WO2005101754A1 - Netz-ausgangs-bezogenes policing - Google Patents

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WO2005101754A1 PCT/EP2005/051663 EP2005051663W WO2005101754A1 WO 2005101754 A1 WO2005101754 A1 WO 2005101754A1 EP 2005051663 W EP2005051663 W EP 2005051663W WO 2005101754 A1 WO2005101754 A1 WO 2005101754A1
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Joachim Charzinski
Götz Lichtwald
Christoph Reichert
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate

Definitions

  • the subject matter of the application relates to a method for rate limitation in a network transporting packets according to the Internet protocol.
  • Rate limiting units are used for this purpose, e.g. Check in each router or on each router of the network entrance whether the let-in traffic corresponds to a given traffic description (e.g. maximum bit rate, average bit rate and a burst tolerance for a dual leaky bücket policer). If more traffic is sent than is permitted according to the description, the corresponding packets are either discarded or re-marked so that they are discarded first when there is a shortage of resources, so that overall the quality of service can be guaranteed for all permitted traffic flows.
  • a given traffic description e.g. maximum bit rate, average bit rate and a burst tolerance for a dual leaky bücket policer
  • the policer units are implemented in hardware for performance reasons. Therefore, only a maximum number of such policers can be activated at the same time per router interface (e.g. about 100 for the Juniper ERX1400). On the other hand, there are a lot of different traffic flows in a network
  • Sources for different goals are usually defined by rules.
  • a definition of the source and destination address (host address or network address with additionally specified prefix) of the packet can be used, or a combination of several such definitions.
  • the invention is based on the problem of specifying a method for policing packet traffic recorded by a collective reservation, in which the configuration of the policier does not have to be changed again and again for an individual reservation.
  • the network output therefore determines which policer is to be used.
  • the proposed one Configuration options for the aggregate description significantly simplify the configuration of the policy and, in particular, allow you to define a few aggregates that are stable in terms of their time.
  • the configuration of the policy does not have to be changed again and again for a single reservation.
  • the required number of rate limiting devices to be kept is considerably reduced.
  • FIG. 1 shows a section of the address assignment of the IP addresses 129. * (see http://www.ipindex.net/),
  • FIG. 2 shows an example network with routers RA, RB and RC with connected networks N1-N9, where the connectivity shown should correspond to the routing to these networks
  • FIG. 3 shows the configuration of aggregate descriptions in conventional routers, symbolically represented for the necessary configuration on an interface of router RA
  • FIG. 4 shows the configuration of aggregate descriptions in routers according to the invention, represented symbolically for the necessary configuration on an interface of router RA
  • FIG. 5 the implementation of the invention in an external unit which can be connected upstream of the IP router.
  • an IP router In addition to the direct specification of source and destination addresses for the packet classification, an IP router must also allow the ⁇ gress node of the network under consideration (eg OSPF or IS-IS routing domain). It can be used in a network area the maximum possible aggregation gain, namely the aggregation of all packets between an input and an output of the network to form an aggregate. Corresponding links with further address information can also be used to implement smaller aggregates.
  • OSPF OSPF or IS-IS routing domain
  • the two networks N1 and N2 reach the further networks N3 to N9 via the router RA.
  • packets to N4, N6, N7 and N8 are routed from the network via RB and to N3, N5 and N9 via RC.
  • the resource consumption in the considered network NO is determined by the path from the entrance to the exit in this network, it makes sense to define two aggregates, one from RA to RB and one from RA to RC.
  • the corresponding rules for assigning packets to policers in today's routers are outlined in FIG. 3, while the rules according to the solution according to the invention are shown in FIG. 4.
  • the proposed configuration option of the aggregate description significantly simplifies the configuration of the policy and, in particular, allows a few aggregates to be defined which are stable in terms of their time.
  • N edge nodes per input interace one can manage with the configuration of N-1 aggregate descriptions per traffic class. If the reserved bandwidth of the aggregate changes, it is no longer necessary to change the aggregate description, but only the policer configuration. The network operator can decide how often this should happen in his discretion between high resource utilization with frequent configuration changes on the one hand and less frequent configuration changes with lower resource utilization on the other hand.
  • packet forwarding takes place on the basis of a forwarding table, which is loaded onto the individual interface cards after it has been stored in the central router.
  • ting processor was put together.
