ऑपरेटर के आईपी नेटवर्क में यातायात संतुलन

मैं आपको तुरंत चेतावनी देता हूं कि यदि आप समाधानों की आधुनिक वास्तुकला के बारे में पढ़ना चाहते हैं, तो लेख के अंत से शुरू करना बेहतर है।
यदि आप एक दूरसंचार ऑपरेटर के नेटवर्क का एक हिस्सा डिजाइन करने में आने वाली कठिनाइयों के बारे में पढ़ने में रुचि रखते हैं, तो बिल्ली का स्वागत करें।

लेख निम्नलिखित शर्तों के तहत नेटवर्क सीमा पर यातायात को संतुलित करने की एक विधि का वर्णन करता है:

• परिवहन प्रोटोकॉल: आईपीवी 4;
• OSPFv2 डायनेमिक रूटिंग प्रोटोकॉल [ 1 , 2 ];
• एक उपयोगकर्ता आईपी पते के आउटगोइंग और इनकमिंग ट्रैफिक एक ही सर्विस गेटवे और एक ही NAT राउटर [ 3 ] से होकर गुजरते हैं;
• ट्रैफ़िक संतुलन 2 सेवा गेटवे (BNG [ 4 ]) के बीच किया जाता है;
• ट्रैफ़िक संतुलन 2 NAT राउटर्स के बीच किया जाता है जो डायनेमिक रूटिंग का उपयोग नहीं करते हैं;

कनेक्टेड यूज़र नेटवर्क सेगमेंट का उपयोग IEEE 802.11 वायरलेस नेटवर्क [ 5 ] के उदाहरणों पर किया जाता है जो नियंत्रकों का उपयोग करते हैं।

हल किए जाने वाले कार्य:

• उपयोगकर्ता उपकरणों को नेटवर्क से जोड़ने के बिंदु पर यातायात को संतुलित करना;
• बीएनजी के बीच उपयोगकर्ता यातायात का वितरण;
• NAT का उपयोग करते समय आने वाले और बाहर जाने वाले यातायात के सममित मार्ग प्रदान करना।

वितरण स्तर एक बढ़त नेटवर्क घटक है जो निम्नलिखित मुख्य कार्य करता है:

• वायरलेस एक्सेस कंट्रोलर्स का कनेक्शन;
• वायरलेस एक्सेस कंट्रोलरों का रूटिंग और ट्रैफ़िक प्रबंधन;
• अन्य नेटवर्क के साथ बाँधना।

वायरलेस एक्सेस कंट्रोलर्स (UCBD) का स्तर नियंत्रकों का एक समूह है जो निम्नलिखित बुनियादी कार्य करता है:

• एक्सेस पॉइंट और वायरलेस उपयोगकर्ताओं से यातायात का एकत्रीकरण बिंदु;
• नियंत्रक के बीच रोमिंग वायरलेस उपयोगकर्ता प्रदान करना;
• पहुंच बिंदु प्रबंधन।

रेडियो कवरेज स्तर - वस्तुओं पर स्थित पहुँच बिंदु।

सेवा केंद्र (सीपीयू) - उपयोगकर्ताओं, इंटरनेट कनेक्शन, आईपी पता अनुवाद के लिए प्रदान किए गए डेटा नेटवर्क, प्रबंधन और नियंत्रण को नियंत्रकों का कनेक्शन प्रदान करता है।

रूटिंग के संदर्भ में, आईपी नेटवर्क को कई रूटिंग सेगमेंट में विभाजित किया गया है: उपयोगकर्ता सेगमेंट, एक्सेस पॉइंट सेगमेंट और मैनेजमेंट सेगमेंट। यह लेख केवल कस्टम रूटिंग सेगमेंट पर चर्चा करता है।

प्रस्तावित समाधान OSPFv2 डायनेमिक रूटिंग प्रोटोकॉल [ 1 ] और मल्टी-इंस्टेंस एक्सटेंशन [ 2 ] का उपयोग करता है। मुख्य OSPF प्रोटोकॉल कॉन्फ़िगरेशन पैरामीटर का उपयोग आंकड़े 1-5 में दिखाया गया है।

