Operatora klases IP

 

Alcatel izmanto savu atzīto pozīciju augstākās – operatora klases (carrier grade) - sakaru tīklu izstrādē un veidošanas izpratnē, lai piedāvātu pilnīgi jaunu nākošās paaudzes maršrutēšanas tehnoloģiju IP tīklos.

Ievads

Interneta iesākums bija ­ neliels projekts universitāšu datoru savienošanai un nekomerciāla rakstura datu apmaiņai. Kopš tā laika tas ir izaudzis par lielāko publisko datu pārraides tīklu ar piekļuvi no jebkuras vietas pasaulē. Interneta kopienai pievienojušies arvien vairāk cilvēku un milzīgi pieaudzis dažādu lietojumprogrammu skaits. Līdz pat pēdējam laikam šo lietojumprogrammu atbalstam tiek izmantots t. s. best effort jeb pēc iespējas labāk princips interneta savienojuma nodrošināšanai. Tomēr best effort pakalpojumu ienestā peļņa laika gaitā aizvien samazinās.

Nākamās paaudzes balss pakalpojumi un pakalpojumu līmeņa līgumi SLA sola ievērojamas ieņēmumu pieauguma iespējas, vienlaikus izvirzot stingras prasības tīklam. Tās ietver pakalpojumu kvalitāti, reāllaika darbību, drošumu, nesankcionētas piekļuves un bojājumu diagnosticēšanu, kā arī tīkla vadības iespējas. Lai pārietu uz ienesīgu augstas klases pakalpojumu sniegšanu, operatoriem nepieciešama izcila veiktspēja, droši tīkli un spēja to visu garantēt klientiem.

Daudzu uzņēmēju ieņēmumi ir cieši saistīti ar interneta izmantošanu, tāpēc ik minūte, kurā tas nav pieejams, cērt robu peļņā. Drīzumā arī IP tīklos būs nepieciešams ievērot stingro piecu devītnieku prasību jeb 99,999 procentu pieejamības nodrošināšanu, kura pašreiz ir spēkā balss telefonijas tīklos. Tas atbilst apmēram piecu minūšu kopējam tīkla laika zudumam (downturn) gadā.

IP pamattīkls sastāv no lielas kapacitātes maršrutizatoriem. Pat neilgam iekārtu darbības pārtraukumam var būt nopietns iespaids uz tīkla pieejamību. Tīkla pilnīgas darbības atjaunošanās var ilgt vairākas minūtes. Šajā laikposmā var izveidoties pāradresēšanas cilpas (forwarding loops), novedot pie datu pakešu nepareizas adresācijas vai pazušanas t. s. melnajos caurumos, kuri rodas tīkla maršrutizatoru maršrutēšanas tabulu neatbilstības dēļ.

Tālāk aprakstīta metode, kura novērš maršrutizatoru pārstartēšanos programmatūras vai aparatūras mezglu jauninājumu ieviešanas gaitā, kā arī to kļūdu vai bojājumu dēļ.

Non-stop maršrutizācija

Non-stop kontroles līmeņa nepieciešamība

Modernam BGP (Border Gateway Protocol) maršrutizatoram pēc startēšanas, interfeisu inicializācijas, IGP (Interiror Gateway Protocol) relāciju nodibināšanas un IGP datubāzu sinhronizācijas vēl nepieciešamas 2-10 minūtes (reizēm pat vairāk) visu BGP ceļu atjaunošanai starp blakus maršrutizatoriem.

Tādējādi pat vienkārša programmatūras uzlabošana vai kontroles kartes kļūda - lielākajā daļā pašreizējo maršrutizatoru sagrauj operatora cerības uz 99,999 procentu līmeņa sasniegšanu. Tas arī ir galvenais dzinējspēks MPLS vai ATM pamattīklu veidošanai. Problēma kļūst vēl redzamāka (pretēji dažu domām) brīdī, kad operatori sāk veidot uz MPLS bāzētus virtuālos privātos tīklus – VPN. Tīkla pieejamības informācija starp maršrutizācijas tabulām jāsaskaņo, jāatjauno un jāpārraida, pirms BGP var sākt izplatīt tīklā VLAN piederības informāciju.

Non-stop maršrutizācijas ieviešana paaugstina tīkla stabilitāti gan plānotu, gan neplānotu komutāciju procesā starp kontroles kartēm. Agrāk, kad šī iespēja vēl nebija pieejama, nestrādājošs maršrutizators tīkla topoloģijā varēja uz laiku pilnīgi pazust un radīt paniku, liekot tīkla vienranga maršrutizatoriem daudzkārt pārrēķināt iespējami īsākos ceļus. Arī maršrutizatora darbības atjaunošanās izraisīja intensīvu informācijas apmaiņu tīklā, palielinot pakešu zudumu iespējamību.

