К. А. СЛАВНОВ, Д. А. ЛОГИНОВ
Научный руководитель - А. П. ШИБАНОВ, д. т.н., профессор
Рязанский государственный радиотехнический университет
МОДЕЛИРОВАНИЕ АГРЕГИРОВАННЫХ КАНАЛОВ
В СЕТЯХ MPLS
Предлагаются модели для оценки производительности, задержек передачи и их вариаций в агрегированных виртуальных каналах сети MPLS.
Технология MPLS (Multi Protocol Label Switching − многопротокольная коммутация с помощью меток) считается на сегодняшний день одной из самых перспективных транспортных технологий. В протоколе TCP/IP пакеты последовательно проходят через IP-маршрутизаторы, и в каждом из них выполняется достаточно длительная операция поиска IP-адреса для определения пути дальнейшего следования пакета. Сеть MPLS “надстраивается” над сетью TCP/IP. Операция поиска IP-адреса в ней выполняется только пограничным маршрутизатором MPLS. Передача через следующие маршрутизаторы LSR (Label Switching Routers) производится по проложенным виртуальным каналам с использованием меток и технологии коммутации, что обеспечивает высокую скорость передачи пакетов.
Одной из важнейших задач в MPLS является определение необходимой полосы пропускания для приложений одного класса эквивалентности. К нему относятся пакеты с примерно одинаковым набором характеристик, например, с общими (или близкими) адресами назначения, требованиями к задержкам и их вариациям, допустимому проценту потерь пакетов, к защите информации и т. п. Такое объединение потоков в одном классе эквивалентности позволяет повысить коэффициент загрузки виртуального канала.
Для решения задачи нахождения необходимой полосы пропускания для пакетов с одним классом эквивалентности введем понятие элементарного виртуального канала, логически далее неделимого. Характерной особенностью такого канала является то, что он работает под управлением отдельного протокола. В общем случае на одноразовую передачу пакета через сегмент (LSR - канал связи - LSR) затрачивается случайное время. Пакеты по параллельно работающим каналам приходят на выход сегмента в разные моменты времени. Для ускорения передачи пакетов в сегменте можно параллельно передавать пакеты одного класса эквивалентности по разным виртуальным каналам. Исходя из особенностей канала данного сегмента, например, быстродействия, надежности и т. п. сетевой оператор решает, какое число параллельных каналов и с какими характеристиками он должен выделить для агрегированного канала.
Рассмотрим случай, когда приходящие на выход сегмента пакеты перед передачей в следующий сегмент синхронизируются, т. е. на входы виртуальных каналов следующего сегмента первые пакеты подаются одновременно. Если допустить асинхронное движении пакетов, то до пограничного LSR они могут дойти не в том порядке, в котором были отправлены. Тогда придется выполнять длительную процедуру сортировки пакетов по их номерам. Необходимость синхронизации пакетов на входе сегмента определяется еще и тем, что, виртуальные каналы могут частично совпадать. Тогда синхронизация обязательна в точках разветвления виртуальных каналов.
Предлагаются модели передачи пакетов через сеть MPLS, в разных сегментах которой могут использоваться разное число параллельных виртуальных каналов. Эти модели реализованы на основе GERT-сетей (Graphical Evaluation and Review Technique), в которых время прохождения отдельных ветвей характеризуется экспоненциальным распределением. Плотности распределения выходных величин находятся с использованием вычетов.
Данные модели были использованы для расчета задержек, необходимых для синхронизации пакетов, времени передачи информационных потоков через отдельные сегменты и весь путь LSP, а также для оценки вариации времени передачи пакетов. Анализ результатов моделирования показал, что целесообразно увеличивать число параллельно работающих каналов, не только потому, что по ним одновременно передается больше пакетов, но и потому, что при этом уменьшается дисперсия времени передачи. При этом должен учитываться и тот факт, что при увеличении числа параллельно используемых виртуальных каналов возрастает стоимость передачи информации.
С помощью GERT-сетей определяются наилучшие значения: числа виртуальных каналов, задержек и их вариаций в каждом сегменте, а также на всем пути между пограничными маршрутизаторами LSR.
Выборочные значения выходных случайных величин GERT-сетей используются на втором уровне иерархии в системе имитации для учета влияния очередей в коммутирующих маршрутизаторах LSR.
Работа поддержана Российским Фондом фундаментальных исследований, грант № 07-07-00146.
