| Περίληψη |
Το Internet, με τον τρόπο που λειτουργεί σήμερα, παρέχει μια μόνο κλάση υπηρεσίας, τη best effort, που δεν παρέχει εγγυήσεις στην κυκλοφορία, ως προς την καθυστέρηση, τις απώλειες των πακέτων ή το εύρος ζώνης που χρησιμοποιείται. Παράλληλα, παρατηρείται μια ραγδαία ανάπτυξη νέων εφαρμογών, όπως η μετάδοση video πραγματικού χρόνου και η τηλεφωνία Internet, των οποίων η αποδοτική λειτουργία, απαιτεί εγγυήσεις Ποιότητας Υπηρεσίας. Οι παροχείς διαδικτυακών υπηρεσιών, επιθυμούν την υποστήριξη μηχανισμών διαχείρισης κυκλοφορίας και πόρων από τα δίκτυα τους. Με τον τρόπο αυτό, θα επιτύχουν να υποστηρίξουν εφαρμογές με απαιτήσεις Ποιότητας Υπηρεσίας και να τις χρεώσουν ανάλογα. Η παρούσα εργασία, ασχολείται με το πρόβλημα της δρομολόγησης ροών και της διαχείρισης πόρων σε δίκτυα MPLS (MultiProtocol Label Switching). Το MPLS είναι μια τεχνική μεταγωγής που βασίζεται σε ετικέτες, η οποία μπορεί να εφαρμοσθεί για την εξυπηρέτηση κίνησης διαφόρων πρωτοκόλλων επιπέδου δικτύου, μεταξύ των οποίων και το IP. Τα δίκτυα MPLS που εξετάζουμε θεωρούμε ότι υποστηρίζουν κάποιο πλήθος διαφορετικών κλάσεων υπηρεσίας. Οι ροές οι οποίες εισέρχονται στο δίκτυο ανήκουν σε κάποια από τις παρεχόμενες κλάσεις υπηρεσίας και μπορεί να έχουν διαφορετικές απαιτήσεις εύρους ζώνης ή/και καθυστέρησης. Συνεπώς, πρέπει να υποστηρίζονται μηχανισμοί οι οποίοι θα ελέγχουν τους πόρους που δεσμεύονται για τις κλάσεις υπηρεσίας, ώστε να διασφαλίζεται η Ποιότητα Υπηρεσίας που πρέπει να παρέχει κάθε κλάση. Ταυτόχρονα, οι ροές πρέπει να δρομολογούνται κατάλληλα ώστε να βελτιστοποιείται η λειτουργία και η απόδοση του δικτύου, καθώς και να αποφεύγονται φαινόμενα κατά τα οποία κάποια τμήματα του δικτύου παρουσιάζουν συμφόρηση, ενώ άλλα υποχρησιμοποιούνται. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής, σχεδιάστηκε η αρχιτεκτονική ενός συστήματος που παρέχει μηχανισμούς δρομολόγησης ροών και διαχείρισης πόρων σε δίκτυα MPLS. Για την υποστήριξη διαφορετικών κλάσεων υπηρεσίας, επιλέχθηκε η αρχιτεκτονική των Differentiated Services πάνω από δίκτυα MPLS και προσδιορίστηκε μια μέθοδος ορισμού κλάσεων υπηρεσίας, με βάση αυτήν την αρχιτεκτονική. Αρχικά, μελετήθηκε η χρήση της θεωρίας των συνεπαγόμενων κοστών, για τη δρομολόγηση των ροών και τη λήψη αποφάσεων σχετικά με καταμερισμό των πόρων μεταξύ των διαφόρων κλάσεων. Η θεωρία αυτή ασχολείται με δρομολόγηση κλήσεων και δέσμευσης πόρων σε δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος (circuit-switched). Τα βασικά χαρακτηριστικά των δικτύων μεταγωγής κυκλώματος παρουσιάζουν διαφορές σε σχέση με τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά των δικτύων που εξετάζουμε. Για το λόγο αυτό, ήταν απαραίτητη η κατάλληλη τροποποίηση και προσαρμογή της θεωρίας, ώστε να μπορεί να εφαρμοσθεί σε δίκτυα MPLS που υποστηρίζουν πολλές κλάσεις υπηρεσίας. Το σύστημα το οποίο σχεδιάστηκε με σκοπό τη δρομολόγηση ροών και τη δυναμική διαχείριση πόρων, υλοποιήθηκε σε ένα πραγματικό δίκτυο MPLS. Παράλληλα σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν δύο άλλα συστήματα διαχείρισης πόρων και δρομολόγησης ροών, τα οποία χρησιμοποιούν προσεγγίσεις απλούστερες σε σχέση με τα συνεπαγόμενα κόστη, για την αλγοριθμική υποστήριξη των λειτουργιών τους. Συγκεκριμένα, η πρώτη προσέγγιση υποστηρίζει δυναμική διαχείριση πόρων, αλλά η δρομολόγηση των ροών πραγματοποιείται βάσει ανακοινώσεων των διαθέσιμων πόρων κάθε μονοπατιού. Η δεύτερη προσέγγιση κάνει χρήση εκτιμήσεων της μέσης κυκλοφορίας ανά κλάση σε κάθε μονοπάτι για τη δέσμευση πόρων στους διάφορους συνδέσμους. Οι πόροι που δεσμεύονται ανά κλάση σε κάθε σύνδεσμο δεν μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του δικτύου. Στη συνέχεια, οι ροές που καταφθάνουν δρομολογούνται κατάλληλα, ώστε το μέγεθος της κίνησης ανά μονοπάτι να συγκλίνει προς την εκτιμώμενη μέση κυκλοφορία, βάσει της οποίας πραγματοποιήθηκαν οι δεσμεύσεις πόρων. Πραγματοποιήθηκαν διάφορα πειράματα, για την αποτίμηση και την σύγκριση των συστημάτων. Τα κριτήρια αξιολόγησης των συστημάτων ήταν η διασφάλιση της ποιότητας υπηρεσίας των κλάσεων, καθώς και τα έσοδα που αποφέρει η χρήση τους στον παροχέα δικτύου. Για τον υπολογισμό των εσόδων, ορίστηκε μια μέθοδος χρέωσης των ροών βάσει της κλάσης υπηρεσίας και των απαιτήσεων σε εύρος ζώνης κάθε ροής. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων, απέδειξαν την αναγκαιότητα χρήσης δυναμικών μηχανισμών διαχείρισης πόρων για τη διασφάλιση της ποιότητας υπηρεσίας των κλάσεων. Συγκεκριμένα, τα δύο δυναμικά συστήματα ήταν πιο αποδοτικά από το στατικό. Σημειωτέον ότι, τα δύο συστήματα αυτά, δηλαδή το σύστημα που βασίζεται στο συνεπαγόμενο κόστος και το σύστημα που βασίζεται στις ανακοινώσεις των διαθέσιμων πόρων, δεν παρουσίασαν ουσιαστικές διαφορές όσον αφορά την αποδοτικότητα τους, αν και το δεύτερο είναι πολύ απλούστερο στην υλοποίηση. Τέλος, για τη δημιουργία κυκλοφορίας κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, υλοποιήθηκε μια γεννήτρια κίνησης. Μέσω της γεννήτριας, δημιουργήθηκαν πηγές διαφόρου ρυθμού μετάδοσης, οι οποίες προσομοίωναν διαφορετικές δικτυακές εφαρμογές.
|
Δρομολόγηση Ποών και Διαχείριση Πόρων σε Δίκτυα MPLS που υποστηρίζουν Πολλαπλές Κλάσεις Υπηρεσίας
