максимально задіяти в роботі всі мережеві ресурси. Зазвичай в мережах IP є багато альтернативних маршрутів, по яких трафік передається до місця призначення. Якщо покладатися тільки на протоколи маршрутизації, то деякі маршрути виявляться переповненими, тоді як інші простоюватимуть [22].

Інжиніринг трафіку MPLS:

* створює єдиний підхід до інжинірингу трафіку. За допомогою MPLS можливості інжинірингу трафіку вводяться на 3-й Рівень, що дозволяє оптимізувати маршрутизацію IP-трафіку з урахуванням обмежень, що накладаються ємністю і топологією мережевої магістралі;

* маршрутизує потоки трафіку по мережі з урахуванням доступних мережевих ресурсів;

* використовує «маршрутизацію з урахуванням обмежень», тобто вибирає для передачі трафіку найбільш короткий маршрут, що відповідає вимогам (обмеженням) даного потоку. У MPLS ТЕ трафік має вимоги до смуги пропускання, вимоги до середовища передачі, вимоги пріоритетності і т.д.;

* розпізнає мережеві збої та відмови, що міняють топологію мережі, і пристосовується до нового набору обмежень.

При цьому завдання TE в RFC 2702 «Requirements for Traffic Engineering Over MPLS» [12] формулюється як мінімізація максимального коефіцієнта використання ресурсу по всіх ресурсах мережі для нанесення найменшого збитку трафіку.

Інжиніринг трафіку дозволяє сервіс-провайдеру запропонувати своїм користувачам кращі послуги з контрольованою пропускною спроможністю і часом затримки. Це досягається завдяки класифікації даних і передачі цих даних по тунелях, що відповідають вимогах даного трафіку.

Інжиніринг трафіку MPLS знімає необхідність в ручному настроюванні мережевих пристроїв на підтримку певних маршрутів. Замість цього ви можете скористатися функціональністю MPLS Traffic Engineering, яка розпізнає топологію мережі і встановить динамічні маршрути за допомогою автоматичної сигналізації. При визначенні маршрутів в мережевій магістралі ця функція враховує смугу пропускання і об'єм потоку трафіку. І нарешті, MPLS Traffic Engineering має механізм динамічної адаптації, який підвищує відмовостійкість магістралі.

Слід відмітити, що інжиніринг трафіку працює тільки з протоколами Link State Routing Protocols (IS-IS, OSPF) і не працює з протоколами Distance Vector Routing Protocols (RIP, EIGRP). Для вирішення завдання TE в протоколи OSPF і IS-IS включені нові типи оголошень для розповсюдження по мережі інформації про номінальну і незарезервовану (доступну для потоків TE) пропускну спроможність кожного зв'язку. Таким чином, ребра результуючого графа мережі, що створюється в топологічній базі кожного маршрутизатора, будуть маркіровані цими двома додатковими параметрами (мал. 2.1).

Маючи в своєму розпорядженні такий граф, а також параметри потоків, для яких потрібно визначити шляхи TE, маршрутизатор може знайти раціональне рішення, що задовольняє, наприклад, одному з сформульованих вище обмежень на коефіцієнти використання ресурсів мережі, забезпечивши тим самим її збалансоване завантаження.

Для спрощення завдання оптимізації вибір шляхів для деякого набору потоків може здійснюватися по черзі, при цьому обмеженням є сумарне завантаження кожного ресурсу мережі. Зазвичай вважається, що внутрішньої продуктивність маршрутизатора вистачить (в середньому) для обслуговування будь-якого трафіку, який здатні прийняти інтерфейси маршрутизатора. Тому в якості обмеження виступають тільки максимально допустимі значення коефіцієнтів завантаження каналів зв'язку, що встановлюються індивідуально або ж мають спільне значення. Розв'язання задачі визначення маршруту з урахуванням обмежень отримало назву Constrained-based Routing, а протокол OSPF з відповідними розширеннями - Constrained SPF, або CSPF [5]

Зрозуміло, що пошук шляхів TE по черзі знижує якість рішення - при одночасному розгляді всіх потоків можна знайти раціональніше завантаження ресурсів. У прикладі, показаному на мал. 2.2, обмеженням є максимально допустиме значення коефіцієнта використання ресурсів, рівне 0,65.

У варіанті 1 рішення було знайдено при черговості розгляду потоків 1 -> 2 -> 3. Для першого потоку був вибраний шлях A-B-C, оскільки в цьому випадку він, з одного боку, задовольняє обмеженню (всі ресурси уздовж шляху - канали A-B, A-C і відповідні інтерфейси маршрутизаторів виявляються завантаженими на 0,5/1,5 = 0,33), а з іншої - володіє мінімальною метрикою (65 + 65 = 130). Для другого потоку також був вибраний шлях A-B-C, оскільки і в цьому випадку обмеження задовольняється - результуючий коефіцієнт використання виявляється рівним (0,5 + 0,4) /1,5 = 0,6. Третій потік прямує по дорозі A-D-E-C і завантажує ресурси каналів A-D, D-E і E-C на 0,3.

Рішення 1 можна назвати задовільним, оскільки коефіцієнт використання будь-якого ресурсу в мережі не перевищує 0,6.

