Сети NGN

 

Перед тем, как зарезервировать  ресурсы, RSVP-demon маршрутизатора соединяется с двумя локальными модулями принятия решения - модулем управления доступом (admission control) и модулем управления политикой (policy control). Модуль управления доступом определяет, имеет ли узел достаточно свободных ресурсов для обеспечения запрошенного уровня QoS. Модуль управления политикой определяет, есть ли у пользователя администраторские права, для того чтобы произвести резервирование. Если какая-либо из проверок не прошла, RSVP-demon отправляет сообщение об ошибке процессу приложения, которое создало запрос. Если обе проверки прошли нормально, RSVP-demon устанавливает параметры классификатора пакетов (packet classifier) и планировщика пакетов (packet scheduler) для получения нужного уровня QoS. Классификатор пакетов определяет класс QoS для каждого пакета, а планировщик пакетов управляет передачей пакетов, основываясь на их классе QoS. Взвешенный алгоритм равномерного обслуживания очередей (Weighted Fair Queuing - WFQ) и взвешенный алгоритм произвольного раннего обнаружения (Weighted Random Early Detection - WRED) обеспечивают поддержку QoS на уровне планировщика.

Во время процесса принятия решения  модулем управления доступом резервирование затребованной полосы пропускания  производится только в том случае, если для запрашиваемого класса трафика  достаточно оставшейся части. В противном случае запрос на доступ отклоняется, но трафик все равно передается с качеством обслуживания, определенным по умолчанию для данного класса трафика. Даже если запрос на доступ отклонен на одном или нескольких маршрутизаторах, модуль все еще может реализовать приемлемое качество обслуживания, установив резервирование на перегруженных маршрутизаторах. Это возможно из-за того, что другие потоки данных могут не полностью использовать заказанную ими полосу пропускания.

Резервирование всегда должно следовать по одному и тому же пути. В случае выхода из строя линии связи маршрутизатор должен сообщить об этом RSVP-demon, чтобы генерируемые им RSVP-сообщения передавались по новому пути.

Процесс установки резервирования состоит из следующих шагов:

• отправители данных посылают управляющие сообщения RSVP PATH по тому же пути, по которому они отправляют обычный
• трафик с данными. В этих сообщениях описываются данные, которые уже отправляются или только будут отправляться;
• каждый RSVP-маршрутизатор перехватывает РАТН-сообщения, сохраняет IP-адрес предыдущей точки назначения, записывает вместо него свой собственный адрес и отправляет обновленное сообщение дальше по тому же пути, по которому передаются данные приложения;
• станции-получатели выбирают подмножество сеансов, для которых они получили РАТН-информацию, и с помощью RSVP RESV- сообщения запрашивают RSVP-резервирование ресурсов у предыдущего маршрутизатора. RSVP RESV-сообщения идут от получателя к отправителю в противоположном направлении по маршруту, пройденному RSVP РАТН-сообщениями;
• RSVP-маршрутизаторы определяют, могут ли они удовлетворить эти RESV-запросы. Если нет, они отказывают в резервировании. Если да, то они объединяют полученные запросы на резервирование и отсылают запрос предыдущему маршрутизатору;
• отправители, получив запросы на резервирование ресурсов от соответствующих маршрутизаторов, считают резервирование ресурсов состоявшимся.

 

Технология MPLS

 

При классической маршрутизации процесс  обработки пакета IP в узле сети (маршрутизаторе) состоит из следующих шагов:

• маршрутизатор принимает пакеты канального уровня и извлекает из них пакет IP;
• в заголовке пакета IP маршрутизатор проверяет адрес назначения пакета;
• в соответствии с адресом назначения и данных, находящихся в таблицах маршрутизации, маршрутизатор определяет выходной порт, по которому необходимо отправить пакет IP;
• маршрутизатор сегментирует пакет IP в пакеты канального уровня и помещает их в выходной буфер для дальнейшей отправки по сети.

Вышеописанные процедуры обработки  пакетов IP в маршрутизаторах сети вносят значительные задержки при передаче трафика IP:

• время на преобразования пакетов канального уровня в пакеты IP и обратно;
• чем больше объем маршрутных таблиц, тем больше времени по надобится для определения выходного интерфейса;
• при большой нагрузке резко возрастает расход ресурсов маршрутизаторов.

Все вышеуказанные недостатки приводят к ухудшению показателей QoS.

Технология MPLS разработана рабочей группой IETF (Internet Engineering Task Force). Главное преимущество технологии MPLS состоит в том, что в ядре сети MPLS не происходит преобразование пакетов канального уровня в пакеты IP и наоборот. Передача трафика осуществляется с помощью «меток», созданных на основе информации о маршрутах сетевого уровня. Таким образом, технология MPLS позволяет коммутировать пакеты на канальном уровне, используя при этом информацию о продвижении данных сетевого уровня.