  • the routing processor based on the information from BGP (border gateway protocol, the routing protocol for inter-domain routing) or static entries, the output nodes from the network are initially determined for each target network.
  • the next node (next hop) on the way to this output node is then determined on the basis of the information from the routing protocol within the network domain (for example OSPF or IS-IS).
  • the routing table is compiled, which contains an entry with the corresponding next hop for each target network (with ECMP / egual cost multi-path routing, there can also be several next hops).
  • This routing table is then loaded into the interface cards as a forwarding table.
  • a first possibility for realizing the invention is that the forwarding table is expanded by an entry "egress router", so that when a packet is forwarded in real time the information is available at which node a packet will leave the network.
  • a further possibility for realizing the invention is that the forwarding table itself is broken down into two parts, so that with each packet forwarding, the output node is first read from the BGP table in a first step and then the next hop on the way to it Output node is read from the OSPF (or IS-IS) table. Since the steps can be carried out separately one after the other, a pipelining architecture would only result in a longer cycle time for the packets, but no greater complexity of the table lookups.
  • this variant would have the advantage that in the event of changes in BGP or OSPF (or IS-IS) routing, only one of the tables in the routing processor would have to be recalculated and distributed to the interface cards. In particular, the response to internal network errors (eg link failures) could be significantly accelerated because the OSPF (or IS-IS)
  • the function described above can also be outsourced to an external unit together with policing and eventual packet marking.
  • the external policing unit must listen to the BGP routing and possibly also the routing of the network in question in order to carry out the assignment between target networks and network output routers.
  • a table is generated from the routing information, in which the output routers can be found for a given destination address of a packet using the same methods that are also used in IP routers.
  • the policing unit is connected upstream of the external interfaces of the IP router and configured by the admission control unit instead of the router.

Abstract

In einem Pakete nach dem Internet-Protokoll transportierenden Netz wird das Problem, dass die Konfiguration des Policers für Paketverkehr, der durch eine Sammel-Reservierung erfasst ist, nicht immer wieder für eine Einzel-Reservierung geändert werden muss, durch ein Verfahren gelöst, demzufolge in einem Netzknoten Pakete, die zu einem jeweiligen Ausgangsknoten weiterzuleiten sind, zu einem Aggregat zusammengefasst werden und ein Aggregat in einer zugeordneten Ratenbegrenzungseinrichtung begrenzt wird. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren bestimmt also der Netzausgang, welcher Policer einzusetzen ist. Die vorgeschlagene Konfigurationsmöglichkeit der Aggregatbeschreibung vereinfacht die Konfiguration des Policings deutlich und erlaubt es insbesondere, einige wenige Aggregate zu definieren, die von ihrer Beschreibung her zeitlich stabil sind. Die Konfiguration des Policers muss nicht immer wieder für eine Einzel-Reservierung geändert werden. Die erforderliche Anzahl vorzuhaltender Ratenbegrenzungseinrichtungen wird erheblich reduziert.

Description

Beschreibung / Description
Netz-Ausgangs—bezogenes Policing
Der Anmeldungsgegenstand betrifft ein Verfahren zur Ratenbegrenzung in einem Pakete nach dem Internet-Protokoll transportierenden Netz.
Wenn in einem Netz mit verbindungsloser Paketvermittlung (z.B. IP (InternetProtocol)-Netz) QoS (Quality of Service) - Zusagen abgegeben werden sollen, muss immer auch sichergestellt werden, dass der tatsächlich ins Netz eingelassene Verkehr nicht mehr ist als der bei einer Ressourcensteuerung angemeldete Verkehr. Dazu werden Ratenbegrenzungseinheiten (Policer) eingesetzt, die z.B. in jedem Router oder an jedem Router des Netzeingangs überprüfen, ob der eingelassene Verkehr einer vorgegebenen Verkehrsbeschreibung (z.B. maximale Bitrate, mittlere Bitrate und jeweils eine Burst-Toleranz dazu für einen dual leaky bücket policer) entspricht. Wenn mehr Verkehr gesendet wird als nach der Beschreibung zulässig wäre, werden die entsprechenden Pakete entweder verworfen oder ummarkiert, so dass sie bei Ressourcenknappheit als erste verworfen werden, damit insgesamt die Dienstgüte für alle zugelassenen Verkehrsströme gewährleistet werden kann.
