GRUPPO TELECOM ITALIA Seminario Politecnico di Torino Evoluzione di meccanismi di protezione nelle reti geografiche IP/MPLS GRUPPO TELECOM ITALIA Sommario Caratteristiche di un backbone IP/MPLS Funzionalità di protezione del traffico a livello di rete Fast Convergence MPLS-TE Fast Reroute IP Fast Rerouting Funzionalità di protezione del traffico a livello di apparato CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Graceful Restart Non-stop Routing Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 2 GRUPPO TELECOM ITALIA Topologia di un backbone IP Milano Torino Bari CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Backbone Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 3 GRUPPO TELECOM ITALIA Lo stato dell’arte dei router di backbone Milano Cisco CRS-1 Bari Roma Juniper T640 Front View Craft Interface 8 Flexible PIC Concentrator slots Customer facing PICs Rear View Air Filters 2 x RE 4 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Torino 4+1 Redundant SIBs Craft Interface Connectors Air Filters Power Entry Modules Fans Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 4 GRUPPO TELECOM ITALIA Architettura interna di un router di backbone Routing Engine Routing Engine FPC FPC PIC PIC PIC FPC PIC CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati FPC Switching Fabric Juniper T640 Separazionetra trapiano pianodidicontrollo controllo Separazione pianodidiforwarding forwarding eepiano Cisco CRS-1 Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 5 GRUPPO TELECOM ITALIA Interconnessioni geografiche: IP over DWDM Milano Torino Bari Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni Presente Futuro ? Transponder + Transponder + Transponder integrato + Multiplexer DWDM Optical Digital Crossconnect + Optical Crossconnect + Multiplexer DWDM Multiplexer DWDM CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Passato 6 GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Classificazione delle tipologie di guasto Fonte: “Characterization of Failures in an IP Backbone”, 2004 Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 7 GRUPPO TELECOM ITALIA Strategie per proteggere il traffico in caso di guasto livellodidi apparato, apparato, ridondando ridondando lele parti parti comuni comuni ed ed implementando implementando meccanismi meccanismi •• AAlivello efficientididiswitchover switchover efficienti livellodidirete, rete,offrendo offrendopercorsi percorsialternativi alternativied edimpiegando impiegandomeccanismi meccanismiefficienti efficienti •• AAlivello perre-instradare re-instradarerapidamente rapidamenteililtraffico trafficoinincaso casodidiguasto guasto per Link Failure CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Node Failure L’impatto L’impattosul sulPiano PianodidiForwarding Forwardingèèinevitabile inevitabile Protezione Protezionetramite tramitemeccanismi meccanismiaalivello livellodidirete rete Linecard Failure RP Failure SW Upgrade Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni Guasti Guastieeupgrade upgraderelativi relativialalsolo soloPiano PianodidiControllo Controllonon non devono necessariamente necessariamente avere avere ricadute ricadute sul sul Piano Piano didi devono Forwarding Forwarding Protezione Protezione tramite tramite meccanismi meccanismi aa livello livello didi apparato apparato (conalcune alcuneeccezioni) eccezioni) (con 8 GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Funzionalità a livello di rete Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 9 GRUPPO TELECOM ITALIA Caratteristiche generali Consiste nel progettare la rete in modo tale che esistano percorsi alternativi utilizzabili per “aggirare” la risorsa (link o nodo) guasta Occorre garantire che i percorsi di backup abbiano sufficiente capacità disponibile per gestire il traffico da proteggere (in aggiunta a quello nominale) Il meccanismo di re-instradamento “base” è costituito dai protocolli di routing IP Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 10 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati È necessario un meccanismo rapido per re-instradare il traffico sul percorso di backup GRUPPO TELECOM ITALIA Esempio di re-instradamento IP Milano Torino Bari M1 T2 M2 B1 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati B2 T1 Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 11 GRUPPO TELECOM ITALIA Esempio di re-instradamento IP Milano Torino Bari M1 T2 M2 B1 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati B2 T1 Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 12 GRUPPO TELECOM ITALIA Esempio di re-instradamento IP Milano Torino Bari M1 T2 •Rilevamento •Notifica •Ricalcolo SPF T1 M2 B1 B2 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati •Aggiornamento RT Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 13 GRUPPO TELECOM ITALIA Esempio di re-instradamento IP Milano Torino Bari M1 T2 M2 B1 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati B2 T1 Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 14 GRUPPO TELECOM ITALIA Esempio di