JP2010166594A - メトリック・ルーテッド・ネットワーク内でトラフィック・エンジニアリングを実行する方法とシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1のルーティング状態から第2のルーティング状態に最短パス優先(SPF)ルーテッド・ネットワークを移行するシステムは、一連の中間ネットワーク・プランを生成する切り換えモジュールを備え、それぞれ、ネットワーク内の少なくとも1つのデマンドのルーティングが変化するように、先行するネットワーク・プランに応じて先行するネットワーク状態を修正する。この一連の中間ネットワーク・プランでは、ネットワークを第1のルーティング状態から第2のルーティング状態に移行する。ネットワーク・コントローラは、一連の中間ネットワーク・プランに応じてネットワークを順次構成してゆく。この一連のプランの中のそれぞれの中間ネットワーク・プランにおいて、少なくとも1つの所定の制約条件の範囲内で動作するようにネットワークを構成する。
【選択図】図1
Description
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる2002年10月18日に出願した米国仮出願第60/419,368号の出願日の利益を主張するものである。
本発明は、一般に、ネットワーキングの分野に関するものであり、複数の実施態様において、メトリック・ルーテッド・ネットワークでトラフィック・エンジニアリングを実施する方法とシステムに関するものである。
1.輻輳を防止するため、ネットワーク内の各リンクについて帯域幅の利用度(例えば、利用されるリンク容量のパーセンテージ)を特定のパーセンテージ以下に保持するか、又はできる限り低くすること。
2.ネットワークの特定の要素(例えば、リンク又はノード)が機能しなくなったり、又は故意に無効にされて、ネットワーク内のどこかで帯域幅のルーティングしなければならない場合でも、ネットワーク内のリンク毎に、帯域幅利用度を特定のパーセンテージ以下に抑えるか、又はできる限り低くすること。
1.リンク利用度の測定結果からネットワーク内のポイントツーポイント帯域幅デマンドを見積もること。例えば、非特許文献1を参照のこと。ネットワークのメトリック及び/又はトポロジに対する修正に基づき将来のリンク利用度を計算するために、ポイントツーポイントに対するデマンドがわかっている必要がある。
2.通常のネットワーク動作の下でリンクを利用している間に輻輳の発生を回避するためのネットワーク内のメトリックを選択するアルゴリズム。例えば、非特許文献2を参照のこと。
少なくとも1つの所定の制約条件は、さらに、ネットワークの少なくとも1つのリンクに対する最大リンク帯域幅利用度であり、最大リンク帯域幅利用度は、ネットワークの少なくとも1つの障害シナリオに関するものである。少なくとも1つの所定の制約条件も、ネットワーク上で提供されるサービスの最低品質、又は複数の障害シナリオでの最大リンク帯域幅利用度であってもよい。
1.自身のタスクを自動的に実行する専用ソフトウェア及び/又はハードウェア、
2.手動でネットワーク100を対話操作し、必要な情報を抽出したり、又はネットワーク構成を修正したりできる人間のネットワーク・コントローラ、又は
3.必要な測定や制御機能を実行することができる、ネットワーク100それ自体の中のソフトウェア及び/又はハードウェアのうちの1つ又は複数とすることができる。
1.ネットワーク・コントローラ105から直接得られる、ネットワーク100のトポロジに関する情報。
2.ネットワーク100内のポイントツーポイント帯域幅デマンドに関する情報。このような情報がネットワーク・コントローラ105を介してネットワーク100から直接読み込めない場合は、デマンド見積もりモジュール110から取得される情報。この情報は、読み込める場合は、ネットワーク・コントローラ105から取得することができる。
3.ネットワーク・コントローラ105を介してネットワーク100から直接利用できない、増補ネットワーク・データ120とラベル付けすると都合がよい、付加ネットワーク・プラン情報。この増補ネットワーク・データ120は、例えば、ネットワーク100内のさまざまなShared Risk Link Group(SRLG)で構成できる(例えば、ともに機能しなくなる何らかの妥当な確率を持つと判定されたリンクのグループ)。
