بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهبود زمان تاخير در شبکه هاي مبتني بر نرم افزار بر اساس پروتکل OSPF با استفاده از متريک هاي فعلي
خلاصه
اگر بخواهيم شبکه هاي مبتني بر نرم افزار SDN يا Software Defined Networkingرا تعريف نماييم بايد بگوييم نسل جديدي از شبکه ها با استفاده از لايه هاي مجازي و سوييچ هاي مجازي و کنترلر مرکزي سعي مي کنند برخي از کارهاي کنترلي و مديريتي سوييچ ها و روترهاي شبکه ها را در لايه هاي بالاتر بصورت نرم افزاري انجام دهند در واقع وابستگي به سخت افزار را کاهش داده و قابليت هاي نرم افزاري را افزايش مي دهد.[٢][١] اين شبکه ها با چالش هايي روبرو هستند از جمله : چگونگي ارتباط بين کنترلر و دستگاه هاي موجود در شبکه و نيز ميزان تاخير موجود در شبکه که موضوع اصلي پايان نامه اينجانب مي باشد. يکي از راه حل هاي ارائه شده جهت کاهش تاخير استفاده از الگوريتم هاي مسيريابي مي باشد مانند ديجستراوانتخاب بهترين مسير از طريق Metric پيام ها ايجاد مي شود .با سريع شدن پردازنده يک پروتکل استاندارد به نام OSPF ارائه شد که از پارامتر هزينه و پهناي باند به عنوان Metric استفاده مي کند.هدف اينجانب از تحقيق ارائه الگوريتمي مبتني بر ديجسترا مي باشد که در آن علاوه بر Metric هزينه از Metric به نام CLP نيز استفاده مي نمايد که باعث کاهش بيشتر ترافيک موجود در مي شودکه در نهايت باعث بهبود زمان تاخير مي شود.
کلمات کليدي: OSPF،DELAY،DIJKSTRA، METRIC،SDN
مقدمه
OSPFيک پروتکل مسيريابي Link State و نيز يک پروتکل دروازه داخلي محبوب داخل دروازه IGP در اينترنت مي باشد [٥][٤][٣]..توسعه گسترده و سال ها تجربه در اجراي اين پروتکل ، بهبودهايي را در عملکرد طبيعي بوجود آورده و متناسب با مسيريابي، ساختار آن نيز تغيير کرده است . حوزه مسيريابي مدرن نيز به حفظ سطح بسيار بالايي از دسترسي بدون خدمات نياز دارد. از اين رو OSPF جهت دستيابي به همگرايي سريع به توپولوژي تغييرات نياز دارد. همچنين اندازه رو به رشد حوزه هاي مسيريابي و حضور احتمالي شبکه هاي Adhoc ٢تلفن همراه (MANET) قطعات بيسيمنياز به عمليات بسيار مقياس پذير در بخشي از OSPF٣ براي جلوگيري از مسيريابي بيثبات دارد. سال هاي اخير تلاش هاي قابل توجهي با هدف بهبود سرعت همگرايي OSPF و همچنين مقياس پذيري و گسترش OSPF براي دستيابي به يکپارچگي بدون شکاف از شبکه هاي Adhoc تلفن همراه با شبکه هاي معمولي سيمي انجام شده است . در اين مقاله به بررسي جامع از اين تلاش ها در حال حاضر ميپردازيم .
