نسل جديد روترها (قسمت دوم)

واضح آرشیو وب فارسی:سایت دانلود رایگان:

راه‌حل مشكلات روترهاي شبكه از ديدگاه يكي از بنيان‌گذاران اينترنت

[تصویر: 1004659.jpg]

نويسنده: لورنس جي رابرتس منبع: IEEE Spectrum، ژوئيه 2009 ترجمه: محمد ناصح

اشاره:

امروز ترافيك اينترنت به سرعت افزايش مي‌يابد و ماهيت آن پيچيده‌تر و متغيرتر از قبل مي‌شود. به‌ويژه در برنامه‌هاي صوتي و تصويري شاهد نوعي انفجار اطلاعاتي هستيم. در سراسر دنيا ميليون‌ها نفر براي برقراري تماس‌هاي صوتي از Skype استفاده‌مي‌كنند و براي به اشتراك‌گذاري فايل‌هاي ويديويي به سراغ سايت‌هاي اشتراك فيلم مي‌روند.

اينترنت دچار نقص شده‌است. اين را مي‌دانم، زيرا من آن را طراحي کرده‌ام. در سال 1967 من اولين نقشه اينترنت را كه در واقع پدر اينترنت امروزي‌است، طراحي كردم. اين طرح ARPANET (سرنام Advanced Research Projects Agency Network) نام داشت. سپس رهبري گروه طراحي و ساخت آن را بر عهده گرفتم. ايده اصلي كار، به‌اشتراك‌گذاري زيرساخت‌هاي موجود شبكه به‌واسطه ارسال بسته‌هاي اطلاعاتي كوچك بود. اگرچه ممكن بود زمان رسيدن اين بسته‌هاي اطلاعاتي متفاوت باشد، اما اغلب به مقصد مورد نظر مي‌رسيدند. كامپيوترهاي كوچكي كه ترافيك اطلاعات را مسيردهي مي‌كردند (و من آن‌ها را Interface Message Processor يا IMP مي‌ناميدم)، به صورت روترهاي امروزي تغيير شكل دادند و مدت زماني طولاني همراه با رشد شگفت‌انگيز شبكه، متحول شدند. تا اين‌كه اوضاع تغيير كرد...
حل مشکل با روترهاي جديد
مديريت جريان اطلاعات مي‌تواند مشكل كمبود ظرفيت را حل كند. با وجود اين كه در پخش فايل‌هاي ويديويي و صوتي مفهوم جريان اطلاعات بهتر درك مي‌شود، اين مفهوم درباره تمام ترافيك اينترنت صادق است. كليد رويكرد ما اين است كه هر بسته اطلاعاتي حاوي مشخصات كامل جريان اطلاعاتي مربوطه است. براساس پروتكل IPv4 اين مشخصات در هِدر بسته اطلاعاتي كپسوله شده و پنج خصوصيت آدرس مبدأ، شماره پورت مبدأ، آدرس مقصد، شماره پورت مقصد و پروتكل را شامل مي‌شود.
در تمام بسته‌هايي كه جزئي از يك جريان محسوب مي‌شوند، خصوصيات شناسايي مذكور مشترك هستند. بنابراين، در مديريت جريان اطلاعات كافي است اولين بسته را به‌طور مؤثر پردازش (يا مسيريابي) كنيد. سپس بايد پارامترهاي مسيريابي مربوط به آن بسته را در يك جدول Hash ذخيره كنيد. اين ساختارداده امكان يافتن سريع اطلاعات را فراهم مي‌كند. هنگام دريافت يك بسته جديد، روتر اطلاعات شناسايي آن را با اطلاعات موجود در جدول مقايسه كرده و در صورت يكسان بودن اطلاعات، آن بسته را بخشي از جريان اطلاعات مسيريابي شده، محسوب‌مي‌كند. سپس اين بسته به سرعت به يك پورت خروجي مخابره (به عبارت دقيق‌تر، سوييچ) مي‌شود و در زمان و توان صرفه‌جويي مي‌شود.
در صورتي که ترافيك بيش از حد سنگين شود، بازهم بايد بسته‌هاي اطلاعاتي‌حذف شوند. اما در اين روش حذف بسته‌ها به‌صورت هوشمندانه است. به‌واسطه نظارت بر بسته‌هاي ورودي مي‌توانيد بي‌درنگ از استمرار، ميزان عبوردهي، بايت‌هاي منتقل شده، اندازه متوسط بسته و ساير خصوصيات هر جريان اطلاعاتي آگاه شويد. به‌عنوان مثال، اگر يك جريان اطلاعاتي داراي ميزان عبوردهي ثابت باشد، به‌احتمال به فايل ويديويي يا صوتي مربوط است. براي حفاظت از اين نوع انتقال‌هاي مبتني بر پخش رسانه مي‌توانيد از حذف بسته‌هاي مربوط به جريان اطلاعاتي مذكور اجتناب‌كنيد. براي انواع ديگر ترافيك مانند گشت‌وگذار در وب مي‌توانيد بسته‌هاي اطلاعاتي را به‌طور گزيده حذف‌كنيد تا بدون تخريب جريان انتقال، نرخ ترافيك آن به ميزان مناسب برسد.

