Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634620)
Контекстум
.

Оптимизация сетей с многопротокольной коммутацией по меткам (500,00 руб.)

0   0
Первый авторБудылдина Н. В.
АвторыТрибунский Д. С., Шувалов В. П.
ИздательствоМ.: Горячая линия – Телеком
Страниц145
ID202794
АннотацияВ монографии рассмотрены основные вопросы многопротокольной коммутации по меткам, преимущества, проблемы распределения трафика и безопасности в сетях MPLS, переход от MPLS к GMPLS, особенности GMPLS. Особое место в монографии уделено методам оптимизации трафика в сетях IP/MPLS с дифференцированным обслуживанием и методам распределения многопродуктовых потоков, а также локализации сбоев, резервированию и восстановлению для обеспечения живучести в сетях GMPLS. Представлен алгоритм оптимизации сетей на основе множителей Лагранжа и модель для определения показателей надежности в сетях GMPLS с защитной коммутацией (1+1) в условиях недостоверного комбинированного контроля.
Кому рекомендованоДля научных работников, инженеров и разработчиков аппаратуры связи, студентов старших курсов радиотехнических факультетов вузов, аспирантов.
ISBN978-5-9912-0124-7
УДК621.39
ББК32.88
Будылдина, Н.В. Оптимизация сетей с многопротокольной коммутацией по меткам : [монография] / Д.С. Трибунский, В.П. Шувалов; Н.В. Будылдина .— Москва : Горячая линия – Телеком, 2010 .— 145 с. : ил. — ISBN 978-5-9912-0124-7 .— URL: https://rucont.ru/efd/202794 (дата обращения: 20.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

ББК 32.88 Б90 Рецензенты: доктор техн. наук, профессор Л. Г. Доросинский; доктор техн. наук, профессор Б. А. Панченко Будылдина Н. В., Трибунский Д. С., Шувалов В. П. <...> Б90 Оптимизация сетей с многопротокольной коммутацией по меткам. <...> В монографии рассмотрены основные вопросы многопротокольной коммутации по меткам, преимущества, проблемы распределения трафика и безопаcности в сетях MPLS, переход от MPLS к GMPLS, особенности GMPLS. <...> Особое место в монографии уделено методам оптимизации трафика в сетях IP/MPLS с дифференцированным обслуживанием и методам распределения многопродуктовых потоков, а также локализации сбоев, резервированию и восстановлению для обеспечения живучести в сетях GMPLS. <...> «Горячая линия—Телеком», 2010 Введение Технология многопротокольной коммутации по меткам (MultiProtocol Label Switching, MPLS) является ведущей технологией, способной стать фундаментом для инфраструктуры мультисервисных сетей следующего поколения (NGN), в рамках которых станет возможна передача любого трафика через единую телекоммуникационную инфраструктуру. <...> Особенностями MPLS-TE являются: • высокая масштабируемость; • поддержка QoS; • универсальность по отношению к протоколам сетевого уровня; • значительное упрощение процедур маршрутизации; • универсальность по отношению к транспортным технологиям (ATM, Ethernet, POS и т.п.) <...> . Применение технологии MPLS позволяет перейти на новый уровень обслуживания и организовать предоставление услуг более высокого качества. <...> Особенно перспективным является использование этой технологии для создания виртуальных частных сетей (VPN) и перехода к мультисервисным сетям на основе IP. <...> Рассмотрены вопросы управления трафиком и проблемы оптимизации трафика, а также дан обзор методов оптимизации трафика в сетях IP/MPLS. <...> В первой главе рассматриваются особенности построения сети с MPLS, отмечены ее достоинства и недостатки, во второй главе обсуждаются способы управления трафиком в сетях MPLS и представлены пути совершенствования <...>
Оптимизация_сетей_с_многопротокольной_коммутацией_по_меткам.pdf
Стр.1
Оптимизация_сетей_с_многопротокольной_коммутацией_по_меткам_(1).pdf
Стр.1
