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Introduzione
La crescita esponenziale del traffico Internet, iniziata nella metà degli anni ’90, ha aperto la strada a un’innovazione tecnologica senza precedenti delle reti IP. Queste sono ormai viste come il mezzo “universale” su cui far transitare diversi tipi di traffico, essenzialmente voce, video e dati, permettendo di realizzare il vecchio sogno dei gestori di reti di telecomunicazione: trasportare qualsiasi tipo di traffico su una sola piattaforma.
Il “core” di Internet, però, non sta crescendo in modo proporzionale al numero di utenti e alla quantità di traffico che la rete si trova a dover gestire e supportare. Il traffico di Internet risulta non bilanciato su tutti i possibili link della rete: il traffico, infatti, attraversa la rete seguendo lo “shortest path”. Il “dilemma” di un ISP (Internet Service Provider) è, quindi, attualmente quello di far coincidere le esigenze di servizi/business efficienti su infrastrutture di rete che, nella maggior parte dei casi, sono inadeguate a trasportare contemporaneamente traffico dati, video e voce.
I nuovi servizi di rete, le nuove applicazioni distribuite attualmente disponibili e i nuovi paradigmi di comunicazione (non necessariamente più e solo
client-2 server) stanno rendendo sempre più difficile l’attività che generalmente va sotto il nome di “network planning”. Diventa sempre più complesso gestire situazioni nelle quali il problema principale è la coesistenza di traffico differente con requisiti “di rete” differenti. L’integrazione di servizi e applicazioni, che un tempo erano supportati da reti separate, attualmente costituisce un grosso problema per chi si trova a dover disegnare e gestire i piani di indirizzamento e le risorse da assegnare alle diverse “parti” di una rete. A tale difficoltà iniziale si aggiunge il fatto che i “pattern di traffico” risultano essere molto dinamici sia per motivi strettamente legati al
funzionamento delle applicazioni e delle reti
(integrazione wireless e wired) sia per motivi legati a malfunzionamenti temporanei di device o link di rete. Di contro, il paradigma di comunicazione alla base di tutti i protocolli di routing non fornisce la flessibilità necessaria a gestire e prevenire situazioni dinamiche e politiche di instradamento non più solo legate alla destinazione da raggiungere.
Per questo motivo sono molto importanti i criteri di Ingegnerizzazione del Traffico sulle reti che, sulla base di modelli tipici della teoria dei grafi e utilizzando algoritmi di ottimizzazione, portano alla implementazione di tecniche che hanno lo scopo di minimizzare l’utilizzo
3 delle risorse di rete e il tempo di consegna dei pacchetti, distribuendo il traffico su una rete non più solo sulla base dell’indirizzo destinazione bensì utilizzando un numero di informazioni maggiore costituito ad esempio dalla capacità dei link e dalla loro capacità residua, dal delay
caratteristico di ciascun link, dall’affidabilità
caratteristica del link.
In applicazioni sensibili alla variazione del tempo di trasmissione o a perdite di pacchetti (telemedicina, astronomia, etc.) risulta di fondamentale importanza il controllo della Quality of Service (QoS). Una rete offre QoS quando è capace di distinguere e gestire uno specifico insieme di pacchetti in modo da soddisfare i parametri dell’applicazione che li ha generati.
Esistono diversi approcci tecnologici per la realizzazione di QoS su reti IP, tra i quali: Integrated Services e Resource Reservation Protocol (IntServ e RSVP) e Differentiated Services (DiffServ o DS).
IntServ era in grado di gestire singoli flussi con priorità diverse e con prestazioni garantite, ma il suo punto debole era la lunga e complessa fase di instaurazione e accaparramento delle risorse.
La tecnologia DiffServ si fonda sul meccanismo di allocazione preferenziale delle risorse: vengono introdotti
4 dei livelli di priorità e in base ad essi il traffico viene trattato in un determinato modo. Il concetto di flusso informativo, introdotto nel IntServ, non ha più significato in questo modello: i router non devono più gestire una connessione per ogni flusso ma prendono decisioni direttamente sul singolo datagramma.
Negli ultimi anni, l’evoluzione dell’architettura delle reti IP prevede due direzioni di sviluppo: la prima rivolta all’integrazione di funzioni orientata al trattamento di flussi di traffico con specifici requisiti di qualità di servizio; la seconda principalmente orientata al supporto di politiche di ingegneria del traffico. La definizione delle architetture Differentiated Services (Diffserv) e MPLS (Multi Protocol Label Switching) sono il risultato degli studi in queste due aree.
Le tecniche DiffServ e MPLS condividono molte caratteristiche che rendono naturale pensare ad una loro integrazione. Per soddisfare i necessari requisiti di scalabilità, entrambe lavorano su pochi grandi aggregati di traffico e utilizzano la filosofia classica delle architetture di rete core&edge, che è quella di confinare le funzioni più complesse nei router di bordo della rete, ossia quelli dove sono attestati i terminali d’utente. L’integrazione DiffServ/MPLS non pone problemi
5 particolarmente complessi poiché DiffServ e MPLS operano in ambienti differenti; DiffServ è un modello per la fornitura di QoS IP mentre MPLS è una tecnica di inoltro dei pacchetti.
Il DiffServ over MPLS, quindi, è una tecnica per incanalare il traffico IP in Classi di servizio e gestire quindi la Qualità del Servizio mediante le creazione di opportune tecniche che garantiscono la priorità nel trattamento del traffico.
MPLS utilizza, per l’inoltro dei pacchetti in rete, il noto concetto di commutazione di etichetta, trasformando di fatto reti connection-less in reti connection-oriented.
Nel linguaggio MPLS, la connessione virtuale stabilita associando delle etichette ad un determinato percorso tra un LSR di ingresso e uno di uscita, viene chiamata Label Switched Path (LSP). Gli LSP verso una particolare destinazione possono seguire un qualsiasi percorso tra
6 nodo origine e destinazione che rispetti eventuali vincoli assegnati e possono avere associati dei parametri di traffico.
Il percorso può essere configurato manualmente o dinamicamente. In quest’ultimo per calcolare il percorso viene utilizzato il Path Computation Element (PCE). Il PCE è un’entità in grado di fare il calcolo di un percorso di rete o un percorso basato su un grafo della rete e di applicare dei vincoli durante il calcolo computazionale. Può essere inserito in un nodo della rete (PCE centralizzato) o in tutti i nodi (PCE distribuito).
Il PCE, per esempio, deve essere in grado di calcolare il percorso di un LSP dopo aver consultato la TED (Traffic Engineering Database) e considerando i vincoli di banda. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è di implementare un PCE centralizzato da poter integrare nel testebed con funzionalità MPLS e DiffServ con il solo piano dati automatizzato creato con normali PC con software interamente open source sviluppato dal NetGroup dell’Università di Pisa.
Nel primo capitolo verrà descritto il funzionamento dei principali protocolli utilizzati dall’architettura DiffServ over MPLS, nel secondo verranno descritte le principali caratteristiche di un PCE, nel terzo verrà descritta la sua
7 implementazione mentre nel quarto capitolo e nell’ultimo verranno discussi dei case study e tratte delle conclusioni.
