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QoS Traffic-Engineering and constraint-based routing
23.12 2019 | by massimilianoQoS Traffic-Engineering Ingegneria del Traffico (Traffic Engineering–TE) indica un insieme di funzioni che hanno lo scopo di ottimizzare le […]
QoS Traffic-Engineering
Ingegneria del Traffico (Traffic Engineering–TE) indica un insieme di funzioni che hanno lo scopo di ottimizzare le prestazioni di una rete (RFC 2702); gli obiettivi prestazionali associati alle funzioni di TE riguardano:
– Il Traffico trasportato da una rete
– Le Risorse di cui dispone una rete
Gli obiettivi che riguardano il Traffico, si riferiscono al controllo e al soddisfacimento dei requisiti di QoS dei flussi di traffico che attraversano la rete:
– Minimizzazione della perdita di pacchetti
– Massimizzazione del throughput
– Minimizzazione del ritardo
Gli obiettivi che riguardano le risorse, si riferiscono alla distribuzione del carico e all’ottimizzazione dell’uso delle risorse di rete (es. banda dei link):
– Minimizzazione della congestione
- – Efficiente uso della banda
I protocolli di routing IGP (ISIS, OSPF) non sono adeguati alle esigenze di una politica di TE
utilizzano algoritmi Shortest Path First (SPF)
utilizzano metriche additive
sono topology-oriented
I protocolli IGP non considerano:
la disponibilità di banda sui vari link (stato di congestione dei link)
le caratteristiche del traffico
Constraint-based Routing (CR)
Il TE sta nel fatto che per avere un routing efficiente bisogna instradare il traffico lungo percorsi a costo minimo rispettando contemporaneamente determinati vincoli (constraints) sullo sfruttamento delle risorse di rete.
Per poter effettuare il CR sono necessarie funzionalità aggiuntive nella rete, tra le quali la presenza di protocolli di routing opportunamente estesi (come ad esempio OSPF-TE o ISIS-TE) per portare le informazioni relative al TE.
Uno volta determinato il percorso ottimo serve poi un protocollo di segnalazione tramite il quale informare tutti gli LSR interessati della necessità di allocare un tunnel TE con determinati requisiti di banda e/o amministrativi e quindi di associare delle etichette MPLS per definire il/gli LSP corrispondenti.
In ambito IETF sono stati standardizzati due protocolli di segnalazione:
RSVP-TE (Reservation Protocol with Tunneling Extension).
CR-LDP (Constraint-based LSP setup using LDP)
Il protocollo MPLS è in grado di fornire funzionalità di TE analoghe a quelle fornite dal modello overlay:
– Gestione degli explicit routing LSP (tecnica quasi a circuito)
– Possibilità di mantenere e proteggere gli LSP
– Mapping dei flussi di traffico sugli LSP
– Caratterizzazione dei flussi e delle risorse di rete mediante attributi
– Facilità di integrazione con meccanismi di Constraint-Based Routing (CBR)
– Bassa complessità realizzativa
Si definisce Traffic Trunk un aggregato di flussi di traffico caratterizzati all’appartenenza alla medesima classe di servizio ed alla stessa FEC.