ББК 32.88 Б90 Рецензенты: доктор техн. наук, профессор Л. Г. Доросинский; доктор техн. наук, профессор Б. А. Панченко Будылдина Н. В., Трибунский Д. С., Шувалов В. П. Б90 Оптимизация сетей с многопротокольной коммутацией по меткам. — М.: Горячая линия–Телеком, 2010. — 144 с.: ил. ISBN 978-5-9912-0124-7. В монографии рассмотрены основные вопросы многопротокольной коммутации по меткам, преимущества, проблемы распределения трафика и безопаcности в сетях MPLS, переход от MPLS к GMPLS, особенности GMPLS. Особое место в монографии уделено методам оптимизации трафика в сетях IP/MPLS с дифференцированным обслуживанием и методам распределения многопродуктовых потоков, а также локализации сбоев, резервированию и восстановлению для обеспечения живучести в сетях GMPLS. Представлен алгоритм оптимизации сетей на основе множителей Лагранжа и модель для определения показателей надежности в сетях GMPLS с защитной коммутацией (1+1) в условиях недостоверного комбинированного контроля. Для научных работников, инженеров и разработчиков аппаратуры связи, студентов старших курсов радиотехнических факультетов вузов, аспирантов. ББК 32.88 Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU Научное издание Будылдина Надежда Вениаминовна Трибунский Дмитрий Сергеевич Шувалов Вячеслав Петрович Оптимизация сетей с многопротокольной коммутацией по меткам Монография Редактор Ю. Н. Чернышов Компьютерная верстка Ю. Н. Чернышова Обложка художника В. Г. Ситникова Подписано в печать 05.11.2009. Печать офсетная. Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 9,5. Тираж 1000 экз. ISBN 978-5-9912-0124-7 ⃝ Н. В. Будылдина, Д. С. Трибунский, В. П. Шувалов, 2010 c ⃝ Оформление издательства «Горячая линия—Телеком», 2010 c
Стр.2
Введение Технология многопротокольной коммутации по меткам (MultiProtocol Label Switching, MPLS) является ведущей технологией, способной стать фундаментом для инфраструктуры мультисервисных сетей следующего поколения (NGN), в рамках которых станет возможна передача любого трафика через единую телекоммуникационную инфраструктуру. MPLS сочетает в себе гибкость дейтаграммного IP и виртуальных каналов MPLS с поддержкой трафик-инжиниринга, что открывает принципиально новые возможности для использования протокола IP в современных сетях, которые ранее были технически не осуществимы. Особенностями MPLS-TE являются: • высокая масштабируемость; • поддержка QoS; • универсальность по отношению к протоколам сетевого уровня; • значительное упрощение процедур маршрутизации; • универсальность по отношению к транспортным технологиям (ATM, Ethernet, POS и т.п.). Применение технологии MPLS позволяет перейти на новый уровень обслуживания и организовать предоставление услуг более высокого качества. Особенно перспективным является использование этой технологии для создания виртуальных частных сетей (VPN) и перехода к мультисервисным сетям на основе IP. Основным подходом в маршрутизации в сетях с коммутацией пакетов вот уже долгое время является выбор маршрута на основе топологии сети без учета информации о текущей загрузке. Для каждой пары «адрес источника — адрес назначения» такие протоколы выбирают единственный маршрут, не принимая во внимание информационные потоки, протекающие через сеть. В результате все потоки между парами конечных узлов идут по кратчайшему маршруту (в соответствии с некоторой метрикой). Выбранный маршрут может быть более рациональным, если, например, в расчет принимается номинальная пропускная способность канала связи или вносимые ими задержки, либо менее рациональным, если учитывается только количество промежуточных маршрутизаторов между исходным и конечным узлами. Такой подход приводит к тому, что даже если кратчайший путь перегружен, пакеты все равно посылаются по этому пути. Налицо явная ущербность методов распределения ресурсов сети — одни ресурсы работают с перегрузкой, а другие не используют вовсе. Традиционные методы борьбы с перегрузками эту проблему решить не могут, нужны качественно иные механизмы.