Die Policer—Einheiten werden aus Performance-Gründen in Hardware realisiert. Daher kann pro Router-Interface nur eine maximale Anzahl solcher Policer gleichzeitig aktiviert werden (beim Juniper ERX1400 z.B. ca. 100) . Andererseits gibt es in einem Netz sehr viele Verkehrsflüsse von unterschiedlichen
Quellen zu unterschiedlichen Zielen. Die von einem Policer zu beachtenden Pakete werden i.d.R. durch Regeln definiert. Dabei kann z.B. eine Definition von Ursprungs- und Zieladresse (Host—Adresse oder Netz-Adresse mit zusätzlich angegebener Prefix— äge) des Paketes herangezogen werden oder eine Verknüpfung aus mehreren solchen Definitionen.
In der Praxis stellt sich das Problem, dass — bei begrenzten Lebensdauern der entsprechenden Reservierungen — sehr viele Reservierungen in kurzer Zeit auf- und abgebaut werden müssen und entsprechend auch die Policer sehr häufig umkonfiguriert werden müssen; Rechenbeispiel: Ein Router-Interface mit lOGbit/s kann ca. 100000 Telefongespräche ä lOOkbit/s gleichzeitig tragen. Wenn jedes dieser Telefongespräche im Mittel ca. 200 Sekunden dauert, müssen ca. 500 Reservierungen pa-ro Sekunde auf- und ebenso viele abgebaut werden, so dass insge- samt ca. 1000 Kon igurationen pro Sekunde nötig sind - ganz abgesehen von der Notwendigkeit, pro Interface 100000 Policer in Hardware bereitzustellen.
Daher möchte man in der Praxis die Reservierungen aggregie— ren. Dazu werden eine Reihe von Einzel-Reservierungen zusammengefasst und es wird im Netz nur eine gemeinsame Reservierung für alle entsprechenden Verkehrsströme durchgeführt _ Wenn für diese Sammel—Reservierung gleich mehr Bitrate belegt wird als die bereits vorhandenen Verkehrsströme erfordern, können weiter Verkehrs ströme in die Reservierung aufgenommen werden, ohne dass im Netz etwas umkonfiguriert werden muss.
Herkömmlich gibt es keine Konfigurationsoptionen in den Routern, um den von einer solchen Sammel-Reservierung erfassten Paketverkehr so zu beschreiben, dass die Kon iguration des
Policers nicht immer wieder für eine Einzel—Reservierung geändert werden muss. Die einzige mit heutigen Mitteln mögliche Aggregat-Konfiguration bezieht sich auf einen gemeinsamen Zielnetz-Prefix, d.h. sie erfasst alle Pakete, deren ZielL—IP— Adressen mit denselben n Bits beginnen, wobei die Werte dieser Bits und die Anzahl in Form einer Netzadresse vorgegeben werden. Im heutigen Internet ist allerdings aus verschiedenen Gründen der IP-Adressraum nicht so strukturiert, dass dies IP- Adressen leicht zu übergeordneten Netz-Adressen (Prefixes) zusammengefasst werden könnten. Dies soll durch einen Ausschnitt aus der Zuordnung der Class-B-Prefixes im Bereich 129.*/16 in Fig. 1 verdeutlicht werden. Es ist zu erkennen, dass es keinen Zusammenhang zwischen aufeinanderfolgenden Adressbereichen (also solchen, die durch Zusammenfassen zu einem kürzeren Adress-Prefix aggregiert werden könnten) und der geographischen Lage des Zielnetzes (die wiederum letztendlich das Routing bestimmt) gibt. Außerdem ist der Verschnitt zwischen Adressen und Routing noch dadurch verstärkt, dass diese Netze in der Regel an unterschiedliche Kernnetzbetreiber angeschlossen sind.
Die Möglichkeit der Aggregation von Verkehrsflüssen, die von einem Policer gemeinsam behandelt werden sollen, beschränkt sich daher heute auf die Angabe eines Zielnetz-Präfix. Da es derzeit über 100000 aktive Zielnet-Adressen im Internet gibt, ergibt sich nur ein relativ geringer Aggregationsgewinn bei einer derartigen Zusammenfassung, so dass weiterhin eine hohe Rate von Konfigurationsänderungen in den Routern nötig ist und auch eine sehr große Anzahl von Policern gebraucht wird.