例えば、所望のネットワーク・プラン130は、以下の点で既存のネットワーク・プラン115と異なる。
1.既存のネットワーク・プラン115内でアクティブであるSRLG(例えば、正常に機能しているすべてのコンポーネント要素)は、所望のネットワーク・プラン130内では非アクティブである(例えば、それらのコンポーネント要素のいずれも機能していない)。所望のネットワーク・プラン130のこのような変更は、人間のユーザがGUI 140を通して行う。例えば、ユーザがメンテナンスのためネットワーク100からノードを削除したい場合、ユーザは、関連するノードが不活性化されている所望のネットワーク・プラン130を作成し、メトリック・トラフィック・エンジニアリング・モジュール125を使用して、関連するノードの不活性化のリンク利用度に対する影響が最も小さい、所望のネットワーク・プラン130に対するメトリックの集合を決定する。その後、切り換えモジュール135では、ネットワーク100の途絶が最小限である、所望のネットワーク・プラン130に移行するためのメトリック変更及びノード不活性化を実行する順序を決定する。
2.既存のネットワーク・プラン115において、非アクティブであるいくつかのSRLGは、所望のネットワーク・プラン130でアクティブである。所望のネットワーク・プラン130のこのような変更は、人間のユーザがGUI 140を通して行うことができる。例えば、ユーザが上の1.でノードを不活性化し、メンテナンスの完了後ノードの再活性化を行いたいと仮定する。既存のネットワーク・プラン115は、1.における所望のネットワーク・プラン130であり、所望のネットワーク・プラン130は、1.における既存のネットワーク・プラン115である。その後、切り換えモジュール135は、ネットワーク100を元の構成に戻すために、メトリックの変更及びノードの再活性化を実行する順序を決定する。
3.既存のネットワーク・プラン115の一部のメトリックは、所望のネットワーク・プラン130のとは異なる場合がある。これは、ネットワーク100の利用特性を改善するためにメトリック・エンジニアリング・モジュール125が所望のネットワーク・プラン130のメトリックを変更した結果生じるか、又はGUI 140のユーザにより手動でメトリックが変更される。その後、切り換えモジュール135は、ネットワーク100自体でそれらのメトリックを変更する順序を決定することができる。
ノード・データ構造215には、ネットワーク100内のノード毎に、ノード名及びノードがコア・ノートであるかどうかがリストされている。以下では、さらに、コア・ノードの概念について詳述する。
例えば、長さの等しいすべてのパス間でフローを均等に分割する、コストが等しいマルチパス(ECMP)アルゴリズムを使用することが可能である。
・モジュール125に入力される。メトリック・トラフィック・エンジニアリング・モジュール125は、結果として得られるプラン・デマンドのルーティングを改善するため既存のネットワーク・プラン500内のリンク・メトリックの一部又は全部を置き換える動作をする。
ブロック705で、カウンタiは1に設定される。
1.ネットワーク601のすべての要素が正常に機能している「無障害」SRLG動作モード。
2.(リストにもし含まれていれば)回路障害、ノード障害、導管障害などのその他のSRLG障害を含む、ネットワーク・プラン500にリストされる他のSRLG障害下でのオペレーション。
3.1日の又は週の異なる時刻での帯域幅を表すことができる、さまざまな異なる帯域幅レベルの下でのオペレーション。
4.ネットワーク内の各デマンドに対する実際の帯域幅レベルがどのようなものかに関するさまざまな仮説を表すことができる、異なる帯域幅レベルの下でのオペレーション。
例えば、これらの仮説は、デマンド見積もりモジュール(110)により立てることができる。
1.対象のネットワークの現在の状態を表すネットワーク・プラン構造(図2に示されているような)であることが思い出される、既存のネットワーク・プラン115。
2.対象のネットワークの所望の新しい状態を表すネットワーク・プラン構造である、所望のネットワーク・プラン130。これら2つのプランは、(場合によっては)異なるメトリックがトポロジ内の各リンクに与えられていることを除き、同じトポロジ構造205を持つ。これらは、同一のデマンド構造220、及び一方のプランの中でアクティブないくつかのSRLGが他のプランでは非アクティブであり、またその逆もあり得ることを除き、同一のSRLG構造230を持つ。
