Mechanizmy wirtualizacji sieci z komutacją kanałów

Autor: Andrzej Mikołajczyk

Promotor: dr Mateusz Żotkiewicz

Plan prezentacjiArchitektura systemu

Rola kontrolera sieci

Wirtualna topologia

Routing łączy wirtualnych

Połączenie sieciowe

Działanie programu

2/13

Architektura systemu

3/13

Architektura systemu

Paralell Internet – Channel Switching

Network Controller

3/13

Rola kontrolera sieciowegoutrzymuje łączność zarówno z aplikacjami wirtualnych operatorów, jak i węzłami należącymi do płaszczyzny przekazu danych

reguluje przepływ informacji - wirtualni operatorzy nie posiadają wiedzy o zasobach fizycznych sieci, a węzły nie są świadome istnienia sieci wirtualnych

gromadzi wszelkie informacje na temat działania sieci fizycznej, a także utworzonych w jej ramach sieci wirtualnych

umożliwia dowolne operacje na sieci fizycznej – dodawanie/usuwanie łączy i węzłów, modyfikacje parametrów

umożliwia dodawanie optymalnych łączy wirtualnych, spełaniających wymagania stawiane przez wirtualnych operatorów...

4/13

Wirtualna topologia 1/3

VnNC

PicsNC

?

W jaki sposób wirtualny operator może złożyć żądanie rezerwacji łącza wirtualnego, jeśli nie zna topologii fizycznej sieci?

Problem

5/13

Wirtualna topologia 2/3

VnNC

PicsNC

GetAccessibleMatrices

Rozwiązanie

GetAccessibleMatrices OK+[AInfo]:[EInfo]:[FInfo]

Podział węzłów w płaszczyźnie przekazu danych na dwa rodzaje:

węzły dostępowe – rozgłaszane do VnNC (m.in. nazwa, lokalizacja) węzły transmisyjne – znane jedynie kontrolerowi PicsNC

6/13

Wirtualna topologia 3/3VnNC PicsNC

1. GetAccessibleMatrices

2. GetAccessibleMatrices OK [AInfo]:[EInfo]:[FInfo]

4. Set [VirtualNetworkID] [AMatrixID] [EMatrixID] [Parameters]

6. Set OK AVirtualMatrixID] [EVirtualMatrixID]

5. Routing łacza wirtualnego w PicsNC

Info – Name:MatrixId:PositionXY:TypeParameters – MaxDelay:MaxErrorRate:Capacity

3. Potrzeba zestawienia łącza wirtualnego A-E

Sieć wirtualna Sieć fizyczna

7/13

Routing 1/3RCF (Routing Control Function) - moduł w PicsNC odpowiedzialny za znajdowanie najbardziej optymalnej ścieżki pomiędzy dwoma węzłami w sieci fizycznej

PicsNCRCF

1. Set [VirtualNetworkID] [XMatrixID][YMatrixID] [MaxDelay]:[MaxErrorRate]:[ReqCapacity]

Wirtualny operator określa parametry jakie ma spełnić tworzone przez PicsNC łącze wirtualne: MaxDelay – maksymalne opóźnienie na

łączu MaxErrorRate – maksymalna bitowa stopa

błędów łącza Capacity – wymagana przepustowość łącza

2. Zastosowanie w RCF algorytmu routingowego, otrzymanie w jego wyniku obiektu klasy PicsVirtualLink

PicsVirtualLink – struktura reprezentująca w PicsNC łącze wirtualne, zawierająca informacje o wszystkich łączach i węzłach fizycznych tworzących to łącze.

3. Set OK XVirtualMatrixID] [YVirtualMatrixID]

Wagi łączy wykorzystywane w algorytmie routingowym liczone są indywidualnie dla każdego operatora, dzięki wprowadzeniu współczynników.

