فهرست مطالب :

چکیده

مقدمه

فصل اول

مفاهیم پایه ایMPLS

۱-۱ تعریفPLS M

۱-۲ دلایل استفاده ارMPLS

۱-۲-۱ معایب IP

۱-۲-۲ مزایا ومعایبATM

۱-۲-۳ دسته بندی شبکه ها از نظر چکونگی تقسیم پهنای باند

۱-۳ ورود به شبکه های MPLS

۱-۴ ادغام مفاهیم ATM,VPN

۱-۵ کاربردهای MPLS

۱-۶ اصطلاحات علمی

۱-۷ اساس وپایه ارسال داده

۱-۸ محفظه کنترل ومحفظه داده

۱-۹ طبقه بندی بسته ها

۱-۹-۱ FEC

۱-۹-۲ رفتار بسته ها در لبه شبکه

۱-۱۰ مکانیسم کنترل در شبکه MPLS

۱-۱۱ مکانیسم ارسال

۱-۸-۱ ارسال بسته در MPLS,IP

۱-۸-۱-۱ FIB ,LIB,LFIB ونقش آنها در ارسال

فصل دوم

مفاهیم مهندسی ترافیک وارتباط آن با MPLS

۲-۱ مهندسی ترافیک

۲-۱-۱ مدیریت ترافیک

۲-۱-۲ مهندسی ترافیک

۲-۱-۳ کنترل ترافیک ومنابع

۲-۱-۴ MPLS ومهندسی ترافیک

۲-۱-۵ مشکلات اساسی ومهندسی ترافیک در MPLS

۲-۱-۶ مشخصات خطوط ترافیکی اصلی

۲-۱-۶-۱ خطوط ترافیکی دوطرفه

۲-۱-۶-۲ عملیات اساسی برروی خطوط ترافیکی اصلی

۲-۷ کاهش ازدحام با استفاده از الگوریتم توازن بار پویا

فصل سوم

پروتکل توزیع برچسبLDP

۳-۱ جفتهای LDP

۳-۲ تبادل پیام در LDP

۳-۳ ساختار پیامها در LDP

۳-۴ کنترل خطا در LDP

۳-۵ عملیات LDP

۳-۵-۱ FECS

۳-۵-۲ فضاهای برچسب و شناسه ها .برقراری ارتباط وانتقال

۳-۶ نشست LDP بین دو ند

۳-۷ اکتشاف در LDP

۳-۷-۱ مکانیسم اکتشاف پایه ای

۳-۷-۲ مکانیسم اکتشاف گسترش یافته

۳-۸ برقراری ونگهداری ارتباط LDP

۳-۸-۱ برقراری نشست LDP

۳-۸-۲ برقراری ارتباط به منظور انتقال

۳-۸-۳ توافق اولیه جهت نشست

۳-۹ نگهداری ارتباط

۳-۱۰ نگهداری نشست LDP

۳-۱۱ توزیع ونگهداری برچسب

۳-۱۱-۱ مدهای کنترلی توزیع برچسب

۳-۱۲ مدهای نگهداری برچسب

۳-۱۳ مقابله با ایجاد حلقه

۳-۱۳-۱ پیغام درخواست برچسبLRM

۳-۱۳-۲ پیغام نگاشت برچسب LMM

۳-۱۴ ویژگیهای پروتکل

۳-۱۴-۱ ساختار واحد داده در LDP

۳-۱۴-۲ رویه های بکار رفته در LDP

۳-۱۴-۳ قالب TYPE-LENGTH-VALUE

۳-۱۴-۴ پیغامهای LDP

فصل چهارم

الگوریتم CSPF وپروتکلRSVP

۴-۱ محاسبه مسیر

۴-۱-۱ SPF چگونه کار می کند؟

۴-۱-۲ CSPF چگونه کار می کند؟

۴-۱-۲-۱ TIC BREAKERS در CSPF

۴-۲بررسی پروتکل RSVP

۴-۲-۱ اساس RSVP

۴-۲-۱-۱ تنظیم مسیر

۴-۲-۱-۲ نگهداری مسیر

۴-۲-۱-۳ از بین بردن مسیر

۴-۲-۱-۴ ارسال خطا

۴-۲-۲ بسته ها در RSVP

۴-۲-۲-۲ فرمت کلی اشیا درRSVP

۴-۲-۲-۳ کلاسهای اشیا در RSVP

۴-۲-۲-۴ روش های رزرو منابع

۴-۲-۳ عملکرد RSVP

۴-۲-۳-۱ مکانیسم ساخت قبل از شکست

۴-۲-۳-۲ روش رزرو SHARED EXPLICIT

۴-۲-۳-۳ مکانیسم REFRESH

۴-۲-۳-۴ پیغامها-کی وبه کجا وبرای چه کسی فرستاده می شوند؟

فصل پنجم

بررسی مشکلات MPLS وارائه را حلی برای آن

۵-۱ اهداف

۵-۲ کاهش تعداد لایه های سوئیچینگ

۵-۳ گسترش طرح به کارگیری برچسب در انجام عمل سوئیچینگ

۵-۴ گسترش مکانیسم های مهندسی ترافیک در MPLS

۵-۵ استفاده مجدد از روش آدرس دهی IP

۵-۶ استفاده مجدد از مجموعه پروتکل های مربوط به مهندسی ترافیک در MPLS

۵-۷ معماری طرح

۵-۸ گسترش معماری پروتکل های MPLS

۵-۹ سلسله مراتب LSP

۵-۱۰ LSP های دوطرفه

۵-۱۱ افزایش مقیاس پذیری در مسیر یابی

۵-۱۲ پروتکل های مورد استفاده در طرح

۵-۱۳ مسیریابی

۵-۱۴ سیگنالینگ

نتیجه گیری

چکیده :

با افزایش و رشد محبوبیت شبکه جهانی وب، اینترنت با رشد بی رویه کاربران مواجه شده است. کاربران انواع داده های مختلفی را به شبکه می فرستند که هر یک، نیاز به سرویسهای مختلفی دارد.