वितरण स्तर वीआरएफ उपयोग

कई वीआरएफ का उपयोग करने से आप उपयोगकर्ता के ट्रैफ़िक के लिए अलग-अलग प्राथमिक / बैकअप बीएनजी संयोजन असाइन कर सकते हैं।
इस उद्देश्य के लिए, वितरण स्तर पर, दो L3 स्विच में से प्रत्येक पर, उपयोगकर्ता इंटरफेस को विभिन्न वर्चुअल रूटिंग टेबल ( वीआरएफ लाइट [9]) में परिभाषित किया गया है:
प्रत्येक वीआरएफ एक ओएसपीएफ प्रक्रिया बनाता है।

नेटवर्क कनेक्शन बिंदु पर उपयोगकर्ता यातायात संतुलन

वर्चुअल नेटवर्क (VLAN) के बीच उपयोगकर्ता उपकरणों को वितरित करके संतुलन बनाया जाता है। इस प्रयोजन के लिए, वायरलेस एक्सेस कंट्रोलर्स पर, एक्सेस पॉइंट्स को ग्रुप्स में विभाजित किया जाता है (प्रति ग्रुप 10-15 एक्सेस पॉइंट्स तक)। प्रत्येक समूह को कम से कम 2-4 क्लास सी नेटवर्क की क्षमता वाले उपयोगकर्ताओं के वीएलएएन आईडी और आईपी पते का एक सबनेट आवंटित करना चाहिए, जो एक्सेस प्वाइंट के प्रति 25 सक्रिय कनेक्शनों पर आधारित है और निष्क्रिय उपयोगकर्ता कनेक्शनों और डीएचसीपी प्रोटोकॉल का उपयोग करने की सुविधाओं के लिए अतिरिक्त क्षमता के लिए "लीज टाइम" है। [ ६ ])।
वितरण स्तर के एल 3 स्विच पर जिस पर नियंत्रक जुड़े हुए हैं, उपयोग किए गए आईपी नेटवर्क को दो बड़े समूहों में विभाजित किया गया है। यह OSI मॉडल के तीसरे स्तर पर BNG के बीच रूटिंग सूचना और संतुलन यातायात के और अधिक योग के लिए आवश्यक है।
प्रत्येक समूह को वितरण स्तर स्विच वीआरएफ में से एक में परिभाषित किया गया है।
L3 पर, OSPF का उपयोग करके अतिरेक का प्रदर्शन किया जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।


NSSA ज़ोन के प्रकार का चुनाव निम्नलिखित कारकों द्वारा निर्धारित किया जाता है:
- एएसबीआर पर वायरलेस उपयोगकर्ता नेटवर्क की रूटिंग जानकारी को संक्षेप में एनएसएसए में मार्गों की संख्या कम कर देता है।
- ABR पर "बाहरी" OSPF मार्गों के लिए AD (प्रशासनिक दूरी) मान सेट करने की क्षमता प्रदान करता है।
- एबीआर को पुनर्वितरित मार्गों की रूटिंग जानकारी को आसानी से अलग करने और सारांशित करने की क्षमता प्रदान करता है।
- एलएसए को 0 क्षेत्र में भेजते समय एबीआर को रूट करने की जानकारी के स्रोत के रूप में सेट करने की क्षमता प्रदान करता है [ 14-दमन-एफए 14 ]। यह आपको आईपी एड्रेसिंग की संरचना और एनएसएसए ज़ोन से बाहरी मार्गों के स्रोतों के बारे में एरिया 0 की जानकारी नहीं भेजने की अनुमति देता है।
- आपको NSSA ज़ोन के अंदर दो डिफ़ॉल्ट मार्गों के वितरण के साथ वितरित करने की अनुमति देता है [ सं-सार १४ ]। ABR के बीच संतुलन साधने का कार्य ASSS और ABR के बीच चैनल लागत को NSSA ज़ोन में सेट करके किया जाता है।
- एबीआर पर उपयोगकर्ता खंड को नियंत्रित करने और नियंत्रित करने के लिए आपको 2 प्रकार के बाहरी मार्गों का चयन करने की अनुमति देता है।

