مدلسازی و شبیه سازی سوئیچ MPLS و بررسی مقایسه ای نرم افزارهای موجود
فهرست
عنوان صفحه
فصل اول: کیفیت سرویس و فنآوری های شبکه 1
1-1- مقدمه 1
1-2- کیفیت سرویس در اینترنت 1
1-2-1- پروتکل رزور منابع در اینترنت.... 3
1-2-2- سرویس های متمایز 4
1-2-3- مهندسی ترافیک 6
1-2-4- سوئیچنگ برحسب چندین پروتکل... 9
1-3- مجتمع سازی IP و ATM 9
1-3-1- مسیریابی در IP 12
1-3-2- سوئیچینگ 13
1-3-3- ترکیب مسیریابی و سوئیچینگ..... 14
1-3-4- MPLS 20
فصل دوم: فنآوریMPLS 23
2-1- مقدمه 23
2-2- اساس کار MPLS 24
2-2-1- پشته برچسب 26
2-2-2- جابجایی برچسب 27
2-2-3- مسیر سوئیچ برچسب (LSR) 27
2-2-4- کنترل LSP 29
2-2-5- مجتمع سازی ترافیک 30
2-2-6- انتخاب مسیر 30
2-2-7- زمان زندگی (TTL) 31
2-2-8- استفاده از سوئیچ های ATM به عنوان LSR 32
2-2-9- ادغام برچسب 32
2-2-10- تونل 33
2-3- پروتکل های توزیع برچسب در MPLS 34
فصل سوم: ساختار سوئیچ های شبکه 35
3-1- مقدمه 35
3-2- ساختار کلی سوئیچ های شبکه.. 35
3-3- کارت خط 40
3-4- فابریک سوئیچ 42
3-4-1- فابریک سوئیچ با واسطه مشترک.... 43
3-4-2 فابریک سوئیچ با حافظه مشترک.... 44
3-4-3- فابریک سوئیچ متقاطع 45
فصل چهارم: مدلسازی و شبیه‌سازی یک سوئیچ MPLS 50
4-1- مقدمه 50
4-2- روشهای طراحی سیستمهای تک منظوره. 50
4-3- مراحل طراحی سیستمهای تک منظوره. 52
4-3-1- مشخصه سیستم 53
4-3-2- تایید صحت 53
4-3-3- سنتز 54
4-4 – زبانهای شبیه سازی 54
4-5- زبان شبیه سازی SMPL 56
4-5-1- آماده سازی اولیه مدل 58
4-5-2 تعریف و کنترل وسیله 58
4-5-3 – زمانبندی و ایجاد رخدادها 60
4-6- مدلهای ترافیکی 61
4-6-1- ترافیک برنولی یکنواخت 62
4-6-2- ترافیک زنجیره ای 62
4-6-3- ترافیک آماری 63
4-7- مدلسازی کارت خط در ورودی.... 64
عنوان صفحه
4-8- مدلسازی فابریک سوئیچ 66
4-8-1- الگوریتم iSLIP 66
4-8-2- الگوریتم iSLIP اولویت دار 71
4-8-3- الگوریتم iSLIP اولویت دار بهینه 76
4-9- مدلسازی کارت خط در خروجی.... 79
4-9-1 – الگوریتم WRR 80
4-9-2- الگوریتم DWRR 81
4-10- شبیه سازی کل سوئیچ 82
4-11- کنترل جریان 90
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 93
5-1- مقدمه 93
5-2- نتیجه گیری 93
5-3- پیشنهادات 94
چکیده
امروزه سرعت بیشتر و کیفیت سرویس بهتر مهمترین چالش های دنیای شبکه می باشند. تلاشهای زیادی که در این راستا در حال انجام می باشد، منجر به ارائه فنآوری ها، پروتکل ها و روشهای مختلف مهندسی ترافیک شده است. در این پایان نامه بعد از بررسی آنها به معرفی MPLS که به عنوان یک فنآوری نوین توسط گروه IETF ارائه شده است، خواهیم پرداخت. سپس به بررسی انواع ساختار سوئیچ های شبکه خواهیم پرداخت و قسمتهای مختلف تشکیل دهنده یک سوئیچ MPLS را تغیین خواهیم کرد. سرانجام با نگاهی به روشهای طراحی و شبیه سازی و نرم افزارهای موجود آن، با انتخاب زبان شبیه سازی SMPL، به شبیه سازی قسمتهای مختلف سوئیچ و بررسی نتایج حاصل می پردازیم. همچنین یک الگوریتم زمانبندی جدید برای فابریک سوئیچ های متقاطع با عنوان iSLIP اولویت دار بهینه معرفی شده است که نسبت به انواع قبلی دارای کارآیی بسیار بهتری می باشد.
