A tantárgy vezérgondolatai. Az IP kezdeti vezérelvei. A TE céljai

A tantárgy vezérgondolatai

Mai elektronikus kommunikáció folyamata Pénzbefektetés

• Csak szolgáltatást lehet eladni • Nincs elektronikus kommunikációs szolgáltatás hálózat nélkül • Egy hidat nem annak alapján lehet tervezni, hogy korábban ott hányan úszták át a folyót • Hálózat boltban nem vásárolható, azt tervezni, megvalósítani, működtetni, fejleszteni, lebontani kell – olyan, mint egy ember.

IP hálózat forgalmi tervezése I. Csákány Éva és Konkoly Lászlóné cikke alapján

Takács György 5. Előadás

Forgalom igény

Műszaki tervek

Projekt döntés

Megvalósulás és üzemelés

Koncepció váltás

Elektronikus kommunikációs szolgáltatás

Új igény

Nyereség Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

1

Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

2

Az IP kezdeti vezérelvei

• az IP hálózatok felhasználói egyre inkább igénylik az elvárt minőséget garantáló szolgáltatásokat • az értéknövelt szolgáltatásokért hajlandók többet fizetni • a szolgáltató a forgalom osztályozásával és az erőforrások alkalmas kiosztásával biztosíthatja a differenciálást • az egyes szolgáltatásokhoz tartozó tarifák között is különbséget tud tenni

• Túlélőképes hálózati architektúra, • Best effort minőség, • Csomagvesztés, csomagkésleltetés, késleltetésingadozás (dzsitter), throughput – nem garantálható,



• ATM PVC (virtual channel) bérlés • STM-1-STM-64 bérlés • Mivel garantált minőséget így biztosíthattak maguknak – pl. HTTP esetén gyors válaszidőt (meghatározza a thorughput és a weboldal mérete) vagy VoIP-nél kis késleltetést (max 150 ms és max 35 ms dzsitter)

5

Korszerű megoldások nyilvános szolgáltatóktól

A TE céljai

• Virtuális magánhálózati szolgáltatás (VPN) • Nem kell a cégeknek saját hálózatot építeni • IP adatforgalom, beszédforgalom valós idejű adatforgalom ugyanazon hálózaton, • Best effort nem alkalmazható, • Internet Traffic Engeneering (TE) a megoldás • Ez hálózattervezési kérdés.

• Egy működő IP hálózat teljesítőképességének növelése, • Elérhető forgalom alapú megközelítéssel (csomagvesztés, csomagkésleltetés, késleltetésingadozás, throughput biztosításával és garantálásával) is. • Elérhető erőforrás alapú megközelítéssel, azaz a hálózati terhelés minél egyenletesebb megvalósításával is. • A megfelelő helyreállási idő biztosítása (lehet osztályonként különböző is). • Torlódások bekövetkezésének és hatásának minimalizálása.



7

3

Igényes cégek megoldásai kezdetben

Minőségi IP hálózatok

4



6

Példa torlódás menedzselési elvekre

8

Hálózatfejlesztés Kapacitástervezés (link bővítés, új csomópontok bekapcsolása) Technológia fejlesztés

Útvonal menedzselés Csomagszintű eljárások osztályozás, mérés, kondicionálás sor menedzselés

Rövid válaszidő (microsec, msec)

OSPF metrika állítása MPLS Traffic Engineering

Közepes válaszidő (napok, órák) Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

Hosszú válaszidő (hetek,hónapok évek) 9

TE fázisai • A hálózat működését befolyásoló vezérlési szabályok meghatározása • A működő hálózat működési adatainak összegyűjtése (link, CPU kihasználtsága) • A hálózat teljesítőképességének kiértékelése analitikus vagy szimulációs eszközökkel – ehhez kell egy hálózati modell, amely a működő hálózat absztrakt mása. • A hálózat teljesítőképességének optimalizálása, a megoldás kiválasztása, amely alapján megtörténnek a beavatkozások. (Beavatkozás a hálózatba beengedett forgalom szabályozása, a forgalom elosztása az erőforrások között, új kapacitások létesítése)