1.変更は、必ずしもすべてが一度に行われるわけではない。最短パス・ルーテッド・ネットワークでは、メトリック変更が行われる毎に、又は対象となるネットワークの要素が活性化又は不活性化される毎に、対象となるネットワークを通る最短パス・ルーティングを再発見するのに時間がかかる。このときに、対象となるネットワークのある部分は新しいルーティングに更新され、他の部分は更新されていない場合に、対象となるネットワークは途絶する場合がある。単一メトリック変更又は単一要素活性化又は不活性化などの小さな変更が行われると、多数の同時変更ほど途絶を起こさずに、ネットワーク内の新しいルーティングの集合への収束が高速化される。
2.多数の小さな変更を順次加えなければならない場合、中間のルーティング(例えば、切り換えシーケンス1020のステップの全部ではなく一部が完了したときに生じる)が受け入れられることが望ましい。例えば、対象のネットワークを通るデマンドにより現在使用されている帯域幅レベルの下でこれにより対象のネットワークの正常オペレーションの下で利用度が過剰に高まるべきではない。他の考慮も重要な場合がある。例えば、SRLGの障害の下のこれらの中間段階での利用度があまり高くなく、この障害が切り換えシーケンスを実行している真っ只中で生じた場合に、対象のネットワークが輻輳しないことが必要になることがある。また、ネットワーク内のルーティングの待ち時間が中間ステップであまり長くなく、対象のネットワークのすべてのユーザに一定の品質のサービスが提供されるようにする必要がある場合もある。
ブロック1210で、現在の中間ネットワーク・プランPに適用したときに、ネットワーク・プランを所望のネットワーク・プランP2に1ステップだけ近づけ、受け入れ可能な中間ネットワーク・プランを提供する適切な切り換えステップを求める。部分切り換えシーケンスA(1),...,A(i)がV内にあるような切り換えステップA(i)を求めなければならない。これにより、すでに調査されている潜在的な切り換えシーケンスは調査されなくなる。A(i)は、以下の切り換えステップのうちの1つでなければならない。
1.Pでは非アクティブだがP2ではアクティブなSRLGの活性化。
2.PではアクティブだがP2では非アクティブなSRLGの不活性化。
3.Pにおける値からP2における(異なる)値へのリンクのメトリックの変更。
1.SRLG「回路2」が不活性化されている。
2.2つのリンク3.1及び4.1は、メトリックを10から5に変更してしまっている。
回路2の一部であるため、不活性化されたリンク2.1を通るトラフィックをルーティングすることができなくなる。したがって、リンク利用度は、テーブル1400の行3に示されたものとなる。
1.リンク利用度測定結果1515(例えば、リンク容量の割合として表される)、及び
2.ネットワーク・コントローラ105を通して得られる、デマンド測定結果1520(例えば、Mb/sで表される)、及び
3.増補ネットワーク・データ1525の一部である、前のデマンド構造1535。前のデマンド構造1535は、図2に例示されている、デマンド構造220の形態のデータ構造であり、単一帯域幅レベル225を含む。前のデマンド構造1535は、ネットワーク100内に存在するすべてのデマンド送信元と宛先をリストする。それらのデマンドのそれぞれの対応する帯域幅レベルは、デマンド帯域幅レベルの前の見積もりである。この見積もりは、デマンドレベルの時間的推移による測定により、又はネットワークの利用度測定結果に基づく何らかの外部見積もり手順又は他の何らかの見積もり方法を使用して、得られる。
図17は、デマンド変動エスティメータ1545により実装することが可能な、本発明の一実施形態による、アルゴリズムによる方法1701を例示する流れ図である。
・エスティメータ1550により実装することができる、アルゴリズムによる方法1601を示す流れ図である。
したがって、ブロック1605で実行される見積もりの第1のステップは、所定の測定結果にできる限り近いリンクとデマンド測定結果の完全に一致する集合の集合を見つけることである。特に、ブロック1605では、以下のようなu(1),...,u(p)と呼ばれる各リンクについてリンク利用度を見つける。
