Optimierung von Standard-IP-Rerouting (IP-RR) und IP-Fast-Rerouting (IP-FRR) Mechanismen für kostengünstige Ausfallsicherheit in IP-basierten Netzen
Final Report Abstract
Vor allem die stetig anwachsende Verbreitung von Echtzeitdiensten in heutigen Kommunikationsnetzen, nicht nur im Bereich von Sprach- und Videoübertragung, sondern auch im Bereich von Geschäfts- und Finanzanwendungen, erfordert Ausfallsicherheit der Kommunikationsdienste und zusätzlich eine schnelle Reaktion im Fehlerfall. Auf Grund seiner Einfachheit und großen Verbreitung bildet das Internet Protokoll (IP) die Basis für zukünftige Netzinfrastrukturen. IP-Netze sind ausfallsicher in dem Sinne, dass die Konnektivität nach einem Netzausfall automatisch über andere Pfade wiederhergestellt wird. Dabei treten aber zwei Probleme auf: 1) Die Bandbreite der Ersatzwege kann zu gering sein. 2) Die Zeit bis zur Wiederherstellung der Konnektivität kann zu lang dauern. Das erste Problem lässt sich durch eine geschickte Konfiguration heutiger Systeme lösen, wobei die Optimierung dieser Konfiguration sehr komplex ist und ausgefeilte Algorithmen mit hinreichend schneller Berechnungszeit notwendig sind. In diesem Projekt wurden die Grundlagen solcher Algorithmen entwickelt und in vielerlei Hinsicht erweitert. Das zweite Problem, die Zeitdauer bi zur Wiederherstellung der Konnektivität, kann durch so genannte IP-Fast-Reroute-Algorithmen (IP-FRR) deutlich verkürzt werden. Die Mechanismen dafür werden nun bereits seit einigen Jahren in den Standardisierungsgremien entwickelt, und erste Implementierungen der Basistechnologie sind mittlerweile vorhanden. Die bisher diskutierten Ansätze, insbesondere ihre sinnvolle und optimierte Konfiguration in unterschiedlichen Netztypen, waren zu Zeiten des Projektbeginns wissenschaftlich allerdings noch relativ unverstanden. Zu Beginn dieses Projekts wurden Optimierungsmethoden für bestimmte IP-FRR-Mechanismen entwickelt und im Laufe des Projektes verbessert und vor allem für andere IP-FRR-Mechanismen erweitert, um die Leistungsfähigkeit unterschiedlicher IP-FRR-Mechanismen vergleichen und Empfehlungen für ihren Einsatz in der Praxis geben zu können. Die am einfachsten zu benutzenden IP-FRR-Mechanismen können leider nicht alle wichtigen Fehlerfälle schützen. Darum war es notwendig, Optimierungsalgorithmen zu entwickeln, die zumindest den Schutz der wichtigsten Fehlerfälle erlauben und zusätzlich die Menge anderer geschützter Fehlerfälle maximieren. Weiter wurden schleifenfreie Konvergenzverfahren für normales IP-Routing und Rerouting untersucht und optimiert. Diese Verfahren führen ein IP-Routing vor einem Fehlerfall in ein neues IP-Routing für den Fehlerfall über und vermeiden dabei Schleifenbildung. Sie werden nach einem Ausfall gestartet und können einige Minuten in Anspruch nehmen. Während dieser Zeit sind IP-FRR-Mechanismen aktiv um die Erreichbarkeit zu gewährleisten. Es zeigte sich, dass der Einsatz solcher Verfahren zu neuen Engpässen während der Rekonvergenzphase führen kann, was aber durch geeignete Routingoptimierung minimiert oder sogar fast immer ganz vermieden werden kann. Alles in allem gelang es durch dieses Projekt sowohl das Standard-IP-Routing als auch die verschiedenen Erweiterungen durch IP-Fast-Reroute-Algorithmen näher zu betrachten. Die im Projekt erzielten Ergebnisse erhöhen die Möglichkeiten zur sinnvollen Verwendung der verschiedenen Mechanismen und gewährleisten eine Verbesserung der Verkehrsverteilung im Netz.
Publications
- Loop-Free Convergence using Ordered FIB Updates: Analysis and Routing Optimization. 8th International Workshop on the Design of Reliable Communication Networks (DRCN), Krakow, Poland, 2011.
David Hock, Matthias Hartmann, Tim Neubert, Michael Menth
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/DRCN.2011.6076898) - Comparison of IP-Based and Explicit Paths for One-to-One Fast Reroute in MPLS Networks. Telecommunication Systems, Vol. 52. 2013, Issue 2, pp 947-958.
Telecommunication Systems (TS) Journal, 2011.
David Hock, Matthias Hartmann, Michael Menth, Michal Pióro, Artur Tomaszewski, Cezary Zukowski
(See online at https://doi.org/10.1007/s11235-011-9603-4)