• A jövő forgalma – csak bizonytalan becsléssel • Közepes és rövid idejű torlódás menedzselés aktuális terhelésnél kompenzálhatja a tervezési bizonytalanságot • A torlódás menedzselés lehet megelőző vagy követő Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

TE megvalósításához szükségesek

10


• Mérőrendszer • Modellező, analizáló, szimuláló rendszer (pl. a Magyar Telekom által használt OPNET) • Optimalizáló rendszer • TE vezérlő rendszer

11


12

QoS és MPLS - a gazdaságos minőségi IP szolgáltatás építőkövei • • • • •


13

• •

•

a szolgáltatások szétválaszthatók dedikált (lefoglalt) sávszélesség nyújtásán keresztül vagy prioritás beállításával kontrollálható, hogy az egyes forgalom típusok a hálózati erőforrásait milyen mértékben használják testre szabott szolgáltatások nyújthatók a felhasználók igényének és pénzének megfelelően a felhasználó és a szolgáltató közötti SLA (Service Level Agreement) szerződés-en keresztül kézben tarthatóvá válnak a veszteségi és várakozási jellemzők a real time és interaktív forgalomra úgy, hogy a többi forgalom is elfogadható minőségben bonyolítható le Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

14

Az Intserv architectúra

IP hálózatok QoS képességei •


16


15

DiffServ architektúra

• az adatok küldésének megkezdése előtt az alkalmazás kéri az általa igényelt minőségű szolgáltatást a hálózattól • az RSVP (Resource Reservation Protocol) protokolt használják az alkalmazások QoS igényeik jelzésére • A kérést egy explicit jelzés valósítja meg az alkalmazás által küldött információk (forgalmi profil, az igényelt sávszélesség, késleltetési és veszteségi követelmények) alapján • Az adat csak akkor küldhető, ha a hálózat megerősítette a kérést • A hálózat elvárása, hogy a küldött adat a bejelentett forgalmi profilnak megfeleljen • A módszert szolgáltatói hálózatban általában nem alkalmazzák Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

Az IETF két QoS architektúrát szabványosított (IntServ és DiffServ) az IP QoS megvalósítására skálázhatósági okok miatt - szolgáltatói IP hálózatban a DiffServ alkalmazható A DiffServ architektúra lehetővé teszi, hogy a forgalmat osztályokba soroljuk, és hogy az egyes csomópontokban a különböző osztályok a nekik megfelelő kiszolgálást kapják. Az MPLS Traffic Engineering lehetővé teszi, hogy a forgalmat egyenletesebben osszuk el a rendelkezésre álló linkeken, mint hagyományos IGP (Interior Gateway Protocol) Az MPLS előre definiált védelmi útvonalak kialakításának biztosításával megoldásokat nyújt a hiba esetén történő gyors helyreállításra.

17

• DiffServ architektúránál a szállítás nem jelzés alapján, hanem a csomagban lévő információ alapján történik • Ez a modell aggregát forgalom folyamokat kezel, ezért szolgáltatói hálózatban is alkalmazható • A DiffServ egy előre tervezhető QoS megoldás, ahol a hálózat rúterei előre fel vannak készítve különböző követelményeket igénylő forgalom osztályok kezelésére • A forgalmi osztályokat képező aggregátok a csomagok fejlécében lévő DSCP (DiffServ Code Point) mezőben tartalmazzák az igényelt QoS-re vonatkozó információt • a csomagok ennek megfelelően kerülnek kiszolgálásra a rúterek interfészein Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

18

• A DiffServ tartományba belépő csomagokat a hálózat szélén lévő (edge) rúterek osztályozzák • Az osztályozás az IP fejrész alábbi mezőin alapulhat: forrás és cél IP címe, szállítási réteg protokoll, alkalmazás port számok, a beérkezés interfésze, fizikai (MAC) cím, IP Precedencia mező, előző DSCP érték, 2. rétegbeli információk • Az osztályozás után kerül sor az edge rúterekben a csomagok megjelölésére, vagyis a TOS (Type of Service) byte funkcióját módosító DSCP kód megadására • Ezek alapján kerül sor a BA (Behaviour Aggregate) folyamok meghatározására, amelyekhez hozzárendelésre kerülnek azok a szabályok, amelyek szerint a rúterek majd ütemezik, sorba állítják, formázzák, ha kell, eldobálják az egyes BA-k szerinti csomagokat.

