L’architettura di riferimento sarà l’MPLS-TE con supporto di DiffServ (DS-TE) [19], in quanto risulta quella che più efficientemente sia in grado di distribuire le risorse di rete tra le varie tipologie di traffico in maniera puntale. Introduciamo le più importanti caratteristiche di queste tre componenti essenziali dell’architettura di rete, dando particolar risalto agli aspetti legati al Traffic Engineerig.
3.1.1 Il DiffServ
Nell'architettura Differentieted Service (DiffServ) [20]vengono definite delle classi di servizio (Classes of Service o CoS) che consentono di trattare il flusso di dati attraverso degli aggregati di traffico. Ciascun aggregato subirà in ciascun nodo della rete un trattamento differenziato utilizzando un meccanismo di tipo Per-Hop, il DiffServ, infatti, è un approccio connectionless e non consente di garantire l’allocazione della capacità trasmissiva nei link attraversati. Negli edge-router, i pacchetti vengono marcati come appartenenti ad una classe ben definita in modo da determinare il trattamento Per Hop Behavior (PHB) che subiranno nei successivi hop. Il PHB è realizzato mediante una combinazione di schema scheduling e management nelle code che tengano conto dei diversi requisiti caratterizzanti le tipologie di traffico considerate.
Il DiffServ attraverso questa differenziazione del traffico realizza una qualità di servizio molto alta ma la sua efficacia complessiva è limitata dal tradizionale shorthest path routing impiegato dal protocollo IP. Tale limite può essere superato attraverso le capacità del traffic engineering offerte dal MPLS.
3.1.2 L’MPLS
L’elemento di base del Multi Protocol Label Switching (MPLS) [21],[22],[23],[24] è quello di attaccare una short label di lunghezza fissa ai pacchetti in ingresso al dominio MPLS. Tale operazione viene eseguita dagli edge router LER (label edge router), mentre i router in grado di inoltrare i pacchetti (forwarding) all’interno del dominio sono chiamati label switching router (LSR). I pacchetti vengono instradati sulla base dell’etichetta che gli è stata assegnata trascurando le indicazioni presenti nel header IP. L’assegnamento delle label viene effettuato sulla base del forwarding equivalent class (FEC), ovvero quando i pacchetti presentano la stessa FEC allora saranno etichettati allo stesso modo e seguiranno lo stesso percorso nella rete MPLS. Un percorso seguito da una FEC prende il nome di Label Switched Path (LSP). Per stabilire, mantenere, demolire un LSP vengono usati due protocolli: il label distribution protocol (LDP) e un’estensione del resorce reservation protocol (RSVP).
3.1.3 Il TE
Lo scopo del Traffic Engineering [25] è quello di ottimizzare l’uso delle risorse disponibili migliorando le performance della rete mediante il controllo del traffico nella rete stessa. In linea generale implica l’applicazione di tecnologie e principi scientifici concernenti la misura, la modellizzazione, la caratterizzazione e il controllo del traffico IP per raggiungere degli obiettivi di performance predefiniti. Per questo motivo il TE gioca un ruolo fondamentale nel processo di ottimizzazione della rete.
Il miglioramento delle performance si deve realizzare sia a livello di risorse che a livello del traffico della rete. In relazione alle risorse, si deve migliorare il loro impiego in termini sia economici che di affidabilità. Mentre, le misure relative al traffico includono aspetti quali diminuzione del delay, del jitter e del packet loss e massimizzazione del throughput.
3.2.1.1 Obiettivi TE
Gli obiettivi del traffic engineering si possono suddividere in due insiemi principali:
- Obiettivi orientati al traffico - Si tratta principalmente di migliorare la QoS dei flussi di traffico. Nel caso Best Effort principalmente la perdita, nel caso di più classi di servizio anche il ritardo.
- Obiettivi orientati alle risorse - Si tratta di ottimizzare l’uso delle risorse, in particolare effettuare una gestione efficiente della banda evitando di trovarsi in condizioni in cui parte delle risorse sono sovraccariche e parte sotto-utilizzate.