1.ネットワーク100に障害がなく、したがってネットワーク100は「無障害」SRLGで稼働していると仮定すると、利用度u(1),...,u(p)を出力する、所定のトポロジとメトリック設定を使用してネットワーク100を通してルーティングされるデマンド帯域幅レベルの少なくとも1つの集合が存在する。
2.これらのデマンドの部分集合d(1),...,d(b)の帯域幅レベルは、できる限り測定されたデマンド帯域幅レベルbw_m(1),...,bw_m(b)と一致する。
3.これらのリンク利用度の部分集合l(1),...,l(a)のリンク利用度は、できる限り測定されたリンク利用度u_m(1),...,um_m(a)と一致する。
1.これらのデマンドの部分集合d(1),...,d(b)はbw(1),...,bw(b)に等しい。
2.これらのデマンドから得られるリンク利用度(つまり、ベクトルA×bw_baase)はu(1),...,u(n)に等しい。
3.帯域幅レベルbw_base(1),...,bw_base(n)はできるだけbw_prior(1),...,bw_prior(n)に近い。
1.bw_base(d(i))=bw(i)、i=1,...,n、
2.A×bw_base=u、
3.以下の式を最小にし、
さらに、再ルーティングは、エクストラサイトとイントラサイト・ビュー1802、1806の両方で視覚的に示すこともできる。例えば、選択されたデマンドの再ルーティングは、図19では、破線で示されている。関連する円形のリンクの最大容量を超えるリンク又は回路の利用も、さらに、赤色で示すことができる。
・メニューからサービス・クラス・ビューを選択することができる。このために、図19に示されているインターフェイス例1900は、サービス・クラス・メニューのドロップダウン・メニュー1910を備え、これにより、ユーザ選択可能な多数のサービス・クラスをサービス・クラス・ビューとして提示する。図19に例示されている状態では、「ALL」サービス・クラスが選択されている。ドロップダウン・メニュー1910からサービス・クラスが選択された後、インターフェイス1900内に表示されるビュー内のリンク(例えば、細い矩形により表される)のサイズを変更して、選択されたサービス・クラスの視点から関連するリンクの容量を表すことができる(例えば、リンクの全容量からすべての高優先度サービス・クラスの利用度を差し引く)。したがって、表示される利用度は、「見られた」利用度の割合として表された、選択されたサービス・クラスからのパケット別のリンクの利用度である。例えば、上の例で説明されているように、ネットワークでそれぞれリンクの容量の50%を使用している2つのサービス・クラスをサポートしている。特定のリンクが以下の3つのビューのそれぞれから異なる形で表示される。
1.「ALL」サービス・クラス・ビュー:このビューでは、リンクの帯域幅は1000Mb/sを表し、リンクは完全利用されていることが示されている(例えば、赤色である)。
2.「低優先度」サービス・クラス・ビュー:関連するリンクの幅は小さく、500Mb/sを表し、リンクは完全利用されていることが示されている(例えば、赤色である)。
3.「高優先度」サービス・クラス・ビュー:リンクの幅は、100Mb/sの容量を持つことを示し、リンクの容量の50%が利用されていることが示されている(例えば、リンクはオレンジ色である)。
1.ポイントツーポイント・デマンド情報は、ネットワーク上の利用度の測定結果から部分的にしか推測できないことが多い。トラフィック・エンジニアリング・システム10は、これらのデマンドに関する不確かな情報を扱うことができるであろう。トラフィックのインテリジェント型ルーティングは、ネットワーク障害の際に、例えば、ネットワーク内の1つ又は複数の要素(リンク又はノード)が機能しなくなった場合に、非常に役立つことが多い。通常であれば、これらの要素を通るルーティングが行われるトラフィックは、これらの要素を含まない最短パスを通るルートが選択され、その結果、障害の発生していない要素において利用度が高まる。ネットワークに対するメトリックの選択は、通常稼働中のネットワークだけでなく、多数の障害シナリオのうちの1つの下にあるネットワークについても適切である。
2.大きなネットワークは多数のエッジ・デバイスやピア接続デバイスに接続され、すべて、トラフィックの個別の送信元と宛先として使用される。このため、ルーティング・テーブルのサイズや複雑度が指数関数的に増大する可能性がある。トラフィック・エンジニアリング・アルゴリズムの機能強化は、これらのアルゴリズムがこのタイプの複雑度が大幅に増大するときにも有効である。