इस आलेख ने MPLS नेटवर्क के माध्यम से उपयोगकर्ता रूटिंग खंडों को BNG से जोड़ने की संभावना का खुलासा नहीं किया, हालांकि, उपयोग किए गए कुछ समाधान इस मोड में काम करने के लिए आवश्यकताओं द्वारा निर्धारित किए जाते हैं ([15] sham-link backdoor अनुमार्गण )।

चित्रा 2 वितरण स्तर पर वीआरएफ का उपयोग करने के उदाहरण दिखाता है:
- WUsers1 - उन उपयोगकर्ताओं के लिए जो प्राथमिक सेवा गेटवे के रूप में SG-01 सीपीयू राउटर का उपयोग करते हैं, और बैकअप सेवा गेटवे के रूप में SG-02 CPU राउटर;
- WUser2 - उन उपयोगकर्ताओं के लिए जो प्राथमिक सेवा गेटवे के रूप में SG-02 सीपीयू राउटर का उपयोग करते हैं, और बैकअप सेवा गेटवे के रूप में SG-01 CPU राउटर।


VRF WUsers1 और WUser2 में प्राथमिक / बैकअप सर्विस गेटवे की एक जोड़ी का चयन डायनामिक रूटिंग के माध्यम से किया जाता है और वर्चुअल कम्युनिकेशन चैनलों को अलग-अलग लागतें प्रदान करता है।

वितरण स्तर पर लोड संतुलन

वितरण स्तर के प्रत्येक L3 स्विच के भीतर उपयोगकर्ताओं के वर्चुअल चैनल (VLAN) को सौंपा गया आईपी नेटवर्क दो आरएफ द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस प्रकार, वायरलेस उपयोगकर्ता, जिनके आधार पर एपी समूह को वायरलेस एक्सेस कंट्रोलरों द्वारा शामिल किया गया था, विभिन्न वीआरएफ में आते हैं और सेवा गेटवे के बीच लोड संतुलन प्रदान करते हुए प्राथमिक / बैकअप सर्विस गेटवे के विभिन्न जोड़े का उपयोग करते हैं।

वितरण स्तर स्विच में से एक की विफलता की स्थिति में, सभी उपयोगकर्ताओं को वायरलेस नेटवर्क के साथ फिर से कनेक्ट करने और नए आईपी नेटवर्क से आईपी पते प्राप्त करने के साथ शेष स्विच पर स्विच किया जाएगा। स्विच किए गए वायरलेस उपयोगकर्ताओं के आईपी नेटवर्क को दो वीआरएफ में भी वितरित किया जाता है। इस प्रकार, बीएनजी के बीच लोड संतुलन बनाए रखा जाता है, इस तथ्य की परवाह किए बिना कि कुछ समय पर वितरण स्तर का केवल एक एल 3 स्विच कार्य कर रहा है।

एक सेवा गेटवे कनेक्शन का आरक्षण अलग-अलग आईपी सबनेट पर स्थित डुप्लिकेट किए गए आभासी संचार चैनलों का उपयोग करके आयोजित किया जा सकता है और सेवा गेटवे के विभिन्न भौतिक बंदरगाहों पर समाप्त हो सकता है।
भौतिक योजना और नेटवर्क टोपोलॉजी, साथ ही साथ तार्किक संचार चैनलों के आयोजन के लिए इसी योजना को इस लेख में प्रस्तुत नहीं किया गया है। इन स्तरों पर उपयोग किए जाने वाले समाधान निरर्थक भौतिक और तार्किक संचार चैनलों के संगठन के लिए भी प्रदान करते हैं।

वितरण स्तर पर रूटिंग योजना को आंकड़े 1 और 2 में दिखाया गया है।

वितरण स्तर और CPU के बीच रूटिंग ट्रैफ़िक

सीपीयू की सेवाओं के यूआर और गेटवे के स्विच के बीच संचार का संगठन निम्नलिखित तरीकों में से एक द्वारा संभव है:

