Optymalizacja sieci telekomunikacyjnej dla koncernu medialnego

Transkrypt

1 Instytut Badañ Systemowych PAN Badania Systemowe Teoria i Zastosowania Sesja Sprawozdawcza Optymalizacja sieci telekomunikacyjnej dla koncernu medialnego Maciej opaciñski Warszawa, marzec Wprowadzenie Zagadnienia optymalizacji sieci telekomunikacyjnych, spotykane w literaturze, dotyczą optymalizacji sieci operatora telekomunikacyjnego. Nie spotyka się natomiast prac dotyczących optymalizacji sieci korporacyjnych. Sieć korporacyjna jest budowana z usług sprzedawanych przez operatorów - korzysta z ich sieci. To powoduje, że konieczne jest zastosowanie zupełnie innego podejścia do optymalizacji sieci korporacyjnych, niż to wykorzystywane w optymalizacji sieci operatorów. 2 Sieć korporacyjna, a sieć operatora Sieć operatora telekomunikacyjnego jest zbudowana w oparciu o własną infrastrukturę. Operator ma pełną wiedzę o niezawodności urządzeń użytych do budowy sieci, o przebiegach kabli i światłowodów, o funkcjonowaniu służb

2 serwisowych i kompetencjach swojego personelu. Na podstawie swojej wiedzy operator buduje usługi telekomunikacyjne. Usługą taką może być np. dzierżawa łącza telekomunikacyjnego. Każda z tych usług może mieć określony poziom serwisu (SLA, Service Level Agreement). W ramach SLA operator, na podstawie wiedzy o niezawodności swojej sieci, może określić niezawodność usługi. Parametr niezawodności jest ważnym dla klienta elementem w wyborze usługodawcy. To powoduje, że na określony w SLA poziom niezawodności, ma wpływ nie tylko rzeczywista niezawodność, ale również, a może głównie, oczekiwania rynkowe i SLA oferowane przez konkurencję. W SLA mogą być zawarte również opóźnienia łącza, gwarantowana przepustowość, stopa błędów itp. Operator, dla zdobycia klienta, może zawyżyć SLA wkalkulowując w cenę usługi płacenie kar za niedotrzymywanie SLA. Właściciel sieci korporacyjnej stara się zbudować sieć, która w najlepszym stopniu spełnia jego wymagania. Budując swoją sieć opiera się na SLA przedstawianym przez operatorów. Wewnętrzna budowa sieci operatora, jest dla klienta nieznana. Może okazać się, że pozornie dwa niezależne łącza od dwóch niezależnych operatorów mają wspólne elementy (np. przebieg przez most), które powodują, że oba ulegają awarii równocześnie. To powoduje, że dla sieci korporacyjnych jest możliwe jedynie zgrubne oszacowanie niezawodności. Operator telekomunikacyjny kreując nową usługę, dla której definiuje SLA ogranicza w nim wysokość odszkodowania za awarię. Klient nie może dochodzić na drodze sądowej roszczeń do wysokości poniesionych strat. Wielkość odszkodowań, jakie zapłaci w razie awarii jest przewidywalna i wyliczalna. Ze strony klienta, właściciela sieci korporacyjnej, ponoszone straty w wyniku awarii mogą być bardzo wysokie. Dla instytucji finansowych oraz firm medialnych, w których główne procesy biznesowe oparte są na przesyłaniu informacji, straty poniesione w wyniku dużej awarii sieci telekomunikacyjnej mogą doprowadzić do upadłości. Właściciel sieci korporacyjnej jest właścicielem przesyłanych danych. Jest to bardzo ważna różnica w stosunku do operatora telekomunikacyjnego. W sytuacjach awaryjnych, gdy dostępne pasmo jest niewystarczające do normalnego funkcjonowania, właściciel sieci korporacyjnej może zablokować przesyłanie mniej istotnych danych. W projekcie sieci korporacyjnej można założyć, że w sytuacjach awaryjnych zostaną wyłączone mniej istotne aplikacje.