Non-stop maršrutizācijas gadījumā, maršrutētāja kontroles karšu pārslēgšanās bojājuma vai programmatūras maiņas laikā kaimiņu maršrutētājiem paliek pilnīgi nemanīta.

Tīkla risinājumi 

Lai gan standartizācijas organizāciju un ražotāju vidū valda vienprātība – tīkla pieejamības pakāpei jābūt ļoti augstai –, tomēr risinājumu formulējumos ir atšķirības. Pamatā var atzīmēt divus domāšanas veidus: risinājumi attiecīgajā aparatūrā ar non-stop maršrutēšanas principu un risinājumi ar pārējā tīkla vai vismaz blakus maršrutētāju līdzdalību. Pēdējo mēdz saukt arī par maigās vai netraucētās (hitless) restartēšanas mehānismu. Šis risinājums balstās uz maršrutētāju spēju turpināt darbību datu pārraides līmeni, lai gan kontroles līmenī notiek pārstartēšanās. Pakešu pārsūtītājmašīnas (forwarding engines) turpina balstīties uz pirmstarta brīdī no kontroles līmeņa iegūto informāciju. Pārstartēšanās laikā tīkla topoloģijas izmaiņas tiek ignorētas un realizētas vēlāk, kad kontroles līmenis ir atsācis darbu.

Protams, ka blakus maršutizatori tiek informēti par attiecīgā maršrutizatora pārstartēšanās cikla un ierobežotas vienkāršas pakešu pārsūtīšanas spējas īslaicīgu iestāšanos. Citiem vārdiem – šis risinājums darbojas tikai tad, ja visi blakus maršrutētāji atbalsta pārstartēšanās procesu. Spēju turpināt pakešu pārsūtīšanu arī pārstartēšanās procesa gaitā mēdz saukt par non-stop forwarding; ko nevajadzētu sajaukt ar non-stop routing.

Šādi tīkla risinājumi spēj tikai samazināt negatīvo ietekmi uz maršrutēšanu kontroles plates pārstartēšanās laikā, bet neatrisina pamatproblēmu. Joprojām ir ievērojams risks pazaudēt datu paketes, ja maršrutēšanas informācija tīklā mainās, pirms startējošais maršrutizators pabeidzis atjaunot savas maršrutēšanas tabulas.

Risinājums 99,999 procentu pieejamībai ir non-stop maršrutēšana, kas balstās uz divu maršrutēšanas procesoru izmantošanu.

Non-stop maršrutizācijas principi

Katra maršrutizatora arhitektūrā viegli pamanāma atšķirība starp tā muskuļiem (pārsūtīšanas mehānisms datu plates līmenī) un smadzenēm (maršrutēšanas mehānismu kontroles plates līmenī). Smadzenes no maršrutizācijas protokola atjauninājumos saņemtās kontroles informācijas aprēķina visefektīvāko ceļu līdz katram interneta galapunktam un lejupielādē šo informāciju muskuļos.

1. zīmējumā parādītā maršrutizācijas un kontroles mehānismu atdalīšana ļoti lielā mērā uzlabo pieejamību. Publiskā tīkla apstākļos, tīkla nestabilitātes un DoS (Denial of Service) uzbrukumu augstās varbūtības dēļ šāda funkciju neatdalīšana operatoriem bieži bijusi katastrofāla. Iznākums ir negatīva preses reakcija un klientu atbirums.

Pirmais solis uz non-stop maršrutizāciju ir pilnīgi dubultot apstrādi kontroles plates līmenī. Abi kontroles plates maršrutēšanas procesori RP (Routing Processor) sazinās ar maršrutizatora interfeisiem caur komutācijas lauku (switch-fabric), kurš satur vairākus rezerves līmeņus.

Nākamais posms ir sasniedzams, liekot abiem RP sadarboties. Vienu RP izvēlas kā aktīvo, kamēr otrs darbojas karstās rezervēšanas režīmā. Visi dati, kontroles protokoli un maršrutēšanas datu bāze - RIB (Routing Information Database) uz aktīvās kartes tiek secīgi saskaņoti ar atbilstošajiem uz neaktīvās kartes. Kad abi RP ir pilnīgi saskaņoti, pārslēgšanu jebkurā brīdī var inicializēt vai nu operators, vai attiecīgs kļūdu detektēšanas mehānisms.