re-instradamento IP Milano Torino Bari M1 T2 M2 B1 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati B2 T1 Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 15 GRUPPO TELECOM ITALIA Architettura di routing di un backbone IP Utilizzocongiunto congiuntodidiun unprotocollo protocollodidirouting routingIGP IGP(OSPF (OSPFooISIS) ISIS)eedel delprotocollo protocollointernal internalBGP BGP •• Utilizzo protocolloIGP IGPèèresponsabile responsabiledella dellamutua mutuaraggiungibilità raggiungibilitàtra trai inodi nodiinterni internialla allarete rete •• IlIlprotocollo protocolloiBGP iBGPtrasporta trasportai iprefissi prefissiassegnati assegnatiaiaiclienti clienti •• IlIlprotocollo Y via D IBGP OSPF/ISIS C D B CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati A Y via D C Net X A Cliente Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni Int POS 1/1 B Net Y D Cliente 16 GRUPPO TELECOM ITALIA Evoluzione del re-instradamento a livello IP Fast Convergence 1) Ridurre i tempi di convergenza dei protocolli di routing per ridurre i tempi di re-instradamento MPLS Fast Reroute Impiego del principio di “local repair” ed utilizzo di tunnel MPLS Traffic Engineering CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati 2) IP Fast Rerouting 3) Impiego del principio di “local repair” ma mantenimento del routing hopby-hop (no tunnel) Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 17 GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Fast Convergence Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 18 GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Il processo di re-instradamento Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 19 GRUPPO TELECOM ITALIA Riduzione dei tempi di convergenza Per ridurre i tempi di convergenza occorre agire su tutti i contributi Utilizzare hardware migliore (CPU più veloci) Ottimizzare l’implementazione software Tale obiettivo è stato perseguito dai costruttori inserendo alcuni timer (talvolta dell’ordine di secondi) tra la ricezione delle informazioni relative ad un nuovo evento e l’esecuzione della conseguente azione da parte del processo di routing Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 20 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati L’implementazione standard dei protocolli IGP ha, tra i principali obiettivi, quello di filtrare eventuali condizioni di instabilità che possono verificarsi in rete GRUPPO TELECOM ITALIA Fast Convergence Tutti i principali costruttori implementazioni software stanno migliorando le proprie Alcuni offrono la possibilità di intervenire sui principali timer OSPF/ISIS riducendone il valore configurando un algoritmo di exponential backoff Con il termine Fast Convergence si indica genericamente l’obiettivo di contenere i tempi di re-instradamento del traffico al di sotto di 1 sec La maggior parte delle ottimizzazioni riguarda i protocolli IGP, ma occorre tenere presente che gran parte del traffico è destinata verso prefissi BGP Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 21 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati La riduzione dei timer può consentire di rendere più reattivo il protocollo e ridurre di conseguenza i tempi di convergenza in caso di guasto GRUPPO TELECOM ITALIA Effetti sulla stabilità La riduzione del valore dei timer che regolano il funzionamento del protocollo IGP può comportare un aumento della instabilità all’interno della rete. In particolare: la riduzione dei timer relativi alla SPF computation può causare un aumento del numero di esecuzioni dell’algoritmo di calcolo degli instradamenti Ciò può tradursi in un eccesso di traffico di routing e di eccessiva contesa nell’uso della CPU da parte di più processi concorrenti Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 22 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati la riduzione dei timer relativi alla LSA origination ed al flooding può causare un aumento del numero di messaggi di routing che circolano all’interno della rete GRUPPO TELECOM ITALIA Contributi al processo di convergenza di un protocollo IGP Aggiornamento della tabella di forwarding sul processore e sulle linecard Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 23 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Alcuni contributi contributi temporali temporali alal processo processo didi convergenza convergenza sono sono particolarmente particolarmente Alcuni significativieenon nonconsentono consentonodidiottenere otteneretempi tempiinferiori inferioriaa400-500 400-500ms ms significativi GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati MPLS-TE Fast Reroute Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 24 GRUPPO TELECOM ITALIA Caratteristiche di base Richiede la presenza di MPLS Traffic Engineering: magliatura di tunnel “principali” È una tecnica di protezione, in quanto il percorso di backup è completamente calcolato e instaurato prima che si verifichi l’evento di guasto Consente di ottenere tempi di re-instradamento contenuti entro 50-100 ms È un meccanismo