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Explosion du nombre d’applications temps réel Sensibles aux ruptures des connexions

Méthodes de contrôle distribué du placement de LSP de secours pour la protection des communications unicast et multicast dans un réseau MPLS Soutenance de thèse de Mohand Yazid SAIDI Directeur : Bernard COUSIN Co-directeur : Jean-Louis LE ROUX. Contexte.

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Explosion du nombre d’applications temps réel Sensibles aux ruptures des connexions

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  1. Méthodes de contrôle distribué du placement de LSP de secours pour la protection des communications unicast et multicast dans un réseau MPLS Soutenance de thèse de Mohand Yazid SAIDI Directeur : Bernard COUSIN Co-directeur : Jean-Louis LE ROUX Mohand Yazid SAIDI

  2. Contexte • 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) Mohand Yazid SAIDI

  3. 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 Mohand Yazid SAIDI

  4. Protection proactive locale • Deux types de chemins de secours locaux B B A A C C LSP1 LSP1 PLR PLR b1 b2 E E F F D D H H I I G G (2) Chemin de secours NNHOP (1) Chemin de secours NHOP Protection contre la panne du prochain lien Protection contre les pannes des prochains lien et nœud Mohand Yazid SAIDI

  5. 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 Mohand Yazid SAIDI

  6. BOUM !! BOUM !! A B C Concept de partage de la bande passante • Hypothèse : pannes simples • Les chemins de secours actifs protègent toujours contre la même panne • Concurrence pour les allocations de la bande passante diminuée LSP1 B A C Serveurs distribués b1 b1 E F D b2 b2 Serveur centralisé H I G LSP2 bw(D->E) = Max (bw(b1), bw(b2)) Mohand Yazid SAIDI

  7. 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 Mohand Yazid SAIDI

  8. 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 Mohand Yazid SAIDI

  9. 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 Mohand Yazid SAIDI

  10. 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 Mohand Yazid SAIDI

  11. Trois types de risques de pannes Nœud Lien SRLG (Shared Risk Link Group) Risques de pannes B B B’ A A C C LSP0.1 b1 b0 E E F F D D b2 LSP3 b3 LSP2 OXC H H I I G G (a) Topologie physique (b) Topologie logique (MPLS) Mohand Yazid SAIDI

  12. 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 Mohand Yazid SAIDI

  13. Bande passante minimale Gλdédiée à la protection Deux modes d’allocation de la bande passante rλ rλ rλ rλ rλ rλ rλ rλ 3 2 4 1 1 2 4 3 Bande passante de protection et modes d’allocation de la bande passante de protection Fλ Fλ Allocation de bande passante primaire PCλ C λ Allocation de bande passante de secours BC λ G λ G λ Pool commun Deux pools séparés Où : Fλ : bande passante primaire Cλ : capacité PCλ : capacité primaireBCλ: capacité de protection Mohand Yazid SAIDI

  14. Respect des contraintes de la bande passante Pool commun Deux pools séparés Contraintes de la bande passante (invariant) (invariant) Mohand Yazid SAIDI

  15. Ensemble des risques de panne et respect des 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 • Deux pools séparés Mohand Yazid SAIDI

  16. Information nécessaire à l’optimisation et au respect des contraintes de la bande passante RSVP-TE IGP-TE (et ses extensions) Cλ Fλ BCλ Métrique_IGPλ Métrique_IGP-TEλ bw (b) rλ Détermination efficace des prix de protection PFRG (b) Garantir le respect des contraintes de la bande passante Optimiser la métrique (IGP+IGP-TE) Mohand Yazid SAIDI

  17. 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 Mohand Yazid SAIDI

  18. 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 • 18 28 novembre 2008 Mohand Yazid SAIDI

  19. 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) • 19 28 novembre 2008 Mohand Yazid SAIDI

  20. Contexte, objectif et environnement 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 Exploitation des structures des SRLG pour améliorer le placement des LSP de secours (ESSAPL) Bilan et perspectives Plan Mohand Yazid SAIDI

  21. Principes Calcul des LSP de secours effectué par les PLR Pasde 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 Mohand Yazid SAIDI