Сеть MPLS состоит из двух видов сетевого оборудования (рис. 3.4):

• LER (Label Edge Router) - пограничный маршрутизатор «меток»;
• LSR (Label Switching Router) - маршрутизатор коммутации по «меткам».

 

Сеть MPLS

 

Рис. 5.3

 

На входе в сеть MPLS LER добавляет «метку» ко всем пакетам, поступающим в сеть. Кроме этого, LER отвечает за классификацию пакетов. На выходе из сети MPLS LER удаляет «метку» и производит коммутацию пакета на основе IP-адреса точки назначения.

LSR отвечает за передачу пакетов на основе «метки». Когда пакет с меткой попадает в LSR, «метка» используется как указатель в своей информационной базе «меток» (LIB - Label Information Base). Для полученной «метки» в базе LIB содержится точная запись об исходящей «метке», интерфейсе и об инкапсуляции канального уровня, необходимой для продвижения пакета. На основе информации из базы LIB, LSR заменяет полученную «метку» на исходящую и передает пакет на выходной интерфейс с соответствующей инкапсуляцией канального уровня.

Весь процесс формирования «меток»  и передачи пользовательского трафика в сети MPLS состоит из следующих шагов:

• существующие классические протоколы маршрутизации (OSPF, IS-IS, RIP и т. д.) формируют таблицы маршрутизации, показывающие достижимость сетей назначения;
• протокол распространения «меток» (LDP - Label Distribution Protocol) определяет отображение между «меткой» и сетью на значения;
• LER на входе в сеть MPLS принимает пакет, обеспечивает выполнение дополнительных служб уровня и помещает в пакет «метку»;
• LSR на основе «метки» коммутирует пакет и присваивает ему новую «метку»;
• на выходе LER удаляет «метку» и производит коммутацию пакета на основе IP-адреса точки назначения.

Информация «метки» может передаваться в пакете одним из следующих способов:

• 4-битовой «меткой», которая вставляется между заголовками канального и сетевого уровня. Применяется для каналов «точка- точка» (РРР -

 

• Point-to-Point) и Ethernet;
• как часть заголовка канального уровня. Применяется для технологии ATM, «метка» передается в полях VPI/VCI;
• как часть кадра AAL5 (уровень адаптации ATM 5) перед процедурой сегментации и сборки (SAR - Segmentation And Reassembly). Применяется для сетей ATM в случае использования стека «меток».

Формат «метки» показан на рис. 3.6.

 

Формат «метки»

 

 

Рис. 5.4

 

«Метка» имеет следующие поля:

• «метка» - размер поля 20 бит, определяет значение метки;
• CoS - размер поля 3 бита, предназначено для предоставления дифференцированных услуг в сети MPLS. Для обеспечения сквозного качества услуг на границе сети MPLS производится копирование поля IP-приоритета в поле CoS;
• S - размер поля 1 бит, указывает на «метку» в нижней части стека. Устанавливается равным 1 для последней «метки» в стеке и равным 0 для всех остальных «меток» стека. Это позволяет привязывать префикс к нескольким «меткам», т. е. к стеку «меток». Каждая «метка» стека имеет свои собственные значения поля CoS, S и TTL;
• TTL - размер поля 8 бит, указывает время жизни пакета. Значение поля устанавливается на границе сети MPLS и уменьшается на 1 после каждого пройденного узла в сети MPLS.

Использование технологии MPLS в сетях ATM

 

Как было сказано выше (см. рис. 3.5) для  передачи информации «метки» в сети ATM используется поле VPI/VCI. Во всех случаях, когда можно ограничиться одной «меткой», для ее передачи по сети MPLS, основанной на технологии ATM, используется поле VCI. Поле VPI вступает в действие, если возникает необходимость во второй «метке».

Для поддержки MPLS на ATM-коммутаторах необходима поддержка работы протоколов маршрутизации (OSPF, RIP, IS-IS и т. д.). Это необходимо для общения с другими маршрутизаторами в сети (LER, LSR). Далее для распространения меток используется протокол LDP.

Реализация MPLS на ATM-коммутаторе может потребовать ассоциации нескольких «меток» с одним маршрутом (или с группой маршрутов, имеющих одинаковую следующую точку назначения). Это необходимо для избегания чередования пакетов, приходящих от разных, расположенных выше по потоку коммутаторов, «меток», но отправляемых одновременно в одну и ту же точку назначения.

