Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы качества обслуживания в сетях следующего поколения 9
1.1. Эволюция концепции QoS в телефонии 9
1.2. ІР-телефония и качество обслуживания 15
1.3. Сквозная модель QoS и предпосылки технологии MPLS 20
1.4. Определение задач исследования 26
Выводы по главе 1 30
Глава 2. Вероятностно-временные характеристики туннелирования в сети MPLS 31
2.1. Технология MPLS как объект исследования 31
2.2. Модель последовательных очередей 37
2.3. Анализ размеров пачек в модели MPLS 50
2.4. Аппроксимация длины пачки в MPLS 51
2.5. Время пребывания пакета в туннеле MPLS t 55
Выводы по главе 2 61
Глава 3. Эффективная организация туннелей в сети MPLS 62
3.1. Эффективные стратегии в сети MPLS 62
3.2. Критерий эффективности организации LSP-туннеля 68
3.3. Сравнение наличия и отсутствия LSP-туннеля 69
3.4. Алгоритм принятия решения о создании LSP-туннеля 77
3.5. Численные примеры 79
Выводы по главе 3 86
Глава 4. Инженерные аспекты туннелирования в MPLS 85
4.1. Два уровня обеспечения QoS в сети MPLS 87
4.2. Алгоритм назначения меток. 89
4.3. Анализ области применения в NGN и Softswitch 97
4.4. Анализ области применения в NGN и доступ 102
Выводы по главе 4 108
Заключение 109
Библиографический список использованной литературы 110
Приложение
- ІР-телефония и качество обслуживания
- Модель последовательных очередей
- Критерий эффективности организации LSP-туннеля
- Анализ области применения в NGN и Softswitch
Введение к работе
Актуальность исследований. Состав трафика, передаваемого по сетям связи, серьезно изменился за последние годы. Сегодняшние сети связи используются для передачи речи, прослушивания музыки, просмотра видеоклипов, организации мультимедийной конференц-связи, обеспечения мобильности абонентов, управления в режиме on-line,
# сетевых игр и других приложений в реальном масштабе времени, Интернет-протокол (IP), который первоначально создавался для передачи дейтаграмм, представлялся непригодным для обслуживания трафика в реальном времени из-за того, что каждый пакет в потоке данных маршрутизируется независимо и такие параметры функционирования, как пропускная способность, задержка и вариации задержки, меняются в весьма широких пределах. К тому же на трафик реального времени перегрузки оказывают отрицательное влияние в гораздо большей степени, чем на трафик данных.
По мере интенсификации попыток использовать пакетные сети для обслуживания трафика реального времени появилась необходимость каким-то образом гарантировать качество обслуживания QoS (Quality of Service), создавать средства для того, чтобы в периоды перегрузки ІР-сети трафик реального времени не был затронут или, по крайней мере, получил бы более высокий приоритет, чем остальной трафик.
Для обеспечения гарантированного качества обслуживания трафика
реального времени были созданы самые разнообразные механизмы и протоколы IntServ, DiffServ, RSVP, MPLS, среди которых наибольшее развитие получила технология многопротокольной коммутации по меткам - Multiprotocol Label Switching (MPLS). Происходящее сегодня активное внедрение MPLS доказывает актуальность темы данной диссертационнй
% работы и построение в ее рамках функциональной и аналитической
моделей механизма туннелирования в технологии MPLS, изучения
процессов поведения IP-пакетов в туннелях MPLS, анализа характеристик обеспечения качества обслуживания VoIP с помощью туннелей и поиска правил эффективной организации туннелей.
Цель и задачи исследования. Цель диссертации состоит в анализе вероятностно-временных характеристик (ВВХ) механизма
туннелирования в сети MPLS для обеспечения заданного качества обслуживания мультимедийного трафика и разработке алгоритма эффективной организации туннелей в сети MPLS на основании данного анализа.
Поставленная цель определила необходимость решения следующих основных задач:
• разработка аналитической модели механизма туннелирования в сети MPLS;
• исследование эффектов сцепления пакетов в пачки и фрагментации пачек пакетов в туннеле;
• анализ ВВХ для туннеля MPLS, определение математического ожидания размера пачки пакетов в туннеле MPLS,
• расчет ВВХ пребывания пакета в туннеле,
• сравнительный анализ ВВХ пакета в сети MPLS с организацией туннеля и без использования механизма туннелирования;
• разработку алгоритма эффективной организации туннеля в сети MPLS.