DiffServ funkciók a hálózat rútereiben Diffservtartomány tartomány Diffserv Edge rúter

VoIP

ADAT

Core rúter

BestEffort VoIP ADAT

Osztályozás, mérés,

BestEffort

megjelölés, eldobás, formázás, beengedés vezérlés

Sorbaállítás

Távközlő hálózatok tervezése -- Kiszolgálás ütemezése Torlódás menedzselése 2006. október 5.

19

• A hálózat core rúterei felelősek a torlódás elkerüléséért, és a torlódásos szituációk kezeléséért, miközben teljesítik a PHB-ra vonatkozó előírásokat. • A különböző sorokba beállított csomagok kiszolgálásának ütemezésére többféle eljárás alkalmazható: a prioritásos (Priority Queueing) és az osztályok szerint súlyozott (Class-Based Weighted Fair Queueing) kiszolgálás. • Az prioritásosnál mindig a legnagyobb prioritású sor kerül kiszolgálásra, és csak ha az üres, akkor kerül sor a nála alacsonyabb prioritású sorra. • Az osztályonként súlyozott kiszolgálás lehetővé teszi, hogy a sorokhoz súlyokat rendeljünk, amelyek arányában kapják az egyes osztályok a sávszélességet. • A beszéd forgalomnak célszerű abszolút prioritást adni, míg a többi forgalomosztály között célszerű súlyozva megosztani a maradék kapacitást. Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

22

MPLS Traffic Engineering • Az MPLS Traffic Engineering (MPLS TE) alkalmazása lehetővé teszi a forgalom egyenletes elosztását a hálózati linkeken, valamint olyan védelmi lehetőségeket nyújt, amelyek hiba esetén gyorsabb helyreállítást biztosítanak, mint a hagyományos IP rerouting. • Az MPLS protokoll IP hálózatokban való alkalmazásának két fő motiváló tényezője az MPLS alapú VPN szolgáltatás lehetősége és az MPLS TE képességei. • Az MPLS TE alkalmazása önmagában nem alkalmas különböző forgalom osztályok számára előírt minőség biztosítására, de az explicit útvonalak megadásának lehetősége által megvalósítható, hogy a forgalom egyenletesebben foglalja el a rendelkezésre álló erőforrásokat, és ezáltal csökkenjen a torlódás valószínűsége, tehát jobb minőségű szolgáltatást lehessen nyújtani. • Az explicit útvonal (az MPLS belépési pontján a teljes átviteli út ismert) felépülhet a két szabványosított jelzési protokoll, a CRLDP és a TE-RSVP valamelyike által Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

25


20

• A QoS követelmények teljesítésére egyik lehetőség a hálózat linkjeinek túlméretezése és így javítható a szolgáltatások minősége. • A kapacitás növelése csökkenti a veszteséget és a késleltetést, ha a forgalom a kapacitás növelésével nem nő meg arányosan. Előfordulhat ugyanis, hogy bizonyos linkeken a hálózat más pontjain lévő szűk keresztmetszetek miatt (pl. TCP forgalom szabályozó képessége következtében) a forgalom korlátozva van. • Egy szűk keresztmetszet kapacitásának bővítése azonnal maga után vonhatja a forgalom növekedését más linkeken is. • A linkek az idő nagy részében kihasználatlanok lesznek (v.ö. Korlátlan és ingyenes sávszélesség!) • A túlméretezés nem nyújt lehetőséget a garantált szolgáltatás nyújtására, csupán egy, a korábbinál átlagosan jobb szolgáltatást lehet elérni vele Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

23

DiffServ mellett működő MPLS Traffic Engineering


21

• A QoS követelmények teljesítésére másik lehetőség az, amikor a minőségi szolgáltatások igényéhez igazodóan, a szolgáltatások közti differenciálást biztosító jóval kifinomultabb technikákat és ezeknek megfelelő árazást alkalmazunk. • A sokkal szigorúbb QoS persze szintén pénzbe kerül. S hogy mennyibe, az itt is a már fent felsorolt tényezőknek a függvénye. Ebben az esetben azonban garantált minőséget lehet biztosítani, pontosan megfelelve a szolgáltatói szerződésben foglaltaknak. Ebben az esetben a jobb minőséget nem az erőforrások túlméretezésével, hanem azok alkalmas kiosztásával érjük el, amelynek megtervezése a TE folyamat egyik eredménye.