جهت انتقال داده ها در شبکه های کنونی، به طور گسترده از شبکه های مبتنی بر IP استفاده می شود. عیب استفاده از این شبکه ها این است که سرویس دهی به در خواست ها در آنها، بر اساس طبقه بندی داده ها صورت نمی گیرد. از طرف دیگر، تکنولوژیهای سوییچینگ نظیر ATM وFrame Relay این مزیت را دارند که کیفیت سرویس تضمین شده را همراه با یک تکنولوژی ارسال سریعتر داده فراهم می کنند.
به منظور استفاده از مزایای هر دو تکنولوژی و نیز پرهیز از استفاده مجدد از عیوب آنها از MPLS بهره می گیریم. MPLS یک تکنولوژی جدید است که توسط IETF برای بهبود شبکه های IP، از طریق ادغام تکنولوژی های سوییچینگ و IP، توسعه یافته است.
در این پروژه، اصول کلی مهندسی ترافیک و ارتباط آن با MPLS بررسی شده و سپس طریقه عملکرد شبکه MPLS و پروتکلهای مورد استفاده در آن توضیح داده شده است. در ادامه، ارتباط بین مدیریت ازدحام در شبکه و MPLS مورد بررسی قرار گرفته و سپس الگوریتمی به منظور کاهش ازدحام در شبکه ارائه شده است. در پایان، نیز به بررسی مشکلات موجود در MPLS پرداخته و راه حل هایی نیز برای آنها ارائه شده است.

مقدمه:
MPLS: Multiprotocol Label Switching برای حمل بسته های شبکه با کمک Label (مثل عمل Routing که توسط IP است) بوجود آمد.

این پروتکل برای این به وجود آمد که مشکلات کند شدن Router ها در شبکه های کلان و زیر فشار را با مکانیزمی ساده تر مثل Label زدن به ترافیک هر مشتری حل کند در حالیکه با پیشرفت روتر ها نیاز چندانی به MPLS برای حل این مشکل دیده نشد، از آن به خاطر توانایی های زیاد در Traffic Engineering – Quality of Services و هم چنین Virtual Private Networks و ( Any-Transport over MPLS ( AToM استفاده میشود.

این VPN با Virtual Private Network ای که در Internet از آن استفاده میکنیم متفاوت است. در واقع با MPLS شما میتوانید شبکه شهر خود را به شبکه های دیگر شهر های خود متصل کنید در حالیکه یک اتصال به سرویس دهنده کافی است و میتوان علاوه بر IP پروتکل های دیگر حتی در لایه دو نظیر ATM و Ethernet را منتقل کرد (به این دلیل به آن Multi-protocol میگویند)
MPLS در چه لایه ای از مدل OSI قرار دارد؟ به MPLS لایه ۲/۵ را اختصاص داده اند چیزی میان Ethernet و IP است و به آن مدل ارتقا یافته ATM و Frame-Relay میگویند.
تنها دستگاهی که از سمت client با MPLS کار میکند روتر است، پس به عنوان مشترک کار چندانی به ساختار درونی MPLS نداریم و تنها به روتر سمت سرویس دهنده (Provider Edge – PE) متصل شده و به کمک BGP یا هر روش دیگر؛ از شبکه های دیگر خود متصل به MPLS با خبر شده و اطلاعات خود را از میان ابر MPLS عبور میدهیم.

مفاهیم پایه ای MPLS

با ظهور سوپرکامپیوترها و سرعت گسترش تکنولوژی های جدید شبکه، اینترنت بسیار مورد توجه و تمرکز قرار گرفته است. با افزایش محبوبیت و معروفیت وب، اینترنت با رشد بی سابقه کاربران مواجه و منجر به انتقال موج وسیعی از داده ها از طریق اینترنت شده است. اکنون کاربران تمام انواع ترافیک داده از قبیل صوت و ویدیو و غیره را به شبکه می‌فرستند درحالیکه هر کدام دارای درخواست های سرویس متفاوتی می‌باشد. ازطرف دیگر به منظور پاسخگویی به حجم عظیم تقاضاها، طراحان شبکه نه تنها به پهنای باند بیشتر، بلکه به افزایش قابلیت اطمینان داده ها نیز نیاز پیدا کردند.