بهبود اولويت پکت هاي OSPFV٢ خاص و اجتناب از ازدحام
اين سند بهترين روش کنوني براي جامعه اينترنت را مشخص ميکند و پيشنهادها و بحث هايي را براي بهبود درخواست ميدهد. توزيع اين يادداشت نامحدود است . اين سند روش هايي را که در نظر گرفته شده اند که مقياس پذيري و ثبات يک شبکه بزرگ که از پروتکل ospfv٢استفاده ميکند را توصيه ميکند. اين روش ها شامل فرآيند OSPF Hello و LSA٤ [٤] با اولويت بالاتر در مقايسه با پکت هاي OSPF ديگر و اجتناب از ازدحام ميباشد. [٦]در اين سند OSPFV به ٢ OSPFV اشاره ميکند. تکنيک هاي بهبود مقياس پذيري و ثبات که در اينجا شرح داده شده است ممکن است با ٣ OSPFV پاسخ داده شود اما آن چه که مطرح است اين است که به مطالعه و تجربه عملياتي نيز نيازمند است . يک شبکه بزرگ که در حال اجراي پروتکل OSPF است ممکن است گهگاهي بروزرساني شبيه سازي و يا نزديک شبيه سازي تعداد زيادي لينک LSA را تجربه کند. اين امر بويژه درست است اگر مهندسي ترافيک OSPF استفاده شده است که افزايش تعداد LSA ها را در شبکه مشخص ميکند. ما اين رويداد را طوفان LSA ميناميم و ممکن است بوسيله يک شکست غيرقابل پيش بيني يا يک تعمير برنامه ريزي شده آغاز ميشود. شکست ممکن است سخت افزاري، نرم افزاري و يا يک رويه در طبيعت باشد(٢٠٠٥,Choudhury) طوفان LSA باعث بهره وري بالاي cpu و حافظه در روتر ميشود و باعث ميشود بسته هاي ورودي به تأخير افتاد، و يا کاهش يابند ack به تأخير افتاده (متعلق ارزش انتقال مجدد) منجر به ارسال مجدد و بسته هاي تأخير hello (متعلق به روتر داخلي) در نتيجه لينک همسايه مجاور بيشتر منجر به يک بازخورد مثبت که در حالت افراطي ممکن است شبکه يک وضعيت ناپايدار داشته باشد. مقدار پيش فرض تايمر ٥ ثانيه است و -router dead-interval ٤٠ ثانيه است . گرچه اخيرا علاقه بسياري جهت کاهش ازدحام ospf وجود دارد. به عنوان بخشي از اين طرح hello و router-dead-interval ٥تعلق دارند. که در طول ازدحام شبکه بوسيله يک طوفان LSA باعث ميشود
.[6]
تعداد LSA هاي عدم تأييد به همسايه در مدت زمان t =u(t)
يک حد بالا در واحدهايي از LSA عدم تأييد = H
يک حد پايين در واحدهايي از LSA عدم تأييد = L
وقفه بين ارسال LSA موفق در مدت زمان t =g(t)
فاکتوري است که بوسيله وقفه بالا در زمان ازدحام افزايش مييابد و در حين خارج شدن از ازدحام کاهش مييابد = F
مينيمم زماني که قبل از خروج از وقفه سپري شده است که براي تغيير متمرکز شده است = T
مينيمم ارزش وقفه اجازه داده شده = Gmin
ماکسيمم ارزش وقفه اجازه داده شده = Gmax
معادله زير نشان ميدهد که چگونه وقفه بعد از يک زمان T از زمان آخرين تغيير، تغيير داده شده باشد.[٦]
Max و Min مينيمم و ماکسيمم ارزش هاي ٢ آرلوگان به ترتيب را نشان ميدهند. براي مثال براي پارامترهاي متنوع الگوريتم در ادامه ميباشد.
H=20,L=10 ,F=2 ,T=1S ,Gmin=20 ms,Gmax=1s
ممکن است اظهار شود که مقياس پذيري شبکه هاي بزرگ بايد بطور انحصاري با تقسيم شبکه بطور سلسله مراتبي به چندين زمينه حل شود طوري که جريان يابي LSA ها در داخل نواحي محلي باشد، اين رويکرد مديريت شبکه و پيچيدگي طراحي را افزايش ميدهد که ممکن است به مسيريابي بهينه کمتر بين نواحي منجر شود. همچنين LSA بيروني سيستم مستقل در تمامي AS جريان يافته اند و تعداد بيشتري از LSA خلاصه ممکن است به جريان يابي در تمامي نواحي نياز داشته باشند و تعداد آنها بطور قابل توجه اي افزايش مييابد اگر (RxmtInterval=R(i باشد مقدار بکار رفته در طي ارسال مجدد اول يک LSA بکار ميباشد.
