Analysis of PCE-based path optimization in multi-domain SDN/MPLS/BGP-LS network

Transkrypt

1 Analysis of PCE-based path optimization in multi-domain SDN/MPLS/BGP-LS network Grzegorz Rzym AGH, Department of Telecommunications , Poznań

2 Agenda Motywacja PCE SDN Środowisko testowe Wyniki Wnioski 2

3 Motywacja Zapotrzebowanie na wysoką wydajność obliczeniową sprzętu związaną z optymalizacją ruchu Ograniczona znajomość topologii sieci Brak informacji związanych z inżynierią ruchu Wykorzystanie PCE jako jednostki służącej do obliczania ścieżek zapasowych, bez rozgłaszania ich przez protokół sygnalizacyjny Sieci GMPLS, w których tworzenie tuneli wymaga połączenia różnych warstw i technik sieciowych Tworzenie własnych polityk wyboru ścieżek 3

4 Path Computation Element Element sieci (aplikacja lub węzeł) odpowiedzialny za obliczanie ścieżek w sieci. Do wyznaczania ścieżek może używać informacji zawartych w bazie TED, a także informacji o istniejących w sieci ścieżkach (stateful PCE). Korzysta z algorytmów optymalizacyjnych. 4

5 Architektura PCE PCE PCC Stateful PCE* Utrzymywanie ścisłej synchronizacji z siecią Znajomość topologii sieci i przepustowości łączy Wiedza o istniejących ścieżkach LSP i rezerwowanych przez nie zasobach Stateless PCE Brak wiedzy o istniejących ścieżkach Każda kolejna ścieżka jest obliczana niezależnie od wcześniejszych Aplikacja kliencka przekazująca żądania obliczenia ścieżek do PCE PCEP Protokół komunikacyjny między PCE i PCC, a także między różnymi PCE *Ostatni szkic rozszerzeń do protokołu PCEP, draft-ietf-pce-stateful-pce-16 z września 2016r. 5

6 Scenariusze implementacji PCE Scenariusz Sieć jednodomenowa Sieć wielodomenowa Jeden PCE obsługujący wiele domen PCE per domena bez współpracy między PCE PCE per domena z protokołem PCEP pomiędzy PCE Hierarchiczne PCE 6

7 Centralny PCE PCE R1 R3 R5 R7 R9 R2 R4 R6 R8 Domena 1 Domena 2 Domena 3 BGP-LS OSPF-TE PCEP RSVP-TE 7

8 PCE per domena: brak współpracy PCE1 PCE2 PCE3 R1 R3 R5 R7 R9 R2 R4 R6 R8 Domena 1 Domena 2 Domena 3 PCEP OSPF-TE RSVP-TE 8

9 PCE per domena: Standard Backward Path Computation PCE1 PCE2 PCE3 R1 R3 R5 R7 R9 R2 R4 R6 R8 Domena 1 Domena 2 Domena 3 PCEP OSPF-TE RSVP-TE 9

10 PCE per domena: Standard Backward Recursive Path Computation PCE1 PCE2 PCE3 R1 R3 R5 R7 R9 R2 R4 R6 R8 Domena 1 Domena 2 Domena 3 PCEP OSPF-TE RSVP-TE 10

11 Hierarciczne PCE ppce cpce1 cpce2 cpce3 R1 R3 R5 R7 R9 R2 R4 R6 R8 Domena 1 Domena 2 Domena 3 PCEP OSPF-TE RSVP-TE 11

12 Funkcje celu definiowane w RFC Problem wyboru ścieżki o najniższym koszcie 2. Problem wyboru ścieżki tak, aby zminimalizować procentowe obciążenie najbardziej obciążonego łącza 3. Problem wyboru ścieżki tak, aby zmaksymalizować dostępną przepustowość najmniej obciążonego łącza 4. Problem wyboru wielu ścieżek, dla których minimalizowane jest wykorzystanie przepustowości wszystkich łączy 5. Problem wyboru wielu ścieżek w jednym procesie obliczeniowym tak, aby zminimalizować obciążenie najbardziej obciążonego łącza 6. Problem wyboru wielu ścieżek w jednym procesie obliczeniowym tak, aby ich sumaryczny koszt był jak najniższy 12

13 Architektura sieci TED Mechanizm synchronizacji bazy danych inżynierii ruchu (OSPF-TE, BGP-LS) Żądanie zestawienia ścieżki LSP NMS Zapytanie / Odpowiedź PCE Żądanie zestawienia ścieżki LSP Węzeł początkowy ścieżki LSP Protokół Sygnalizacyjny (RSVP) Węzeł sąsiedni 13

14 BGP-LS Implementowany przez producentów sprzętu już w pierwotnych wersjach szkicu Zdefiniowany na potrzeby PCE oraz ALTO Przenosi wiadomości o topologii, stanie łączy i inżynierii ruchu w polach TLV Możliwość filtracji i modyfikacji informacji udostępnianych do innych systemów autonomicznych RFC7752: North-Bound Distribution of Link-State and Traffic Engineering (TE) Information Using BGP, marzec

15 Informacje przenoszone przez BGP-LS lokalny/zdalny adres IP lokalny/zdalny identyfikator interfejsu metryki łączy metryki TE przepustowości łączy przepustowość możliwa do zarezerwowania na danym łączu stan rezerwacji zasobów dla każdej klasy usług (CoS, Class of Service) prawa przejęcia zasobów (preemption) grupy łączy współdzielonego ryzyka (Shared Risk Link Groups) 15

16 Wykorzystane narzędzia OpenDaylight IBM Cplex KVM Cisco XRv 16

17 OpenDaylight jako kontroler sieci z PCE Warstwa aplikacji Moduł obliczeniowy REST API Płaszczyzna sterowania Kontoler OpenDaylight Usługi sieciowe BGP-LS, PCEP Płaszczyzna danych Wirtualne rutery Cisco XRv 17

18 Tworzenie tunelu MPLS za pomocą PCE PCE XR2 e 4 AS1 XR4 e 8 XR6 AS100 XR1 e 3 e 6 e 9 e 11 XR8 AS200 PCC e 5 e 10 XR3 XR5 XR7 BGP-LS OSPF-TE PCEP RSVP-TE REST 18

19 Matematyczny zapis modeli optymalizacyjnych Model z jednostkowym kosztem przepływności z bifurkacją Model z jednostkowym kosztem przepływności bez bifurkacji Model z modułowym kosztem przepływności z bifurkacją Model z modułowym kosztem przepływności bez bifurkacji 19

20 Wyniki Czas obliczeń dla modeli z jednostkowym kosztem przepływności Czas obliczeń dla modeli z modułowym kosztem przepływności Wykorzystanie pamięci dla modeli z jednostkowym kosztem przepływności Wykorzystanie pamięci dla modeli z modułowym kosztem przepływności 20

21 Podsumowanie Wydajność sieci z PCE w dużej mierze zależy od zaimplementowanych algorytmów optymalizacyjnych Czas obliczeń i wykorzystanie pamięci operacyjnej są różne dla różnych modeli obliczeniowych i mogą być mało przewidywalne Protokół BGP-LS jest rozwiązaniem problemu braku informacji o inżynierii ruchu w domenach administracyjnych innych operatorów Zaimplementowana sieć jest przykładem sieci sterowanej programowo, wykorzystującej wyniesiony moduł obliczeniowy Rozwiązania opisane w szkicach przyszłych rekomendacji są implementowane przez wiodących producentów sprzętu sieciowego 21

22 Dziękuję za uwagę 22