Diplomityöesitelmä Ari Lappeteläinen Työn valvoja: prof Raimo Kantola

Esitys aiheesta: "Diplomityöesitelmä Ari Lappeteläinen Työn valvoja: prof Raimo Kantola"— Esityksen transkriptio:

1 Diplomityöesitelmä Ari Lappeteläinen Työn valvoja: prof Raimo Kantola
4/7/2017 Monipolkureititys IP verkoissa (Equal Cost Multipath Routing in IP networks) Diplomityöesitelmä Ari Lappeteläinen Työn valvoja: prof Raimo Kantola

2 TELLABS CONFIDENTIAL PROPRIETARY
Sisältö Työn tavoitteet ECMP esittely Staattiset reitit Dynaamiset reitit Toteutus Testaus Tulokset Yhteenveto TELLABS CONFIDENTIAL PROPRIETARY 4/7/2017

3 Työn tavoitteet Pääasiallinen tavoite:
ECMP:n toteutus Tellabsin sarjan reitittimiin Muita tavoitteita(katso diplomityö) Tutustuminen muihin verkon kuormanjakotapoihin ja verkon suojausmekanismeihin Vertailua yksipolku, ECMP ja MPLS kuormanjakojen kesken. 4/7/2017

4 ECMP (Equal Cost Multipath) esittely
Kaikki polut, joilla on sama kustannus määränpäähän ovat ECMP hyödynnettäviä 4/7/2017

5 ECMP (Equal Cost Multipath) esittely
Staattiset reitit reitit, joilla sama etäisyys (distance) configuroinnissa muodostavat ECMP ryhmän Dynaamiset reitit Reititysprotokollat, useimmiten OSPF ja IS-IS, käyttävät hyväkseen Djikstran algoritmia ja laskevat automaattisesti ECMP polut Kertaus linkkitilaprotokollista: Hello-protokolla löytää naapurit Exhange-protokolla kopioi naapurien linkkitiedot Flooding protocol levittää linkkien tilatiedot koko verkkoon -> kaikilla reitittimillä sama tieto verkon topologiasta linkkitilatietokannassa (link-state database) 4/7/2017

6 ECMP esittely ECMP:n kaksi etua:
Auttaa liikennekuormien jakamisessa tasaisemmin eri puolille verkkoa=kuorman balansointi (load balancing) Auttaa verkkoa elpymään nopeasti vioista (fast protection) Jos yksi ECMP polku katkeaa esim linkkivian takia, katkennut liikenne voidaan siirtää alle 50ms:ssa lopuille ECMP poluille. Tämän mahdollistaa nopea rautatason suojaus 4/7/2017

7 ECMP muutokset reitittimen arkkitehtuuriin
Tärkeimmät muutokset ohjelmistossa: Djikstran algoritmia muutettava, jotta IS-IS ja OSPF protokollat löytävät kaikki ECMP polut määränpäähän. Reitillä voi olla yhden nexthopin sijasta useita nexthoppeja Vaikuttaa moneen osaan reitittimen perustoiminnasta Lisää reitittimen ohjelmiston sisäistä liikennettä eri prosessien välillä Muistinkulutus saattaa suurentua merkittävästikin Muutokset RIB:n (Routing Information Base) toimintaan Muutokset FIB:n (Forwarding Information Base) toimintaan Alle 50 ms:n elpyminen liikennekatkoista vaatii nopean tavan ilmoittaa ECMP-polkujen muutokset ohjelmistosta raudalle 4/7/2017

8 ECMP muutokset reitittimen arkkitehtuuriin
Alimpien ohjelmistotasojen muutokset riippuvat enemmän laitteistoarkkitehtuurista Kuorman balansointitaulu (load balancing table) merkittävin lisäys laitteistoläheisessä ohjelmistossa Ohjaa kuorman balansointialgoritmia, joka vaikuttaa eniten ECMP:n laatuun 4/7/2017

9 ECMP muutokset reitittimen arkkitehtuuriin
Tärkein rautatason lisäys: Kuormanbalansointi algoritmi (Load balancing algorithm) jakaa liikenteen usealle ECMP polulle Useita tapoja toteuttaa, mutta useimmat algoritmit perustuvat hajautusalgoritmiin, jonka sisääntuloksi annetaan tietyt kentät IP headeristä, joita ovat mm. Lähetysosoite (Source address =SA) Määränpääosoite Destination Address = DA Protokollakenttä ( esim. UDP, TCP..) IPv6:n vuo leima (flow label) Protokollan lähtöportti (Source port SP) Protokollan sisääntuloportti (Destination Port = DP) 4/7/2017

10 Kuorman balansointialgoritmi
Esimerkki toteutuksesta: Hash-Threshold algoritmi Pitää identifioidut liikennevuot tarkasti omilla poluillaan Ei ole mahdollista tapahtua pakettien saapumista väärässä järjestyksessä. Jos liikennevuoita uudelleenjärjestellään, paketit voivat saapua erijärjestyksessä määränpäähän, koska eri poluilla on eri viiveet 4/7/2017

11 Reitittimen korkean tason arkkitehtuuri ECMP:n näkökulmasta
4/7/2017 4/7/2017

12 ECMP testaus Yksinkertainen testisetup, jossa useita ECMP linkkejä
Kuorman balansointitestaus tehtiin muuttamalla liikennevoiden ja ECMP linkkien määrää ja maksimiliikenne ilman pakettihäviöitä mitattiin Palautuminen vikatilanteista: Yksi linkki katkaistiin ja kadonneiden pakettien lukumäärä mitattiin Tätä kautta saadaan elpymisaika, kun liikenne constant bit rate Testi vaatii kytkimen reitittimien väliin, jottei linkin katkoa tunnisteta jo fyysisellä tasolla 4/7/2017

13 ECMP tulokset Kuorman balansointi 4/7/2017

14 Tulokset 2 Liikennejakauma eri linkkien välillä 4/7/2017

15 Tulokset 3 Liikennejakauma eri linkkien välillä käyttäen IS-IS protokollia BFD:n kanssa eri parametreilla ja ilman BFD(=Bidirectional Forwarding Detection) on yksinkertainen hello-protokolla nopeaa linkkien tilan detektointia varten 4/7/2017

16 Johtopäätökset Kuorma saadaan jakautumaan tasaisesti eri poluille, kunhan liikennevuoiden määrä on riittävän suuri, esim 10<, mikä toteutuu käytännössä lähes aina Paras tulos saadaan, kun ECMP linkkejä on 2, 4, 8… Elpyminen ECMP linkin viasta saadaan melko kivuttomasti alle 50ms:n 4/7/2017

17 Yhteenveto ECMP on melko yksinkertainen ratkaisu parantamaan yksipolkureititystä IP verkoissa ja se soveltuu useisiin eri tilanteisiin Muutokset melko pieniä olemassaolevaan reititinarkkitehtuuriin Kuormanbalansointialgoritmilla suurin merkitys toteutuksen laatuun Lisääntynyt muistinkulutus lähinnä suurin ongelma reititinohjelmistossa 4/7/2017

18 Kiitos!