Стр.3
4 Введение С этой целью на сетях связи осуществляется внедрение новых сетевых технологий, например MPLS, которая обеспечивает гарантированную среднюю пропускную способность в соответствии с принципами инжиниринга трафика. Наряду с этим, необходимо предусмотреть, чтобы сети были спроектированы с учетом необходимых методов оптимизации, которые позволят провайдерам максимально эффективно использовать имеющуюся инфраструктуру. Поэтому для более эффективного использования сетевых ресурсов важными являются задачи оптимизации выбора алгоритмов маршрутизации, чтобы обеспечить производительность сети и сбалансировать нагрузку в случае изменения трафика, без необходимости изменения структуры сети и повышения емкости каналов. Поставленная задача оптимизации обычно решается с учетом ограничений и относится к так называемым задачам NP-complit, т.e. задачам, решение которых требует больших временных затрат∗. Некоторые пути уменьшения времени вычислений представлены в первых пяти главах. В частности, дана содержательная постановка задачи необходимости построения сетей с использованием технологии MPLS, ее преимущества и дано сравнение с другими технологиями. Рассмотрены вопросы управления трафиком и проблемы оптимизации трафика, а также дан обзор методов оптимизации трафика в сетях IP/MPLS. Управление потоком передаваемой информации позволяет направлять потоки данных не по кратчайшему пути, вычисленному с помощью традиционного протокола маршрутизации, а через менее загруженные узлы и каналы связи. При правильном моделировании потока и правильном выборе методов оптимизации процессов нагрузка на все физические каналы связи, маршрутизаторы и коммутаторы должна быть сбалансирована таким образом, чтобы ни один из этих компонентов не был недогружен или перегружен. В результате сеть будет работать более эффективно, стабильно и предсказуемо. В первой главе рассматриваются особенности построения сети с MPLS, отмечены ее достоинства и недостатки, во второй главе обсуждаются способы управления трафиком в сетях MPLS и представлены пути совершенствования технологии MPLS, формирование трафика и обеспечение качества услуг. В третьей главе представлен обзор методов оптимизации трафика в IP/MPLS-сетях. В четвертой главе рассмотрены методы распределения многопродуктовых потоков и существующие подходы к решению задачи определения оптимального дизайна путей с коммутацией по меткам (Label ∗ Точнее, к недетерминированным полиномиальным задачам (nondeterministic polynomial time problem, NP). Это задачи, которые можно решить на машине Тьюринга за время, полиномиально зависящее от числа переменных. К таким задачам относятся, например, поиск пути на графе или классическая задача о комивояжере. — Прим. ред.
Стр.4
Введение 5 Switched Path, LSP), а также предложен эвристический алгоритм пропорционального распределения потоков, который позволяет получить квазиоптимальный дизайн LSP. Из существующих методов решения задачи оптимизации рассмотрены метод минимального разреза и метод линейного программирования. Точное решение задач оптимизации можно получить с помощью линейного программирования, однако сложность вычислений при линейном программировании быстро возрастает с увеличением числа узлов в сети и для больших сетей является критической, что приводит к необходимости использования эвристических методов. В пятой главе рассматриваются вопросы выбора оптимальных путей LSP с дифференциальным обслуживанием трафика при наличии нескольких ограничений. Решение поставленной задачи предлагается осуществить путем использования метода неопределенных множителей Лагранжа. Задача разбита на две части. В первой решается вопрос, связанный с необходимостью перенаправления потоков при выходе из строя ранее выбранного пути. Это приводит к увеличению нагрузки на «резервные» пути и, следовательно, к необходимости увеличения пропускной способности «резервных» путей на величину определенную так называемым коэффициентом отказоустойчивости. Во второй части с учетом результатов, полученных в первой, решается задача выбора квазиоптимальных путей. Во последних двух главах рассмотрены вопросы обеспечения высоких показателей готовности. Известно, что коэффициент готовности зависит от времени наработки на отказ и времени восстановления. В свою очередь время восстановления зависит от момента обнаружения отказа, его локализации и времени, за который произойдет устранение отказа. В главе 6 рассмотрены как общие подходы к локализации отказов, так и частные, среди которых метод наложенных сетей и метод локализации отказов путем использования тест-станций. В качестве примера реальной системы мониторинга рассмотрена система Nagios. Глава 7 содержит материал, посвященный общим вопросам резервирования и восстановления. Рассмотрены методы защиты звена, пути, сегмента. Приведены рекомендации по использованию методов защиты. В качестве одной из мер по обеспечению QoS представлен метод на основе использования приоритетов. Большой раздел посвящен защите и восстановлению в сетях GMPLS (раздел 7.5). Следует заметить, что вопросам защиты и восстановления, помимо упомянутых выше, посвящены как монографии (например, [138]), так и множество статей в журналах [139–152 и др.]. Авторы не ставили перед собой задачу дать полный обзор литературы по данной тематике, а лишь пытались обратить внимание читателя на эту проблему. Монография может быть использована при развертывании опытной зоны или пуско-наладочных испытаний нового сегмента, что позволяет выяснить все потенциально возможные «узкие места», минимальный