پروتکل [۱]IP، به عنوان ستون فقرات و اساس ارتباط در شبکه های امروزی است. یکی از دلایلی که IP به رایج ترین و عمومی ترین پروتکل هسته شبکه تبدیل شده است، سادگی ارسال داده از یک کاربر به کاربر دیگر می‌باشد. یکی از بزرگترین مسائلی که در IP با آن مواجهیم،  نیاز به صحت انتقال داده در عین سادگی آن می‌باشد.

شبکه­های IP، از روترها به منظور ایجاد ارتباط استفاده می‌کنند. این روترها تکنولوژیهایی نظیر OSPF را برای مسیریابی استفاده می‌کنند. هنگامیکه یک بسته از شبکه وارد می‌شود، روترها جداول مسیریابی خود را برای تشخیص روتر بعدی در مسیر انتقال به سمت مقصد تشکیل می‌دهند. جستجو در این جداول، زمان زیادی مصرف می‌کند و یکی از مباحث اصلی در شبکه های IP است. همچنین، در IP هیچ توجهی به نوع داده انتقالی موجود در بسته، نمی‌شود. بدین معنی که IP صرفنظر از توجه به نوع محتویات بسته، راهگزینی را تنها بر اساس آدرس مقصد انجام می دهد. بنابراین، سرویسی که در شبکه های IP برای ارسال داده استفاده می شود، هیچ تضمینی برای به موقع رسیدن بسته نمی دهد.

در حالیکه برنامه های کاربردی جدید اینترنتی در حال گسترش اند، توجه به کیفیت سرویس یا [۲]QOS برای ارسال داده ها ضروری به نظر می­رسد. ساختار روترهای IP برای پشتیبانی از QoS طراحی نشده­اند، در حالی که در شبکه های امروزی نیازمند قابلیت اطمینان و پشتیبانی QoS می‌باشیم.

کیفیت سرویس یا QoS، ایده­ای است که قابلیت اطمینان و ثبات را برای انتشار داده­ها در شبکه­های سراسری فراهم می‌کند. ایده اساسی، عرضه سرویس­هایی برای برآوردن نیازهای پیشرفته برنامه­های کاربردی مدرن می‌باشد. این برنامه­ها[۳]، برای انتشار درست داده­ها به برقراری امنیت در شبکه نیاز دارند. هدف اصلی QoS، فراهم کردن سرویس  مناسب در هنگام ازدحام داده می‌باشد. در این مواقع،  بیشترین  نیاز به استفاده از QoS احساس می­شود. تکنولوژی های سوییچینگ نظیر ATM و Frame Relay، از طریق بهبود کیفیت سرویس، ارسال سریعتر و مطمئن تر داده را فراهم می‌کنند.

در سال ۱۹۹۶،Cisco  مفهومی به نام Tag Switching (نسخه قدیمی MPLS) را ارائه داد که قابلیت­ها و توانایی­های تکنولوژی­های سوییچینگ را در شبکه IP ادغام می­کرد. براساس این تکنولوژی، یک برچسب بین لایه دو و سه در سرآیند قرار می گیرد و هنگامی که بسته از شبکه عبور می کند، عمل انتقال بر اساس برچسب صورت می­گیرد.

افزایش فوق العاده تکنولوژیهای درحال رقابت، IETF[4] را مجبور به استانداردسازی پروتکلی کرد که موضوع فراهم کردن تکنولوژیهای سوییچینگ در جهان IP را بر آورده کند. در عرض اولین ماه­های سال۱۹۹۶، IETF گروه کاری  MPLS را تشکیل داد.

MPLS یک تکنولوژی مناسب برای بهبود رفتار شبکه است. این تکنیک، باعث انتقال ترافیک از لایه ۲ به لایه ۳ در ندهای مجاور می شود.

مهندسی ترافیک[۵] (TE) یکی از روشهای پیاده سازی QoS می‌باشد که در کنار MPLS این امکان را برای شبکه فراهم می‌آورد که جریان ترافیک داده را با در نظر گرفتن ازدحام در شبکه، مدیریت کند. توابع TE شامل مدیریت ترافیک[۶]، مدیریت ظرفیت[۷] و برنامه ریزی شبکه[۸] می‌باشد. مدیریت ترافیک اطمینان   می­دهد که کارایی شبکه تحت هر شرایطی بیشترین مقدار است. مدیریت ظرفیت، ما را مطمئن  می‌کند که شبکه به  نحوی  طراحی و فراهم شده است که توابع اجرائی برای  درخواستهای  شبکه  با کمترین هزینه صورت می‌گیرند. برنامه ریزی شبکه این اطمینان را فراهم می‌کند که در انتقال داده برای پیش بینی سریع رشد ترافیک نیز برنامه ریزی و طراحی شده‌ است.

