مقاله نقش تصاوير ماهواره‌اي بعنوان يك ابزار قوي در امر اكتشاف و استخراج سه شنبه ۲۹ تیر ۹۵ | ۲۱:۳۱ ۲۳ بازديد
مدلسازي و شبيه سازي سوئيچ MPLS
مدلسازي و شبيه سازي سوئيچMPLS و بررسي مقايسه اي نرم افزارهاي موجود
فصل اول: كيفيت سرويس و فن آوري هاي شبكه
۱-۱- مقدمه۱
۱-۲- كيفيت سرويس در اينترنت۱
۱-۲-۱- پروتكل رزور منابع در اينترنت ۳
۱-۲-۲- سرويس هاي متمايز۴
۱-۲-۳- مهندسي ترافيك۶
۱-۲-۴- سوئيچنگ برحسب چندين پروتكل ۹
۱-۳- مجتمع سازي IP و ATM
1-3-1- مسيريابي در IP
1-3-2- سوئيچينگ۱۳
۱-۳-۳- تركيب مسيريابي و سوئيچينگ۱۴
۱-۳-۴- MPLS
فصل دوم: فناوري ( فن آوري )MPLS
۲-۱- مقدمه۲۳
۲-۲- اساس كار MPLS
2-2-1- پشته برچسب ۲۶
۲-۲-۲- جابجايي برچسب ۲۷
۲-۲-۳- مسير سوئيچ برچسب (LSR)
2-2-4- كنترل LSP۲۹
۲-۲-۵- مجتمع سازي ترافيك۳۰
۲-۲-۶- انتخاب مسير۳۰
۲-۲-۷- زمان زندگي (TTL)
2-2-8- استفاده از سوئيچ هاي ATM به عنوان LSR
2-2-9- ادغام برچسب ۳۲
۲-۲-۱۰- تونل ۳۳
۲-۳- پروتكل هاي توزيع برچسب در MPLS
فصل سوم: ساختار سوئيچ هاي شبكه
۳-۱- مقدمه۳۵
۳-۲- ساختار كلي سوئيچ هاي شبكه۳۵
۳-۳- كارت خط ۴۰
۳-۴- فابريك سوئيچ ۴۲
۳-۴-۱- فابريك سوئيچ با واسطه مشترك ۴۳
۳-۴-۲ فابريك سوئيچ با حافظه مشترك ۴۴
۳-۴-۳- فابريك سوئيچ متقاطع۴۵
فصل چهارم: مدلسازي و شبيه‌سازي يك سوئيچMPLS
۴-۱- مقدمه۵۰
۴-۲- روشهاي طراحي سيستمهاي تك منظوره۵۰
۴-۳- مراحل طراحي سيستمهاي تك منظوره۵۲
۴-۳-۱- مشخصه سيستم۵۳
۴-۳-۲- تاييد صحت ۵۳
۴-۳-۳- سنتز۵۴
۴-۴ – زبانهاي شبيه سازي ۵۴
۴-۵- زبان شبيه سازي SMPL
4-5-1- آماده سازي اوليه مدل۵۸
۴-۵-۲ تعريف و كنترل وسيله۵۸
۴-۵-۳ – زمانبندي و ايجاد رخدادها ۶۰
۴-۶- مدلهاي ترافيكي ۶۱
۴-۶-۱- ترافيك برنولي يكنواخت ۶۲
۴-۶-۲- ترافيك زنجيره اي ۶۲
۴-۶-۳- ترافيك آماري ۶۳
۴-۷- مدلسازي كارت خط در ورودي ۶۴
۴-۸- مدلسازي فابريك سوئيچ ۶۶
۴-۸-۱- الگوريتم iSLIP
4-8-2- الگوريتم iSLIP اولويت دار ۷۱
۴-۸-۳- الگوريتم iSLIPاولويت دار بهينه۷۶
۴-۹- مدلسازي كارت خط در خروجي ۷۹
۴-۹-۱ – الگوريتم WRR
4-9-2- الگوريتم DWRR
4-10- شبيه سازي كل سوئيچ ۸۲
۴-۱۱- كنترل جريان ۹۰
فصل پنجم: نتيجه گيري و پيشنهادات
۵-۱- مقدمه۹۳
۵-۲- نتيجه گيري ۹۳
۵-۳- پيشنهادات۹۴
مراجع۹۵
چكيده
امروزه سرعت بيشتر و كيفيت سرويس بهتر مهمترين چالش هاي دنياي شبكه مي باشند. تلاشهاي زيادي كه در اين راستا در حال انجام مي باشد، منجر به ارائه فنآوري ها، پروتكل ها و روشهاي مختلف مهندسي ترافيك شده است. در اين پايان نامه بعد از بررسي آنها به معرفي MPLS كه به عنوان يك فنآوري نوين توسط گروه IETF ارائه شده است، خواهيم پرداخت. سپس به بررسي انواع ساختار سوئيچ هاي شبكه خواهيم پرداخت و قسمتهاي مختلف تشكيل دهنده يك سوئيچMPLS را تغيين خواهيم كرد. سرانجام با نگاهي به روشهاي طراحي و شبيه سازي و نرم افزارهاي موجود آن، با انتخاب زبان شبيه سازي SMPL، به شبيه سازي قسمتهاي مختلف سوئيچ و بررسي نتايج حاصل مي پردازيم. همچنين يك الگوريتم زمانبندي جديد براي فابريك سوئيچ هاي متقاطع با عنوان iSLIP اولويت دار بهينه معرفي شده است كه نسبت به انواع قبلي داراي كارآيي بسيار بهتري مي باشد.