एक मध्यस्थ "L3- हॉप" के उपयोग के बिना, OSI मॉडल के दूसरे स्तर पर।
मध्यवर्ती "L3 हॉप" का उपयोग करना।
पहले समाधान के लिए अधिक संसाधनों (वीएलएएन आईडी, एसटीपी) की आवश्यकता होती है।
दूसरी विधि का उपयोग करते समय, स्विच के ढेर जिस पर 2 वीआरएफ बनाए जाते हैं, मध्यवर्ती राउटर के रूप में कार्य कर सकते हैं।

यह समाधान सीपीयू और एसडी सेवाओं के प्रवेश द्वार के बीच संचार स्थापित करने के लिए आवश्यक आभासी चैनलों (वीएलएएन) की संख्या को काफी कम कर सकता है।

यूआर और राउटर के सीपीयू सेवाओं के राउटर के बीच संचार योजना को चित्र 3 में दिखाया गया है।

समतुल्य आभासी संचार चैनलों को सौंपे गए समान ओएसपीएफ प्रोटोकॉल मैट्रिक्स, आभासी संचार चैनलों के बीच वायरलेस उपयोगकर्ता यातायात के वितरण की अनुमति देता है और, परिणामस्वरूप, भौतिक संचार लाइनों के बीच यातायात संतुलन प्रदान करता है।

सीपीयू में एनएटी

NAT राउटर निजी आईपी पतों (नेटवर्क एड्रेस ट्रांसलेशन, NAT) का सार्वजनिक आईपी पतों में अनुवाद (अनुवाद) करते हैं। आईपी ​​एड्रेस ट्रांसलेशन मैकेनिज्म को लागू करने के लिए, यूनिक पब्लिक आईपी एड्रेस का एक पूल आवंटित करना आवश्यक है। राउटर की एक जोड़ी के लिए संगत NAT समूह बनाए जाते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक राउटर को मुख्य (सक्रिय) और दूसरे को बैकअप के रूप में चुना जाता है। मुख्य राउटर की विफलता के मामले में, बैकअप सक्रिय हो जाता है, सेवा उपयोगकर्ता सत्रों के लिए जारी रहता है।

सर्विस गेटवे और NAT राउटर के बीच रूटिंग

NAT राउटर का उपयोग करते समय, निम्नलिखित प्रतिबंधों पर विचार किया जाता है:

• NAT राउटर केवल स्थिर मार्गों का उपयोग करते हैं;
• प्रत्येक NAT समूह के लिए दो वर्चुअल नेटवर्क (VLAN) आवंटित किए जाते हैं: VLAN के अंदर और VLAN के बाहर;

वीएलएएन के अंदर सीपीयू सेवा गेटवे के साथ संचार करने के लिए उपयोग किया जाता है। वीएलएन के बाहर का उपयोग बीजीपी एज राउटर के साथ संचार करने के लिए किया जाता है।

दोष सहिष्णुता को बढ़ाने के लिए, प्रत्येक बीएनजी को जोड़ने के लिए दो भौतिक इंटरफेस का उपयोग किया जाता है। विभिन्न उपकरणों की विशेषताओं के कारण, साथ ही बाहरी आईपी पते के पूल को विशिष्ट बीएनजी के लिए सख्ती से बांधने की आवश्यकता है, यह निम्नलिखित प्रतिबंधों का उपयोग करने का प्रस्ताव है:
- इथरांचल तकनीक का उपयोग न करें, लेकिन एल 3 मार्ग का उपयोग करके लोड संतुलन और अतिरेक का आयोजन करें;
- प्रत्येक NAT राउटर के लिए, BNG के साथ संवाद करने के लिए एक भौतिक चैनल का उपयोग करें।

