28 novembre 2008mohand yazid saidi 1 méthodes de contrôle distribué du placement de lsp de...

28 novembre 2008 Mohand Yazid SAIDI1

Méthodes de contrôle distribué du placement de LSP de secours pour la protection des communications

unicast et multicast dans un réseau MPLS

Soutenance de thèsede

Mohand Yazid SAIDI

Directeur : Bernard COUSINCo-directeur : Jean-Louis LE ROUX


Explosion du nombre d’applications temps réel Sensibles aux ruptures des connexions Gourmandes en bande passante

Besoin de l’ingénierie de trafic Protection [RFC 4090] Optimisation des ressources (particulièrement la bande

passante)

Contexte


Résistance aux pannes Calcul de chemins de secours Récupération après une panne

Comment assurer une récupération rapide ? Précalcul et de préférence préconfiguration des chemins de

secours

Protection proactive Réaction rapide à la panne

Protection locale

Protection


Protection proactive locale

A C

D F

G I

b1

B

H

E

(1) Chemin de secours NHOP

b2

(2) Chemin de secours NNHOP

Protection contre la panne du prochain lien

Protection contre les pannes des prochains lien et nœud

A C

D F

G I

LSP1B

H

E

LSP1

Deux types de chemins de secours locaux

PLR PLR


Routage efficace Choix des chemins optimisant la bande passante

Partage de la bande passante entre les chemins Hypothèse de pannes simples des composants physiques

Optimisation de la bande passante


Concept de partage de la bande passante

A C

D F

G I

b1

B

HLSP2

Hypothèse : pannes simples Les chemins de secours actifs protègent toujours contre la même

panne Concurrence pour les allocations de la bande passante diminuée

LSP1

b2

bw(D->E) = Max (bw(b1), bw(b2))

Serveur centralisé

E

A B C

Serveurs

distribués

BOUM !!

b1

BOUM !!

b2


Définir des mécanismes de placement des chemins de secours (unicast et multicast) Distribués En ligne Efficaces

Pas d’inondation du réseau Partage de la bande passante

Augmentation de l’utilisation de la bande passante Pas de violation des contraintes de la bande passante

Faciles à déployer Pas de modification conséquente des protocoles existants

Objectif


MPLS (MultiProtocol Label Switching) C’est quoi MPLS ?

Ensemble de spécifications améliorant le routage Acheminement des paquets par commutation d’étiquettes Etablissement de chemins appelés LSP (Label Switched Path)

Pourquoi MPLS ? Fournir les mécanismes de l’ingénierie du trafic

Routes explicites Implantation de la protection

Répandu dans les réseaux actuels (QoS, VPN, etc.)

Environnement


Contexte, objectif et environnement

Problème de placement des LSP de secours Principe Risques de pannes Allocations et contraintes de la bande passante

Heuristique de placement de LSP de secours basée sur les PLR (PLRH)

Exploitation des structures des SRLG pour améliorer le placement des LSP de secours (ESSAPL)

Bilan et perspectives

Plan


Calcul des LSP de secours Optimisation

Toute métrique (délai, gigue, etc.) Condition

A tout moment, la bande passante cumulée des LSP actifs qui traversent un lien unidirectionnel est inférieure ou égale à la capacité du lien LSP actifs = LSP primaires + LSP de secours protégeant contre le

composant en panne Caractérisation des pannes

Principe du placement des LSP de secours


Trois types de risques de pannes Nœud Lien SRLG (Shared Risk Link Group)

Risques de pannes

B’

(a) Topologie physique

LSP0.1

b0

(b) Topologie logique (MPLS)

OXC LSP2

b2

b3

b1

A C

D F

G I

B

H

E

A C

D F

G IH

E

B

LSP3


LSP actif

Prix de protection rλ du risque r sur l’arc λ

Où : BPaths est l’ensemble des LSP de secoursRs est l’ensemble des risques de pannebw (b) est la bande passante réclamée par le LSP de secours b

Prix de protection


Bande passante minimale Gλ dédiée à la protection

Deux modes d’allocation de la bande passante

Bande passante de protection et modes d’allocation de la bande passante de protection