Методы исследования. Сложность даже упрощенного математического описания качества обслуживания (QoS) для трафика ІР-телефонии не позволяет решать задачи исследования в рамках единственного метода анализа. Основным математическим аппаратом в работе является теория массового обслуживания, с помощью которой разрабатывается модель последовательных очередей для механизма туннелирования в MPLS. При ее исследовании наряду с теорией массового обслуживания применялись
также статистическое моделирование случайных процессов, общая теория сетей связи и др.
Научная новизна работы состоит в разработке оригинальных математических моделей, а также в разработанном автором подходе к их сравнительному анализу. В определенном смысле научная новизна заключается и непосредственно в самом предмете исследования, в новом подходе к обеспечению качества обслуживания, появившемся всего несколько лет назад с появлением практической ІР-телефонии и радикально отличающемся от традиционных оценок качества обслуживания вызовов и норм потерь для первых 100 лет существования телефонных сетей.
Новизной работы является также формализация свойств эффекта туннелирования, которая позволила получить новые результаты по анализу вероятностно-временных характеристик системы
последовательных очередей, а также создать алгоритм поиска эффективной стратегии при использовании механизма туннелирования.
Личный вклад. Все результаты, составляющие содержание данной работы получены автором лично. В главе 4 использован опыт разработок мультисервисного абонентского концентратора МАК и программного коммутатора доступа МКД, выполненных коллективом разработчиков при участии автора и реализующих на практике некоторые сформулированные в диссертации подходы к обеспечению QoS.
Практическая ценность результатов работы. Теоретические исследования, выполненные в работе, доведены до инженерных решений. Основные результаты работы внедрены ОАО «Связьинвест» и ПС «Экран» при построении мультисервисной сети абонентского доступа BroadAccess, в системном проекте сети следующего поколения NGN для ОАО «Межрегиональный ТранзитТелеком», в ОАО «Ленсвязь» при создании комплекса оборудования ІР-телефонии на базе интеллектуальной
платформы «Протей», в совместном проекте ЛОНИИС и Lucent Technologies по созданию опытной зоны Softswich и в ряде других НИР и ОКР, выполненных при участии автора.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на VI Международном форуме МАИ, Москва, октябрь 2000г., 3-й Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов стран СНГ, Одесса, Украина, сентябрь, 2001г., 57-й Научной сессии, посвященной Дню радио, Москва, 2002 г., Российско-Германском научном семинаре СПбГУТ, 2003 г., 4-ой Международной конференции «Состояние и перспективы развития Интернет в России» Ассоциации Документальной Электросвязи, Москва, 2003, 2-й Международной конференции «NExt Generation Teletraffic and Wired/Wireless Advanced Networking (NEW2AN 04)»f 2-6 февраля 2004 г., а также на научно-технических конференциях ГУТ с 2001 по 2004 год.
Публикации. По материалам данной диссертационной работы в научно-технических журналах и в трудах международных и всероссийских научных конференций опубликовано 18 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы. Объем пояснительной записки 126 страниц, иллюстраций 35, список литературы насчитывает 130 наименований. В качестве приложений приведены статистическая модель и акты о внедрении результатов диссертационной работы.
Содержание пояснительной записки.
В первой главе кратко рассматриваются критерии и количественные характеристики качества обслуживания QoS трафика реального времени, оценки уровня обслуживания R, вероятности потери пакетов и составляющие задержки при передаче пакетов по сети IP-телефонии. Это рассмотрение чрезвычайно важно с точки зрения анализа эволюции
критериев и оценок качества обслуживания вызов от принятых в традиционной телефонии до VoIP с механизмами MPLS, определяющим качество обслуживания речевой информации в пакетных сетях.