Abstract
Nowadays achieving higher speeds and better quality of service are the main subjects of networking. Many attempts are made in this way which have led to introducing various technologies, protocols and traffic engineering methods. In this thesis, after studying the above-mentioned parameters, IETF’s new technology called MPLS will be introduced. Then several different switch architectures are examined and the components of an MPLS switch are selected. Finally after a quick look at design and simulation methods and their available softwares, SMPL is chosen as simulation tool and then switch components are simulated and the results are studied. Also a new scheduling algorithm for crossbar switch fabrics named “The Optimized Prioritized iSLIP” is introduced which has much better performance than its previous versions.
فصل اول : كيفيت سرويس و فن آوري هاي شبكه
۱-۱- مقدمه
با گسترش تعداد كاربران اينترنت و نياز به پهناي باند بيشتر از سوي آنها، تقاضا براي استفاده از سرويسهاي اينترنت با سرعت رو به افزايش است و تهيه كننده هاي سرويس اينترنت براي برآورده سازي اين تقاضا ها احتياج به سوئيچ هاي با ظرفيت بيشتر دارند ]۱[.
در اين ميان تلاشهاي زيادي نيز براي دستيابي به كيفيت سرويس بهتر در حال انجام مي‌باشد. فنآوريATM[1] نيز كه به اميد حل اين مشكل عرضه شد، بعلت گسترش و محبوبيتIP[2] نتوانست جاي آن را بگيرد و هم اكنون مساله مجتمع سازي IP و ATM نيز به يكي از موضوعات مطرح در زمينه شبكه تبديل شده است.
در اين فصل به معرفي مسائل و مشكلات مربوط به كيفيت سرويس و مجتمع سازي IP و ATM مي پردازيم و راه حلهاي ارائه شده از جمله MPLS [3] رابررسي خواهيم نمود.
۱-۲- كيفيت سرويس در اينترنت
سرويسي كه شبكه جهاني اينترنت به كاربران خود ارائه داده است، سرويس بهترين تلاش۴ بوده است. يكي از معايب اصلي اين سرويس اين است كه با وجود اينكه مسيرياب‌هاي شبكه به خوبي قادر به دريافت و پردازش بسته هاي ورودي مي باشند ولي هيچگونه تضميني در مورد سالم رسيدن بسته ها به مقصد وجود ندارد. با توجه به رشد روز افزون استفاده از اينترنت و به خصوص با توجه به اشتياق زياد به اينترنت به عنوان ابزاري براي گسترش تجارت جهاني، تلاش هاي زيادي جهت حفظ كيفيت سرويس (QoS)[1] در اينترنت در حال انجام مي باشد. در اين راستا در حال حاضر كلاس هاي سرويس متنوعي مورد بحث و توسعه مي باشند. يكي از كلاس هاي سرويس فوق ، به شركت ها و مراكز ارائه سرويس هاي web كه نياز به ارائه سرويس هاي سريع و مطمئن به كاربران خود دارند، اختصاص دارد.
يكي ديگر از كلاس هاي سرويس جديد در اينترنت ، به سرويس هايي كه نياز به تاخير و تغييرات تاخير كمي دارند، اختصاص دارد. سرويس هايي نظير تلفن اينترنتي[۲] و كنفرانس‌هاي تصويري اينترنتي نمونه اي از سرويس هاي اين كلاس سرويس مي باشند.