Проте існує кращий спосіб, представлений у варіанті 2. Тут верхнім шляхом A-B-C були направлені потоки 2 і 3, а потік 1 - по нижньому шляху A-D-E-C. Ресурси верхнього шляху виявляються завантажені на 0,46, а нижнього - на 0,5, тобто в наявності рівномірніше завантаження ресурсів, а максимальний коефіцієнт використання по всіх ресурсах мережі не перевищує 0,5. Цей варіант може бути отриманий при одночасному розгляді всіх трьох потоків з урахуванням обмеження min (max Ki) або ж при розгляді потоків по черзі в послідовності 2->3->1.

Проте у сучасному устаткуванні застосовується варіант MPLS TE з послідовним розглядом потоків. Він простіше в реалізації і ближче до стандартних для протоколів OSPF і IS-IS процедур знаходження найкоротшого шляху для однієї мережі призначення [17].

У технології MPLS TE інформація про знайдений раціональний шлях використовується повністю - тобто запам'ятовується не тільки перший транзитний вузол, як в основному режимі маршрутизації IP, а всі проміжні вузли шляху разом з початковим і кінцевим, тобто маршрутизація проводиться від джерела. Тому достатньо, щоб пошуком шляхів займалися тільки прикордонні мережі LSR, а внутрішні - лише поставляли їм інформацію про поточний стан мережі, яка необхідна для ухвалення рішень. Такий підхід володіє декількома перевагами в порівнянні з розподіленою моделлю пошуку шляху, лежачою в основі стандартних протоколів маршрутизації IP:

1. він дозволяє використовувати "зовнішні" рішення, коли шляхи знаходяться якою-небудь системою оптимізації мережі в автономному режимі, а потім прокладаються в мережі;

2. кожен з прикордонних LSR може працювати за власною версією алгоритму, тоді як при розподіленому пошуку на всіх LSR необхідний ідентичний алгоритм, що ускладнює побудову мережі з устаткуванням різних виробників;

3. такий підхід розвантажує внутрішні LSR від роботи по пошуку шляхів.

Після знаходження шляху, незалежно від того, знайдений він був прикордонним LSR або зовнішньою системою, його необхідно встановити. Для цього в MPLS TE використовується спеціальний протокол сигналізації, який уміє поширювати по мережі інформацію про явний (explicit) маршрут.

2.1.2 Відновлення послуг за допомогою інжинірингу трафіку

У MPLS ТЕ існує метод відновлення послуг. Це досягається за допомогою функції захисту каналів або швидкої переадресації (Link Protection або Fast Reroute).

Функція FRR може захистити від збою індивідуальний канал. Час комутації захищених каналів FRR підібраний так, щоб відповідати стандартам SONET/SDH (близько 50 мс).

Це означає, що кожен канал LSP може бути захищений за допомогою резервного маршруту, який починає працювати з моменту відмови каналу, незалежно від головного маршрутизатора (head-end-router). Ця технологія відрізняється від простого захисту каналу, коли саме головний маршрутизатор активізує роботу резервного каналу.

Рисунок 2.3 - Захищений канал з комутацією по мітках

Якщо ви використовуєте FRR, головний маршрутизатор навіть не знатиме про відмову. З погляду цього маршрутизатора, тунель TE діятиме як завжди.

На рисунку 2.3 показаний процес Fast Reroute. Канал між R6 і R5 захищений за допомогою Fast Reroute. У разі збою R6 визначить, що канал не працює, і відразу ж передасть всі дані в резервний тунель TE через {R2,R3,R4} до R5. Важливо пам'ятати, що дані або трафік з мітками, передаваний резервним каналом, обов'язково повинен потрапляти на маршрутизатор, підключений до іншого кінця захищеного каналу [8].

У приведеному прикладі трафік передається по резервному каналу дуже довгим шляхом. Це не так важливо, оскільки механізм захисту каналу вже запущений, трафік передається, мережа знає про збій і приймає заходи до пошуку оптимальнішого маршруту. Після відновлення каналу за допомогою таймерів оптимізації маршруту буде відновлений і первинний LSP.

2.2 ВикористанняTE-трактів

Для балансування навантаження набір з двох чи більше LSP можна використати для маршрутизації між двома кінцевими точками з урахуванням потреб сукупного трафіку. Визначена в [12] модель TE-тракту дозволяє враховувати таке балансування. TE-трактом називається сукупність з одного або більшої кількості LSP, що використовуються для задоволення потреб перенесення сукупного трафіку між двома точками відповідно до визначеного класу обслуговування. TE-тракт описується своєю зарезервованою пропускною здатністю і набором TE-параметрів (наприклад, клас обслуговування, затримка...). Зауважимо, що для балансування навантаження набір з двох чи більше LSP можна використати для маршрутизації між двома кінцевими точками з урахуванням потреб сукупного трафіку. Концепція TE-тракту дозволяє враховувати такі балансування. Коли TE-тракт складається з більш ніж одного LSP, необхідний механізм балансування навантаження, щоб обрати LSP, який використовуватиметься для маршрутизації даного потоку. Сьогодні виділяється два основних підходи до розгортання магістралей TE в мережах провайдерів: тактичний і стратегічний. Тактичний підхід полягає в розміщенні декількох TE-трактів, таким чином, щоб обійти перевантажені сегменти мережі. Стратегічний підхід полягає в поєднанні прикордонних маршрутизаторів з набором TE-трактів. Ці TE-тракти використовуються для перенесення всього трафіку або деяких конкретних його класів трафіку між прикордонними маршрутизаторами. Далі ми орієнтуємося на стратегічний підхід MPLS-TE.