24

DiffServ-aware MPLS Traffic Engineering

• A 3270 RFC-ben került leírásra az MPLS TE és a DiffServ együttműködése • A DiffServ rúterek az IP csomag DSCP bitjei alapján döntenek arról, hogy melyik kiszolgálási sorba teszik be az adott csomagot, azaz milyen PHB-t biztosítanak számára • Az MPLS rúterek a csomagok továbbítása során nem vizsgálják az IP fejrészt, ezért szükséges a DSCP bitek leképezése úgy, hogy az MPLS rúterek által is vizsgálható legyen Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

• A BA szabályokat a PHB (Per-Hop Behaviour) alapján különböztetik meg egymástól. • A leggyakrabban használt 3 PHB a Best Effort forgalomra vonatkozó Default PHB, az azonnali kiszolgálásban részesülő EF (Expedited Forwarding) PHB és a biztos továbbítású AF (Assured Forwarding). • Az AF-nál 4 osztályt (AF1, AF2, AF3, AF4) definiáltak, az egyes osztályokon belül pedig az eldobásra vonatkozóan 3 precedencia érték is megadható. • az edge rúterek végzik a forgalom kondícionálását, amely a forgalom mérését, formázását (shaping), az SLA-val nem konform csomagok eldobását (policing) vagy megjelölését jelenti. • az edge rúterekben kerül sor a forgalom beengedésének vezérlésére is, melynek során bizonyos forgalom folyamok nem kerülnek beengedésre, nehogy lerontsák a már bentlévők kiszolgálásának minőségét.

26

• hálózati nódok interfészein egységes sorakoztatási szabályokat állítanak be, és az útvonal-választást végző algoritmus biztosítja, hogy az interfészre csak a beállított kiszolgálási szabályoknak megfelelő mennyiségű forgalom kerüljön, • a rúterek kiszolgálási osztályonként tartják nyilván az egyes interfészeken rendelkezésre álló szabad kapacitást, ezt az információt terjesztik a hálózatban Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

27

SPGuru-val végzett szimulációs 1. mintafeladat

a háttérforgalmat 2 szakaszban (negyedévenként) az

a háttérforgalmat 2 szakaszban (negyedévenként) az

eredeti forgalomhoz képest 30 illetve 60%-kal növeltük.

eredeti forgalomhoz képest 30 illetve 60%-kal növeltük.

• Egy adott linken (34 Mbps) az MRTG mérés által szolgáltatott adatok mellett megvizsgáltuk, hogy a link terhelésének növelése milyen hatással lenne az ezen a linken áthaladó beszédforgalom késleltetési jellemzőire. Azaz, a forgalom milyen %-os növekedése mellett teljesülne még a beszédcsomagokra előírt szolgáltatási minőség. Erre a feladatra az SPGURU egy speciális modulja, az ESP (Expert Service Prediction) modul használható. • A beszédforgalom minőségére az alábbi 2 kvantitatív SLA-t definiáltuk: • A késleltetés legyen kevesebb, mint 10 msec a csomagok több, mint 90%-a esetén • A késleltetés ingadozása legyen kevesebb, mint 1 msec a csomagok több, mint 90%-a esetén Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

28


29


30


33

SPGuru-val végzett 2. szimulációs mintafeladat

Beszédátvitelre vonatkozó késleltetés és dzsitter értékek hogyan változnak egy hálózatban az alábbiak függvényében: • hop számtól függően • a hálózat többi forgalmának típusától függően • a hálózat terhelésétől • a hang forgalomra alkalmazott sorakoztatási, ütemezési eljárástól Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