Dal punto di vista del traffico, l’obiettivo globale potrebbe essere riassunto come: minimizzazione della congestione “prolungata” ovvero se non è possibile in alcun modo evitare la congestione fare in modo che si verifichi per il periodo più breve possibile. La congestione si presenta, in genere, quando: le risorse risultano inadeguate rispetto al carico offerto, oppure, i flussi di traffico sono distribuiti in modo inefficiente nella rete. Il primo caso può essere affrontato usando due metodi (applicabili anche contemporaneamente) quali:
espansione della capacità e meccanismi di controllo di congestione su traffici elastici (controllo dei tassi, controllo di flusso a finestra, gestione delle code, controllo dello scheduling, ecc.). Il secondo caso può essere affrontato e gestito dal TE, il quale dovrebbe fornire le funzionalità di un meccanismo di controllo retroazionato adattativo composto da: un insieme di elementi di rete interconnessi; un sistema di monitoring delle prestazioni della rete;un insieme di strumenti di gestione delle configurazioni.
L’ingegneria del traffico stabilisce una politica di controllo, osserva il sistema tramite il monitoring, applica delle azioni di controllo per guidare la rete nello stato desiderato in accordo con la politica definita. Le azioni possono essere intraprese in risposta ad uno stato corrente o sulla base di previsioni ottenute tramite modelli revisionali. Per quanto concerne le azioni di controllo, esse dovrebbero comprendere sia la modifica dei parametri di gestione del traffico (parametri di scheduling, di queue management, …), sia la modifica di parametri associati al routing (metriche, costi, percorsi) che la modifica di attributi e vincoli associati alle risorse.
3.1.4 Perché MPLS per il TE
In linea di principio gli IGP (Interior Gateway Protocol) potrebbero essere lo strumento più naturale per l’applicazione delle tecniche di TE, ma nella pratica non sono adatti a fornire un supporto adeguato ed anzi sono spesso fonte di inefficienze perché si basano su meccanismi shortest path che generano spesso condizioni di uso inefficiente delle risorse, inoltre usano metriche semplici ed additive che non tengono conto della disponibilità di banda e delle caratteristiche del traffico. Questi difetti generano condizioni di congestione.
La soluzione “tradizionale” utilizzata sino a qualche tempo fa era l’IP over ATM o IP over Frame-relay, utilizzando i VP (Virtual Circuit) ATM per creare delle topologie virtuali fra router indipendenti dalla rete fisica effettivamente presente. Questo modo di operare tramite un overlay model ha diversi vantaggi:
- permette di realizzare tramite VC un routing vincolato;
- permette la configurazione di percorsi su base amministrativa; - permette la aggregazione di percorsi;
- da un supporto per il CAC, policing e shaping.
In questo senso MPLS può essere applicato al posto di ATM e Frame-relay, con ulteriori vantaggi quali ad esempio: il livello di integrazione con IP, la possibilità di automatizzare gli interventi di TE e il minor impegno in termini di complessità e segnalazione.
3.1.5 La scelta: il DS-TE
Appurato che l’architettura MPLS-TE con supporto per il DiffServ sia il criterio ad oggi più appropriato per implementare la qualità del servizio nelle reti IP, l’architettura di riferimento proposta sarà appunto la DiffServ-aware Traffic Engineering (DS-TE), il cui scopo
primario sarà è quello di garantire le risorse di rete separatamente per ogni tipo di traffico. Il TE viene effettuato sulla Class of Service, mediante procedure di admission control e resource
reservation calibrate sulle classi di traffico. Si introducono in questo ambito i concetti di Class Type (CT), un raggruppamento di TT basato sulla loro CoS, e di Bandwith Constraint (BC), un
limite sulla percentuale di risorse trasmissive di un link che un CT può utilizzare. Le relazioni tra CT e BC sono definite nei cosiddetti Bandwidth Constraint Models, che sanciscono le regole per la suddivisione delle risorse trasmissive tra i vari CT.