Управление на трафик в глобална мрежа

Договор № ИД 14/ 1.7.2004 с Агенция „Развитие на съобщенията и на информационните и комуникационните технологии”

Ръководител: ст.н.с. І ст. дтн. Тодор.СтоиловКолектив: ст.н.с. ІІ ст.д-р. Красимира Стоилова

н.с. ІІІ ст. Красимир Тричковн.с. ІІІ ст. Елена Иванован.с. ІІІ ст. Мартин Ценов

инж. Ал.Кемаловинж. Симеон Цветанов

I етап, София, 2004

СЪДЪРЖАНИЕ

• Увод• Гл.І. Основни термини, прилагани при контрола и управлението

на трафика в глобални мрежи• Гл.ІІ: Управлението на комуникационен трафик: анализ на

състоянието на проблема • Гл.ІІІ. Моделиране на Интернет трафика• Гл.ІV. Системи за мониторинг на информационен и

комуникационен трафик в компютърни глобални мрежи: продуктът Ipswitch WhatsUp Professional 2005

• Гл.V: Анализ на корпоративните софтуерни системи за обслужване и управление на комуникационен трафик

• Изводи• ЛИТЕРАТУРА

Увод• Цел: проучване и оценка на адаптивни и оптимални

алгоритми, които динамично преразпределят трафика в комуникационната мрежа

• Проблем: Съществува противоречие между необходимостта от нови управляващи стратегии в комуникационната мрежа и ограничените възможности за експериментиране в съществуващи системи за подобряване на качеството на информационните услуги

• Подход на изследването: разработване на алгоритми за оценка и промяна на настройките на рутинг - таблиците

• Очаквани резултати: разработване на алгоритми и програмни решения за анализ, оценка, оптимизация и управление на маршрутизиращите таблици на рутери.

Гл.І. Основни термини, прилагани при контрола и управлението на трафика в

глобални мрежи

• Маршрутизатор (рутер)

• Протоколи на информационен обмен

• Маршрутизация на съобщенията

фиг. 1.2 Определяне мрежовата част на IP адреса

Гл.ІІ: Управлението на комуникационен трафик: анализ на състоянието на проблема

• Постановка на задачата: средствата за управление преразпределят трафика, така че да се избегнат препълванията

• Дистанционно-векторно маршрутизиране: периодично рутерите изпращат своите маршрутни

таблици към непосредствени мрежови съседи • Маршрутизиране, основано на състоянието на

връзката: (Shortest Path First – най-краткия път)

• Хибридно маршрутизиране: Enhanced Interior

Routing Protocol (EIGRP)

Гл.ІІ: Управлението на комуникационен трафик: анализ на състоянието на проблема

• Статично маршрутизиране: насочване пакетите по предварително определени портове

• Типове протоколи за маршрутизация: distant vector (предаване на информация за маршрутите периодически през интервали от време); link state (предаване на информация за маршрутите в момента на първоначално включване или при възникване на промяна в съществуващата структура)

• exterior gateway protocol – EGP• interior gateway protocol – IGP

Вътрешен протокол за маршрутизация RIP

• прилага алгоритъм на Белман-Форд• Записите в таблицата трябва да включват:

- IP-адрес на местоназначението- Метрика на маршрута (от 1 до 15; число преходи

до местоназначението)- IP-адрес на най-близкия маршрутизатор (gateway)

по пътя към местоназначението- Регулатори на маршрута• Ограничения на протокола RIP:максимално 15 hops,

“зациклени маршрути”; метрика=hops.

Описание на алгоритъма distant vector(RIP)

D (i, j) представлява показател за оптималния маршрут от i до j

D (i, i) = 0, за всяко i

D (i, j) = min [d (i, k) + D (k, j)] Възникване на маршрути на зацикляне

Недостатъци на алгоритъма RIP-1

• Невъзможност за използване на мрежи от всички класове

• Невъзможност за използване на независими области на маршрутизация

• Изисква много време за установяване на връзка след отказ в маршрутизатора (минути, възможни са цикли)

• Ограничен брой преходи-15

Алгоритъм за маршрутизация RIP-2

Формат на съобщенията при RIP-2: дейтаграми, които се адресират към порт №520 UDP.

