ES2617073T3 - Procedimiento de distribución de carga dinámica en una red privada - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de distribución de carga dinámica en una red privada (RP) que comprende por lo menos un rúter (R1-R8) y una pluralidad de pasarelas de acceso (P1-P5) a una red externa (RE), ofreciendo cada pasarela una ruta que lleva a la red externa (RE) y estando asociada a por lo menos un servidor de nombres de dominio (DNS) que interviene en la transmisión en la red externa (RE) de datos procedentes de la pasarela, estando el procedimiento caracterizado por que comprende las siguientes etapas: - prueba de fiabilidad de un acceso a la red externa (RE) a través de una pasarela de referencia, comprendiendo la prueba de fiabilidad una prueba de disponibilidad (202) de por lo menos un servidor DNS asociado a la pasarela de referencia, - distribución (302) en dichas rutas y emisión (303), por parte del rúter, de datos con destino a la red externa (RE), en función de los resultados de la prueba de fiabilidad, en el que la prueba de fiabilidad comprende por lo menos una de las siguientes etapas: - emisión (201), por parte de un equipo escrutador de la red privada (RP), de por lo menos una primera solicitud de prueba con destino a cada servidor DNS asociado a la pasarela de referencia, quedando excluida de la distribución la ruta ofrecida por la pasarela de referencia si el equipo escrutador no recibe ninguna respuesta a por lo menos una de las primeras solicitudes de prueba en un plazo predeterminado, - emisión, por parte de un equipo escrutador de la red privada (RP), de una segunda solicitud de prueba con destino a la pasarela de referencia, quedando excluida de la distribución la ruta ofrecida por la pasarela de referencia si el equipo escrutador no recibe ninguna respuesta a la segunda solicitud de prueba en un plazo predeterminado, - medición (203) de un volumen total de datos emitidos hacia la pasarela de referencia en la red privada (RP) y/o de un volumen total de datos recibidos en la red privada desde la pasarela de referencia, en el transcurso de un periodo predeterminado, dependiendo la distribución realizada por el rúter del resultado de una comparación entre el volumen medido y un volumen umbral asociado a la pasarela de referencia, y/o - medición (204), por parte de un equipo escrutador de la red privada (RP), de una banda pasante de acceso a la red externa (RE) a través de la pasarela de referencia, dependiendo además la distribución realizada por el rúter de la banda pasante de acceso medida.
Description
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El rúter es, por ejemplo, un rúter IP versión 4 (Internet Protocol, RFC 791), y, por ello, se le asigna una dirección IP en una red privada RP en la cual está instalado el rúter.
En referencia a la figura 2, una red privada RP comprende una pluralidad de pasarelas de acceso P1 a P5.
Cada pasarela de acceso P1 a P5 está en concordancia con la introducción de la presente solicitud. Así, cada pasarela de acceso P1 a P5 da acceso a una red externa RE, típicamente internet, por medio de redes de acceso respectivas gestionadas por proveedores de acceso respectivos.
Por convención, en lo sucesivo se considera que la red externa RE integra las diferentes redes de acceso a las cuales están conectadas las diferentes pasarelas de acceso de la red privada RP.
Cada pasarela de acceso es un rúter IP versión 4 (Internet Protocol, RFC 791) con, por una parte, una funcionalidad de traducción de puerto y de dirección, y que posee, por otra parte, una única conexión a la red externa RE. La conexión de cada una de estas pasarelas a la red externa RE se puede basar en tecnologías de transmisión física diversas (fibra, xDSL, Satélite, WiMAX...) que ofrecen, cada una de ellas, características heterogéneas (caudal ascendente, caudal descendente, fiabilidad, política de calidad de servicio, cuota de volumen...) y que pueden disponerse en puntos geográficamente muy alejados, por ejemplo, en edificios diferentes.
Cada pasarela de acceso posee, por ejemplo, por lo menos una dirección IP pública, y está asociada a uno o varios servidores de nombres de dominio, denominados comúnmente servidor DNS (Domain Name System, RFC 1034), P1 está asociada a DNS1, P2 está asociada a los dos servidores DNS21 y DNS22, P3 está asociada a DNS3, P4 está asociada a DNS4 y P5 está asociada a DNS5. Cada servidor DNS posee una dirección IP.
Esta asociación entre una pasarela de acceso y un servidor DNS se puede materializar, por ejemplo, mediante un almacenamiento, en una memoria interna de la pasarela de acceso, de la lista de las direcciones IP de los servidores DNS asociados a la pasarela. La pasarela está configurada entonces para comunicarse con cada servidor DNS asociado. Cada pasarela almacena típicamente en una memoria interna, y esto para cada una de sus direcciones IP públicas, una dirección IP de un servidor DNS al que unirse para que le asigne el nombre de dominio correspondiente.