Bisher wird Policing in IP-Netzen nur am Netzeingang eingesetzt, um die gesamte Bitrate zu kontrollieren, die ein Teilnehmer ins Netz hereinschicken kann. Diese Policer werden ü- berdies relativ statisch konfiguriert, d.h. entweder dauerhaft auf Basis eines Nutzungsvertrages oder per Zugangssit- zung des Teilnehmers. Es können keine zuverlässigen QoS- Zusagen gemacht werden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Policen von durch eine Sammel-Reservierung erfassten Paket- verkehr anzugeben, bei dem die Konfiguration des Policers nicht immer wieder für eine Einzel-Reservierung geändert werden muss .
Das Problem durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt also der Netz- ausgang welcher Policer einzusetzen ist. Die vorgeschlagene Konfigurationsmöglichkeit der Aggregatbeschreibung vereinfacht die Konfiguration des Policings deutlich und erlaubt es insbesondere, einige wenige Aggregate zu definieren, die von ihrer Beschreibung her zeitlich stabil sind. Die Konfigurati- on des Policers muss nicht immer wieder für eine Einzel- Reservierung geändert werden.Die erforderliche Anzahl vorzuhaltender Ratenbegrenzungseinrichtungen wird erheblich reduziert . Vorteilhafte Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben .
Der Anmeldungsgegenstand wird im folgenden als Aus ührungs— beispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang an— hand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Fig 1 einen Ausschnitt aus der Adresszuordung der IP-Adressen 129.* (siehe http://www.ipindex.net/), Fig 2 ein Beispielnetz mit Routern RA, RB und RC mit angeschlossenen Netzen N1-N9, wobei die dargestellte Konne - tivität dem Routing zu diesen Netzen entsprechen soll, • Fig 3 die Konfiguration von Aggregatbeschreibungen in herkömmlichen Routern, symbolisch dargestellt für die nötige Kon iguration an einem Interface von Router RA, Fig 4 die Konfiguration von Aggregatbeschreibungen in erfin— dungsgemäßen Routern, symbolisch dargestellt für die nötige Konfiguration an einem Interface von Router RA und Fig 5 die Realisierung der Erfindung in einer externen, dem IP-Router vorschaltbaren Einheit.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente .
Ein IP—Router muss neben der direkten Angabe von Quell- und Zieladressen für die Paket-Klassifikation auch die Angabe des Ξgress-Knotens des betrachteten Netzes (z.B. OSPF oder IS-IS Routing domain) erlauben. Damit kann der in einem Netzbereich maximal mögliche Aggregationsgewinn, nämlich die Zusammenfassung aller Pakete zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Netzes zu einem Aggregat, ausgeschöpft werden. Durch entsprechende Verknüpfungen mit weiteren Adress-lnformationen können auch kleinere Aggregate realisiert werden.
In dem Beispielszenario aus Fig. 2 erreichen die beiden Netze Nl und N2 über den Router RA die weiteren Netze N3 bis N9. Dazu werden Pakete zu N4, N6, N7 und N8 über RB sowie zu N3, N5 und N9 über RC aus dem Netz geleitet. Da der Ressourcenverbrauch im betrachteten Netz NO durch den Weg vom Ein- zum Ausgang in diesem Netz bestimmt wird, bietet es sich an, zwei Aggregate zu definieren, eines von RA nach RB und eines von RA nach RC . Die entsprechenden Regeln für die Zuordnung der Pakete zu Policern in heutigen Routern sind in Fig. 3 skizziert, während die Regeln nach der erfindungsgemäßen Lösung in Fig. 4 dargestellt sind.
Die vorgeschlagene Konfigurationsmöglichkeit der Aggregatbe- Schreibung vereinfacht die Konfiguration des Policings deutlich und erlaubt es insbesondere, einige wenige Aggregate zu definieren, die von ihrer Beschreibung her zeitlich stabil sind. So kommt man in einem Netz mit N Randknoten pro Eingangs—Inter ace mit der Konfiguration von N-l Aggregatbe- Schreibungen pro Verkehrsklasse aus. Wenn sich die reservierte Bandbreite des Aggregats ändert, muss nicht mehr die Aggregatbeschreibung, sondern nur noch die Policer- Kon iguration geändert werden. Wie oft dies geschehen soll, kann der Netzbetreiber abwägen in seinem Entscheidungsspiel- räum zwischen hoher Ressourcenauslastung bei häufigen Konfigurationsänderungen einerseits und selteneren Konfigurationsänderungen bei geringerer Ressourcenauslastung andererseits.