در این پروژه، بر آنیم تا با شناخت اصول و مفاهیم اولیه مهندسی ترافیک به ارتباط آن با MPLS پرداخته و سپس این تکنولوژی را به طور دقیقتری مورد بررسی قرار دهیم. در پایان نیز ارتباط MPLS با مدیریت ازدحام را بیان کرده و نقش آن را در کاهش تراکم در شبکه­ها با ارائه یک الگوریتم توضیح    می­دهیم.

بر این اساس و نیز از آنجا که شناخت اصول و مفاهیم اولیه مهندسی ترافیک مستلزم دانستن مبانی MPLS است، در فصل اول، تعاریف مربوط به حوزه MPLS و اصول اولیه ارسال  و کنترل در این تکنولوژی مورد بررسی قرار می گیرد. فصل دوم، به بیان اصول مهندسی ترافیک و ارتباط آن با MPLS می پردازد. در فصل سوم و چهارم، پروتکلهای به کار رفته در MPLS توضیح داده خواهد شد. فصل پنجم،  راجع به بحث مدیریت ازدحام و ارائه الگوریتمی در این باره می باشد. در پایان، به بررسی مشکلات موجود در MPLS و نیز طرح راه حلهایی در مورد آنها می پردازیم.

• تعریف MPLS

اساس MPLS، تولید یک برچسب[۹]  کوتاه با طول ثابت است. این برچسب، به عنوان یک اختصار که بیانگر سرآیند بسته می‌باشد، عمل می‌کند (نظیر کد پستی که یک اختصار برای پلاک، خیابان و شهر در آدرس پستی می‌باشد) و در تصمیم گیری برای ارسال بسته مورد استفاده  قرار  می‌گیرد.

بسته­های IP در سرآیند  خود  فیلدی  دارند  که شامل  آدرسی است  که بسته  به آن فرستاده می‌شود. شبکه هایی که به روش  مسیریابی سنتی هستند، این اطلاعات را در هر روتری که در مسیر بسته در شبکه قرار دارد، پردازش  و بررسی می‌کنند[۱۰]. هنگامی که  بسته های IP وارد شبکه MPLS می‌شوند، روتر لبه شبکه محتویات سرآیند آنها را بررسی کرده و یک برچسب مناسب برای آن انتخاب می‌کند.

بخشی از قدرت زیاد MPLS، از این واقعیت ناشی می‌شود که در مقابل مسیریابی IP، این تحلیل و بررسی می‌تواند بر اساس مواردی بیش از فقط آدرس مقصد صورت گیرد. در تمام ندهای بعدی در شبکه به جای سرآیند IP، برچسب مربوط به MPLS در تصمیم­گیری برای ارسال بسته استفاده می‌شود. در نهایت هنگامی که بسته­ها، شبکه MPLS را ترک  می‌کنند، در روتر لبه خروجی شبکه، برچسب­ها از بسته  برداشته  می‌شوند.

روترهای MPLS، بسته ها را با تصمیم گیری براساس برچسب، ارسال می‌کنند. در حالیکه روترهای IP شامل جداول مسیریابی هستند که با استفاده از سرآیند بسته ورودی تصمیم می‌گیرند که چگونه آن بسته را ارسال کنند. این  جدولها با پروتکلهای مسیر یابی نظیر RIP و OSPF  ساخته  می‌شوند و  اطلاعات  در دسترس را  به  صورت آدرسهای IP نگهداری  می‌کنند.

در شبکه IP، جداول ارسال و کنترل[۱۱] وابسته به هم هستند. از آنجا که ارسال داده در MPLS  براساس برچسب می‌باشد، این امکان فراهم می شود که جدول ارسال مبتنی بر برچسب از جدول کنترل بصورت واضح جدا شود. با جدا سازی این دو جدول، هر یک می‌توانند به صورت مجزا تغییر کنند و اصلاح شوند. به این ترتیب، در MPLS به یک استراتژی جدید مسیریابی در شبکه و تغییر مکانیسم ارسال نیازی نیست.

• دلایل استفاده از MPLS

اگرچه دلایل به کارگیری MPLS در طول پروژه دقیقا مشخص خواهد شد، در اینجا به ذکر چند دلیل عمده برای استفاده از MPLS می پردازیم. در ابتدا معایب شبکه های IP و ATM را بیان کرده و سپس مزایای بهره گیری از MPLS مورد بررسی قرار می گیرد.

۱-۲-۱) معایب IP

شبکه های مبتنی بر مسیریابی IP:

• بدون اتصال هستند. یعنی هیچ گونه تضمینی در صحت داده ها و به موقع رسیدن آنها فراهم نمی­کنند.
• کیفیت سرویس یا QoS را پشتیبانی نمی کنند.
• هر روتر باید تصمیمات مربوط به مسیریابی و ارسال را به طور مستقل و فقط بر اساس آدرس IP انجام دهد.
• حجم سرآیند بسته های IP بزرگ (حداقل ۲۰ بایت) است.
• مسیریابی در لایه شبکه انجام می شود.
• سرعت مسیریابی از سوییچینگ کمتر است.