براي نيل به سرويس هاي جديد فوق، عده اي براين عقيده هستند كه در آينده اي نزديك تكنولوژي فيبر نوري وWDM[3] آنقدر رشد خواهد كرد كه اينترنت به طور كامل بر مبناي آن پياده سازي خواهد شد و عملا مشكل پهناي باند و همچنين تضمين كيفيت سرويس وجود نخواهد داشت. عقيده دوم كه ظاهرا درست تر از عقيده اول مي باشد، اين است كه با وجود گسترش فنآوريهاي انتقال و افزايش پهناي باند، هنوز به مكانيسم هايي براي تضمين كيفيت سرويس كاربران نياز مي باشد. در حال حاضر اكثر توليد كنندگان مسيرياب ها و سوئيچ هاي شبكه اينترنت، در حال بررسي و افزودن مكانيسم‌هاييبراي تضمين كيفيت سرويس در محصولات خود مي باشند.
از سوي سازمان جهاني IETF[4] مدل ها و مكانيسم هاي مختلفي براي تضمين كيفيت سرويس مورد تقاضاي كاربران ارائه شده است. برخي از مهمترين اين مدل ها عبارتند از:
۱-پروتكل رزرو منابع در اينترنت RSVP[5]
2-سرويس هاي متمايزDS[6]
3-مهندسي ترافيك
۴-سوئيچنگ برچسب چندين پروتكل MPLS
در قسمتهاي بعدي به طور خلاصه با هر يك از مدل هاي فوق آشنا مي شويم .
۱-۲-۱- پروتكل رزور منابع در اينترنت
پروتكل RSVPبه عنوان يك پروتكل سيگنالينگ براي رزرو منابع در اينترنت استفاده مي شود.
پروتكل RSVP به عنوان يك پروتكل سيگنالينگ براي رزرو منابع در اينترنت استفاده مي شود. در شكل 1-1 مثالي از عمليات سيگنالينگ RSVP نشان داده شده است. مطابق با شكل فوق، فرستنده ابتدا پيام PATH را ارسال مي دارد. در اين پيام مشخصات و پارامترهاي ترافيكي فرستنده موجود مي باشد. هر مسيرياب شبكه با دريافت پيام PATH با كمك جدول مسيريابي خود پيام را هدايت نموده تا اينكه پيام به مقصد نهايي برسد. گيرنده نهايي بعد از دريافت پيام PATH ،پيام RESV را ازخود عبور داده و منابع لازم شامل پهناي باند و فضاي بافر را به ارتباط جديد اختصاص مي دهد. چنانچه يكي از مسيرياب هاي موجود در مسير، قادر به قبول پيام RESV نباشد، آنرا رد نموده و پيام خطايي به گيرنده ارسال مي نمايد و سپس عمليات سيگنالينگ خاتمه مي يابد. با قبول پيامRESVاز جانب هر مسير ياب موجود در مسير، اطلاعات وضعيت مربوط به جريان ترافيكي فوق ثبت مي شود .
با ورود هر بسته به مسيرياب هاي شبكه، واحد طبقه بندي كننده، بسته ورودي را به يك كلاس خاص طبقه بندي نموده و سپس بسته ورودي را در يك صف خاص قرار مي دهد. عمليات زمانبندي بسته ها در هر صف موجود در مسيرياب، توسط واحد زمان بند بسته طوري انجام مي گردد كه كيفيت سرويس مورد نظر تامين شود. اين سرويس داراي مشكلات زير مي باشد:
1- ميزان اطلاعات وضعيت متناسب با تعداد جريان هاي ترافيكي افزايش مي يابد. بنابراين براي نگهداري اطلاعات وضعيت در مسيرياب ها نياز به حافظه زيادي مي باشد. همچنين بالاسري عمليات مسير ياب ها به شدت افزايش مي يابد. لذا قابليت مقياس پذيري در ساختار سرويس هاي مجتمع به هيچ وجه مشاهده نمي گردد .
2- هر مسير ياب نياز به پروتكل RSVP ، روتين كنترل كننده دسترسي، طبقه بندي كننده جريان ترافيكي و زمان بند بسته دارد . بنابراين مي توان گفت كه در سرويس هاي مجتمع وظايف پردازشي مسيرياب ها به شدت زياد مي باشد.
1-2-2- سرويس هاي متمايز
به خاطر مشكلات پياده سازي و توسعه سرويس هاي مجتمع كه در بالا به آنها اشاره شد، سرويس هاي متمايز ارائه گرديدند . همانطور كه مي دانيم درسر فصل بسته هاي IPv4 فيلد يك بايتي به نام نوع سرويس (ToS) وجود دارد. در اين فيلد سه بيت مختلف وجود دارد كه برنامه هاي كاربردي با استفاده از اين سه بيت قادر به تعيين نيازهاي خود مي باشند. سه بيت فوق عبارتند از:
1- بيت D: نياز به تاخير كم
2- بيت R:نياز به نرخ اتلاف كم (اطمينان بالا)
3- بيت T: نياز به گذردهي بالا
در سرويس هاي متمايز، فيلد نوع سرويس به فيلد DSتغيير نام كرده است. با كد گذاري هاي مختلف فيلد DSو پردازش بسته ها براساس مقدار فيلد فوق، مي توان كلاس هاي سرويس متمايزي را ايجاد نمود.