Allocation de bande passante de secours

Allocation de bande passante primaire

C λ

Fλ

G λ rλ

1

rλ

2

rλ

3

rλ

4

Pool commun

BC λ

PCλ

Fλ

G λ rλ

1

rλ

2

rλ

3

rλ

4

Deux pools séparés

Où : Fλ : bande passante primaire

Cλ : capacité

PCλ : capacité primaire BCλ : capacité de protection


Respect des contraintes de la bande passante Pool commun


Contraintes de la bande passante

(invariant)

(invariant)


Ensemble des risques de panne et respectdes contraintes de la bande passante

PFRG d’un LSP de secours b

L’arc λ assure la validité de l’invariant après l’établissement d’un LSP de secours b ssi : Pool Commun



Information nécessaire à l’optimisation et au respect des contraintes de la bande passante

Cλ

Fλ

BCλ

bw (b)rλ

IGP-TE (et ses extensions)RSVP-TE

PFRG (b)

Garantir le respect des contraintes de la bande passante

Métrique_IGPλ

Métrique_IGP-TEλ

Optimiser la métrique (IGP+IGP-TE)

Détermination efficace des prix de protection


Dans la littérature Algorithme de Kini et al.

Diffusion de tous les prix de protection Inondation du réseau Taille d’un état de lien très élevée

Heuristique de Kini et al. Approximation de tous les prix de protection sur un lien par leur

maximum Taux de blocage des requêtes de protection élevé

Bande passante de protection et respect des contraintes de la bande passante


Algorithme de la distribution ciblée des prix de protection (TDRA) Segmentation et transmission réduite

Heuristique de partage efficace et distribué de la bande passante (DBSH) Diffusion et agrégation des prix des SRLG

Contributions principales


Heuristique de placement des LSP de secours basée sur les PLR (PLRH) Diffusion et agrégation de tous les prix de protection

Exploitation des structures des SRLG pour améliorer le placement des LSP de secours (ESSAPL) Réduction des allocations de la bande passante Flexibilité du choix des chemins

Stratégies de partage de la bande passante et leur impact sur la protection point à multipoint Partage restreint et partage global de la bande passante

Contributions principales (suite)



Placement distribué et en ligne des LSP de secours Heuristique de placement de LSP de secours basée sur

les PLR (PLRH) Principes Algorithme Evaluation des performances



Plan


Principes Calcul des LSP de secours effectué par les PLR

Pas de communication PLR/BPCE*

Diffusion Vecteur (xλ_vecteurs) de taille faible pour chaque arc λ xλ_vecteurs = xλ couples Couple = (prix de protection, identifiant du risque)

Réduction du volume de l’information nécessaire au placement des LSP de secours

Agrégation des prix de protection Approximation des prix de protection

Heuristique de placement de LSP de secours basée sur les PLR (PLRH)

*BPCE : entité de calcul de LSP de secours


Scλ = 70

090100 8060

CBλ = 100

40 50

Agrégation sans perte Eliminer les prix de protection des

liens appartenant à des SRLG Eliminer les prix de protection

inférieurs au seuil de confianceScλ (Scλ = CBλ – Max_bw)

Construction des vecteurs diffusésavec l’algorithme PLRH

CBλ = 100

Scλ = 70

09040100 8060

srlg1 = ( lien2 , lien3 )

50

Scλ = 70

090100 80

CBλ = 100

Ma

x_b

w

60


Agrégation avec perte possible Limiter la taille du vecteur diffusé à xλ couples Identifiant du risque du (xλ)ème couple du vecteur diffusé vaut

« Autres » si le (xλ + 1)ème prix de protection le plus élevé est supérieur au seuil de confiance Scλ

Identifiant du risque correspondant au (xλ)ème prix de protection le plus élevé, sinon

Construction des vecteurs diffusés avec l’algorithme PLRH (suite)

Scλ

090100 80

CBλ xλ = 3

(pas de perte)

(100, nœud1)

(90, srlg1)

(80, lien1)

(100, nœud1)

(90, autres)

xλ = 2

(avec perte)


Interprétation des vecteurs reçusavec l’algorithme PLRH (suite)

(100, nœud1)

(90, srlg1)

(80, lien1)

(100, nœud1)

(90, autres)

090100 80

CBλ

00 0

Pas de rejet par erreur

090100

CBλ

Risque de rejet par erreur

90 90 90 90


Comment déterminer efficacement la taille (xλ) des vecteurs diffusés par l’arc λ ? Protection locale

Les chemins de secours sont proches des composants protégés xλ dépend du voisinage immédiat de l’arc λ