۱-۲-۲) مزایا و معایب ATM

شبکه های ATM اتصال گرا هستند، از QoS پشتیبانی می کنند، سوییچینگ بسته در آنها سریع و طول بسته ها ثابت است و قادر به ارسال انواع گوناگون داده می باشند. در عین حال، این شبکه ها دارای معایبی مانند پیچیدگی و گرانی هستند.

با ترکیب الگوریتمهای مورد استفاده در شبکه های IP و ATM سعی در استفاده بهینه از این دو تکنولوژی داریم. این بهینه سازی شامل به کارگیری مزایای هر دو و نیز پرهیز از معایب آنهاست. تکنولوژی ترکیبی به دست آمده را MPLS می نامیم.

۱-۲-۳) دسته بندی شبکه ها از نظر چگونگی تقسیم پهنای باند

انتقال در شبکه ها بر اساس اصل خاصی به نام تسهیم[۱۲] صورت می گیرد. شبکه ها بر اساس این اصل، به دو دسته تقسیم می شوند:

• شبکه های TDM

در این مکانیسم همزمان سازی، مدت زمان خاصی را جهت انتقال به لینک خاصی اختصاص می­دهیم.

اساس کار این است که هر کاربر مقدار ثابنی  از پهنای باند را در تمام زمانی که لینک را در اختیار دارد، به خود اختصاص می دهد.  اما عیب کار نیز در اینجا است که پهنای باند اختصاص داده شده چه مورد استفاده واقع شود و چه نشود،  از دست می رود. با وجود اینکه در مدت رزرو پهنای باند،  این تضمین وجود دارد که پهنای باند در موقع نیاز در دسترس خواهد بود. از جمله این شبکه ها می توان شبکه های SONET   را نام برد.

• Statemux

در این روش همزمان سازی، اساس کار چنان است که پهنای باند برای تمام کاربران در شبکه بدون هیچ گارانتی در دسترس خواهد بود. این روش از نظر کیفی مزیتی نسبت به روش TDM  ندارد، اما ارزانتر است. در این گونه شبکه ها پهنای باند  داده شده بیش از ظرفیت موجود است به این دلیل که  کاربران  در آن واحد نیاز به استفاده از این لینک ندارند.  شبکه های IP , ATM , Frame Relay  و به ویژهMPLS  از این نوع اند. این نوع شبکه ها ترافیک  را  به واحدهای جداگانه تقسیم می کنند که در هر یک مفهوم یکسان ولی نامهای متفاوتی دارند.

مشکلی که در شبکه های Statemux  بر خلاف دیگر شبکه ها وجود دارد، این است که در این گونه شبکه ها بایستی تمهیداتی جهت ورود و خروج همزمان دو بسته از یک اینترفیس، اندیشیده شود  و در صورتی که بسته ها قابلیت بافر شدن داشته باشند، باید اعمالی جهت کنترل و مدیریت این بافر انجام شود.  در غیر این صورت از مکانیسم های مجزایی جهت انتقال داده هایی چون صوت و تصویر که در صورت بافر کردن دچار اختلال در کیفیت می شوند، استفاده می کند.

در شبکه های ATM، داده ها به بسته های کوچکی به نام سلول تقسیم می شوند. در این شبکه ها ۵ نوع کلاس سرویس دهی وجود دارد:

CBR: سرویس با نرخ ارسال ثابت و پایدار

rt-VBR: سرویس با نرخ ارسال بلادرنگ

nrt-VBR: سرویس با نرخ ارسال غیر بلادرنگ

ABR: سرویس با نرخ ارسال موجود و در دسترس

UBR: سرویس با نرخ ارسال کلی و نامشخص

یکی از مشکلاتی که مدیریت شبکه در اثر جایگزینی TDM  با FrameRelay  و ATM  با آن مواجه می شود، این است که باید IP را روی FR یا ATM   اجرا کند. به این ترتیب، یک پروتکل Statemux  روی یک پروتکل Statemux  دیگر اجرا می شود. در چنین شبکه ای اغلب انطباق میان دو لایه به درستی صورت نمی گیرد و در انتقال داده اختلال ایجاد می شود.

از آنجا که پروتکل IP، ۶ بیت جهت کلاس بندی سرویس در نظر گرفته است، دارای ۶۴ کلاس سرویس دهی است در صورتی که FR تنها یک بیت را جهت دسته بندی داده ها دارد. انواع کلاسهای سرویس دهی ATM  نیز به راحتی و به صورت مستقیم قابل تبدیل به کلاس های سرویس دهی IP  نیست.  از آنجا که شبکه ها مایل اند پروتکل های متنوع و چندگانه ای در لایه ۳ داشته باشند که در لایه ۲  فقط روی IP کار می­کنند، این مشکل همواره بارزتر می­شود که امکان نگاشت و توافق مکانیسم­های       پروتکل­های این دو لایه به راحتی امکان پذیر نخواهد بود.

