PCE

Analysis of PCE-based path
optimization in multi-domain
SDN/MPLS/BGP-LS network
Grzegorz Rzym
AGH, Department of Telecommunications
20-21.10.2016, Poznań
www.agh.edu.pl
Agenda
•
•
•
•
•
•
Motywacja
PCE
SDN
Środowisko testowe
Wyniki
Wnioski
2
www.agh.edu.pl
Motywacja
•
Zapotrzebowanie na wysoką wydajność obliczeniową sprzętu
związaną z optymalizacją ruchu
•
Ograniczona znajomość topologii sieci
•
Brak informacji związanych z inżynierią ruchu
•
Wykorzystanie PCE jako jednostki służącej do obliczania
ścieżek zapasowych, bez rozgłaszania ich przez protokół
sygnalizacyjny
•
Sieci GMPLS, w których tworzenie tuneli wymaga połączenia
różnych warstw i technik sieciowych
•
Tworzenie własnych polityk wyboru ścieżek
3
Path Computation Element
• Element sieci (aplikacja lub węzeł) odpowiedzialny
za obliczanie ścieżek w sieci.
• Do wyznaczania ścieżek może używać informacji
zawartych w bazie TED, a także informacji o
istniejących w sieci ścieżkach (stateful PCE).
• Korzysta z algorytmów optymalizacyjnych.
4
www.agh.edu.pl
Architektura PCE
• PCE
– Stateful PCE*
• Utrzymywanie ścisłej synchronizacji z siecią
• Znajomość topologii sieci i przepustowości łączy
• Wiedza o istniejących ścieżkach LSP i rezerwowanych przez nie
zasobach
– Stateless PCE
• Brak wiedzy o istniejących ścieżkach
• Każda kolejna ścieżka jest obliczana niezależnie od wcześniejszych
• PCC
– Aplikacja kliencka przekazująca żądania obliczenia ścieżek do
PCE
• PCEP
– Protokół komunikacyjny między PCE i PCC, a także między
różnymi PCE
*Ostatni szkic rozszerzeń do protokołu PCEP, draft-ietf-pce-stateful-pce-16
z września 2016r.
5
www.agh.edu.pl
Scenariusze implementacji PCE
Scenariusz
Sieć jednodomenowa
Jeden PCE obsługujący
wiele domen
Sieć wielodomenowa
PCE per domena bez
współpracy między PCE
PCE per domena z protokołem
PCEP pomiędzy PCE
Hierarchiczne
PCE
6
Centralny PCE
PCE
R1
R3
R5
R7
R9
R2
R4
Domena 1
R6
Domena 2
BGP-LS
PCEP
OSPF-TE
RSVP-TE
R8
Domena 3
7
PCE per domena: brak współpracy
PCE1
R1
PCE2
R3
R5
PCE3
R7
R9
R2
R4
Domena 1
R6
Domena 2
R8
Domena 3
PCEP
OSPF-TE
RSVP-TE
8
PCE per domena: Standard Backward
Path Computation
PCE1
R1
PCE2
R3
R5
PCE3
R7
R9
R2
R4
Domena 1
R6
Domena 2
R8
Domena 3
PCEP
OSPF-TE
RSVP-TE
9
PCE per domena: Standard Backward
Recursive Path Computation
PCE1
R1
PCE2
R3
R5
PCE3
R7
R9
R2
R4
Domena 1
R6
Domena 2
R8
Domena 3
PCEP
OSPF-TE
RSVP-TE
10
Hierarciczne PCE
pPCE
cPCE1
R1
cPCE2
R3
R5
cPCE3
R7
R9
R2
R4
Domena 1
R6
Domena 2
R8
Domena 3
PCEP
OSPF-TE
RSVP-TE
11
Funkcje celu definiowane w RFC5541
1. Problem wyboru ścieżki o najniższym koszcie
2. Problem wyboru ścieżki tak, aby zminimalizować procentowe obciążenie
najbardziej obciążonego łącza
3. Problem wyboru ścieżki tak, aby zmaksymalizować dostępną
przepustowość najmniej obciążonego łącza
4. Problem wyboru wielu ścieżek, dla których minimalizowane jest
wykorzystanie przepustowości wszystkich łączy