Non-stop BGP 

BGP steks uz neaktīvā RP spēj pārņemt vadību no aktīvā RP reāllaikā. Pārslēdzoties uz neaktīvo kontroles karti, BGP RIB un TCP/IP statuss tiek sinhronizēts ar aktīvo (sk. 2. zīm). Tādējādi, kontroles kartēm pārslēdzoties, BGP sesijas un maršrutēšanas tabulas saglabājas, neviena pārsūtīšanas tabula, kuru caur BGP bija iemācījusies iepriekšējā karte, netiek aizskarta. Tādējādi netiek pārtraukta IP pārsūtīšana un BGP maršrutēšana.

Visbeidzot – izmantotā arhitektūra ļauj reālā laikā sekot pārmaiņām, kas ietekmē TCP paketes un maršrutēšanas tabulas. Lai arī maršruta atjaunināšanas informācija tiek vienlaikus pārraidīta uz abiem RP, - uz neaktīvā RP tās apstrāde netiek sākta, pirms to neatļauj aktīvais RP. Tikai pēc sekmīgas informācijas apstrādes aktīvajā RP tās apstrāde var uzsākties neaktīvajā RP. Tas ļauj non-stop maršrutētājam apsteidzoši reaģēt gadījumos, kad cits vienranga maršrutētājs atsūta bojātu paketi, kura izsauc kļūdu aktīvā RP BGP maršrutēšanas stekā.

Ja pienāk šāda nepareizi izveidota pakete, neaktīvais RP neapstrādās šo maršruta atjaunināšanas informāciju. Vēl vairāk – arī pēc pārslēgšanās aktivizētais otrs RP pārtrauks vienranga sesiju, kuras laikā pakete ieradās. Tas pasargā aktivizēto RP no bojātās paketes apstrādes pat tad, ja minētais maršrutētājs mēģinās paketi sūtīt no jauna.

Non-stop maršrutēšanas priekšrocības

Papildus iepriekšminētajam non-stop maršrutēšana ļauj izvairīties no divu maršrutētāju izmantošanas gadījumos, kad tas nepieciešams rezervēšanai (sk. 3. zīm.), tādējādi ļaujot nekavējoties un ievērojami samazināt pakalpojumu sniedzēju kapitālās izmaksas. Mazāks maršrutizatoru skaits tīklā ļauj ietaupīt arī uz to apkalpošanas, vadības, programmnodrošinājuma atjaunošanas un elektropatēriņa izmaksām.

Savietojamība ar citu ražotāju maršrutizatoriem

Non-stop ir maršrutizatora iekšēja funkcija, un tā neietekmē savstarpēju sadarbību ar citu ražotāju iekārtām. Lai gan Alcatel maršrutizatoriem nav nepieciešams restartēšanās mehānisms, tas tiks iekļauts, lai atbalstītu citu maršrutētāju (piemēram, non-stop forwarding) restartēšanās procedūras.

Secinājumi

Jaunu pakalpojumu – VoIP un videopārraides - nodrošināšanai nepieciešams carrier grade IP tīkls pašreizējā best effort tīkla vietā. Augsto 99,999 procentu tīkla pieejamības līmeni, kurš nepieciešams, lai pakalpojumu piegādātājs varētu klientiem piedāvāt slēgt stingrus bet arī ienesīgus SLA līgumus, var sasniegt, tikai izmantojot pret kļūdām tolerantus tīkla elementus. IP maršrutizatoriem jābūt nejutīgiem pret aparatūras un programmatūras bojājumiem un jāļauj jauninājumus ieviest, nepārtraucot pakalpojumu piegādi.

Desmitiem gadu nodarbojoties ar vairāku paaudžu telefona centrāļu izstrādi, Alcatel patiešām zina, kādām jābūt carrier grade iekārtām. Šī pieredze tiek likta lietā, izstrādājot Alcatel datu produktu portfeli patiesiem non-stop datu pārraides tīkliem.

Carrier grade MPLS vēl vairāk uzlabos pakalpojumu kvalitāti un piedāvājumu platjoslas datu pārraides tīklos.

 

Pēc Alcatel Telecommunications Review materiāliem

sagatavojis Indulis BEIŠĀNS

 

 

Alcatel Baltics

NSD birojs

Stārķu ielā 9

Rīgā, LV- 1084

Tālr. 7085200

Fakss 7085205

e-pasts: info@alcatel.lv

www.alcatel.com