از آنجا که از نظر مالی به صرفه نیست که هم از ازدحام در لایه ۲ جلوگیری شود و هم نگاشتی بین لایه ۲ و ۳ وجود داشته باشد،‌ همواره یکی از این دو  ترجیح داده می شود. در واقع مهمترین دلیل روی آوردن به MPLS این است که قادر خواهد بود تا خلاء میان لایه ۲ و ۳ را پر کند.

۱-۳) ورود به شبکه های  MPLS

به طور معمول، انگیزه اصلی از طرح روش های جدید، بهبود سرعت و هزینه ارسال بسته ها است. از آنجا که MPLS به دلیل داشتن یک برچسب ۲۰ بیتی، سریعتر از سرآیند ۳۲ بیتی IP نیست بهبود قابل توجهی را در این زمینه باعث نشده است. پس مسلما سرعت، علت اصلی این تغییر و تحول و صرف هزینه  فراگیری MPLS  توسط روتر ها در شبکه نیست بلکه علت و انگیزه این پروتکل، کاربردهای آن است که  شبکه های IP  قدیمی قادر به انجام آنها نیستند. دو کاربرد عمده Mpls، در شبکه های مجازی خصوصی[۱۳] و مهندسی ترافیک است. در زیر دلایلی که باعث رو آوردن به MPLS شده است، مورد بحث قرار می گیرد:

• جداسازی عمل ارسال و مسیر یابی از یکدیگر

مسیریابی در شبکه های IP یک عمل ارسال به صورت ند به ند است که در آن، تصمیم گیری برای انتخاب ند بعدی بر اساس آدرس مقصد موجود در سرآیند بسته انجام شده و سپس بسته برای آن ارسال می شود. درصورتی که ند بعدی پیدا نشود، بسته از دست می رود و این عمل همواره تکرار می شود. اما در یک شبکه MPLS، ارسال بسته ها به صورت ند به ند و بر اساس یک برچسب انجام می شود که این برچسب در قسمت محفظه کنترل[۱۴] ایجاد شده و مسیر یابی واقعی در آنجا صورت گرفته است و در ندها تنها عمل ارسال انجام می شود.

جداسازی ارسال و مسیریابی در شبکه های IP   هم وجود دارد و توسط مفهوم [۱۵]PBR انجام می شود. لیکن دارای معایبی است که عبارتند از:

• پیچیدگی در مدیریت ساختار
• عدم استفاده از یک مکانیسم مسیر یابی پویا. چنانچه مسیر ارسال عوض شود، ندها باید در مسیر جدید مجددا سازماندهی شوند.
• امکان ایجاد حلقه در حین مسیریابی وجود دارد.

در نهایت، MPLS  گسترش این عمل را با استفاده از برچسب به جای سرآیند IP  به راحتی انجام می دهد.

مفاهیم مهندسی ترافیک و ارتباط آن با MPLS

در فصل قبل،‌ مهندسی ترافیک به عنوان یکی از کاربردهای MPLS مطرح شد. این فصل، شامل دو بخش است. در بخش اول، به بررسی مفاهیم مهندسی ترافیک و ارتباط آن با MPLS پرداخته می شود و سپس مشکلات اساسی مهندسی ترافیک در MPLS را مورد بررسی قرار می گیرد. در بخش دوم، الگوریتمی جهت کاهش ازدحام در شبکه های MPLS  ارائه می شود. (یغمایی، ۱۳۷۹)

در شبکه های بزرگ با دو مفهوم کلی سروکار داریم:

• مهندسی شبکه[۱]
• مهندسی ترافیک[۲]

مهندسی شبکه سعی در بهبود انتقال ترافیک در شبکه دارد. با یک پیش بینی مناسب در مورد جریان ترافیک در شبکه، می­توان بهترین نوع مداربندی و تسهیلات شبکه از جمله روترها، سوئیچ­ها و…  را تنظیم کرد. این عمل به زمان زیادی نیاز دارد زیرا زمان ایجاد این مدارات و تجهیزات زیاد است. در مقابل،  مهندسی ترافیک، دستکاری ترافیک جهت استفاده بهینه از همین شبکه ساخته شده می باشد.

در زمینه مهندسی شبکه پیش بینی ها کاملا با نیازها مطابق نخواهد بود مثلا در زمان رخداد یک واقعه سریع مثل یک اتفاق ورزشی، رسوایی سیاسی، یا یک وب سایت عمومی بزرگ.  به علاوه ما همیشه نیز قادر نیستیم سازماندهی  شبکه را به سرعت تغییر دهیم. بنابراین به تمهیداتی نیاز است که بتوان با استفاده از آنها ترافیک شبکه را در جهتی هدایت کرد که حداکثر استفاده از طرح موجود انجام شود.