5. Problem wyboru wielu ścieżek w jednym procesie obliczeniowym tak, aby
zminimalizować obciążenie najbardziej obciążonego łącza
6. Problem wyboru wielu ścieżek w jednym procesie obliczeniowym tak, aby
ich sumaryczny koszt był jak najniższy
12
Architektura sieci
TED
Mechanizm synchronizacji
bazy danych inżynierii ruchu
(OSPF-TE, BGP-LS)
Żądanie
zestawienia
ścieżki LSP
Zapytanie / Odpowiedź
NMS
Żądanie
zestawienia
ścieżki LSP
Węzeł
początkowy
ścieżki LSP
Protokół
Sygnalizacyjny
(RSVP)
PCE
Węzeł sąsiedni
13
BGP-LS
• Implementowany przez producentów sprzętu już
w pierwotnych wersjach szkicu
• Zdefiniowany na potrzeby PCE oraz ALTO
• Przenosi wiadomości o topologii, stanie łączy
i inżynierii ruchu w polach TLV
• Możliwość filtracji i modyfikacji informacji
udostępnianych do innych systemów
autonomicznych
RFC7752: North-Bound Distribution of Link-State and Traffic Engineering (TE)
14
Information Using BGP, marzec 2016
Informacje przenoszone przez BGP-LS
•
•
•
•
•
•
lokalny/zdalny adres IP
lokalny/zdalny identyfikator interfejsu
metryki łączy
metryki TE
przepustowości łączy
przepustowość możliwa do zarezerwowania na
danym łączu
• stan rezerwacji zasobów dla każdej klasy usług (CoS,
Class of Service)
• prawa przejęcia zasobów (preemption)
• grupy łączy współdzielonego ryzyka (Shared Risk
Link Groups)
15
Wykorzystane narzędzia
•
•
•
•
OpenDaylight
IBM Cplex
KVM
Cisco XRv
16
OpenDaylight jako kontroler sieci z PCE
Warstwa aplikacji
Moduł obliczeniowy
REST API
Płaszczyzna sterowania
Kontoler
OpenDaylight
Usługi sieciowe
BGP-LS, PCEP
Płaszczyzna danych
Wirtualne rutery
Cisco XRv
17
Tworzenie tunelu MPLS za pomocą PCE
PCE
AS1
XR2
e4
XR4
e8 XR6
AS200
AS100
XR1
e3
e6
e9
XR8
e11
PCC
e5
XR3
e10
XR5
BGP-LS
PCEP
OSPF-TE
RSVP-TE
XR7
REST
18
Matematyczny zapis modeli
optymalizacyjnych
Model z jednostkowym kosztem przepływności z bifurkacją
Model z jednostkowym kosztem przepływności bez bifurkacji
Model z modułowym kosztem przepływności z bifurkacją
Model z modułowym kosztem przepływności bez bifurkacji
19
Wyniki
Czas obliczeń dla modeli z jednostkowym kosztem przepływności
Czas obliczeń dla modeli z modułowym kosztem przepływności
Wykorzystanie pamięci dla modeli z jednostkowym kosztem przepływności
Wykorzystanie pamięci dla modeli z modułowym kosztem przepływności
20
Podsumowanie
• Wydajność sieci z PCE w dużej mierze zależy od
zaimplementowanych algorytmów optymalizacyjnych
• Czas obliczeń i wykorzystanie pamięci operacyjnej są
różne dla różnych modeli obliczeniowych i mogą być mało
przewidywalne
• Protokół BGP-LS jest rozwiązaniem problemu braku
informacji o inżynierii ruchu w domenach
administracyjnych innych operatorów
• Zaimplementowana sieć jest przykładem sieci sterowanej
programowo, wykorzystującej wyniesiony moduł
obliczeniowy
• Rozwiązania opisane w szkicach przyszłych rekomendacji
są implementowane przez wiodących producentów
sprzętu sieciowego
21
Dziękuję za uwagę
22