0 7 15 31

COMMAND VERSION ROUTING DOMAIN/ZERO

Address Family ID (2) ROUTE TAG (0)

IP ADDRESS

SUBNET MASK

NEXT HOP

METRIC

IP ADDRESS

…

Протокол OSPF (алгоритъм на Дийкстра)

СВОЙСТВА• отсъствие на ограничение за размера на мрежата• поддържа вътрешнокласови мрежи• предаване на обновените маршрути с използване на

адреси от типа multicast• голяма скорост при установяване на маршрута• Използва процедури authentication при предаване и

получаване на обновените маршрути

Преимущества при използването на протокола OSPF

• Йерархична  маршрутизация

Преимущества при използването на протокола OSPF

Разпределяне на натоварването между паралелни канали (Load balancing)

Multicast способи за организация на обмена на информация за маршрутите

Формат на метриката на протокола OSPF-пропускателна способност на канала-Величина за задържане разпространението на сигнала в канала-Надеждност на канала-Претоварване на канала -Размер на максималния блок от данни, който може да бъде

предаден през дадения канал

Internal Router - IRArea Border Router - ABRBackbone Router - BRAS Boundary Router – ASBR

Видове маршрутизатори OSPF

Алгоритъм на Дийкстра за избор на оптимален път

Гл. ІІІ. Моделиране на Интернет трафик

• Общата задача за управление на трафика (рутинг) • граф G = (N,A)

• дъга “а” има капацитет С(a)=Vij, i,,j=1,N, • матрицата D, определя за всяка двойка възли (s,t)

колко трафик трябва да се предаде • критерий за потокоразпределението : поддържане на

натоварване l(a) за дъгите в рамките на техния капацитет c(a)

Формално представяне на задачата за оптимално потокоразпределение

Aji ijlijФ,

max

Nts

tsj

tjtsD

sjtsD

Nijj

ts

ijf

Njii

ts

jif

,,

.,,0

,),,(

,),,(

),(:

),(

),(),(:

),(

),(

AjiNtsjiVji

tsf ,,,,),(

),(0

Vij e пропускателната способност на канала N – броя на възлите в мрежата,А – множеството на дъгите в мрежата, - показва каква част от необходимия за предаване трафик D (s,t)

),(),(tsjif

Формално представяне на задачата за синтез на комуникационна мрежа

• минимизират общите загуби

Aji ijVijCZ

),(min

• максималните потоци между възли i и j, (i,j)єN да удовлетворява условието

jijiDijf ,,

•Разрезът LjiijdijК ,,

1 2

3 4

α1

α2

α4

V12

V13 V23

V24

α3

131214,1:

1VVК

1 2

3 4

23134,12:

2VVК

2423124,13:

3VVVК

2444,1:

4VК

4321,4,14,1 dК

4

4,1;34,1;

24,1;

14,1min

*4,1

KKKKK

минимална пропускателна способност = максималния поток

max4,14,1

*

4,1 fdK

Оценка на OSPF протокола за управление на трафик от рутери

• входящ трафик от комуникационната магистрала, влизаща в мрежата, наблюдавана от комуникационния доставчик;

• изходящ трафик от комуникационната магистрала, излизащ от мрежата, наблюдавана от комуникационния доставчик;

• вътрешен трафик, генериран в рамките на мрежата, наблюдаван от комуникационния доставчик;

• транзитен трафик, генериран вътре в мрежата на доставчика, но излизащ извън нея.

• Неговата on-line оценка е значима инженерно-техническа задача.