Соответственно изменяются и методы улучшения качества обслуживания абонентов. Увеличение числа обслуживающих приборов и межстанционных соединительных линий в традиционной АТС с коммутацией каналов согласно формуле Эрланга в случае пакетных сетей ІР-телефонии превращается в относительно сложные алгоритмы (например, резервирование пропускной способности по протоколу RSVP, методы модели DiffServ, а также составляющие предмет исследований последующих глав диссертационной работы механизмы MPLS и др.).
В главе 2 разрабатываются функциональная модель туннелирования в сети MPLS и математическая модель последовательных очередей. Там же доказываются основные утверждения относительно фрагментации и сцепления пачек пакетов в туннелях и основные формулы для вычисления вероятностно-временных характеристик пребывания пакетов в туннеле сети MPLS. Определены периоды занятости узлов (маршрутизаторов) сети MPLS, математические ожидания размеров пачек в произвольном узле сети, функции распределения времени пребывания пакета в туннеле MPLS. Проведен численный анализ процессов и построены соответствующие графики, на которых представлены и результаты имитационного моделирования механизма туннелирования в MPLS, подтверждающие достоверность полученных в главе 2 аналитических выражений.
Значительную часть главы 3 занимают вопросы сравнительного анализа ВВХ при организации туннелей в сети MPLS и при работе без использования туннельного эффекта, разработке алгоритма поиска эффективной стратегии организации туннелей. Критерий эффективности базируется на сравнении суммарных временных затрат на пребывание
пакетов в туннеле сети MPLS с затратами на прохождение того же маршрута в случае отказа от создания туннеля,
В главе 4 приведены инженерные аспекты механизма туннелирования MPLS, принципов организации, коммутаторов меток, а также средств обеспечения необходимого уровня качества обслуживания QoS речевого и мультимедийного трафика реального времени, являющиеся своего рода натурным экспериментом. Также в главе 4 рассмотрены другие компоненты организации обслуживания трафика реального времени в сети MPLS, включая программные коммутаторы Softswitch и мультисервисные абонентские концентраторы. Показано место разработанных в диссертации моделей и методов в процессе перехода к сетям связи следующего поколения NGN (Next Generation Network).
ІР-телефония и качество обслуживания
Настоящая диссертационная работа посвящена анализу одного из аспектов упомянутых в предыдущем параграфе проблем QoS для технологии Voice over IP (VoIP) передачи речевой информации по IP-сетям (рисЛ.2). Сама передача речи в IP-телефонии осуществляется с помощью протокола реального времени (RTP), стандартизованного
Инженерным комитетом по Интернет (IETF) в RFC 1889. Протокол RTP — это сквозной протокол, который использует лежащий ниже него транспортный уровень (TCP или UDP) для доставки пакетов в пункт назначения. Сам по себе RTP не способен обеспечить никакие гарантии QoS, а мультимедийные данные инкапсулируются в пакеты RTP и передаются по сети с использованием сокетов UDP. Поверх RTP/UDP функционируют представленные на рис. 1.2 технологии и протоколы обеспечения QoS, включая и MPLS.
Первоначально, ІР-сети предлагали только одну разновидность QoS — негарантированное обслуживание (best effort) при котором доступная пропускная способность, характеристики задержки и потерь зависели от нагрузки и состояния сети в данный момент. На раннем этапе развития Интернет такое негарантированное обслуживание было вполне приемлемым, а основной трафик (электронная почта, пересылка файлов и т.п.) передавался не в реальном масштабе времени. Следует отметить, что реализация качества обслуживания в сетях IP была заложена еще в начальной спецификации протокола IP в виде байта типа обслуживания ToS (Type of Service) в заголовке IP-пакета. В спецификации протокола IP указано, что байт типа обслуживания ToS используется для указания параметров требуемого качества обслуживания, на основании которых производится выбор реальных характеристик механизмов обслуживания при передаче датаграммы через заданную сеть. При низком объеме трафика и малом числе используемых сетевых приложений в первоначальный период развития Интернет поддержкой байта ToS пренебрегали практически во всех реализациях протокола IP.
Маршрутизаторы игнорировали байт TOS при переносе IP-пакетов, а ІР приложения вообще не производили установку его значений.