رخدادهای پیش بینی نشده باعث ازدحام زیاد ترافیک در قسمتی از شبکه شده در حالی که در همان زمان در شبکه لینکهایی وجود دارند که مورد استفاده قرار نگرفته اند. در اینجا وظیفه مهندسی ترافیک این است که ترافیک را از بخش هایی که دچار ازدحام شده به سمت لینکهایی که مورد استفاده واقع نشده اند، هدایت کند. (یغمایی، ۱۳۷۹)

مهندسی ترافیک در واقع یک متد مخصوص درMPLS  است که می­تواند از طریق فشرده کردن متدهای IP در اینترفیس­ها و یا ساخت یک مسیر ATM و بهینه­سازی مجدد مسیر بر اساس میزان ترافیک درخواستی پیاده سازی شود. به کارگیری  مهندس ترافیک در MPLS تلاشی است در جهت رسیدن به بهترین تکنیک اتصال گرای مدیریت ترافیک در شبکه و ادغام آن با مسیر یابی IP. (شمس الدینی، ۱۳۸۰)

۲-۱) مهندسی ترافیک

۲-۱-۱)  مدیریت ترافیک

در این بخش، به مکانیزمهایی که اغلب جهت اجرای اصول مهندسی ترافیک استفاده می­شود،  پرداخته می­شود. یکی از  مهمترین تکنولوژی های کنترل ترافیک IPTE است. روشی که IP جهت کنترل ترافیک شبکه در پیش گرفته است تغییر دادن هزینه بعضی لینکهای خاص است. در مقابل، ATM اجازه می دهد که مسیرهایی بین مبدا و مقصد به نام Pvc بوجود آید. این به آن معنا است که سریعتر قادر به کنترل جریان ترافیک در شبکه خواهد بود. بسیاری از ISP های موجود در جهان از ATM جهت هدایت جریان در شبکه استفاده می کنند. آنها این عمل را بر اساس ترافیک عبوری از روترها و با ساخت پنجره هایی[۳] از Pvc ها در بین مجموعه ای از روترها که به صورت دوره ای بهینه سازی می شوند، انجام می دهد. در اینجا مشکل موجود این است که وقتی روتری خراب می شود، این عمل از O(n3) و وقتی لینک دچار اختلال می شود،  از O(n2) است که در مورد شبکه های بزرگ سخت و هزینه بر است. )  بیانگر تعداد ندهاست). زیرا در صورتی که لینک خراب شود، دو ند باید به دیگر همسایه ها خبر دهند و در صورتی که ندی دچار اختلال شد، تمام ندهای همسایه خرابی آن را به دیگرهمسایه ها اطلاع می دهند. (شمس الدینی، ۱۳۸۰)

یکی دیگر از مشکلات این شبکه ها Fish Problem است. 

در شکل ۲-۱، دو مسیر جهت رسیدن بسته ها از R2 به R6 داریم:

R2->R5->R6

R2->R3->R4->R6

تمام لینک ها هزینه یکسان ۱۵ و پهنای باند mb150 دارند و تمام بسته ها قصد عبور از R2 و رسیدن به R6 را دارند. حال در صورتی که R7 به طور متوسط ۱۰۰mb و R1  نیز ۹۰mb ترافیک را به سمت R2 بفرستد، چه اتفاقی می افتد ؟

R2 در واقع تلاش می کند تا ۱۹۰mb را منتقل کند. هر کدام از مسیرها در نهایت ۱۵۰ mb ظرفیت خواهند داشت. این موجب می شود تا در نهایت R2،۴۰ mb  را رها کند تا بقیه داده ها را در مسیر جا دهد. در این حالت به طور متوسط ۲۱mb از بار R7 و ۱۹mb  از R1 از دست خواهد رفت. حال شبکهIP  با این مشکل چگونه برخورد خواهد کرد؟

در صورتی که طولانی ترین مسیر یعنی  R2->R3->R4->R6  را نسبت به کوتاهترین مسیر پایین بیاوریم، تمام ترافیک تغیر جهت داده و مشکل به هیچ وجه حل نمی شود. در کل باید طوری باشد تا هزینه دو مسیر یکسان شود و این راه حل تنها  در مورد شبکه های کوچک جوابگو است.

در مورد شبکه ATM که از سوئیچ ها به جای روترها استفاده می شود و جهت برقراری مسیر PVCهایی بوجود می آید، حل مشکل زیاد پیچیده نیست.

ساختن دو مسیر با هزینه یکسان در طول شبکه راه حل انعطاف­پذیری است و از تغییر هزینه لینکها بهتر است. این انگیزه­ای است برای ادغام مهندسی ترافیک در ATM با مسیریابی آسان در IP که باعث ایجاد MPLS شده است.

۲-۱-۱) مهندسی ترافیک

این بخش، وظایف اساسی مهندسی ترافیک را در یک سیستم مستقل در یک شبکه امروزی بیان می کند. کاربرد مهندسی ترافیک در بهینه سازی کارآیی شبکه است که به طور کلی، شامل استفاده از اصول علمی و فنی دراندازه گیری[۴]، مدلسازی و کنترل ترافیک در اینترنت می باشد. جنبه هایی از مهندسی ترافیک که به MPLS مربوط می شود، اندازه گیری  و کنترل است. هدف اصلی TE، تسهیل عملیات قابل اعتماد و موثر در شبکه به همراه بهبود استفاده از منابع است.