3.利用度レベルなどの目標の基準を使用して、トラフィック・エンジニアリング手順のガイドとすることができるが、より主観的な基準も考慮する必要がある場合もあり、そのような理由から、人間が理解できる形で、大規模で複雑なネットワークについても、重要な決定基準のビューを提示するネットワーク・ビジュアル化システムは有用である。
4.トラフィック・エンジニアリング要件を満たす新しいメトリックの集合が見つかった後でも、ネットワーク活動を中断することなく、またこのプロセスの中間ステップにおいて予測可能で受け入れ可能なパフォーマンスを維持しながら、現在のネットワーク構成をステップバイステップで所望の構成に移行する方法は、いくらかの利益につながる。上述の切り換えシステム例は、このような問題の解消を試みるものである。
Claims (15)
- 最短パス優先(SPF)ルーティング法を使用してルーティングされるネットワークのリンクに関連付けられているメトリックを最適化するシステムであって、
増補ネットワークデータに含まれる共有リスク・リンク・グループに基づいて生成され、前記ネットワークに適用可能な少なくとも1つの障害シナリオを識別し、前記ネットワークを通してルーティングされるポイントツーポイント・デマンドに適用可能な少なくとも1つの帯域幅レベルのシナリオを識別し、ネットワークの複数のリンクのそれぞれに対しメトリックを自動的に計算し、前記ネットワーク経由のデマンドのルーティングが前記少なくとも1つの障害シナリオと前記少なくとも1つの帯域幅レベル・シナリオに最適化されるようにするメトリック・トラフィック・エンジニアリング・モジュールと、
前記メトリック・トラフィック・エンジニアリング・モジュールに結合され、前記ネットワークの前記複数のリンクのそれぞれについて前記計算されたメトリックに応じてネットワーク・コントローラに前記共有リスク・リンク・グループの単一メトリック変更又は単一要素活性化又は不活性化によるネットワーク構成の変更を通知する切り換えモジュールとを備えるシステム。 - 最短パス優先(SPF)ルーティング法を使用してルーティングされるネットワークのリンクに関連付けられているメトリックを最適化する方法であって、
共有リスク・リンク・グループを含む増補ネットワークデータを準備することと、
前記共有リスク・リンク・グループに基づいて生成され、前記ネットワークに適用可能な少なくとも1つの障害シナリオを識別することと、
前記ネットワーク内でルーティングされるポイントツーポイント・デマンドに適用可能な少なくとも1つの帯域幅レベル・シナリオを識別することと、
ネットワークの複数のリンクのそれぞれについてメトリックを、前記ネットワークを経由するデマンドのルーティングが前記少なくとも1つの障害シナリオと前記少なくとも1つの帯域幅レベルについて最適化されるように、自動的に計算することとを含む方法。 - 前記ネットワークに適用可能な複数の障害シナリオと複数の帯域幅レベル・シナリオを識別し、前記ネットワークの前記複数のリンクのそれぞれについて前記メトリックを自動的に計算して、前記メトリックによって決定されたデマンドルーティングから得られる前記リンク利用度が前記ネットワークの前記複数のリンクのそれぞれについて、前記複数の障害シナリオのそれぞれについて、及び前記複数の帯域幅レベル・シナリオのそれぞれについて、所定のしきい値以下になるようにすることを含む請求項2に記載の方法。
- 前記自動計算では、前記複数のリンクのそれぞれについて、前記複数のリンク、前記複数の障害シナリオ、及び前記複数の帯域幅レベル・シナリオに対する前記最大リンク利用度が最小化され、リンク・メトリックの可能なすべての選択について前記最小化が実行されるように、前記ネットワークの前記複数のリンクのそれぞれに対する前記メトリックを計算する請求項3に記載の方法。
- 前記最短パス優先ルーティング法で前記複数のリンクのそれぞれについて計算された前記メトリックを適用して、前記計算されたメトリックによる前記ネットワーク内のトラフィックのルーティングすることを含む請求項2に記載の方法。
- 少なくとも1つのリンクについて前記自動的に計算されたメトリックをユーザに適用することにより生じる、前記少なくとも1つの障害シナリオと前記少なくとも1つの帯域幅レベル・シナリオでの、前記最大リンク利用度を伝達することを含む請求項2に記載の方法。