Rmax= حداکثر مقدار مجاز RxmtInterval مثال مورد نظر ٤٠ ثانيه است .
Rmin= حداقل مقدار مجاز RxmtInterval مقدار مثال ٥ ثانيه است .
T= حداقل زماني که بايد قبل از شکاف موجود بين LSA هاي متوالي براي يک همسايه مورد نظر براي تغيير سپري شود.
مقدار مثال ١ ثانيه است .
(U(t= تعداد عدم تأييدهاي LSA ها براي همسايه در زمان t روش تحقيق
اولويت بندي بيشتر بسته هاي OSPF: علاوه بر بسته هاي طراحي شده به عنوان اولويت بالا در پيشنهاد ١ بخش ٢، ممکن است نياز به تفکيک اولويت بيشتر در ميان بسته هاي OSPF اولويت پائين وجود داشته باشد. ما استفاده از سه طبقه اولويت بالا، متوسط و کم را پيشنهاد ميکند. همان طور که مي دانيم پروتکل OSPF از COST به عنوان معيار ارزيابي تاخير و ازدحام و ترافيک موجود در شبکه استفاده مي کند در اين مقاله علاوه بر پارامتر COST از معيار ديگري به نام CLP٦ نيز استفاده شده است پارامتر CLP براي کاهش ازدحام و ترافيک در شبکه بکار مي رود پارامتر CLP يک خروجي ٠ و ١ دارد پکت هايي که ٠ مي باشند اولويت بيشتري دارند و پکت را نگه مي دارد و اگر پکت ١ باشد اولويتي ندارد و مي تواند در نظر گرفته نشود و پکت حذف شود که استفاده از اين روش نيز روشي جديد جهت کاهش ازدحام در شبکه مي باشد که مي تواند در امر بهبود تاخير در شبکه بکار رود. با توجه به اينکه OMNETيکي از شبيه ساز هاي قوي مي باشد که از پروتکل OSPF استفاده مي کند بنابراين در اين مقاله جهت پياده سازي هدف خود از اين شبيه ساز استفاده نمودم . در اين پياده سازي يک آرايه ١٠ تايي در نظر گرفته مي شود که ميزان تاخير ١٠ پکت آخر را در خود نگه مي دارد هر زمان که پکت مي رسد يک Shift به راست داده مي شود تا زمانيکه يک دور کامل اين ١٠ پکت از طريق شمارنده خوانده شوند.يک تاخير کلي با نام End to EndDelay مي باشد که از فرمول زير مي توان آن را بدست اورد.[٨][٧]
زمانيکه توانستيم Delay End to End را بدست آورديم آن را با تاخير پکت آخر مقايسه مي کنيم اگر کوچکتر بود ++P و اگر بيشتر بود —Pمي شود در واقع وقتي Delay کم و زياد مي شود تابع برنولي را صدا مي زند. بر اساس تابع برنولي P صدا زده مي شود که به طور مثال با احتمال ٣٠% به تعدادي از پکت ها احتمال ٠ بدهد و با احتمال ٧٠% به تعدادي از پکت ها احتمال ١ بدهد. خروجي P در CLP ريخته مي شود که اين پارامتر نيز پکت هايي که اولويت ٠ دارند داراي اولويت بيشتري مي باشند و آن پکت را نگه مي دارد و اگر اولويت ١ باشند مي تواند از پکت صرف نظر کند.
يافته ها
از مقايسه نتايج حاصل از اجراي شبيه ساز ++OMNET (يکبار با مقادير اوليه و يکبار با درج پارامتر CLP و استفاده از تابع برنولي ) مي توان اينگونه ارزيابي کرد :
در جدول ٥-١ نتايج حاصل از شبيه سازي با مقادير اوليه براي پکت هاي OSPFHelloPacket مي باشد :