По мере роста нагрузки и появления перегрузок возникла проблема обеспечения качества обслуживания в сетях IP. Первый алгоритм контроля перегрузки предложен Джоном Нэйглем в середине 80-х годов прошлого века и до сих пор реализуется в большинстве IP маршрутизаторов. В 1986 году Ван Якобсон разработал механизмы предотвращения перегрузки (механизм медленного старта), являющиеся стандартом де-факто для всех современных реализаций протокола TCP.
Но уже с начала 1990-х годов стало проявляться критическое отношение к маршрутизаторам, поддерживающим только механизм обслуживания очередей «первым пришел - первым обслужен» FIFO (first-in, first-out) и не способных обеспечить дифференцирование потоков трафика, например на основе их приоритета. Появились алгоритмы обслуживания очередей WFQ (Weighted Fair Queuing - взвешенный алгоритм равномерного обслуживания очередей) и алгоритм управления очередями WRED (Weighted Random Early Detection - взвешенный алгоритм произвольного раннего обслуживания). Далее силами рабочей группы IETF были созданы интегрированные услуги, протокол резервирования ресурсов RSVP (Resource Reservation Protocol). Без таких средств невозможно достичь приемлемого качества услуг IP-телефонии, оценки которого для разных технологий приведены в таблице LL.
Разработанная в феврале 1995 года израильской компанией VocalTec первая промышленная версия технологии ІР-телефонии включала в себя компрессию голосового сигнала с последующей передачей по каналам передачи данных с использованием протокола IP. Заметим, что IP - всего лишь протокол, который наравне с некоторыми другими (ATM, FR) используется для передачи оцифрованной и сжатой в пакеты определенного объема речевой информации, однако, исследования данной диссертационной работы ограничивается исключительно VoIP. И главная привнесенная телефонией в IP проблема - проблема сквозной задержки — обуславливает основное направление этих исследований.
Модель последовательных очередей
Как уже отмечалось выше, при использовании механизма туннелирования многопротокольной коммутации по меткам IP-пакеты перемещаются от одного узла к другому по заранее определенному единому маршруту, проходя через несколько последовательных узлов, как это « показано на рис.23. Причем управление прохождением пакета по сети происходит без специфицирования в явном виде промежуточных узлов (маршрутизаторов), а путем создания на основе метки туннелей через эти промежуточные узлы. Таким образом, для пакетов с одинаковой меткой, которые пересекают сеть MPLS внутри одного и того же туннеля, сеть ведет себя как цепочка последовательных очередей, представленных на рис.2.3. Исследуем простой случай, когда входной поток на первом узле имеет пуассоновское распределение. Время обслуживания пачки (следующих друг за другом без пауз пакетов) зависит от ее длины (количества пакетов в пачке). Среднее время обслуживания одного пакета принимается за единицу времени. Оцениваемыми параметрами являются среднее время обслуживания без перерыва (период занятости) и среднее время ожидания пакета на п-м узле. Обслуживаемые за период занятости (т.е. непрерывно, без освобождения узла-маршрутизатора) пакеты объединяются в группу на выходе узла и называются пачкой.
Средняя длина такой пачки, выражаемая числом пакетов, и определяет среднюю продолжительность непрерывного обслуживания. На вход граничного узла 1 поступает пуассоновский поток пакетов с интенсивностью входного потока X и средним временем обслуживания 1/1. В 1956 г. была опубликована теорема Бурке [52], согласно которой выходной поток заявок в системе М/М/т в стационарных условиях (при p=A/(jim) l) является также пуассоновским с той же интенсивностью А,. Т.е. где рп — вероятность занятия всех п обслуживающих приборов, рв — вероятность потерь по вызовам, у — интенсивность поступающей нагрузки, п - число обслуживающих приборов. Но при последовательно соединенных очередях мы не можем рассматривать каждый узел независимо от других, даже в условиях, когда выполняется теорема Бурке. Если мы рассматриваем два следующих один за другим пакета на узле п (п 2), интервал времени между поступлением этих двух пакетов зависит от времен их поступления и обслуживания на предыдущих узлах, как показано еще в первой книге Л. Клейнрока [22]. Там, в частности, показано, что пакеты, сгруппированные в пачку на узле п (п 2), остаются сгруппированными и на последующих узлах я+7, п+2 Рассмотрим вероятностно-временные характеристики обслуживания пакетов в произвольном п-м узле, где п 2. Специфическое поведение первого узла (п=1) очевидно и связано с тем, что пакеты поступают напрямую, не проходя через какой-либо узел. Специфика режима работы второго узла (п=2) впервые исследована еще в работах Ле Галля [95], [96],[97], где показано, что этот второй узел может рассматриваться как реальный источник пачек пакетов. Это же явление на базе работ Ле Галля исследовали Фич и Вейлард в работе [61], чьим подходом мы воспользуемся ниже при формулировке ряда утверждений в этой главе. Впрочем, специфика второго узла ясна и интуитивно, без изучения вышеупомянутых работ. Сложность поведения пакетов в нем обусловлена двумя явлениями: сцеплением пачек, исходящих от первого узла, и фрагментацией этих же пачек.