Como variante, esta asociación entre una pasarela de acceso y un servidor DNS se puede materializar mediante la utilización de un equipo proxy (no ilustrado) comprendido en la red externa RE, siendo apto el equipo proxy para retransmitir al servidor DNS solicitudes DNS provenientes de la pasarela.
Los servidores DNS son conocidos por sí mismos. Se recordará simplemente que dichos servidores DNS intervienen en el marco de la transmisión de datos que procedan de la red privada RP hacia la red externa RE, y, de forma más precisa, están adaptados para determinar una dirección IP de destino a partir de una dirección de destino de nombre de dominio que recibe el servidor en una solicitud DNS procedente de otro equipo, por ejemplo, mediante almacenamiento y lectura de una base de datos que asocia direcciones IP a direcciones de nombre de dominio.
Cualquiera que sea el modo de asociación utilizado, una persona versada en la materia comprenderá que los servidores DNS utilizados en el marco de una transmisión de datos que proceden de la red privada RP hacia la red externa RE, podrán ser diferentes según las pasarelas de acceso por las cuales se emiten los datos en la red externa RE.
La red privada RP comprende dos tipos de equipos: por lo menos un rúter (en este caso una pluralidad de rúters R1 a R8) que concuerdan con la descripción que precede, y la pluralidad de pasarelas P1 a P5 de acceso a la red externa RE.
Cada rúter R1 a R8 de la red privada RP está conectado directamente a por lo menos otro equipo de la red privada RP, designado en lo sucesivo como equipo "colindante" de este rúter.
Por convención, se considera en lo sucesivo que el término "rúter" designa un equipo de la red privada RP, que es distinto de una pasarela de acceso, aunque la pasarela de acceso puede integrar una función de encaminamiento. En otras palabras, un rúter se puede conectar a otros equipos de la red privada RP (rúter(s) y/o pasarela(s) de acceso) pero no directamente la red externa RE.
Siempre por convención, se designará con el término "enlace" un enlace de comunicación directa entre dos equipos colindantes de la red privada RP, y, de manera más general, con el término "trayecto" una conexión entre dos equipos de la red privada RP, colindantes o no. Por tanto, un trayecto de la red privada RP comprende uno o varios enlaces.
Este enlace puede ser de naturaleza diversa, según la tecnología utilizada. En la red de la figura 3, los enlaces en forma de trazos continuos ilustran enlaces de tipo alámbrico (ethernet), y los enlaces en forma de trazos de puntos ilustran enlaces de tipo inalámbrico (Wi-Fi).
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Se observará que, en ciertas situaciones, la presencia simultánea de dos rúters es legítima (por ejemplo, cuando la red se ha dividido en dos). Se observará, por otra parte, que la elección realizada durante la unión de las dos partes de la red privada puede conducir a un maestro que no es ninguno de los dos rúters maestros precedentes.
5 El valor de prioridad de un rúter puede ser un valor dinámico que depende del número de equipos colindantes en estado de funcionamiento dentro de la red privada RP.
El valor de prioridad se calcula, por ejemplo, de acuerdo con la siguiente fórmula:
10 Prioridad del rúter Rx =
10000·(número de rúters colindantes a Rx)
+ 5000·(número de pasarelas colindantes a Rx)
+ las últimas 4 cifras del identificador de Rx 15 + peso configurado estáticamente en Rx.
En la fórmula anterior, el número de rúters colindantes se multiplica por un primer coeficiente, y el número de pasarelas colindantes se multiplica por un segundo coeficiente inferior al primer coeficiente, lo cual permite actuar de manera que el número de rúters colindantes contribuya más a aumentar la prioridad que el número de pasarelas
20 colindantes. Un rúter que ocupa una posición central en la red tendrá entonces más posibilidades de ser designado como maestro que un rúter situado en la periferia de la red, por ejemplo, un rúter que forme un nodo extremo de la red.
Las últimas cuatro cifras del identificador de un rúter Rx permiten aumentar ampliamente la probabilidad de unicidad
25 de cada prioridad, y, por tanto, disminuir los riesgos de igualdad entre las prioridades de dos rúters diferentes, lo cual es fuente de conflicto que impide una elección rápida de un rúter maestro.
Por defecto, el peso configurado estáticamente vale cero. Sin embargo, el hecho de configurar este peso con un valor superior a cero permite conceder una prioridad más importante a un rúter antes que a otro, independiente del
30 número de equipo, cosa que la fórmula anterior no permitiría sin un peso no nulo.