[تصویر: newrouters2_s.jpg]

شكل 2- كنترل جريان اطلاعات: روتر Anagran FR-1000 را مي‌توان به يك شبكه فعال متصل كرد و تا چهار ميليون انتقال اطلاعات را به‌طور همزمان به انجام رساند.
اين قابليت به‌ويژه در مديريت ترافيك P2P هنگام سرريز اطلاعات كاربرد دارد. به‌طور قراردادي، شبكه‌هاي P2P با استفاده از تكنيكي موسوم به DPI(سرنام Deep Packet Inspection) فيلتر مي‌شوند. در اين تكنيك بخش اطلاعات هر بسته بازرسي مي‌شود. با مديريت جريان اطلاعات مي‌توانيد ارتباطات P2P را شناسايي كنيد، زيرا اين نوع ارتباط براساس ارسال جريان‌هاي بلندمدت كار مي‌كند. سپس بدون دستكاري اطلاعات بسته‌ها مي‌توانيد نرخ انتقال آن را به‌طور مناسب محدود كنيد.
از اولين روزهاي راه‌اندازي آرپانت همواره فكر مي‌كردم روترها بايد به جاي بسته‌هاي مستقل، تمام جريان اطلاعات را مسيريابي كنند. چرا اين كار قبلاً انجام نشده است؟ علت اين است كه تا چندي پيش، تراشه‌هاي حافظه بسيار گران بودند. براي ذخيره جدول Hash همراه پارامترهاي مسيريابي مربوط به يك جريان اطلاعات حجم زيادي از حافظه لازم است (يك خط ارتباطي با سرعت انتقال يك گيگابيت درثانيه، معمولاً حدود صد هزار جريان اطلاعاتي را منتقل مي‌كند). اگر چهل سال قبل مي‌خواستيد جدول مسيريابي يك جريان اطلاعاتي را در يك IMP ذخيره كنيد، بايد يك ميليون دلار صرف خريد حافظه مورد نياز مي‌كرديد. اما حدود يك دهه قبل با كاهش هزينه حافظه، طراحي تجهيزات مديريت جريان اطلاعات مقرون به صرفه شد.
در سال 1999 مؤسسه Caspian Networks را بنيان‌گذاري كردم تا روترهاي بزرگي را براي مسيريابي جريان‌هاي ترابيتي توليد كند و قصد داشتم اين روترها را به مؤسساتي بفروشم كه از زيرساخت‌هاي اصلي اينترنت نگهداري مي‌كنند. اما ورود به اين بازار بسيار مشكل بود. به نظر مي‌رسد، علاوه بر تكنيك‌هايي مانند فشرده‌سازي و تغيير ترافيك، ابزارهاي بسياري در اختيار اين مؤسسات وجود دارد كه بدون حل اساسي مشكل، ترافيك بيش از حد را رفع و رجوع مي‌كند.
در سال 2004 تصميم گرفتم از شركت کاسپين خارج شده و مؤسسه Anagran را بنيان‌گذاري كنم. تمركز اين مؤسسه تجهيزات كوچك‌تر مديريت جريان و رفع دو مشكل اضافه‌بار و تأخير است. ما تجهيزاتي را طراحي كرديم تا در حاشيه شبكه به‌كار روند. سرويس‌دهندگان اينترنت ترافيك ارسالي را از كاربران باندپهن در همين محل‌ها جمع‌آوري مي‌كنند و اتصالات شبكه‌اي سازمان‌ها با دنياي خارج از همين نقاط برقرار مي‌شود. تقريباً تمام اضافه بار ترافيكي در حاشيه شبكه رخ مي‌دهد.