3 Dzięki temu łącza backupowe mogą mieć znacznie mniejszą przepustowość niż łącza podstawowe, a co za tym idzie niższą cenę. 3 Optymalizacja sieci korporacyjnej Celem optymalizacji sieci korporacyjnej jest uzyskanie sieci, która spełnia określone wymagania dotyczące niezawodności, przepustowości (bandwidth), opóźnień (delay), zmienności opóźnień (jitter), możliwości rozwoju przy możliwie najmniejszym koszcie finansowym. Najczęściej spotykane definicje sieci telekomunikacyjnej zakładają istnienie połączonych liniami telekomunikacyjnymi urządzeń, które przesyłają informację w postaci fal elektromagnetycznych. Przykładowo ustawa Prawo Telekomunikacyjne definiuje sieć telekomunikacyjną jako urządzenia telekomunikacyjne i linie telekomunikacyjne, zestawione i połączone w sposób umożliwiający przekaz sygnałów pomiędzy określonymi zakończeniami sieci, za pomocą przewodów, fal radiowych bądź optycznych lub innych środków wykorzystujących energię elektromagnetyczną. Wprowadzenie rozszerzonej definicji sieci telekomunikacyjnej jako sieci służącej do przesłania informacji w wymaganym czasie i z określoną jakością pozwala na inne spojrzenie na zagadnienie optymalizacji. W rozszerzonej definicji sieć nadal ma przesyłać informacje, a informacja ma być przesłana zgodnie z wymaganiami użytkownika. Nie jest konieczne przesyłanie jej w postaci fal przez linie telekomunikacyjne. To w niektórych zastosowaniach może dawać bardzo duże korzyści. Załóżmy, że jest wymagane codzienne przesyłanie kopii bazy danych o wielkości 100GB z Warszawy do Krakowa. Przy tradycyjnej definicji sieci konieczne jest zestawienie łącza o przepustowości 10Mb/s. Czas przesyłania takiego zbioru jest bliski 24h, a miesięczny koszt eksploatacji łączy, wg cenników operatorów, przekracza zł. Ten sam efekt przesłania 100GB danych z Warszawy do Krakowa w czasie mniejszym niż 24h, możemy osiągnąć przesyłając nagrane płyty DVD przesyłką konduktorską w PKP. Koszt codziennego nagrywania płyt i nadawania przesyłek konduktorskich nie przekracza kilku tysięcy złotych, a czas przesyłu skraca się do 4-6 godzin. Włączenie takich stałych procedur do projektu sieci, i traktowanie ich jako łączy

4 o prawie nieskończonej przepustowości i bardzo dużym opóźnieniu, wymaga zmiany sposobu myślenia o sieci telekomunikacyjnej. Dla wielu aplikacji, takich jak bazy danych, aplikacje terminalowe, przesyłanie głosu, istotnym parametrem sieci telekomunikacyjnej jest opóźnienie. Opóźnienie jest to łączny czas przesyłania danych w obu kierunkach. Dla przykładu, jeśli do wykonania operacji np. sprzedaży, aplikacja odwołuje się do bazy danych 100 razy, a opóźnienie w sieci wynosi 600ms, to czas wykonywania operacji wyniesie minutę. Tak długie oczekiwanie na reakcję komputera jest dla użytkownika nie do zaakceptowania. Jednocześnie, dla przesyłania plików, czy oglądania stron www takie opóźnienie, nie jest istotnym problemem. W projekcie sieci, w której mają działać aplikacje czułe na opóźnienia, nie bierze się pod uwagę łączy o dużym opóźnieniu. W sieci korporacyjnej znane są aplikacje jakie mają działać i znane są ich wymagania. Możliwe jest skierowanie danych z aplikacji wrażliwych na opóźnienia innymi łączami, niż danych z aplikacji niewrażliwych. Dodatkowo dla aplikacji, które przesyłają znacząco więcej informacji w jednym kierunku możliwe jest wykorzystanie asymetrycznego rutingu. Dane wysyłane wędrują innymi łączami niż dane powrotne. Warszawa Łącza o dużym opóźnieniu i dużej przepustowości Łącza o małym opóźnieniu i małej przepustowości Aplikacja terminalowa Aplikacja przesyłania plików Katowice Kraków Wykorzystanie rutingu asymetrycznego - opracowanie własne Przy planowaniu takiej sieci, niezbędne jest zaplanowanie, jak ma zostać przełączony ruch w przypadku awarii. Większość protokołów rutingu wybiera trasę o niższym koszcie (wadze), będącym sumą kosztów wszystkich łączy na tej trasie. Planując trasy, którymi mają być przesyłane dane w razie awarii, należy dobrać koszty dla poszczególnych łączy. W przypadku stosowania rutingu asymetrycznego, koszt łącza dla poszczególnych kierunków jest różny. Do