इस प्रकार, बीएनजी और एनएटी राउटर के बीच एक मध्यवर्ती "एल 3-नोड" (इसके बाद एएसबीआर सीपीयू के रूप में संदर्भित) की आवश्यकता है। मध्यवर्ती नोड निम्नलिखित कार्य करेगा:
- 0 क्षेत्र के लिए OSPF ASBR।
- क्षेत्र 0 के लिए डिफ़ॉल्ट मार्गों का वितरण।
- NAT रूट से आने वाले पैकेट OSPF ABR की ओर।
- ओएसपीएफ क्षेत्र 0 से एनएटी राउटर्स (डिफ़ॉल्ट गेटवे) के लिए आने वाले पैकेटों की स्टेटिक रूटिंग।

बीएनजी और एनएटी राउटर्स प्रदान करने वाले एल 3 स्विच के ढेर द्वारा एक मध्यवर्ती राउटर की भूमिका निभाई जा सकती है, जिस पर 2 वीआरएफ (वीआरएफ लाइट [9]) इस उद्देश्य के लिए बनाए गए हैं: Users1_out और Users2_out।

एल 3 स्विच के ढेर का उपयोग करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह आपको इसकी अनुमति देता है:
- प्रत्येक एनएटी राउटर के साथ आभासी संचार चैनलों को व्यवस्थित करने के लिए दोनों भौतिक बीएनजी कनेक्शन का उपयोग करें;
- बीएनजी के भौतिक इंटरफेस के बीच लोड संतुलन प्रदान करें;
- सुनिश्चित करें कि स्टैक के L3 स्विच के बीएनजी कनेक्शन को संरक्षित किया जाता है, स्टैक के एल 3 स्विच में से एक की विफलता या बीएनजी के भौतिक इंटरफेस में से एक के संचालन के साथ समस्याएं।

समाधान की एक और विशेषता एल 3 स्विच के ढेर पर दो वीआरएफ का उपयोग है।
यह प्रत्येक बीएनजी को एक विशिष्ट ASBR (चित्र 4 देखें) को सख्ती से "बाइंड" करने के लिए आवश्यक है और, तदनुसार, एक विशिष्ट बीएनजी के बाहरी आईपी पते के पूल को बांधें।
इनमें से प्रत्येक वीआरएफ (Users1_out और Users2_out) के लिए, L3 स्विच के ढेर पर स्वतंत्र OSPF प्रक्रिया शुरू की जाती है। BNG और VRF Users1_out और स्विच स्टैक के Users2_out के बीच वर्चुअल संचार चैनल OSPF के 0 वें (मुख्य) क्षेत्र में हैं।

ASBR और NAT राउटर के बीच रूटिंग के लिए, स्टैटिक रूटिंग का उपयोग किया जाता है:

• VRF Users1_out में - वर्चुअल IP एड्रेस NAT-group1 के माध्यम से डिफ़ॉल्ट स्थिर मार्ग;
• VRF Users2_out में NAT-group2 के वर्चुअल IP पते के माध्यम से डिफ़ॉल्ट स्थिर मार्ग;
• पहले NAT राउटर के लिए, IP पता VRF Users1_out के माध्यम से वायरलेस उपयोगकर्ताओं के आईपी नेटवर्क पर स्थिर मार्ग;
• दूसरे NAT राउटर के लिए, VRF Users2_out के IP पते के माध्यम से वायरलेस उपयोगकर्ताओं के आईपी नेटवर्क पर स्थिर मार्ग।

OSPF प्रक्रियाओं में डिफ़ॉल्ट मार्ग वितरित करने के लिए, ASBR VRF Users1_out और ASBR Users2_out डिफ़ॉल्ट मार्ग उत्पत्ति फ़ंक्शन को सक्षम करते हैं।

मध्यवर्ती "L3- नोड" का उपयोग करने वाली योजना चित्र 4 में प्रस्तुत की गई है।
समतुल्य आभासी संचार चैनलों को सौंपे गए समान OSPF प्रोटोकॉल मेट्रिक्स, वर्चुअल संचार चैनलों के बीच वायरलेस उपयोगकर्ता ट्रैफ़िक के वितरण की अनुमति देता है और परिणामस्वरूप, भौतिक संचार लाइनों के बीच ट्रैफ़िक संतुलन, जिसके माध्यम से CPU सर्विस गेटवे स्विच स्टैक से जुड़े होते हैं।