مرتب‌سازي بسته
سيستم مديريت جريان مؤسسه Anagra موسوم به FR-100 را مي‌توان جايگزين روترها و سيستم‌هاي DPI كرده يا آن را به شبكه‌هاي موجود ضميمه كرد. اين سيستم تا چهار ميليون جريان را كه مجموع اطلاعات عبوري آن‌ها معادل هشتاد گيگابيت برثانيه است، به‌طور همزمان مديريت مي‌كند. بخش سخت‌افزاري سيستم برخلاف مدارهاي ASIC از اجزاي ارزان‌قيمت ساخته‌شده و موجب كاهش هزينه‌هاي توسعه مي‌شود. ما الگوريتم‌هاي مسيريابي جريان‌ها را در قالب يك آرايه قابل برنامه‌نويسي يا FPGA مرتب كرده‌ايم و حافظه روترها از تراشه‌هاي متداول، استاندارد و پرسرعت DRAM تشكيل شده است. سيستم FR-100 داراي مدل‌هاي مختلفي است كه قيمت آن‌ها از حدود سي هزار دلار آغاز مي‌شود.
سيستم FR-100 مانند يك روتر عادي پورت‌هاي ورودي و خروجي دارد، اما اين تنها شباهت آن‌ها است. به خاطر داشته باشيد، در روترهاي عادي تراشه‌هاي مسيريابي و در صف قرار دادن بسته‌ها حدود هشتاددرصد توان و فضا را اشغال مي‌كند. تراشه‌هاي سيستم FR-100 به دليل مسيريابي اولين بسته از هر جريان، كار كمتري را متحمل مي‌شوند و حدود يك درصد از توان مصرفي روترهاي عادي را به كار مي‌گيرند.

[highlight=#000000]مسيريابي جريان چگونه کار مي‌کند؟[/highlight]