Гл. ІV. Системи за мониторинг на информационен и комуникационен трафик в

компютърни глобални мрежи: продуктът Ipswitch WhatsUp Professional 2005

• Принципи на работа на анализатора на мрежови ресурси

• Съобщения за функционирането на устройствата • Съобщения за функционирането на мрежовите

ресурси • Тестване и анализиране работата на продукта

Мрежови компоненти в експерименталната мрежа IP Име / Устройство Workgroup Ресурси/програми 195.96.241.199 router2 switch4195.96.241.181 hs11 Workgroup1 Workstation–WindowsOS195.96.241.182 hs12 Workgroup1 Workstation–WindowsOS195.96.241.185 hs15 Workgroup1 FTP, HTTP (Web) server-Windows OS195.96.241.188 hs18 Workgroup1 HTTP Server (Web) - Linux OS195.96.241.189 hs19 Workgroup1 HTTP Server (Web) - Windows OS switch3195.96.241.10 ELEARN1 Workgroup5 Workstation – Windows OS195.96.241.11 ELEARN2 Workgroup5 HTTP Server (Web) - Windows OS195.96.241.18 ELEARN3 Workgroup5 Workstation – Linux OS195.96.241.3 router1 switch1195.96.241.32 PC1 Workgroup2 Workstation – Windows OS195.96.241.33 PC2 Workgroup2 Workstation – Linux OS195.96.241.30 PC3 Workgroup2 Workstation – Windows OS switch2195.96.241.110 PC4 Workgroup3 HTTP Server (Web) - Windows OS195.96.241.115 PC5 Workgroup3 FTP - Windows OS195.96.241.128 PC6 Workgroup3 HTTP Server (Web) - Windows OS Hub195.96.241.72 srrv1 Workgroup4 Workstation – Linux OS195.96.241.75 srrv2 Workgroup4 Workstation – Windows OS

Резултати от идентификацията на мрежата

Тестов пример: hs19 (195.96.241.189)

State Change Timeline Report на router2 (195.96.241.199)

Гл.V: Анализ на корпоративните софтуерни системи за обслужване и управление на

комуникационен трафик

• Цели:

1) мониторинг на комуникационните потоци;

2) представяне на информация (графики, диаграми) за вземане на административно решение;

3) автоматично управление на потоците по зададени критерии-честотна лента,задръствания (congestion control) на вход/изход, алтернативно рутиране.

Програмна система Multi Router Traffic Grapher MRTG

Traffic statistics for the interfaces of iccs-hs (router)

Програмна система Network Node Manager (NNM)

• Автоматично откриване на мрежово оборудване • Диагностика и автоматичен отговор на мрежови

грешки • Диагностика и автоматичен отговор на мрежови

грешки • Планиране и оценка на бъдещи мрежови нужди

• Управление на мрежови проблеми • Диагностика на IP връзки

Експерименти за диагностика на грешка

Примерна топология на изследван участък от мрежа

Изводи

• противоречие между повишените изисквания за обслужване на информационните услуги в глобални мрежи и техническите и системни възможности по предаването на данни

• Необходимо е да се преразпределя динамично, в реално време потокоразпределението в мрежата

• проектиране на експериментални комуникационни мрежи, където тестването в реални условия на разработени управляващи алгоритми, е трудоемка задача

• необходимо е да се определят достатъчните системно-алгоритмични средства, чрез които ще се правят оценки на състоянието на комуникационната мрежа

Предстоящи етапи

• Изграждане на тестова мрежа LAN-WAN-LAN• Избор на маршрут за балансиране на

натоварването• Анализ: големина на пакети, интензивност на

пакетите, зацикляне, рутиране• Контрол на натоварването на на възлите• Разработване на тестови сценарии• Оценка на резултатите от рутиране

ИНСТИТУТ ПО КОМПЮТЪРНИ И КОМУНИКАЦИОННИ СИСТЕМИБ Ъ Л Г А Р С К А А К А Д Е М И Я

Н А Н А У К И Т Е

БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕТО

2004