5 wyliczenia wag poszczególnych łączy dla protokołów rutingu, można użyć zadania optymalizacyjnego n min f ( ) = i i= 1 A < 0 N, w którego ograniczeniach zawarte są zależności definiujące, na które łącza ma być przeniesiony ruch w przypadku awarii. 1<3 3< <5+6 4<2 2< <5+6 7< <7+1 10< <10+4 5< < <4+7 Przesyłane w sieci korporacyjnej dane związane są z różnymi procesami biznesowymi. Każdy strumień informacji ma inną wartość. Inna jest wartość biznesowa przesyłanych danych związanych z procesem sprzedaży, a inna danych związanych z oglądaniem przez pracowników stron internetowych. W zagadnieniach optymalizacji sieci korporacyjnych bardzo duże korzyści można uzyskać uwzględniając te różnice. W opracowaniach dotyczących optymalizacji ruchu w sieci korporacyjnej (Quality of Service) przyjmuje się, że wszystkie dane związane z jedną aplikacją mają taką samą wartość. Sieć jest optymalizowana pod poszczególne aplikacje, a nie procesy biznesowe. Jednakże, z jedną aplikacją może być związanych kilka procesów biznesowych, o różnych wartościach dla firmy. Dokonanie optymalizacji sieci, z uwzględnieniem nie tylko wymagań aplikacji, ale również z uwzględnieniem wymagań różnych procesów biznesowych korzystających z tych samych aplikacji, pozwala na znaczną poprawę działania sieci.

6 Produkcja Sprzedaż Zakupy Produkcja Sprzedaż Zakupy Procesy SAP VoIP WWW SAP VoIP WWW Aplikacje Sieć komputerowa Sieć komputerowa Sieć Aktualny model Proponowany model Wymagania jakościowe Wpływ procesów biznesowych na optymalizację sieci - opracowanie własne Optymalizacja styku z internetem Firmy, w których łączność z internetem jest jednym z kluczowych czynników działania są dołączone do wielu operatorów internetowych (ISP, Internet Service Provider). D ISP ISP ISP ISP firma Połączenie firmy z internetem opracowanie własne Za kierowanie danych w sieci internet odpowiada protokół BGP. Wybiera on trasę o najniższym koszcie, gdzie koszt jest określany jako liczba operatorów internetowych (systemów autonomicznych, autonomous systems) do miejsca docelowego. firma Łącza Najkrótsza droga * l ( M (, )) = min( l ( M (, i, j i j i j ))