Abstract
Nowadays achieving higher speeds and better quality of service are the main subjects of networking. Many attempts are made in this way which have led to introducing various technologies, protocols and traffic engineering methods. In this thesis, after studying the above-mentioned parameters, IETF’s new technology called MPLS will be introduced. Then several different switch architectures are examined and the components of an MPLS switch are selected. Finally after a quick look at design and simulation methods and their available softwares, SMPL is chosen as simulation tool and then switch components are simulated and the results are studied. Also a new scheduling algorithm for crossbar switch fabrics named “The Optimized Prioritized iSLIP” is introduced which has much better performance than its previous versions.
همانطور که در فصل قبل اشاره شد، در شبکه های بدون اتصال، هنگامی که بسته های ارسالی از مسیریاب های درون شبکه به سمت مقصد عبور می نمایند، هر مسیریاب براساس اطلاعات موجود در سرفصل بسته ها و با کمک الگوریتم مسیریابی لایه شبکه، بسته ورودی را پردازش نموده و پرش بعدی یا به عبارتی مسیریاب بعدی را که بسته باید به آن ارسال شود، تعیین می نماید. البته اطلاعات موجود در سرفصل بسته ها به مراتب از آنچه که فقط برای مسیریابی لازم است، بیشتر می باشد.
می توان عملیات مسیریابی و تعیین پرش بعدی بسته ها را ترکیبی از دو عملیات مختلف تصور نمود. عملیات اول، دسته بندی بسته های ورودی به یکسری کلاس های معادل هدایت به جلو (FEC) می باشد. دومین عملیات، نگاشت هر FEC به یک پرش بعدی است. طبیعی است که تمامی بسته هایی که به یک FEC یکسان نگاشت می یابند، از یک مسیر واحد عبور کرده تا به مقصد برسند. در الگوریتم های مسیریابی متداول IP، چنانچه دو بسته دارای پیشوند آدرس مقصد یکسان باشند، در این صورت از یک مسیر برای رسیدن به مقصد عبور می نمایند.
در شبکه های MLPS، با کمک مسیریاب‌های برچسبی موجود در لبه شبکه LER))، بسته‌های ورودی به یک کلاس FEC خاص نگاشت می یابند و سپس هر FEC به یک مقدار عددی ثابت که آن را برچسب می نامیم، نگاشت می یابد. بعد از اینکه بسته های ورودی به شبکه، توسط LER برچسب زده شدند، بسته های برچسب زده شده وارد شبکه می‌شوند. مسیریاب های موجود در درون شبکه MLPS که به LSR مشهور می باشند، هیچگونه پردازشی بر روی اطلاعات موجود در سرفصل لایه سوم بسته ها نمی نمایند بلکه فقط با توجه به مقدار برچسب هر بسته و با کمک جدول هدایت به جلو اقدام به تعیین پرش بعدی بسته می نمایند. با توجه به این مطلب، در مقایسه با مسیریابی در سطح لایه شبکه که در شبکه های معمولی استفاده می شود، MLPS دارای مزایای زیر می باشد:
1- می توان با استفاده از سوئیچ هایی که فقط براساس مقدار یک فیلد خاص، عملیات سوئیچینگ را انجام می دهند (مانند سوئیچ های ATM) عملیات ارسال و هدایت بسته ها را در MPLS، انجام داد.
2- از آنجاییکه هر بسته ورودی به شبکه MPLS، به یک کلاس FEC خاص نگاشت می‌یابد، بنابراین مسیریاب های موجود در لبه شبکه می توانند از هر گونه اطلاعات موجود در مورد بسته های ورودی برای تعیین و تخصیص کلاس FEC یکسان استفاده نمایند.
3- چنانچه یک بسته ورودی واحد را از طریق دو مسیریاب متفاوت وارد شبکه MPLS نماییم، در اینصورت برچسبی را که دو مسیریاب به بسته ورودی تخصیص می دهند متفاوت با یکدیگر خواهد بود که این مطلب در پروتکل های متداول مسیریابی لایه سوم مشاهده نمی شود .