  22. Agrégation sans perte Eliminer les prix de protection des liens appartenant à des SRLG Eliminer les prix de protectioninférieurs au seuil de confianceScλ (Scλ = CBλ – Max_bw) CBλ= 100 Scλ= 70 100 80 60 90 0 srlg1 = (lien2 , lien3 ) Construction des vecteurs diffusésavec l’algorithme PLRH CBλ= 100 Scλ= 70 100 80 60 40 90 50 0 CBλ= 100 Max_bw Scλ= 70 60 100 80 90 40 50 0 Mohand Yazid SAIDI

  23. 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) (100, nœud1) (90, srlg1) (80, lien1) CBλ xλ = 3 (pas de perte) Scλ 100 80 90 0 (100, nœud1) (90, autres) xλ = 2 (avec perte) Mohand Yazid SAIDI

  24. Interprétation des vecteurs reçusavec l’algorithme PLRH (suite) CBλ (100, nœud1) (90, srlg1) (80, lien1) Pas de rejet par erreur 90 100 80 0 0 0 0 CBλ (100, nœud1) (90, autres) Risque de rejet par erreur 90 90 100 90 90 90 0 Mohand Yazid SAIDI

  25. 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 Mohand Yazid SAIDI

  26. 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 Mohand Yazid SAIDI

  27. 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) Mohand Yazid SAIDI

  28. Taux de rejet de LSP de secours Résultats des simulations HKA HKA Topologie de taille moyenne(95 risques) Topologie de grande taille(162 risques) Mohand Yazid SAIDI

  29. Nombre moyen de vecteurs diffusés par LSP établi Résultats des simulations (suite 1) HKA HKA Topologie de taille moyenne(95 risques) Topologie de grande taille(162 risques) Mohand Yazid SAIDI

  30. Taux d’utilisation de la bande passante de protection Résultats des simulations (suite 2) HKA HKA Topologie de taille moyenne(95 risques) Topologie de grande taille(162 risques) Mohand Yazid SAIDI

  31. 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 Mohand Yazid SAIDI

  32. 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 Mohand Yazid SAIDI

  33. Contexte, objectif et environnement Placement distribué et en ligne des LSP de secours 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) 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 Bilan et perspectives Plan Mohand Yazid SAIDI

  34. 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 opérationnelssi 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 BOUM !! Différence entre un LSP actif et un LSP opérationnel SRLG B C A p1 D E b1A b1A b1B b1B G H F Mohand Yazid SAIDI

  35. 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 Mohand Yazid SAIDI

  36. Avec une approche classique gB->C = gC->E = gE->H = gH->G = gG->D = bw (p1) Avec l’algorithme ESSAPL (')gB->C = (')gC->E = (')gE->H = (')gH->G = (') gG->D = 0 Exemple de diminution des allocations de la bande passante SRLG B C A p1 g D E b1A b1B G H F Mohand Yazid SAIDI

  37. 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 Mohand Yazid SAIDI

  38. Avec une approche classique b1B doit contourner les liens (A-B, B-D) car PFRG (b1B) = {B-D, g}  aucun LSP Avec l’algorithme ESSAPL b1B 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 SRLG B A p1 g b1B D b1A G F Mohand Yazid SAIDI

  39. 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 Mohand Yazid SAIDI

  40. Gain relatif dans le rejet des LSP de secours TauxRejet 20 % TauxRejet 20 % Topologie de taille moyenne (95 risques) Topologie de grande taille (162 risques) Rejet (classique) - Rejet (ESSAPL) Gain = Rejet (classique) • 40 Mohand Yazid SAIDI

  41. Bande passante normalisée des SRLG Topologie de taille moyenne (95 risques) Topologie de grande taille (162 risques) (,r) \ r est un SRLGrλ Bande passante normalisée des SRLG = (,r) \ r est un lienrλ Mohand Yazid SAIDI

  42. Nombre moyen de messages transmis par LSP Topologie de taille moyenne (95 risques) Topologie de grande taille (162 risques) Mohand Yazid SAIDI

  43. 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 Mohand Yazid SAIDI

  44. Contexte, objectif et environnement Placement distribué et en ligne des LSP de secours 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 Bilan de la thèse Perspectives Plan Mohand Yazid SAIDI

  45. Bilan Unicast Mohand Yazid SAIDI

  46. 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 Mohand Yazid SAIDI

  47. 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 Mohand Yazid SAIDI

  48. 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 • 48 28 novembre 2008 Mohand Yazid SAIDI

  49. Protection interdomaine Perspectives à long terme • 49 28 novembre 2008 Mohand Yazid SAIDI

  50. Fin Merci de votre attention Mohand Yazid SAIDI

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