temporaneo, utilizzato fintantochè non sono stati ricalcolati i percorsi ottimali Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 25 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati È una tecnica di recovery locale, a differenza della riconvergenza del protocollo IGP che agisce invece globalmente GRUPPO TELECOM ITALIA Link e Node Protection NHOP Backup tunnel R1 R3 NNHOP Backup tunnel R1 R2 R4 R6 R2 R5 R7 R3 R4 R5 • Node protection: il tunnel di backup termina a due hop di distanza dal nodo PLR R8 R9 Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 26 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati • Link protection: il tunnel di backup termina ad un hop di distanza dal nodo PLR (Point of Local Repair) GRUPPO TELECOM ITALIA Bypass tunnel L’impiego della tecnica del BYPASS tunnel fa leva sulla possibilità di annidare gerarchicamente più LSP (stack di label) Protezione di tipo 1:N: consente di ridurre il numero di tunnel utilizzati Backup tunnel R3 R4 R5 Protected tunnels PLR R1 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Fast reroutable LSPs MP R6 R7 R8 NON Fast reroutable LSPs R9 Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 27 GRUPPO TELECOM ITALIA Instradamento dei tunnel principali Milano Torino Bari CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati tunnel per per nodo nodo xx 22 66 tunnel nodi per per PoP PoP xx 44 PoP PoP nodi 48 tunnel tunnel == 48 Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 28 GRUPPO TELECOM ITALIA Tunnel di backup: link protection Milano Torino CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Bari NHOPbackup backuptunnel tunnel NHOP Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 29 GRUPPO TELECOM ITALIA Tunnel di backup: node protection Milano Torino CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Bari NNHOPbackup backuptunnel tunnel NNHOP Roma Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 30 GRUPPO TELECOM ITALIA FRR senza Traffic Engineering Nel caso in cui non si utilizzino tecniche di Traffic Engineering, è possibile ridurre il numero di tunnel, evitando il full-mesh end-to-end R1 R4 R2 R6 R9 Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni R7 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati R3 One-hop Protected LSP R8 NHOP backup tunnel 31 GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati IP Fast Rerouting Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 32 GRUPPO TELECOM ITALIA Obiettivo L’obiettivo consiste nell’ottenere tempi di re-instradamento di 50-100 ms senza ricorrere a MPLS-TE, al fine di evitare i problemi di configurazione e gestione della magliatura di tunnel Occorre rimuovere i contributi che impediscono ai protocolli di routing di convergere rapidamente: CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Azione di recovery locale Precalcolo di un percorso alternativo e FIB update Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 33 GRUPPO TELECOM ITALIA IP Fast Rerouting: caratteristiche L’azione di recovery è intrapresa dal nodo a monte del link o del nodo guasto Il traffico è re-instradato verso un next-hop alternativo, pre-calcolato e pre-installato nel piano di forwarding In tal modo si riduce notevolmente il tempo di re-instradamento: infatti è subito disponibile nel piano di forwarding un next-hop alternativo verso cui inoltrare il traffico IPFRR applica lo stesso principio di MPLS-TE Fast Reroute ma, non utilizzando tunnel, deve risolvere il problema dei routing loop Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 34 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Analogamente alla funzionalità Equal Cost MultiPath, permette di avere più percorsi per ogni destinazione nella tabella di forwarding GRUPPO TELECOM ITALIA Loop Free Alternate: il principio di base Loop-free alternate è la più semplice tecnica di IP Fast Rerouting ma anche quella più promettente Il next-hop alternativo è considerato valido se soddisfa la seguente condizione: Distance_opt(N,D) < Distance_opt(N,R) + Distance_opt(R,D) Tale tecnica non è applicabile in alcune topologie di rete (o porzioni di esse), dove la disuguaglianza non è mai verificata Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 35 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Dove R è il nodo che sta effettuando il calcolo, N è il candidato next-hop alternativo e D è la destinazione del traffico GRUPPO TELECOM ITALIA Loop Free Alternate: un esempio Re-instradamento basato sulla tecnica LFA Situazione in seguito alla riconvergenza del protocollo IGP Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 36 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Instradamento del traffico in assenza di guasti GRUPPO TELECOM ITALIA Loop Free Alternate: analisi I LFA sono semplici da calcolare Versione “node based” richiede meno risorse elaborative, ma ha copertura topologia minore Versione “prefix based” richiede più risorse elaborative, ma ha copertura maggiore Applicabile su topologie “meshed” non sempre applicabile in topologie reali