براي دسترسي به سرويس هاي متمايز، لازم است كه كاربران شبكه به يك توافق سطح سرويس (SLA) با سرويس دهنده هاي اينترنت ((ISP ، برسند . كلاس هاي مختلف سرويس و ميزان ترافيك هر كلاس در SLAمشخص مي شود. SLAمي تواند به يكي از دو صورت ثابتو پويابيان شود. در نوع ثابت توافق ترافيكي بين كاربر و ISPثابت مي باشد، در حاليكه در نوع پويا با استفاده از پروتكل هاي سيگنالينگ (مثل RSVP) سرويس مورد نظر كاربر متناسب با تقاضاي آن قابل تنظيم مي باشد. براساس SLAتوافق شده بين كاربر و شبكه، در مدخل ورودي به شبكه، بسته‌هاي ورودي كاربران طبقه بندي، نظارت و در صورت لزوم شكل دهي مي گردند. همچنين ميزان بافر مورد نياز جريان ترافيكي كاربر از اطلاعات موجود در SLAاستخراج مي گردد.
با كمك عمليات طبقه بندي، نظارت، شكل دهي و زمانبندي كه در DSاجرا مي گردد، مي توان به سرويس هاي متمايز زير دسترسي پيدا نمود.
1- سرويس هاي تشويقي: براي كاربردهايي كه به تاخير و تغييرات تاخير كم نياز مي باشد.
2- سرويس هاي مطمئن : براي كاربردهايي كه به اطمينان بالا نياز مي باشد.
3- سرويس هاي المپيك : اين سرويس ها خود به سه دسته سرويس هاي طلايي ، نقره‌اي و برنزي تقسيم بندي مي شوند كه به ترتيب كيفيت سرويس كاهش مي يابد.
بين استفاده از سرويس هاي متمايز و RSVP تفاوت هاي زير وجود دارد:
از آنجائيكه در سرويس هاي متمايز تعداد كلاس هاي سرويس كه توسط فيلد DSمشخص مي شود بسيار محدود است، بنابراين برخلاف سرويس هاي مجتمع، ميزان اطلاعات وضعيت متناسب با تعداد كلاس هاي سرويس مي باشد نه تعداد جريان هاي ترافيكي. اين امر منجر به قابليت مقياس پذيري بالاتر سرويس هاي متمايز نسبت به سرويس هاي مجتمع مي گردد.
عمليات طبقه بندي، نشانه گذاري، نظارت و شكل دهي فقط در مرز شبكه بايد انجام شود. بنابراين پياده سازي و اعمال سرويس هاي متمايز ساده تر از سرويس هاي مجتمع مي باشد.
براي پياده سازي سرويس هاي مطمئن، ابتداتوسط مسيرياب ورودي شبكه عمليات طبقه بندي و نظارت صورت مي گيرد. چنانچه ترافيك ورودي از آنچه كه در SLA آمده است، بيشتر باشد در اين صورت ترافيك ورودي متخلف مي باشد، در غير اين صورت نامتخلف است. تمام بسته هاي ورودي و خروجي در يك صف قرار مي گيرند و برروي آنها مديريت صف صورت مي گيرد .
سرويس هاي تشويقي براي كاربراني كه ترافيك توليدي آنها داراي حداكثر نرخبيت ثابت مي باشد، تاخير و تغييرات تاخير كمي را تضمين مي نمايد. هر كاربر داراي يك توافق ترافيكي SLA با سرويس دهنده خود مي باشد. در SLA حداكثر نرخ بيت مجاز كاربر قيد شده است و كاربر موظف به رعايت آن مي باشد. چنانچه نرخ بيت ارسال كاربر از حداكثر مجاز تجاوز نمايد، در اين صورت ترافيك هاي اضافي از بين مي روند. شبكه نيز متعهد مي شود كه پهناي باند مورد نياز كاربر را تامين نمايد. در كاربردهايي نظير تلفن اينترنتي، كنفرانس ويدئوئي، ايجاد خطوط استيجاري و مجازي و VPN از سرويس هاي تشويقي استفاده مي شود.