En la red ilustrada en la figura 3, si se considera que el identificador de cada rúter Rx es 000x (0002 para R2, por ejemplo), y que no se ha configurado ningún peso estático con un valor no nulo, se obtienen los siguientes valores de prioridad:
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- Rúter
- Prioridad
- R1
- 15001
- R2
- 15002
- R3
- 10003
- R4
- 10004
- R5
- 5
- R6
- 30006
- R7
- 5007
- R8
- 5008
Es entonces R6 el que se selecciona como rúter maestro en la red de la figura 3.
En otra variante, la prioridad es un valor constante predeterminado propio de cada rúter, memorizado por sus 40 medios de almacenamiento.
iii) Descubrimiento de la topología de la red privada
El procedimiento comprende además una etapa de descubrimiento de la topología de la red (etapa 101, ilustrada en 45 la figura 5). Este descubrimiento, utilizado durante la fase de inicialización, no se limita a esta única inicialización y se puede repetir en el tiempo.
Cada rúter realiza una etapa de descubrimiento de los equipos de la red que son colindantes de este rúter (especialmente las pasarelas de acceso y rúters colindantes).
50 Para descubrir sus rúters colindantes, un rúter emite cada 30 segundos sobre cada interfaz de red física conectada a la red privada RP, una trama Ethernet LLDP (IEEE 802.1AB) que tiene como dirección de destino la dirección MAC de multidifusión 01-80-C2-00-00-0E con un valor de ChasisID de subtipo 5 (Network Address) igual a la dirección IP del rúter en la red privada RP, un valor de PortID de subtipo 5 (Interface Name) igual al nombre de la interfaz de red
55 física utilizada para enviar esta trama (por ejemplo, IF3 para R1) y un valor de TTL igual a 1.
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una medición de la misma.
Cuando un rúter designado como escrutador no encuentra 4 veces seguidas una de las pasarelas que supervisa en la lista transmitida por el maestro en un mensaje TOPO, esto significa que debe realizar una medición de banda 5 pasante de acceso a través de la pasarela (etapa 203). La metodología de esta invención se conoce por sí misma, y por tanto no se describirá adicionalmente.
La medición de banda pasante se reenvía durante cada mensaje GWRS, y comprende el sello de tiempo de la medición así como un valor calculado de acuerdo con la siguiente fórmula: 10 Banda pasante = 10000000/((caudal ascendente medido en kilobits por segundo x 0,25 + caudal descendente medido en kilobits por segundo x 0,75))
Por otra parte, cada rúter mide una cantidad acumulada de carga útil recibida y emitida para cada pasarela con 15 cuota de volumen, así como el sello de tiempo este registro (etapa 204).
Cada 10 minutos o como consecuencia de la supresión de una ruta hacia RE que pasaba por una pasarela con cuota de volumen, cada rúter envía al rúter maestro, un mensaje GWCT que comprende la cantidad acumulada de datos recibidos y emitidos para cada pasarela con cuota de volumen, así como el sello de tiempo de este registro. El
20 rúter vuelve a actualizar sus contadores como consecuencia del envío de este mensaje.
Tal como se comprenderá, las etapas 201 a 204 se efectúan de forma paralela entre sí.
ii) Difusión de los resultados de prueba
25 Los mensajes GWRS que contienen mediciones de banda pasante y estados relativos de pasarelas, y los mensajes GWCT que contienen volúmenes de datos acumulados son recibidos por el rúter maestro.
El rúter maestro combina los mensajes GWCT de cada rúter con el fin de conocer la cantidad de datos consumidos
30 para cada pasarela con una cuota de volumen. Para cada pasarela con cuota, el rúter maestro envía, cada 11 minutos, a cada rúter colindante de esta pasarela, un mensaje GWCT que comprende la dirección IP de la pasarela, así como la cantidad acumulada de datos consumidos.
Cuando el rúter maestro, tras una comparación, constata que se ha alcanzado o superado la cuota, la pasarela en
35 cuestión se retira de la lista transmitida periódicamente en el mensaje TOPO y envía un mensaje GWCT a cada uno de los rúters colindantes de esta pasarela. A continuación, el rúter maestro envía un mensaje GWCT con un valor igual a 0 para la cantidad de datos cuando la cuota se vuelve a poner a cero (tiempo transcurrido).
Los rúters colindantes de pasarelas de Internet con cuota de volumen guardan en sus medios de almacenamiento
40 no volátiles el sello de tiempo y la cantidad transmitidos por el rúter maestro en un mensaje GWCT. Así, estas informaciones se pueden recuperar tras una nueva puesta en marcha de los rúters, o un corte de corriente.
Si se alcanza la cuota, el rúter colindante que había sido designado como escrutador de esta pasarela deja inmediatamente de ser escrutador de la misma. En efecto, tal como se verá más adelante, la pasarela y no se
45 utilizará mientras esta cuota sea superada; esto da como resultado que esta pasarela no necesite entonces un escrutador. Ahorrarse un escrutador permite limitar la transmisión de datos intercambiados en el transcurso de la implementación del protocolo propuesto.
