3.3 Arquitectura da rede
A rede, ver a figura3.3, é composta por um controlador e um conjunto de switches, que
se dividem em n edge switches e vários core switches. Uma matriz de tráfego é uma matriz
n × n em que cada par (x,y) representa o débito requerido pelo tráfego que entra na rede
no edge switch x e tem por destino o edge switch y. O papel de cada componente é a seguir discriminado. Controlador ES - Edge Switch CS - Core Switch ES CS CS CS CS CS CS ES x ES ES ES ES y ES
Figura 3.3: Arquitectura da rede incluindo o controlador, os CS - core switches, os ES - edge
switches e um exemplo de 3 túneis entre os edge switches x e y
Edge switches Recebem o tráfego vindo do exterior da rede, classificam-no em função do destino, computam estatísticas agregadas de forma a estimarem cada linha da matriz de tráfego em que figuram como origem, e executam a distribuição dos pacotes pelos caminhos definidos a priori, de acordo com as ordens do controlador. Adicionalmente, recebem o tráfego encaminhado pelos core switches que a eles se destinam e entregam-no ao exterior da rede.
Core switches Implementam estaticamente os diferentes caminhos de interligação dos edge switches através de túneis (IP over IP,MPLS,VLAN [18], . . . ). Os caminhos são computados a priori, de forma a maximizarem a diversidade de canais sem
comprometerem o tempo de trânsito, usando algoritmos conhecidos [8,10,18].
Controlador Recebe periodicamente as estatísticas agregadas colectadas pelos edge swit-
ches, executa o algoritmo de optimização e transmite o seu resultado aos edge swit- ches na forma de uma nova distribuição do tráfego pelos caminhos existentes.
C
a
p
í
t
u
l
o
4
Matrizes de tráfego
Uma matriz de tráfego é um modelo que permite organizar informação sobre o tráfego esperado entre cada dois nós de entrada e saída da rede, num determinado período, onde o elemento (i,j) da matriz representa o tráfego que o nó i envia para o nó j nesse período. O tráfego é medido em quantidade de informação por unidade de tempo (por exemplo, Gbps). Medir o tráfego que atravessa a rede não é trivial, exigindo uma contagem de pacotes à medida que estes chegam à rede durante um intervalo de tempo e calculando o débito que estes representam.
Numa rede de grandes dimensões, é irrealista pretender medir todos os pacotes que entram na rede, visto que o overhead associado é incomportável e isso afectaria negati- vamente o funcionamento da rede. Por isso, a medição é feita por amostragem em deter- minados intervalos de tempo, resultando numa medida de agregação, como uma média, máximo ou mínimo. Infelizmente estas medidas agregadas escondem possíveis flutuações de tráfego entre amostras, e como consequência, estas não são reflectidas nas matrizes de tráfego recolhidas. Apesar de tudo, as matrizes de tráfego são um modelo simples e que dão uma visão geral do tráfego que atravessa a rede, sendo comum o seu uso em diversos trabalhos (e.g., [1,8,13,16,24,28]).
Como o volume de tráfego varia ao longo do tempo, é necessário uma matriz de tráfego por cada intervalo de tempo t. Podemos agregar todas as matrizes de tráfego que variam ao longo do tempo num matriz tridimensional M(i,j,t), também conhecida por família de matrizes de tráfego. O intervalo de tempo de t costuma variar entre intervalos de 5 minutos até uma hora, por exemplo, mas podem ser usados intervalos maiores.
As matrizes de tráfego podem servir vários propósitos e podem ser definidas de diver- sas formas. Um estudo sobre os diferentes tipos de matrizes de tráfego, os seus propósitos
e formas de as obter pode ser encontrado em [20]. Para esta dissertação, o tipo da matriz
CAPÍTULO 4. MATRIZES DE TRÁFEGO
com origem no nó de entrada i e destino ao nó de saída j.
O conjunto de tráfego que i envia para j é a nossa unidade de trabalho do tráfego. Numa rede real esta unidade de tráfego representa todos os fluxos de pacotes que entram na rede em i e saem em j. Neste trabalho, não se pretende diferenciar os fluxos em
diversos trunks1. Essa agregação é comum em engenharia de tráfego com base em classes
de serviço (diferentes trunks) onde cada classe é afectada a um caminho particular, e que é uma faceta que não é abordada neste trabalho.
No modelo que usámos, uma matriz representa uma única classe de serviço e todos os fluxos entre i e j podem ser distribuídos por todos os caminhos disponíveis entre i e j desde que os pacotes com a mesma origem e destino e dirigidos às mesmas portas sigam o mesmo caminho. Este tipo de distribuição é facilmente realizável com os routers actuais de forma aproximada.
4.1 Geração de matrizes de tráfego
Por motivos comerciais, os operadores de backbones preferem não divulgar publicamente dados reais sobre as suas redes, e por isso, a disponibilidade de matrizes de tráfego reais
é escassa. Apenas matrizes de tráfego de backbones de investigação foram publicadas [14,
27], mas os dados disponíveis datam de 2004 e 2006, e já se encontram desactualizados.
Tendo isto em conta e considerando o conjunto das redes estudadas, preferimos gerar matrizes de tráfego sintéticas para usar nas nossas experiências, de forma a uniformizar os métodos de trabalho usados.
O modelo mais simples para geração de matrizes de tráfego é a geração de matrizes unitárias. Estas são matrizes uniformes onde o tráfego esperado entre cada par origem- destino é de 1 unidade. Este tipo de matrizes, dada a sua simplicidade, só é usada para testes e validação.
Um modelo um pouco mais elaborado e muito usado para geração de matrizes de
tráfego é o modelo de gravidade [8,20]. O nome deste modelo deriva do modelo gra-
vitacional de Newton, que diz que a força gravitacional entre dois objectos é igual ao produto das suas massas a dividir pelo quadrado da distância entre os dois objectos. A
generalização deste modelo é definida por duas forças: uma força repulsiva Riassociada
ao “sair” de i e uma força atractiva Aj associada ao “entrar” em j. O factor de fricção fi,j
representa o enfraquecimento das forças e depende do fénomeno que está a ser modelado (no modelo de Newton corresponde à distância). No contexto de geração de matrizes de tráfego, tanto a força atractiva como a força repulsiva são relativas ao tamanho da popu- lação da cidade onde se localiza o PoP. Consideramos que quanto maior é uma cidade, maior deverá ser o tráfego com origem ou destino nessa cidade. O factor de fricção, neste contexto, muitas vezes é uma constante e tem pouco impacto na variação do tráfego. Um
1Trunk poderia ser traduzido por tronco ou caminho partilhado por um conjunto de fluxos; mas na sequência deste texto optámos por usar a designação na língua inglesa. É um termo frequentemente usado
na tecnologiaMPLS.