- 前記ネットワーク内の前記計算されたメトリックを格納し、前記格納されているメトリックに応じて前記最短パス優先ルーティング法を使用し前記ネットワークのルーティングが行われるようにすることを含む請求項2に記載の方法。
- 第1のルーティング状態から第2のルーティング状態に最短パス優先(SPF)ルーテッド・ネットワークを移行するシステムであって、
前記ネットワークを前記第1のルーティング状態から増補ネットワークデータに含まれる共有リスク・リンク・グループに基づいて生成される前記第2のルーティング状態に移行するための一連の中間ネットワーク・プランを生成し、それぞれのプランでは、先行するネットワーク・プランに応じて前記共有リスク・リンク・グループの単一メトリック変更又は単一要素活性化又は不活性化により先行するネットワーク状態を修正し、前記ネットワーク内の少なくとも1つのデマンドのルーティングが変更されるようにする切り換えモジュールと、
前記第1のルーティング状態から前記第2のルーティング状態に前記ネットワークを移行するように前記一連の中間ネットワーク・プランに従って前記ネットワークを順次構成してゆき、前記一連の中間ネットワーク・プランのそれぞれが少なくとも1つの所定の制約条件の範囲内で稼働するように前記ネットワークを構成する、ネットワーク・コントローラとを備えるシステム。 - メトリックの第1の集合を前記ネットワークのリンクに関連付ける第1のネットワーク・プランからメトリックの第2の集合を前記ネットワークのリンクに関連付ける第2のネットワーク・プランへの最短パス優先(SPF)ルーテッド・ネットワークを移行する方法であって、
前記第1のネットワーク・プランに基づく前記第1のルーティング状態から増補ネットワークデータに含まれる共有リスク・リンク・グループに基づいて生成される前記第2のネットワーク・プランに基づく前記第2のルーティング状態へ前記ネットワークを移行する一連の中間ネットワーク・プランを生成し、それぞれのプランは先行するネットワーク・プランに応じて前記共有リスク・リンク・グループの単一メトリック変更又は単一要素活性化又は不活性化により先行するネットワーク状態を修正し、前記ネットワーク内の少なくとも1つのデマンドのルーティングが変更されるようにすることと、
前記第1のルーティング状態から前記第2のルーティング状態に前記ネットワークを移行するように前記一連の中間ネットワーク・プランに従って前記ネットワークを順次構成してゆくこととを含み、
前記一連のプランのそれぞれの中間ネットワーク・プランにおいて、少なくとも1つの所定の制約条件の範囲内で稼働するように前記ネットワークを構成する方法。 - 前記所定の制約条件は、前記先行するネットワーク状態とその結果のネットワーク状態との間の収束時間が所定の最大時間よりも短くなることである請求項9に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの所定の制約条件は、前記ネットワークの少なくとも1つのリンクの所定の容量を超えることなく帯域幅デマンドの最大増加率である請求項9に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの所定の制約条件は、前記ネットワーク内のポイントツーポイント・デマンドに関連付けられている最大デマンド待ち時間である請求項9に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの所定の制約条件は、前記ネットワーク上で提供されるサービスの最低限の品質である請求項9に記載の方法。
- 前記一連の中間ネットワーク・プランのうちの特定の中間ネットワーク・プランは、前記ネットワークの少なくとも1つのリンクの状態が前記先行する中間ネットワーク・プランにより指定された先行する状態と異なるという点で、先行する中間ネットワーク・プランと異なる請求項9に記載の方法。
- 前記ネットワークの前記順次構成は、切り換えシーケンス・モジュールからネットワーク・コントローラに前記一連の中間ネットワーク・プランのそれぞれを順次伝達することを含み、前記切り換えシーケンス・モジュールは、前記ネットワーク・コントローラから、その後の中間ネットワーク・プランを伝達する前に特定の中間ネットワーク・プランが構成済みであることの肯定応答を受信する請求項9に記載の方法。
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