Un traffic Trunk viene instradato su un collegamento virtuale detto tunnel TE, tipicamente costituito da un singolo LSP
Un Traffic Trunk (TT) è caratterizzato da:
- – gli Edge Router (anche detti Label Switch Router) di ingresso e di uscita
- – la FEC (Forwarding Equivalent Class) in cui è mappato
- – gli attributi che ne caratterizzano il comportamento
– gli attributi di base dei traffic trunk sono relativi a:
parametri di traffico
policing
selezione e gestione dei cammini
priorità
preemption
resilienza
Gli attributi dei trunk e delle risorse e i parametri associati alla tecnica di routing rappresentano le variabili di controllo che possono essere modificate dal gestore per agire sullo stato della rete
La funzionalità previste in MPLS per il supporto delle funzionalità TE sono:
– la definizione di un insieme di attributi associati ai traffic trunk che ne caratterizzano il comportamento
– la definizione di un insieme di attributi associati alle risorse di rete che ne vincolano l’utilizzazione
- – un instradamento vincolato (constraint-based routing) usato per la scelta del cammino per i traffic trunk soggetto ai vincoli fissati dagli attributi delle risorse
I parametri di traffico sono usati per riassumere le caratteristiche statistiche del flusso di traffico trasportato dal TT (profilo di traffico):
peak rate
average rate
burst size
Servono a valutare le risorse di rete (es. banda) necessarie al trasporto del TT: funzione di allocazione delle risorse
Gli attributi di policing:
stabiliscono il trattamento da riservare alla quota parte di traffico non conforme al profilo permesso
Definizione e Gestione dei percorsi:
Definiscono le regole per la scelta dei cammini per il supporto dei TT e per le alternative per la loro gestione
I percorsi possono essere:
– calcolati automaticamente attraverso i protocolli di routing (es. OSPF)
– determinati off-line dall’operatore di rete
– percorsi completamente specificati, insieme intero degli LSR
– percorsi parzialmente specificati, insieme parziale degli LSR
La gestione dei percorsi riguarda:
– l’adattività ai cambiamenti di stato della rete
– reottimizzazione permessa o non permessa
le regole di distribuzione del traffico su cammini alternativi:
– definizione delle percentuali di traffico da inviare sui cammini alternativi
Priorità e Preemption dei percorsi:
La priorità definisce l’ordine con il quale avviene la selezione del cammino al momento dell’instaurazione dei TT
L’attributo di preemption (prelazione) determina se un TT può sottrarre banda ad un altro TT già attivo su un particolare percorso; la preemption può essere usata per assicurare che TT ad alta priorità vengano sempre instradati sui cammini più favorevoli
La preemption può essere usata per realizzare varie politiche di riconfigurazione dei percorsi in caso di guasto
Ciascun TT ha due tipi di priorità associate:
– setup priority: è il livello di priorità che caratterizza un TT nel prendere le risorse all’atto della sua instaurazione
– holding priority: è il livello di priorità che caratterizza un TT nel mantenere le risorse successivamente alla sua instaurazione
Entrambe le priorità possono assumere valori nell’intervallo [0-7]; il valore zero è la priorità più alta
All’atto dell’instaurazione, la banda richiesta da un TT può essere allocata su un link se:
la banda è disponibile (libera)
mediante l’abbattimento di TT già instaurati che hanno un valore della holding priority inferiore alla set-up priority del TT da instaurare
Resilienza dei percorsi:
Determina il comportamento del TT in presenza di guasti
Sono possibili diverse politiche:
– nessun reinstradamento
– reinstradamento solo su cammini con risorse sufficienti
– reinstradamento su qualsiasi cammino con qualsiasi livello di risorse
qualsiasi combinazione delle precedenti
Il TE permette di bilanciare il traffico in una rete in modo da non avere link congestionati né scarsamente utilizzati; inoltre il TE consente l’allocazione delle risorse trasmissive per aggregati di flussi, rendendo possibile lo sviluppo di meccanismi di QoS end-to-end.
I meccanismi di Fast Reroute, fornendo un efficace meccanismo di protezione locale del tunnel TE, aumentano la robustezza e la resilienza della rete
Il TE nella sua versione base (non DiffServ aware) non è in grado di creare un LSP allocando risorse trasmissive sulla base della classe di servizio (CoS aware).
Per supportare la QoS le infrastrutture di rete devono soddisfare due vincoli fondamentali:
L’allocazione delle risorse di rete deve essere garantita lungo tutto il percorso effettuato dal flusso di traffico sia in condizioni normali che in condizioni di congestione o malfunzionamento degli apparati di rete.
Ad ogni pacchetto di un flusso di traffico, in ogni nodo della rete, deve essere applicato un trattamento che permetta il soddisfacimento dei parametri di QoS.
L ‘architettura MPLS grazie all’estensione TE dei protocolli di routing IGP può offrire un ambiente connection-oriented idoneo per l’implementazione della QoS, garantendo le opportune e richieste risorse trasmissive agli aggregati di traffico.
L’architettura Diff-Serv, invece, permette la classificazione dei pacchetti in BA e il loro trattamento diversificato rappresentato dai PHB nodo per nodo.