Стр.5
6 Введение разрез в сети, которые могут возникнуть в сети через 1–2 года после начала эксплуатации. При эксплуатации, в случаях внедрения новых услуг, изменения плана маршрутизации и т.п. любые изменения в структуре трафика могут привести к негативным последствиям на сети. Используя разные классы обслуживания и измеряя коэффициенты отказоустойчивости связи, можно посмотреть реакцию сети на изменение структуры трафика или увеличения объема передаваемой информации в сети, а также на возникновение неисправности трактов. Полученные результаты, с одной стороны, представляют научный интерес, с другой стороны, могут быть использованы специалистами при составлении проекта модернизации мультисервисной сети связи к внедрению на сетях связи. Работа не претендует на детальный охват всех вопросов оптимизации телекоммутационных сетей. Однако авторы надеются, что методики, представленные в ней, будут полезны широкому кругу читателей. При подготовке рукописи использован ряд первоисточников. В основном это англоязычные статьи и материалы IEEE. В поиске работ по тематике представленного в монографии материала и переводе ряда статей принимали участие магистранты и аспиранты СибГУТИ О. Артемьева, А. Бахарев, А. Бритова, которым авторы выражают искреннюю благодарность.
Стр.6
Оглавление Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 1. Многопротокольная коммутация по меткам . . . . . . . . 1.1. Определение основных целей и задач исследования. Общие понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 7 7 1.2. Преимущества MPLS 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3. Проблемы распределения трафика и безопасности в сетях MPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.4. Обобщенная многопротокольная коммутация по меткам . . . 17 1.4.1. Переход от MPLS к GMPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.2. Особенности GMPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Глава 2. Управление трафиком и обеспечение качества услуг в сетях MPLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Формирование трафика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Глава 3. Методы оптимизации трафика в IP/MPLS сетях . . Глава 4. Методы распределения многопродуктовых потоков 4.1. Модель для оптимизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Цели оптимизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 35 2.2. Управление трафиком. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.3. Обеспечение QoS (качества услуг) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 46 50 51 53 4.3. Методы оптимизации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.4. Принцип максимального потока (минимального разреза) . . 4.5. Линейное программирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Эвристический метод определения оптимального дизайна . 4.7. Сравнение алгоритмов поиска оптимального дизайна . . . . . . 65 55 58 59 Глава 5. Оптимизация сетей IP/MPLS с дифференциальным обслуживанием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Формулировка задачи оптимизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 69 5.1.1. Ограничение по резервированию пропускной способности . . . . . 69 5.1.2. Оценка необходимости увеличения пропускной способности LSP с учетом возможных отказов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.1.3. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.2. Эвристический алгоритм оптимизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1. Подзадача на основе использования метода неопределенных множителей Лагранжа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2. Алгоритм оптимизации на основе множителей Лагранжа . . . . . . 76 75 75 5.3. Метод повторной оптимизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.4. Модель сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Стр.143
144 Оглавление Глава 6. Обнаружение и локализация сбоев . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Классификация сбоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Реакция системы и требования к системам локализации сбоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 84 86 6.3. Методы локализации сбоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.3.1. Методы, относящиеся к области искусственного интеллекта . . . 88 6.3.2. Техника пересечения моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 6.3.3. Методы, ориентированные на использование теории графов . . . 92 6.3.4. Метод наложенных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 6.4. Мониторинг сети. Оптимальная расстановка зондирующих станций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.5. Система мониторинга сети . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Глава 7. Резервирование и восстановление . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.1. Пути обеспечения живучести сетей связи . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 7.2. Классические модели защиты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 7.3. Использование механизма приоритетов для схем с разделяемой защитой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 7.4. Защита и восстановление в сетях GMPLS. . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 7.5. Разработка модели для определения показателей надежности в сетях GMPLS с защитной коммутацией (1+1) в условиях недостоверного комбинированного контроля . . . . . . . . . . . . . . . 130 Краткий глоссарий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Стр.144