در سيستم FR-100 تراشه‌هاي رديف کردن بسته‌ها وجود ندارند. هنگام تجمع اطلاعات، اين سيستم نرخ جريان‌هاي اطلاعاتي را هنگام ورود تنظيم مي‌كند. اگر نرخ يك جريان ورودي بيش از حد زياد باشد، سيستم تنها يك بسته را از جريان خارج مي‌كند تا سيستم ارسال‌كننده، سرعت انتقال را كاهش دهد. اين سيستم برخلاف روترهاي عادي به جاي حذف تصادفي بسته‌ها يا قراردادن آن‌ها در انتظار، اطلاعات خروجي بازخوردي را براي اطلاعات ورودي ارسال مي‌كند. اگر پهناي باند كافي در دسترس باشد، سيستم آهنگ جريان‌هاي ورودي را سريع‌تر مي‌كند؛ اگر پهناي باند كافي نباشد، روتر جريان ورودي را كندتر كرده يا بسته‌هايي را حذف مي‌كند.
سيستم FR-100 با حذف مدارهاي پرمصرف، به حدود سيصد وات توان نياز دارد كه اين ميزان معادل يك پنجم توان مصرفي روترهاي مشابه است. به‌علاوه، تنها يك واحد از رک‌هاي عادي را اشغال مي‌كند كه معادل يك دهم فضاي موردنياز روترهاي مشابه است. ما پيش‌بيني مي‌كنيم كه اين تجهيزات هزينه‌هاي عملياتي را به ازاي هر گيگابيت درثانيه به اندازه مضربي از عدد ده كاهش دهند. آزمايش‌هايي كه در لابراتوار و توسط كاربران روي FR-100 انجام گرفته، گوياي اين است كه شبكه‌هاي مجهز به سيستم مديريت جريان مي‌توانند تعداد بسيار زيادتري از رسانه‌هاي صوتي و تصويري را بدون تغيير در كيفيت آن‌ها پخش كنند.
يكي ديگر از قابليت‌هاي مهمي كه آزمايش كرديم، توانايي اين تجهيزات در انتقال اطلاعات هنگام تراكم ترافيك بود. در اين‌ آزمون، اطلاعات دو اتصال با سرعت صد مگابيت برثانيه‌ توسط يك روتر عادي و سيستم مديريت جريان Anagran مسيريابي شد. ما به‌طور پيش‌رونده جريان‌هاي TCP را افزايش داده و زمان مورد نياز را براي بارگذاري يك صفحه وب اندازه‌گيري كرديم. پس از اشباع ظرفيت خط اتصال، روتر عادي اقدام به حذف بسته‌هاي اطلاعاتي كرد و با افزايش جريان‌ها مدت‌زمان لازم براي بارگذاري صفحه به‌طور نمايي افزايش يافت. سيستم مديريت جريان Anagra توانست آهنگ جريان‌هاي اطلاعاتي را كنترل كند، سرعت آن‌ها را به‌طور مناسب كاهش دهد و با افزايش جريان‌ها زمان لازم براي بارگذاري صفحات به‌طور خطي افزايش يافت. نتيجه اين كه هنگام عبور هزار جريان، سيستم مديريت جريان صفحه وب را در پانزده ثانيه بارگذاري كرد، در حالي كه روتر عادي براي انجام اين كار به 65 ثانيه زمان نياز داشت.
يكي ديگر از قابليت‌هاي سيستم كه مورد آزمايش قرارگرفت، كنترل‌هاي همساني بود. در حال حاضر برنامه‌هاي P2P به دليل استفاده از چندين جريان (از 10 تا 1000 جريان) براي هركاربر، بخش زيادي از پهناي باند را اشغال مي‌كنند. اما سرويس‌هايي مانند پردازش ابري كه براي دسترسي به سرورهاي ذخيره و پردازش اطلاعات به برنامه‌هاي وب متكي هستند، موجب تشديد مشكل مي‌شوند. ما در يكي از دانشگاه‌هاي ايالات متحده ترافيك شبكه بي‌سيم را كه در آن تعداد اندكي از كاربران برنامه‌هاي P2P بيش از هفتاد درصد پهناي باند را مصرف مي‌كردند، اندازه‌‌گيري كرديم.
اقدامات اوليه براي حل مشكل با استفاده از سيستم‌هاي DPI با شكست مواجه شده بود، زيرا برنامه‌هاي P2P معمولاً بسته‌هاي اطلاعاتي را كدگذاري مي‌كنند و در نتيجه شناسايي آن‌ها بسيار مشكل مي‌شود. تجهيزات Anagran به‌واسطه نظارت بر تعداد و طول جريان‌هاي مختص هركاربر توانست تراكنش P2P را شناسايي‌كند. اين سيستم به‌جاي غيرفعال‌كردن اتصالات P2P ميزان جريان عبوري آن‌ها را به‌طور مؤثر تعديل كرد. پس از فعال‌سازي كنترل‌هاي همساني ترافيك P2P تا حدود دودرصد از پهناي باند كاهش يافت.
نتيجه اين كه انتقال ترافيك در قالب جريان به جاي بسته‌هاي اطلاعاتي، موجب بهبود كاركرد شبكه‌ها مي‌شود. سيستم مديريت جريان، به‌واسطه حذف تأخيرات متعدد و حذف اتفاقي بسته‌هاي اطلاعاتي كه توسط روترهاي عادي انجام مي‌شود، اطلاعات بيشتري را از پيوندهاي ارتباطي عبور مي‌دهد و صحت پخش رسانه‌هاي صوتي و تصويري را تضمين مي‌كند. اين سيستم تمام وظايف مذكور را بدون هيچ تغييري در پروتكل TCP/IP به انجام مي‌رساند. حال اين پرسش مطرح مي‌شود كه آيا اينترنت واقعاً دچار نقص شده است؟ خوب، شايد اين گفته كمي اغراق‌آميز باشد.با وجود اين، سيستم مسيريابي چهل ساله اينترنت نيازمند بازسازي است. بايد مي‌دانستم.

منابعي براي مطالعه بيشتر
- براي کسب اطلاعات بيشتر درباره مديريت جريان اطلاعات و سيستم Anagran FR-100 به آدرس http://www.anagran.com مراجعه كنيد. همچنين مي‌توانيد مقالات Flow Rate Management و TCP Rate Control [With IFD [Intelligent Flow Delivery را در ‌سايت لورنس جي رابرتس به آدرس http://www.packet.cc ببينيد.
- براي کسب اطلاعات بيشتر درباره مسيريابي اينترنت به آدرس بخش Routing Research Group از مؤسسه Internet Research Task Force به آدرس http://www.irtf.org/charter?gtype=rg&group=rrg و همچنين ‌سايت بخش Routing Area از مؤسسه Internet Engineering Task Force به آدرس http://www.ietf.org/html.charters/wg-dir.html مراجعه كنيد.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت دانلود رایگان]

[مشاهده در: www.freedownload.ir]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 102]