En pratique xλ devrait être inférieur ou égal à 8

Détermination efficace des taillesdes vecteurs diffusés avec PLRH


Comparaison de PLRH contre Algorithme de Kini et al. (FBA ou PLRH(, 0))

Heuristique de Kini et al. (HKA) Utilisation de différentes variantes de PLRH

PLRH(, 90), PLRH(2, 0), PLRH(5, 0) et PLRH(5, 90)

Matrice de trafic uniforme Quantité de bande passante uniformément distribuée entre 1 et

10 unités Sources et destinations des LSP primaires choisies aléatoirement

Evaluation des performances


Différentes topologies de réseau Connectivités (3.2 vs.3.48), densités des SRLG (0.49 vs. 0.28) et

tailles différentes

Capacités des liens séparées en deux pools disjoints Pools primaires suffisants Pools de secours de capacités limitées (100 unités sur les liens

fins et 300 unités sur les liens en gras)

Evaluation des performances (suite)

Topologie de taille moyenne(95 risques)

Topologie de grande taille(162 risques)


Taux de rejet de LSP de secours

Résultats des simulations



0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 200 400 600 800

Number of primary LSPs

Ratio

of r

ejec

ted

back

up L

SPs (

RRL)

D

PLRH(2, 0) PLRH(5, 90)PLRH(5, 0) FBHPLRH(∞,90) and FBA

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 200 400 600 800


Ratio

of r

ejec

ted

back

up L

SPs (

RRL)

D

PLRH(2, 0) PLRH(5, 90)PLRH(5, 0) FBHPLRH(∞,90) and FBA

HKA HKA


Nombre moyen de vecteurs diffusés par LSP établi

Résultats des simulations (suite 1)



0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

0 200 400 600 800


Mea

n nu

mbe

r of p

rote

ctio

nba

ndwi

dth

para

met

er ch

ange

s (NP

C)

DD

PLRH(2, 0) PLRH(5, 90) PLRH(5, 0)

IKH PLRH(∞, 90) FBA

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

55,5

6

0 200 400 600 800


Mea

n nu

mbe

r of p

rote

ctio

nba

ndwi

dth

para

met

er ch

ange

s (NP

C)

DD

PLRH(2, 0) PLRH(5, 90) PLRH(5, 0)

IKH PLRH(∞, 90) FBAHKA HKA


0

1

2

3

4

0 200 400 600 800


Prot

ectio

n ba

ndwi

dth

utili

satio

n (P

BU)

PLRH(2, 0) PLRH(5, 90)PLRH(5, 0) IKHPLRH(∞, 90) and FBA

0

1

2

3

4

0 200 400 600 800


Prot

ectio

n ba

ndwi

dth

utili

satio

n (P

BU)

PLRH(2, 0) PLRH(5, 90)PLRH(5, 0) IKHPLRH(∞, 90) and FBA

Taux d’utilisation de la bande passante de protection

Résultats des simulations (suite 2)



HKA HKA


Légères extensions des protocoles IGP-TE Transporter les vecteurs x_vecteurs Indiquer les capacités de secours

Étendre les états des liens de l’IGP-TE

Implantation de PLRH


Avantages Symétrique Partage la charge de calcul sur tous les nœuds PLR Pas de communication BPCE/PLR Facile à déployer Tailles des vecteurs et seuils de confiance

adaptables, à tout instant, à la matrice de trafic et à la topologie du réseau

Inconvénient Valeurs optimales (x, Sc) dépendantes de la

topologie du réseau et de la matrice de trafic

Avantages et inconvénient de PLRH




les PLR (PLRH)

Exploitation des structures des SRLG pour améliorer le placement des LSP de secours (ESSAPL) Différence entre un LSP actif et un LSP opérationnel Exploitation des structures des SRLG pour réduire les

allocations de la bande passante Exploitation des structures des SRLG pour mieux exploiter la

topologie du réseau


Plan


Après la panne du SRLG b1A et b1B sont actifs mais seul b1A est opérationnel

Un LSP de secours b activé après la panne d’un SRLG g est opérationnel ssi il n’existe aucun LSP de secours b’ tel que : b’ protège un même LSP primaire que celui protégé par b b’ est actif après la panne du SRLG g Le segment primaire reliant les nœuds d’extrémité de b’ contient le

nœud source du LSP b

Différence entre un LSP actif et un LSP opérationnel

A C

F H

p1

b1B

B

G

b1A

ED

SRLGBOUM

!!