Ansatz zur Realisierung im Router In heutigen Routern findet die Paketweiterleitung auf der Basis einer forwarding table statt, die auf die einzelnen Interface-Karten geladen wird, nachdem sie im zentralen Rou- ting—Prozessor zusammengestellt wurde. Im Routing-Prozessor wird aufgrund der Informationen von BGP (border gateway pro- tocol, das Routing—Protokoll für inter-domain routing) oder statischer Einträge zunächst für jedes Zielnetz der Ausgangs- knoten aus dem Netz bestimmt. Anschließend wird auf der Basis der Informationen des Routing-Protokolls innerhalb der Netzdomäne (z.B. OSPF oder IS-IS) der jeweils nächste Knoten (next hop) auf dem Weg zu diesem Ausgangsknoten bestimmt. Danach wird die Routing-Tabelle zusammengestellt, die direkt für jedes Zielnetz einen Eintrag mit dem entsprechenden next hop enthält (bei ECMP/egual cost multi-path Routing können es auch mehrere next hops sein) . Diese Routing-Tabelle wird dann als forwarding table in die Interface-Karten geladen.
Eine erste Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung besteht darin, dass die forwarding table um einen Eintrag "egress router" erweitert wird, so dass bei der Weiterleitung eines Paketes in Echtzeit die Information zur Verfügung steht, an welchem Knoten ein Paket das Netz verlassen wird.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung besteht darin, dass die forwarding table selbst in zwei Teile zerlegt wird, so dass bei jeder Paketweiterleitung zunächst in einem ersten Schritt der Ausgangsknoten aus der BGP— Tabelle ausgelesen wird und anschließend der next hop auf dem Weg zu diesem Ausgangsknoten aus der OSPF (oder IS-IS) - Tabelle ausgelesen wird. Da die Schritte getrennt nacheinander ablaufen können, würde sich für eine Pipelining- Architektur nur eine größere Durchlaufzeit der Pakete, aber keine höhere Komplexität der Tabellen-Lookups ergeben. Zusätzlich hätte diese Variante den Vorteil, dass bei Änderungen im BGP— oder OSPF (oder IS—IS) -Routing jeweils nur eine der Tabellen im Routing-Prozessor neu berechnet und an die Interface—Karten verteilt werden müsste. Insbesondere die Re- aktion auf netz—interne Fehler (z.B. Linkausfälle) ließe sich dadurch nochmals deutlich beschleunigen, weil die OSPF (oder
IS-IS) —Routingtabelle in der Regel wesentlich kleiner ist als die von BGP importierte.
Ausführung als externe Einheit
Alternativ zur Integration in IP-Routern kann die oben beschriebene Funktion auch zusammen mit dem Policing und einer eventuellen Paketmarkierung in eine externe Einheit ausgelagert werden. Dies ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Die externe Policing-Einheit muss am BGP-Routing und eventuell auch am Routing des betrachteten Netzes mithören, um die Zuordnung zwischen Zielnetzen und Ausgangsroutern des Netzes durchzuführen. Aus den Routing-In ormationen wird eine Tabelle erzeugt, in der mittels derselben Verfahren, die auch in IP—Routern eingesetzt werden, zu einer gegebenen Zieladresse eines Paketes der Ausgangsrouter gefunden wird. Die Policing- Einheit wird den externen Interfaces des IP-Routers vorgeschaltet und anstelle des Routers durch die Admission Control-Einheit konfiguriert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ratenbegrenzung in einem Pakete nach dem Internet-Protokoll transportierenden Netz demzufolge in einem Netzknoten Pakete, die zu einem jeweiligen Ausgangsknoten weiterzuleiten sind, zu einem Aggregat zusammengefasst werden ein Aggregat in einer zugeordneten Ratenbegrenzungsein- richtung begrenzt wird.
2. Verfahren zur Ratenbegrenzung in einem Pakete nach dem Internet-Protokoll transportierenden Netz, insbesondere nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsknoten, zu dem ein Paket das Netz verlassen soll, in einer dem Netzknoten zugeordneten Routing-Tabelle abgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Ausgangsknotens in der Routing-Tabelle direkt eine Policer—Instanz eingetragen wird. . Vorichtung, die eine nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche arbeitende Ratenbegrenzungseinrichtung aufweist .
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AL Designated countries for regional patents

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