Следует учесть, что изначально технология MPLS не предполагала предоставления определенного QoS для абонента. Для предоставления QoS в сети MPLS используются технологии DiffServ и IntServ, вне зависимости от используемой канальной технологии в сети MPLS. Однако из-за того, что в технологии ATM «метка» использует поле VPI/VCI, возможно такое же применение механизмов обеспечения QoS для каждого виртуального соединения в сети IP/MPLS/ATM, как и в классической сети ATM.

Одним из вариантов совместного  применения технологии MPLS и ATM является метод под названием «корабли в ночи». Он заключается в том, что в узле ATM часть интерфейсов работают в режиме передачи IP-трафика (IP/MPLS/ATM), а часть интерфейсов предоставляют сервисы ATM без использования MPLS (CES, VoATM и т. д.)

 

Обеспечение качества обслуживания в сетях ATM

 

Организациями ATM Forum и ITU были разработаны спецификации и рекомендации, описывающие процедуры и соответствующие параметры, связанные с управлением трафиком и качеством обслуживания в сетях ATM.

Соответствующие спецификации и рекомендации определяют механизмы управления трафиком, которые сеть может использовать для достижения требуемого QoS для определенного типа приложения,

Для поддержания требуемого уровня качества обслуживания различных виртуальных  соединений и эффективного использования  ресурсов в сети на уровне протокола ATM реализовано несколько служб, предоставляющих услуги различных категорий по обслуживанию пользовательского трафика.

Здесь и далее под соединением  ATM понимается виртуальный канал (ATM VC).

Для постоянных соединений ATM (ATM PVC) параметры трафика устанавливаются путем конфигурирования.

Для коммутируемых соединений ATM (ATM SVC) и программируемых

постоянных соединений (Soft-PVC) большинство параметров трафика устанавливается с помощью протоколов сигнализации от оконечного оборудования (оборудования пользователя), осуществляющего вызов.

В зависимости от требований приложений пользователя к скорости передачи, необходимости синхронизации генераторов  источника и приемника и др. используется протокол AAL (ATM Adaptation Level) согласно Рекомендациям ITU-T (1.362 и 1.363.1,1.363.2,1.363.3,1.363.5).

Рекомендацией I.363 ITU-T определено четыре типа адаптационных уровней - AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5 с учетом разнообразия протоколов, организации режима связи и требований к качеству обслуживания разнородного трафика. При этом учитывались следующие критерии:

• необходимость сохранения с заданной точностью временного рас положения ячеек потока при передаче (изохронность потока) и обеспечения заданного времени доставки;
• скорость передачи информации (постоянная или переменная);
• требования к организации режима связи - с установлением или без установления соединения.

Уровень адаптации в модели сети ATM определяет и реализует одну из самых сложных функций - адаптацию функций уровня к требованиям передачи информационных потоков от различных приложений.

Каждый тип AAL используется для адаптации к передаче трафика определенного класса: AAL1 - для адаптации к передаче трафика класса A, AAL2 - трафика класса В, a AAL3/4 и AAL5 - трафика классов Си D (табл. 3.11).

 

Таблица 5.2

 

Уровни адаптации ATM и их связь с классом сервиса

 

Класс сервиса по модели B-ISDN	A	B	C	D
Синхронизация между источником и  приемником	требуется		не требуется
Битовая скорость	постоянная	переменная
Ориентация на установку соединения	да			нет
Уровень адаптации	AAL1	AAL2	AAL3/4, AAL5	AAL3/4

Управление трафиком в ATM

 

Используемые механизмы управления трафиком (ТМ - Traffic Management) в сети ATM тесно связаны с сетевыми возможностями по обеспечению соответствующего уровня качества обслуживания QoS для различных сетевых приложений.

Основной целью применения механизмов управления трафиком является предотвращение сетевых перегрузок как в самой  сети, так и в оконечных системах, с обеспечением при этом максимальной сетевой производительности. Кроме  этого, механизмы управления трафиком обеспечивают экономически эффективное использование (утилизацию) сетевых ресурсов.

К функциям управления трафиком относятся:

• САС (Connection Admission Control) - управление установлением соединения;
• UPC (Usage parameter Control) - управление используемыми параметрами трафика и QoS. Обеспечивает проверку соответствия использования параметров трафик-контракту;
• Traffic Shaping - формирование трафика. Обеспечивается средствами терминального оборудования пользователя или некоторыми узлами сети с целью соответствия дескрипторов трафика трафик-контракту;
• GCRA (Generic Cell Rate Algorithm) - обобщенный алгоритм контроля скорости ячеек. Используется для контроля параметров трафика и QoS в технологии ATM. Обеспечивает проверку соблюдения пользователем и сетью таких параметров, как PCR, CDV, SCR, ВТ и СТО. Работает по алгоритму «двойного дырявого ведра».