Cuando la cuota se vuelve a poner a cero, el rúter maestro designa nuevamente un escrutador según el proceso que 50 se ha descrito anteriormente.
A continuación, los datos centralizados por el rúter maestro se difunden para el conjunto de los rúters de la red privada RP.
55 Cada 30 segundos, el rúter maestro difunde un mensaje TOPO para todos los rúters, que comprende dos listas:
-una lista de rúters con, para cada uno de ellos, su dirección IP, una lista de interfaces de red físicas conectadas a la red privada RP (que tiene para cada interfaz: nombre de la interfaz y valor del enlace), una lista de vecinos (dirección IP, nombre de las interfaces de red física, tipo de rúter o pasarela)
60 -una lista de pasarelas de Internet con, para cada una de ellas, su dirección IP, una lista de direcciones IP de servidores DNS, la última medición de banda pasante, el último estado relativo así como un booleano que indica si se trata o no de una pasarela con cuota de volumen.
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iii) Actualización de las tablas de encaminamiento
Todos los rúters que reciben el mensaje TOPO (así como el rúter maestro) actualizan entonces su tabla de encaminamiento en función de las informaciones recibidas.
Para ello, el rúter genera un gráfico ponderado no orientado de acuerdo con la figura 4, a partir de las informaciones recibidas en el mensaje TOPO.
El peso asociado a cada arista entre un nodo de pasarela y el nodo de Internet es igual al valor de la última medición de banda pasante (tal como se ha presentado anteriormente).
El rúter aplica entonces el algoritmo del trayecto más corto de Djikstra entre el nodo que le representa y el nodo de "Internet". Memoriza entonces el peso completo del trayecto encontrado así como la pasarela tomada. A continuación, el nodo que representa esta pasarela se retira del gráfico y se ejecuta nuevamente el algoritmo del trayecto más corto de Djikstra.
Si se encuentra un trayecto nuevo, el rúter memoriza entonces el peso completo de este camino nuevo así como la pasarela tomada. El rúter actualiza a continuación su tabla de encaminamiento asociado a cada una de las pasarelas encontradas a la ruta hacia Internet (rutas hacia 0.0.0.0 / 0 denominadas rutas por defecto) y asociándole una métrica proporcional al peso de los diferentes trayectos.
En el modo de realización ilustrado en las figuras, los rúters conectados a RP poseen únicamente una sola ruta IP para el tránsito de los datos de un equipo a otro de la red privada RP. Esta ruta es la ruta denominada "red". Esta ruta no se modifica en el transcurso de la reconfiguración de las tablas de encaminamientos. En cambio, los mecanismos que permiten enviar los datos de un equipo a otro en la RP son competencia de la capa 2 del modelo OSI.
Por ejemplo, si el direccionamiento en RP es 192.168.1.0/24 (notación CIDR), todos los equipos (rúters o pasarelas) en RP tienen una y solamente una entrada que no se modifica nunca en su tabla de encaminamiento:
Dirección Máscara Gateway Interfaz
Fase de encaminamiento y de distribución de carga
En lo sucesivo se describe cómo un rúter cuya tabla de encaminamiento ha sido configurada realiza una distribución de carga en la red privada RP.
En lo sucesivo se supone que los rúters escrutadores de la red representada en la figura 3 han obtenido los resultados de la prueba de fiabilidad siguientes por medio de las etapas que se han descrito anteriormente:
-el servidor DNS1 asociado a la pasarela P1 está indisponible,
-la pasarela P2 experimenta un fallo (no responde),
-la pasarela P3 y el servidor DNS3 asociado a esta pasarela P3 funcionan de manera normal, y la última banda pasante medida por su rúter escrutador tiene un valor X.
-la pasarela P4 y el servidor DNS4 asociado a esta pasarela P4 funcionan de manera normal, y la última banda pasante medida por su rúter escrutador vale X/3.
-la pasarela P5 ha alcanzado su cuota de volumen.
-el trayecto que va de R4 a P3 tiene un peso menor que el correspondiente que va de R4 a P4.
Se supone asimismo que los rúters de la red privada RP se han reconfigurado a partir del gráfico de la figura 4 y de los resultados de la prueba de fiabilidad.
Un terminal emite un conjunto de datos que tienen como objetivo establecer una nueva conexión con destino a la red externa RE, por ejemplo, el terminal T1. Se supone que este conjunto de datos contiene una dirección IP de destino, por ejemplo, 1.2.3.4.
Cada rúter de la red privada utilizado para el encaminamiento de este conjunto de datos realiza las etapas ilustradas en la figura 7.
Este conjunto de datos es recibido por el rúter R4 (etapa 301). Considerando el estado de las pasarelas
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