ASBR CPU एक OSPF बॉर्डर राउटर है और इसका उपयोग अन्य रूटिंग सेगमेंट, NAT IP एड्रेस पूल और इंटरनेट से मार्गों को फिर से विभाजित करने के लिए किया जाता है।

सीपीयू एएसबीआर और एनएटी राउटर के बीच यातायात को संतुलित और संतुलित करना

वर्चुअल कम्युनिकेशन चैनल ASBR CPU और NAT राउटर के बीच बनाए गए हैं जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है। NAT रूटर्स पर गेटवे की डिफ़ॉल्ट गलती सहिष्णुता HSRP (हॉट स्टैंडबाय राउटर प्रोटोकॉल [11]) तंत्र का उपयोग करके लागू की जा सकती है।

NAT राउटर के इंटरफेस दो HSRP समूहों का उपयोग करते हैं। पहला HSRP समूह NAT-group1 के लिए डिफ़ॉल्ट गेटवे के संचालन के लिए जिम्मेदार है, दूसरा HSRP समूह NAT-group2 के लिए डिफ़ॉल्ट गेटवे के संचालन के लिए जिम्मेदार है, जैसा कि चित्र 5 में दिखाया गया है।

NAT राउटर और नेटवर्क एज राउटर के बीच रूटिंग

प्रस्तावित समाधान में, नेटवर्क-एज राउटर (बाहरी-राउटर, देखें 6 सेकंड) पर स्टेटिक रूटिंग और एचएसआरपी प्रोटोकॉल का उपयोग करके राउटिंग किया गया था। इस निर्णय को इस लेख में विस्तार से नहीं माना गया है।


NAT राउटर और एज राउटर के बीच वर्चुअल लिंक बनाए जाते हैं। किनारे के राउटर पर डिफ़ॉल्ट गेटवे की दोष सहिष्णुता का उपयोग एचएसआरपी तंत्र या इसी तरह के उपकरणों के उपयोग की क्षमताओं के आधार पर किया जा सकता है। इस प्रयोजन के लिए दो एचएसआरपी समूहों का उपयोग किया जाता है।
रूटिंग स्कीम को चित्र 6 में दिखाया गया है।






कठिनाइयों में से एक समाधान का डिज़ाइन था, जिसमें महत्वपूर्ण संख्या में नोड्स, सेवाएं और संबंधित सिस्टम शामिल थे, जिनके साथ एकीकरण सुनिश्चित करना आवश्यक था। साथ ही विभिन्न प्रणालियों और सेवाओं के डिजाइन के लिए जिम्मेदार कलाकार।

सीखे गए पाठों के आधार पर कई निष्कर्ष:
- ट्रैफ़िक रूटिंग सहित सेवाओं का एंड-टू-एंड डिज़ाइन निष्पादित करें;
- अलग-अलग आईपी नोड्स (बीएनजी, एनएटी राउटर, सीमा बीजीपी राउटर) में कार्यात्मक घटकों को अलग करें;
- स्टैकेबल राउटर डिजाइन समाधान को बहुत सरल करते हैं।
- वर्चुअल पी 2 पी चैनलों का उपयोग करते समय , राउटर इंटरफेस पर ospf को सही ढंग से कॉन्फ़िगर करने के लिए मत भूलना ;)
अद्यतन: समाधान का एक बहुत विस्तृत विवरण जोड़ा गया। मुझे उम्मीद है कि यह स्पष्ट हो गया है।
चित्र सही।

2008 की सामग्री से तैयार किया गया।
आप लर्निंग क्लब वेबसाइट या दूरसंचार उपकरण निर्माताओं के सूचना संसाधनों पर दूरसंचार ऑपरेटरों के नेटवर्क में आधुनिक बीएनजी के उपयोग के बारे में जान सकते हैं।