Первое явление сцепления относится не только ко второму, но и к любому не первому узлу п (пф\) и связано с тем, что первый пакет к-й пачки догоняет на этом узле последний пакет (к-1)-й пачки, и обе пачки - к-я и (к-1)-я - соответствующим образом сцепляются, как это показано на рис.2.4-а. Второе явление фрагментации, которое иллюстрирует рис.2.4-б, не столь очевидно и имеет место только во втором узле, но тоже вполне наглядно. Пусть в первом узле обслуживается пакет номер у из пачки к и в этот момент на тот же первый узел поступает следующий пакет номеруй-7, время обслуживания которого превышает время обслуживания пакета у. Пусть на следующем втором узле в этот момент нет очереди, и пакет у обслуживается, как только оно поступает на узел 2, пакеты j+І и у начинают обслуживаться одновременно на узлах 1 и 2, соответственно. Когда пакет j затем покидает узел 2, пакет у+7 всё ещё продолжает обрабатываться на узле 1, поскольку время его обслуживания дольше. Для дальнейшего исследования вероятностно-временных характеристик во всех п-х узлах, докажем три утверждения, характеризующие рассмотренный выше механизм туннелирования в MPLS. Все три утверждения имеют ясную физическую интерпретацию. Начнем с первого. Утверждение L Для представленной на рис.23 модели туннелирования MPLS любой пакет, принадлежащий пачке номер k на выходе узла п при п 2, имеет время обслуживания, которое меньше или равно времени обслуживания первого пакета этой пачки Рассмотрим пачку к сформированную на выходе узла п, где п 2.
Если эта пачка состоит из единственного пакета, то утверждение доказывается автоматически. В противном случае, рассмотрим пакет номер j из этой пачки, время обслуживания которого на узле п обозначим через t\ (j). На рис.2.5 отмечены следующие моменты времени: 77 _, — время, когда первый пакет пачки к начинает обслуживаться узлом п-1, а 77 — время, когда первый пакет пачки к начинает обслуживаться узлом л. Времена завершения обслуживания пакета номер j-І из пачки к узлами п-1, п и пЛ-1 обозначим, соответственно, 72 _,, ТІ и 72 +I, а моменты завершения обслуживания последних пакетов пачки к узлами п-7 и п через ТЗкп_х и ТЗкп, соответственно.
Критерий эффективности организации LSP-туннеля
Маршрутизаторы, например, могут отслеживать присоединенные к ним каналы и сообщать о возникших проблемах, неисправностях, потерях пакетов и т.д. Каналы с наибольшим числом проблем рассматриваются как менее надежные по сравнению с другими и поэтому маршруты по ним считаются менее желательными. Чем выше надежность, тем лучше маршрут. Но этот показатель в данном исследовании не рассматривается, т.к. организация или отказ от организации туннелей в сети MPLS не оказывает прямого влияния на надежность входящих (или могущих войти) в туннель маршрутизаторов.
То же относится к показателям пропускной способности сети MPLS и максимального диаметра сети. Сети, поддерживающие протоколы вектора расстояния, такие как RIP, имеют ограничение по диаметру сети. Это протоколы маршрутизации не предназначены для функционирования в больших объединенных сетях с большим количеством узлов. Максимальный диаметр сети определяет расстояние, на которое можно передать пакет (например, из расчета максимального числа пересылок), после чего пункт назначения считается недоступным и пакет уничтожается. Это максимальное расстояние измеряется числом маршрутизаторов, т.е. числом пересылок от отправителя к получателю. Правило максимального расстояния гласит: между двумя устройствами нельзя установить соединение, если они находятся на расстоянии более чем L пересылок.