8/13

Routing 2/3Problem – zagadnienie SPPRC (Shortest Path Problems with Resource Constraints)

s 2 t

1

3

Przykład:

[0,0] [9,15]

[6,14]

[8,12]

[9,12]

(8,3)

(5,5)

(12,2)

(4,7)

(2,6)

(4,3)

9/13

Routing 2/3Problem – zagadnienie SPPRC (Shortest Path Problems with Resource Constraints)

s 2 t

1

3

Przykład:

[0,0] [9,15]

[6,14]

[8,12]

[9,12]

(8,3)

(5,5)

(12,2)

(4,7)

(2,6)

(4,3)

P1 = (s,1,t)

W1 = 10T1 = 12

9/13

Routing 2/3Problem – zagadnienie SPPRC (Shortest Path Problems with Resource Constraints)

s 2 t

1

3

Przykład:

[0,0] [9,15]

[6,14]

[8,12]

[9,12]

(8,3)

(5,5)

(12,2)

(4,7)

(2,6)

(4,3)

P2 = (s,2,t)

W2 = 11T2= 11

9/13

Routing 2/3Problem – zagadnienie SPPRC (Shortest Path Problems with Resource Constraints)

s 2 t

1

3

Przykład:

[0,0] [9,15]

[6,14]

[8,12]

[9,12]

(8,3)

(5,5)

(12,2)

(4,7)

(2,6)

(4,3)

P3 = (s,3,t)

W3 = 5T3= 16 > 15

9/13

Routing 2/3Problem – zagadnienie SPPRC (Shortest Path Problems with Resource Constraints)

s 2 t

1

3

Przykład:

[0,0] [9,15]

[6,14]

[8,12]

[9,12]

(8,3)

(5,5)

(12,2)

(4,7)

(2,6)

(4,3)

Optymalna ścieżka to:P1 = (s,1,t), bo:

W1 = 10 < W2 = 11

ale...

9/13

Routing 2/3Problem – zagadnienie SPPRC (Shortest Path Problems with Resource Constraints)

s 2 t

1

3

Przykład:

[0,0] [9,15]

[6,14]

[8,12]

[9,12]

(8,3)

(5,5)

(12,2)

(4,7)

(2,6)

(4,3)

Czy jeśli węzeł t nie byłby węzłem docelowym, też możnaby odrzucić ścieżkę P2 = (s,2,t), jeżeli T2 < T1?

9/13

Routing 3/3W przypadku wielu parametrów ograniczających: brak uniwersalnego

rozwiązania problem NP-trudny metody zależne od

konkretnego przypadku

PicsNCRCF

Analiza wszystkich ścieżek od węzła źródłowego do docelowego, zaczynając od tych o najmniejszej wadze.

Działanie algorytmu zaimplementowanego w RCF:

Wywoływanie algorytmu rekurencyjne, dla każdego kolejnego węzła w aktualnie analizowanej ścieżce. Eliminacja jak największej liczby ścieżek na ich początkowym etapie poprzez sprawdzanie warunków. W najmniej optymalnym przypadku, analizie zostają poddane wszystkie ścieżki.

Rozwiązanie?

10/13

Połączenie siecioweKomponent SCCF (Subnetwork Connection Control Function) w PicsNC odpowiada za zestawianie/zrywanie połączeń w sieci fizycznej

PicsNC

VnNC

NCCF

A

B

C

D

E

1. Connect [AVirtualMatrixID] [EVirtualMatrixID] [Capacity]

4. Connect OK [NetworkConnectionID]

3. Connect [PortX] [PortY] [LabelX] [LabelY]

2A .Mapowanie identyfikatorów łączy wirtualnych na struktury reprezentujące łącza wirtualne w PicsNC – PicsVirtualLink.2.B Stworzenie w PicsNC struktury reprezentującej nowe połączenie sieciowe – NetworkConnection grupującej połączenia na łączach - LinkConnection i w węzłach – MatrixConnection oraz punkty źródła/ujścia - NwTTP

NwTTP Sink/Source

MatrixConnectionLinkConnection

11/13

Działanie programuPodsumowanie:

Wynik pracy – aplikacja PI-CS Network Controller

Implementacja: C#/.NET z wykorzystaniem bibliotek: QuickSharp, GraphSharp, SIP .NET ...

pozwala tworzyć sieci wirtualne umożliwia modyfikowanie sieci fizycznej pośredniczy w komunikcji VNO – węzły fizyczne tworzy i utrzymuje połączenia sieciowe pozwala na dowolną zmianę parametrów sieci przechowuje wszystkie informacje o wirtualnych

operatorach i ich sieciach i wiele innych...

12/13

Pytania?