اهداف کلیدی TE به دو دسته تقسیم می شوند:

1. اهداف مربوط به مدیریت ترافیک[۵]
2. اهداف مربوط به استفاده از منابع[۶]

دسته اول دربرگیرنده جنبه هایی است که QOS جریان ترافیک را افزایش می دهند. این اهداف شامل می نیمم کردن میزان از دست رفتن بسته ها[۷] و تاخیر و ماکزیمم کردن بازدهی[۸]  است. دسته دوم شامل جنبه های مربوط به بهینه سازی استفاده از منابع است. مدیریت کارآیی منابع شبکه راهی برای رسیدن به این اهداف است. (یغمایی، ۱۳۷۹)

به طور کلی باید مطمئن شویم که از منابع شبکه به طور مساوی استفاده می کنیم. مثلا پهنای باند یک منبع اصلی در شبکه های امروزی است. بنابراین یک وظیفه TE، مدیریت کارآیی پهنای باند است. می نیمم کردن  ازدحام، یک هدف اصلی TE است که در این دسته قرار می گیرد و معمولا در شرایط زیر اتفاق  می­افتد:

1. وقتی که منابع شبکه برای انتقال بار ترافیکی مورد نیاز کافی نیستند.
2. وقتی که جریان ترافیک به طور نامساوی بین منابع شبکه تقسیم می شود که باعث می شود بعضی از منابع زیاد استفاده شوند در حالی که سایر منابع بدون استفاده باقی بمانند.

در مورد اول می توان ازدحام را از طریق افزایش ظرفیت و استفاده از تکنیکهای کنترل ازدحام کلاسیک کاهش داد. این تکنیکها سعی دارند ترافیک را بین منابع در دسترس تقسیم کنند و شامل موارد زیر می باشند:

محدودکردن نرخ انتقال[۹]، کنترل جریان انتقال[۱۰]، مدیریت صف روتر، کنترل مبتنی بر زمانبندی و….

مورد دوم معمولا از طریق TE حل می شود.

به طور کلی، ازدحامی که از تخصیص ناکارآمد منابع ناشی می شود، می تواند با اتخاذ سیاستهای  توازن بار[۱۱] کاهش یابد. هدف از چنین استرات‍ژیهایی می نیمم کردن حداکثر ازدحام و ماکزیمم کردن استفاده از منابع از طریق تخصیص کارآمد منابع است. وقتی که ازدحام می نیمم شود، میزان از دست رفتن بسته­ها و تاخیر کاهش یافته و کارآیی افزایش می­یابد. در نتیجه دسترسی به کیفیت سرویس برای کاربران ساده­تر    می­شود.

توازن بار یک سیاست مهم در بهینه­سازی کارآیی شبکه است. با این حال، قابلیتهایی که برای TE در نظر گرفته می­شود، باید به اندازه کافی انعطاف پذیر باشد تا مدیران شبکه بتوانند سایر سیاستها را نیز به راحتی پیاده­سازی کنند.

۲-۱-۳) کنترل ترافیک و منابع

اساساً بهینه­سازی کارآیی در شبکه ها از نظر کنترلی یک مشکل است. در مدل پردازشی مهندسی ترافیک، TE به عنوان یک کنترل کننده در یک سیستم کنترلی عمل می کند. این سیستم، شامل مجموعه ای از عناصر به هم پیوسته در شبکه است. یک سیستم کنترل کارآیی شبکه و مجموعه ای از ابزارهای مدیریت پیکربندی TE، یک سیاست کنترلی را اعمال کرده حالت شبکه را از طریق سیستم نمایش ترافیک مشخص می کند و سپس اعمال کنترلی را جهت انتقال شبکه به یک حالت مطلوب به کار می گیرد. اعمال کنترلی در حالت ایده آل باید شامل موارد زیر باشد:

1. تغییر پارامترهای مدیریت ترافیک
2. تغییر پارامترهای وابسته به مسیریابی
3. تغییر ویژگیها و محدودیتهای مربوط به منابع

۲-۱-۴) MPLS و مهندسی ترافیک

در این بخش، یک بررسی در مورد قابلیت اجرایی MPLS در زمینه مهندسی ترافیک انجام می دهیم. MPLS در این مورد بسیار اهمیت دارد زیرا می تواند به طور بالقوه بیشتر وظایف مورد نظر مهندسی ترافیک را با هزینه کمتری نسبت به سایر راه حلها فراهم کند.

یک پیاده سازی خوب از MPLS می تواند سربار کمتری در مقایسه با سایر راه حلهای مهندسی ترافیک داشته باشد. به علاوه، از طریق LSP ها، MPLS مجاز است از یک قابلیت مشابه سوییچینگ مداری استفاده کند.

(فایل کامل این پروژه ۱۳۵ ( صد و سی و پنج ) صفحه word همراه با منابع و ماخذ می باشد.)

در تمامی ساعات شبانه روز >> پرداخت آنلاین و دانلود آنی فایل پس از پرداخت.