• a vizsgálathoz használt hálózat 5 rúterből és a hozzájuk kapcsolódó LAN-okból áll • A forgalmakat az (S_1, S_2,...,S_11) nevű LAN-okból indítottuk, és az egy adott LAN-ból induló forgalmak egy meghatározott LAN-ban (D_1, D_2,…,D_11) végződtek. • A forgalmi viszonylatokat úgy alakítottuk ki, hogy a rúterek közötti 4Mbps-os linkeken azonos terhelés alakuljon ki, és csak ezek legyenek szűk keresztmetszetek a hálózatban. Így pl. az S_1 LAN-ból induló forgalom 5 hop-on keresztül jutott el a D_1 LANba, az S_2 LAN-ból induló forgalom 4 hop-on keresztül a D_6 LAN-ba stb. 31

1. szcenárió: • csak beszédforgalommal terheltük a hálózatot. • Minden egyes LAN-ból 5, 10, 13 és 15 beszélgetésnek megfelelő forgalmat indítottunk a hozzá definiált LAN végződéshez. • Az eredmények azt mutatták, hogy a beszédforgalomra elvárt késleltetési paraméterek függnek a hop számtól és a terheléstől, de a 15 beszéd/LAN esetén romlanak el először. Ekkor a hálózat 4Mbps-os linkjei kb. 80%-ig terheltek, és ez a forgalom 75 db egyidejű beszélgetésnek felelt meg. • Az elfogadható vég-vég késleltetés a beszéd esetén 150 msec, ennek nagy része azonban nem a rúterek interfészén, hanem a be- és kicsomagoláskor, a fejrész kompresszáláskor, a hívott oldalon történő dzsitter eltávolításkor keletkezik, ezért mi a a vizsgálatban a 10 msec alatti értéket tekintettük elfogadhatónak Távközlő hálózatok tervezése -2006. október 5.

34


32

A késleltetés változása az 5, 10, 13 és 15

A linkterhelés változása az 5, 10, 13 és 15

beszéd/LAN esetekben

beszéd/LAN esetekben


35


36

Csomagvesztés a 15 beszélgetés/LAN

Csomagkésleltetés a hop-szám függvényében

esetében

2. szcenárió: • Ebben a vizsgálatban LAN-onként csupán 5 db beszélgetésnek megfelelő forgalmat indítottunk, és e mellé web oldalak letöltésére irányuló (web-browsing alkalmazás) forgalmat tettünk. LAN-onként 700 db web klienst definiáltunk, akik (exponenciális eloszlás szerint) átlagosan 1 percenként töltöttek le egy-egy (exponenciális eloszlás szerint) átlagosan 5Kbyte-os méretű oldalt. Két esetet vizsgáltunk, az egyikben a rúterek interfészein a kétféle forgalomhoz közös FIFO sorokat alkalmaztunk, míg a másik esetben a beszéd forgalmat egy prioritásos sorból szolgáltuk ki.


37

Késleltetés változása QoS alkalmazása esetén


38

Dzsitter változása QoS alkalmazása esetén


39

3.szcenárió: • Ebben a feladatban azt vizsgáltuk, milyen hatása van a hálózat többi forgalmának a beszéd- forgalom késleltetésének alakulására. Ennek érdekében összehasonlítottuk az 1.szcenárió-beli 13 beszélgetés/LAN modellünk eredményét egy olyan modell eredményeivel, ahol LAN-onként 1 db beszélgetés mellett 700 db web kliens forgalmát vittük át a hálózatban. A web forgalomhoz tartozó cél LAN-ok megegyeztek az adott LAN-ból kiinduló beszédforgalom cél LAN-jaival.


40

A háttérforgalom típusának (beszéd, web) hatása a beszéd késleltetésre


41

A háttérforgalom típusának (beszéd, web)

- késleltetés

hatása a beszéd késleltetésre

-linkterhelés


42

Tanulság • Hálózattervezés és hálózatmenedzsment összenőttek!


43


44


45

A tantárgy vezérgondolatai. Az IP kezdeti vezérelvei. A TE céljai

Recommend Documents