7 Wybór trasy w internecie - opracowanie własne Z uwagi na: - bardzo różne koszty łączy internetowych (od kilkudziesięciu Euro za 1Mb/s do ok. 400 Euro za 1Mb/s) - istnienie łączy, przez które jest dostęp do ograniczonych zasobów (np. tylko Polska, tylko sieci akademickie) - węzłów peeringowych (np na różną jakość łączy intenretowych oferowanych przez dostawców istotnym zagadnieniem jest optymalizacja ruchu na łączach internetowych. Przy n łączach interetowych, jakie posiada firma i ponad systemów autonomicznych (operatorach internetowych), do których wysyłane są treści interentowe, zagadnienie optymalizacyjne osiąga wielkość n Zagadnienie tej wielkości jest praktycznie nierozwiązywalne. Z badań wynika jednak, że ponad 80% polskiego ruchu internetowego trafia do mniej niż 10 systemów autonomicznych. AS RUCH ,94% ,99% ,79% ,88% ,86% ,30% ,14% ,63% ,38% ,30% ,24% ,69% ,69% ,68% ,66% ,64% ,61% ,57% ,55% ,53% ,52% ,49% ,42% pozostłe 10,49% Ruch do Systemów Autonomicznych pozostłe pozostłe Rozkład ruchu IP do systemów autonomicznych w polskim internecie badania własne Oznacza to, że optymalizacji 80% ruchu można dokonać rozwiązując zadanie o wielkości n 10. Zadanie optymalizacyjne przybiera postać: min J L k C MAX _ AS i = f ( J Lk AS C R 1, ( i L )) k -Współczynnik jakości (zależny od preferencji decydenta) AS i ( R L k ) - Koszt ruchu o wielkości R wysłanego łączem k

8 W efekcie rozwiązania tego zadania, ruch do wybranych, istotnych systemów autonomicznych kierowany jest łączami o najlepszych parametrach kosztowojakościowych. podlegające optymalizacji podlegające optymalizacji firma Łącza Najkrótsza droga firma Łącza Najlepsza droga D D Ruch internetowy przed i po optymalizacji opracowanie własne Stosując opisane powyżej metody optymalizacji sieci telekomunikacyjnej można osiągnąć poprawę jakości działania oraz znaczne obniżenie kosztów. Literatura [1] Maciej Łopaciński Transmisja głosu w korporacyjnych sieciach rozległych w Analiza systemowa w finansach i zarządzaniu wybrane problemy pod redakcją prof. dr hab. Jerzego Hołubca - Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania Warszawa 1999 [2] Maciej Łopaciński Voice Over IP w świetle ustawy Prawo Telekomunikacyjne z opublikowana w serwisie internetowym ( ) - opracowanie wskazywane w Bibliografii Prawa Nowych Technologii [3] Maciej Łopaciński Problemy opóźnień transmisji i zarządzania opóźnieniami w sieciach teleinformatycznych w Analiza systemowa w finansach i zarządzaniu wybrane problemy tom 4 pod redakcją prof. dr hab. Jerzego Hołubca Instytut Badań Systemowych PAN Warszawa 2002 [4] Maciej Łopaciński Zarządzanie Jakością i Kosztami Ruchu Internetowego w Analiza systemowa w finansach i zarządzaniu wybrane problemy tom 5 pod redakcją prof. dr hab. Jerzego Hołubca Instytut Badań Systemowych PAN Warszawa 2003 [5] Andrzej Kwiecień - Analiza przepływu informacji w komputerowych sieciach przemysłowych, wydawnictwo Pracownia Komputerowa Jacka Skalmierskiego

9 [6] Sam Halabi, Danny McPherson - Internet Routing Architectures, Second Edition ISBN: X [7] Kasprzak A. - Projektowanie struktur rozległych sieci komputerowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej; 2001 [8] Ustawa z dnia 21 lipca 2000 r. Prawo telekomunikacyjne Dz. U. Nr 73, poz. 852 [9] praca zbiorowa pod redakcją Krzysztofa Wajdy Wybrane zagadnienia budowy i eksploatacji sieci korporacyjnych, seria "Społeczeństwo Globalnej Informacji Katedra Telekomunikacji AGH; Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacji; ISBN [10] Wierzbicki A. P. Rola intuicji w podejmowaniu decyzji, Praca zbiorowa Analiza systemowa i zarządzanie, Instytut Badań Systemowych PAN; Warszawa 1999