b1Bb1A


Seuls les LSP de secours opérationnels consomment de la bande passante

Notre algorithme d’allocation de la bande passante ESSAPL n’a besoin de tenir compte que des LSP opérationnels : Car seuls eux peuvent rentrer en concurrence

Prix de protection réduits ( ’ )rλ

Où

Diminuer les allocations de la bande passante avec ESSAPL


Avec une approche classique

gB->C = g

C->E = gE->H = g

H->G = gG->D = bw (p1)

Avec l’algorithme ESSAPL

( ')gB->C = ( ')g

C->E = ( ')gE->H = ( ')g

H->G = ( ') gG->D = 0

Exemple de diminution des allocations de la bande passante

A C

F H

p1

b1B

B

G

b1A

ED

SRLGg


LSP de secours utile pour la récupération LSP opérationnel

Réduire l’ensemble des risques de panne protégés par un LSP de secours

RPFRG (Really Protection Failure Risk Group)

Seuls les risques appartenant à RPFRG (b) doivent être contournés par le LSP de secours b

Mieux exploiter la topologie du réseauavec ESSAPL


Avec une approche classiqueb1B doit contourner les liens (A-B, B-D) car PFRG (b1B) = {B-D, g}

aucun LSP

Avec l’algorithme ESSAPLb1B ne doit contourner que le lien protégé B-D car RPFRG (b1B) = {B-D}

b1B = B->A->F->G->D

Exemple d’augmentation de la flexibilité dans le choix des chemins

A

F

p1

b1B

B

G

b1A

D

SRLGg


Comparaison de ESSAPL contre Algorithme TDRA (Saidi et al.) Heuristique de Kini et al.

Même environnement de simulation que pour PLRH Trois métriques

Gain (classique, ESSAPL) =

Bande passante normalisée des SRLG =

Nombre moyen de messages transmis dans le réseau par LSP de secours établi

Evaluation des performances

Rejet (classique) - Rejet (ESSAPL)Rejet (classique)

(,r) \ r est un SRLG rλ

(,r) \ r est un lien rλ

28 novembre 2008 Mohand Yazid SAIDI

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 200 400 600 800

Number of primary LSPsRe

lativ

e gai

n of

reje

ctio

n (R

GR)

D

RGR(ESSAPL, TDRA) RGR(ESSAPL, HKA)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 200 400 600 800


Rela

tive g

ain

of re

ject

ion

(RGR

) D

RGR(ESSAPL, TDRA) RGR(ESSAPL, HKA)

Gain relatif dans le rejet des LSP de secours

Topologie de taille moyenne (95 risques) Topologie de grande taille (162 risques)

TauxRejet 20 %

TauxRejet 20 %

Rejet (classique) - Rejet (ESSAPL)Rejet (classique)

Gain =

40


Bande passante normalisée des SRLG


Bande passante normalisée des SRLG =

(,r) \ r est un SRLG rλ

(,r) \ r est un lien rλ


0,6

0,7

0,8

0,9

0 200 400 600 800

Number of primary LSPsM

ean

num

ber o

f mes

sage

spe

r bac

kup

LSP

(MNM

)

ESSAPL TDRA

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

0 200 400 600 800


Mea

n nu

mbe

r of m

essa

ges

per b

acku

p LS

P (M

NM)

ESSAPL TDRA

Nombre moyen de messages transmis par LSP



Environnement centralisé Aucune extension

Environnement distribué Envoyer les extrémités des LSP de secours aux nœuds

primaires en aval Réduire les allocations de la bande passante

Imposer un ordre de calcul des LSP de secours LSP de secours dont le PLR est plus proche du nœud primaire source d’abord Mieux exploiter la topologie du réseau

Implantation de l’algorithme ESSAPL




les PLR (PLRH)


Bilan et perspectives Bilan de la thèse Perspectives

Plan


Bilan

Proposition Utilisation IdéesAlgorithme TDRA Réseaux larges avec un

nombre réduit de SRLGSegmenter l’information permettant le placement des LSP de secoursCibler les nœuds recevant l’information permettant le calcul des LSP de secours

Heuristique DBSH

Réseaux avec un nombre élevé de SRLG

Agréger les prix de protection des SRLGDiffuser les prix de protection des SRLG dans des vecteurs