Принимая во внимание вышеизложенное,попробуем определить критерий эффективности для данной диссертационной работы. Как уже отмечалось в главе 2, MPLS-сети переносят трафик по виртуальным коммутируемым с помощью меток по соединительным путям LSP, в которых и создаются рассмотренные в главе 2 туннели. Этот и следующие параграфы главы 3 посвящены рассмотрению обстоятельств, при которых целесообразно разрабатывать специализированные туннелированные LSP для индивидуальных пар «исходящий узел - узел назначения» и заданного качества обслуживания. В них же будет показано, что отдельные туннелированные LSP в наиболее практических случаях, вероятно, должны являться предпочтительным режимом работы.
Мы рассмотрим выбор эффективного способа организации маршрута (с или без организации туннеля) на базе полученных в данной диссертационной работе аналитических оценок для того, чтобы улучшить качество обслуживания всей MPLS-сети. Здесь не будет применяться основанная на нелинейной целевой функции оптимизация, как это имеет место в работе А. Арвидсона, которая упоминается в следующем параграфе. Решение об эффективности организации туннеля в нашем исследовании будет базироваться на вычислении вероятностно-временных характеристик двух вариантов организации процесса переноса сообщения в MPLS-сети (с помощью механизма туннелирования или без него) и на нахождении на основе этих результатов LSP-туннелей, соответствующих заданному качеству обслуживания QoS.
Уже отмечалось ранее, что к MPLS-сетям можно иметь доступ через граничные LSR. Пакеты, поступающие на граничный LSR, классифицируются по потокам с учетом пункта назначения (а возможно, также и с учетом других атрибутов - источника, класса приложения и т.п.) и снабжаются метками, которые используются остальными LSR вместо IP-адресов для коммутации/маршрутизации пакетов через сеть. При этом различные типы трафика имеют различные требования в смысле требуемой пропускной способности и чувствительности к задержке.
В главе 1 уже говорилось, что наиболее критичным трафиком является речевой трафик в реальном масштабе времени. Там же упоминалось, что исследуемые в работе механизмы MPLS работают только в пределах MPLS-сети, но не могут оказывать влияние на ситуацию вовне, включая и проблемы, связанные с перегрузкой на границе сети. Более того, изменения со временем входящего потока пакетов, поступающего на LSRBX, влияют на эффективность функционирования LSP-туннелей, организованных ранее и для существовавшего тогда трафика.
Естественным выводом из вышеизложенного является целесообразность перераспределение ресурсов между логическими LSP-туннелями при изменениях во входящем трафике. Алгоритму поиска стратегии организации туннелей и их перераспределения при изменении трафика и посвящены оставшиеся параграфы данной главы.
Анализ области применения в NGN и Softswitch
Но и для целей, определяемых только алгоритмом синтеза в главе 3, при создании меток могут использоваться разные методы: метод на основе топологии (topology-based method) — использует нормальную обработку протоколов маршрутизации (например, OSPF и BGP); метод на основе запросов (request-based method) — использует обработку управляющего протокола на основе запросов (например, протокола RSVP); метод на основе трафика (traffic-based method) — запускает процедуру присваивания и распределения меток при получении пакета.
Методы на основе топологии и запросов являются примерами привязок меток, управляемыми от программы, а метод на основе трафика является примером привязки, управляемой данными. Во всех этих случаях архитектурой MPLS предусматривается, что назначение метки, то есть ее привязку к определенному FEC, производит LSR, к которому приходит поток пакетов, принадлежащих этому FEC.
На рис.4.3 представлен аналог рис.2.1 из главы 2, но вместо LSP на нем показан механизм распределения меток. Тогда LSR, о котором шла речь в предыдущем абзаце, является LSR4.