degli ISP studi hanno dimostrato che è applicabile al 70-85% delle topologie reali degli ISP Non richiede interoperabilità tra i nodi Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 37 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Supporta anche MPLS senza la necessità di estensioni ai protocolli GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Funzionalità a livello di apparato Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 38 GRUPPO TELECOM ITALIA Ridondanza del Piano di Controllo I router di fascia alta sono caratterizzati da un’architettura distribuita: Un disservizio al Piano di Controllo non necessariamente coinvolge il Piano di Forwarding: il router potrebbe continuare ad inoltrare il traffico. Il problema dello switchover tra processori Occorre preservare le adiacenze e le sessioni stabilite dai protocolli di routing, senza causare oscillazioni dei prefissi annunciati Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 39 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Separazione tra Piano di Controllo (operazioni di segnalazione e gestione) e Piano di Forwarding (inoltro del traffico). GRUPPO TELECOM ITALIA Ridondanza dei Route Processor Attualmente l’affidabilità è ottenuta mediante ridondanza hardware (due processori) I meccanismi di High Availability permettono di gestire al meglio la ridondanza del processore, al fine di garantire impatti nulli sul traffico e sulla stabilità della rete in seguito ad uno Switchover. Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 40 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati In presenza di una coppia di processori, un guasto al processore attivo provoca il passaggio del controllo al processore in standby (procedura di Switchover) causando disservizio al traffico. GRUPPO TELECOM ITALIA Le alternative disponibili attualmente Non-stop Routing Estensione dei protocolli di routing e segnalazione e cooperazione con i router adiacenti Le informazioni di stato necessarie a mantenere attivo il Piano di Controllo durante lo switchover sono mantenute sincronizzate anche sul processore di backup CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Graceful Restart Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 41 GRUPPO TELECOM ITALIA Strategie per la gestione della ridondanza del RP Non-stopRouting Routing(Avici, (Avici,Chiaro) Chiaro) Non-stop “Sonoancora ancoraqui” qui” “Tornerò” “Tornerò” “Sono I nodi nodi vicini vicini non non sisi accorgono accorgono I nodi nodi vicini vicini sono sono consapevoli consapevoli I I dell’operazionedidiswitchover switchover dell’operazionedidiswitchover switchover dell’operazione dell’operazione Le adiacenze/sessioni adiacenze/sessioni rimangono rimangono Leadiacenze/sessioni adiacenze/sessionisono sonomantenute mantenute Le Le stabili attive durante durante lolo switchover switchover (per (per un un attive stabili tempoprestabilito) prestabilito) tempo Ilforwarding forwarding prosegue prosegue senza senza soluzione soluzione Il continuità Il nodo nodo che che effettua effettua lolo switchover switchover Il didicontinuità continua aa inoltrare inoltrare traffico traffico (non-stop (non-stop continua forwarding) forwarding) I nodi nodi vicini vicini aiutano aiutano ilil nodo nodo inin I switchover ad aggiornare switchover ad aggiornare lele informazionididirouting routing informazioni Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 42 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati GracefulRestart Restart(Cisco, (Cisco,Juniper) Juniper) Graceful GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Esempio Graceful Restart: OSPF Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 43 GRUPPO TELECOM ITALIA CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Esempio Non-stop Routing: Chiaro Networks Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni 44 GRUPPO TELECOM ITALIA Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni (1) (2) (3) (4) CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati Esempio Non-stop Routing: Avici 45 GRUPPO TELECOM ITALIA Conclusioni Vantaggi: Vantaggi: approccio seguito seguito dai dai principali principali approccio costruttori(realizzazione (realizzazionepiù piùsemplice) semplice) costruttori Svantaggi: Svantaggi: necessitàdidiapplicare applicarei imeccanismi meccanismididi necessità HAper pertutti tuttii iprotocolli protocolliutilizzati utilizzati HA esistono alcune alcune implementazioni implementazioni esistono proprietarie proprietarie Daniele Accetta – Carlo Cavazzoni Non-stopRouting Routing Non-stop Vantaggi: Vantaggi: non non richiede richiede nè nè estensioni estensioni aiai protocolliesistenti esistentinè nèinteroperabilità interoperabilità protocolli tradiverse diverseimplementazioni implementazioni tra Svantaggi: Svantaggi: soluzione soluzione poco poco diffusa diffusa ee ritenuta ritenuta inin generedidicomplessa complessarealizzazione realizzazione genere 46 CONFIDENZIALE – Tutti i dirirtti riservati GracefulRestart Restart Graceful
© Copyright 2024 ExpyDoc