Heuristique PLRH Tout réseau, particulièrement les réseaux interdomainesSymétrie

Agréger les prix de protectionDiffuser les prix de protection des risques dans des vecteurs

Algorithme ESSAPL

Réseau avec SRLG Réduire la concurrence pour les allocations de la bande passante aux LSP opérationnelsRéduire l’ensemble des risques de pannes protégés par un LSP de secours

Unicast


Adaptation des mécanismes de placement des LSP de secours unicast à la protection des communication point-à-multipoints

Extensions pour la prise en compte du partage de la bande passante entre les LSP de secours et les LSP primaires

Etude de l’impact du choix des stratégies de partage de la bande passante sur les performances des mécanismes de placement des LSP de secours

Choix d’une métrique statique

Bilan (suite)

Multicast


Choix optimal des tailles (x) des vecteurs diffusés avec PLRH et DBSH

Prise en compte des niveaux de priorité

Exploitation des structures des SRLG lors de la conception des réseaux

Perspectives unicast

Unicast


Utilisation d’une métrique dynamique pour le placement des LSP de secours

Agrégation avec perte de la bande passante des tunnels de secours point à multipoint

Protection des LSP primaires multipoint-à-multipoint

Perspectives multicast

Multicast


Protection interdomaine

Perspectives à long terme


Fin


Publiés

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Jean-Louis Le Roux. Distributed PLR-Based Backup Path Computation in MPLS Networks, IFIP Networking, Singapore, May 2008.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Jean-Louis Le Roux. Targeted Distribution of Resource Allocation for Backup LSP Computation. Seventh European Dependable Computing Conference (EDCC-7), Kaunas (Lithuania), May 2008.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Jean-Louis Le Roux. A Distributed Bandwidth Sharing Heuristic for Backup LSP Computation. IEEE Global Telecommunications Conference (GlobeCom 2007), Washington, November 2007.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Miklos Molnar. Protection remontante des communications multicast. MajecSTIC 2006, Lorient, novembre 2006.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin, Miklos Molnar. An Improved Dual-Forest for Multicast Protection. 2nd Conference on Next Generation Internet Design and Engineering Conference, Valence (Espagne), April 2006.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Miklos Molnar. An Efficient Multicast Protection Scheme based on a Dual-Forest. Rapport de recherche Irisa n°1786, mars 2006.

Publications


Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Miklos Molnar. Etat de l'art sur le placement des LSP de secours unicast sous MPLS. Rapport scientifique (R1) du projet "Méthode de contrôle distribué du placement de LSP de secours" entre l'université de Rennes 1 et France Télécom, novembre 2006.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin. Evaluation par simulation des performances des mécanismes de placement des LSP de secours unicast. Rapport scientifique (R2+R3) du projet "Méthode de contrôle distribué du placement de LSP de secours" entre l'université de Rennes 1 et France Télécom, juin 2007.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin. Etat de l'art sur le placement des LSP de secours multicast sous MPLS. Rapport scientifique (R4) du projet "Méthode de contrôle distribué du placement de LSP de secours" entre l'université de Rennes 1 et France Télécom, septembre 2007.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin. Evaluation par simulation des performances des mécanismes de placement des LSP de secours multicast. Rapport scientifique (R5) du projet "Méthode de contrôle distribué du placement de LSP de secours" entre l'université de Rennes 1 et France Télécom, juin 2008.

Rapports remis à France Telecom


Soumis

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Jean-Louis Le Roux. Exploiting SRLG Structures for Efficient Backup Path Computation. À soummetre à IFIP 2009.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Jean-Louis Le Roux. PLR-based Backup Path Computation in MPLS Network, Computer Networks (Elsevier journal), en cours de révision.

Mohand Yazid Saidi, Bernard Cousin and Jean-Louis Le Roux. Using Shared Risk Link Group Structures for an Efficient Protection, Computer Networks (Elsevier journal), en cours de révision.

Publications (suite)


Unicast

Différents algorithme et heuristiques de placement des LSP de secours

Amélioration du placement des LSP de secours par l'exploitation des structures des SRLG

Multicast

Adaptation des mécanismes de placement unicast au multicast Impact du choix des stratégies de partage sur les performances des

mécanismes de placement des LSP de secours

Bilan

28 novembre 2008mohand yazid saidi 1 méthodes de contrôle distribué du placement de lsp de...

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