По-английски такой LSR называется downstream LSR, то есть расположенный ниже по течению; для краткости мы будем называть его нижним LSR, а расположенный выше по течению upstream LSR будем называть верхним LSR. Таким образом, назначение меток всегда производится снизу. Затем нижний LSR информирует соответствующие верхние LSR о том, какие метки привязаны к каждому FEC поступающих к нему пакетов. Этот процесс распределения меток снизу вверх поддерживается протоколом распределения меток LDP (Label Distribution Protocol).
Строго говоря, даже только в контексте реализации алгоритма эффективной организации туннелей из главы 3 этот протокол требует гораздо более детального описания, чем это допустимо ограниченным объемом диссертационной работы. К тому же, архитектура MPLS не обязывает использовать один-единственный метод сигнализации для распределения меток. Для этой цели существуют и другие протоколы маршрутизации, например, протокол BGP, протокол OSPF, протокол RSVP и др. Но все же для сигнализации и управления пространством меток комитет IETF специфицировал именно протокол распределения меток LDP. Было также определено расширение базового протокола LDP для поддержки явной маршрутизации с учетом требований QoS, которое имеет название протокола LDP с учетом ограничивающих условий CR-LDP (Constraint-Based LDP), что и требуется для инженерной реализации аналитических результатов данной диссертационной работы.
Протокол распределения меток LDP представляет собой набор процедур, при помощи которых производится обмен информацией о привязке меток к FEC между двумя (нижним и, всякий раз, одним из верхних) LSR. Хотя «раздает» метки всегда нижний LSR, инициатором их распределения не обязательно должен быть он; процесс может инициировать и верхний LSR, направив к нижнему LSR соответствующий запрос. В контексте данной диссертационной работы LDP может использоваться распределение меток либо только по запросам сверху, либо только по инициативе нижнего LSR, либо и то, и другое вместе.
Заметим, что нижний LSR распределяет метки не только по тем верхним LSR, которые имеют с ним прямые связи, что как раз и не представляет интерес для реализации алгоритма главы 3, Но протокол распределения меток LDP может быть использован и для диалога двух LSR, между которыми существует лишь коммутируемая связь (в том числе и соединенных туннелем), однако результат распределения в этом случае зависит от того, в каком из двух режимов, либеральном или консервативном, работает верхний LSR.
Консервативный режим распределения меток. В этом режиме привязки «метка-FEC», получаемые от несмежных (транзитных) LSR для данного FEC, не принимаются и отбрасываются. В этом режиме, называемым еще и упорядоченным, LSR привязывает метку к конкретному FEC только в том случае, если он является выходным маршрутизатором или если он получил привязку метки к FEC от смежного с ним LSR. Такой режим позволяет LSR обслуживать меньшее число меток и рекомендуется для LSR в сети ATM.
Либеральный режим распределения меток. В этом режиме LSR распознает конкретный FEC и принимает решение о привязке метки к FEC независимо и раздает привязку своим одноранговым узлам. Т.е. привязки «метка - FEC», получаемые от несмежных LSR для данного FEC, принимаются как только новые маршруты становятся видимыми для маршрутизатора, что позволяет быстрее адаптироваться к изменениям в топологии сети.
Либеральный режим предусматривает, что метка, выданная тем нижним LSR, с которым нет прямой связи, запоминается и используется для пакетов того FEC, для которого она назначена. Такой режим удобен тем, что при реконфигурации сети соответствие между меткой и FEC сохраняется, даже если связь с LSR, определившим это соответствие, стала не коммутируемой, а прямой. Недостаток же либерального режима состоит в том, что в верхнем LSR приходится хранить и обрабатывать заметно больше информации о соответствиях «метка - FEC».
Консервативный режим предусматривает, что метка, выданная тем нижним LSR, с которым нет прямой связи, игнорируется. Этот режим лишен вышеназванного преимущества либерального режима, но зато он исключает необходимость работать с большим количеством меток.
В контексте данной работы приведем следующие два сигнала в сети MPLS (рис.4.4): запрос метки (Label Request), используя который LSR запрашивает метку у своего нижестоящего смежного LSR с тем, чтобы привязать её к конкретному FEC. Этот механизм может задействоваться вниз по цепочке LSR вплоть до выходного LSR (т.е. точки, в которой пакет покидает домен MPLS).
