ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ. 8.1 Εισαγωγή

Transcript

1 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 8.1 Εισαγωγή Η διατριβή συµβάλλει στην ανάπτυξη µεθόδων παροχής ΠοιΥπ σε DiffServ IP δίκτυα και το επιτυγχάνει µε δύο διαφορετικούς τρόπους: µε την παρουσίαση µεθόδων παροχής ΠοιΥπ που παρέχουν απόλυτη ή σχετική διαφοροποίηση (absolute or relative DiffServ) και διαχειρίζονται αποτελεσµατικά τους πόρους του δικτύου (π.χ. αποδοτική διαχείριση του διαθέσιµου εύρους ζώνης). Στην απόλυτη διαφοροποίηση, ένα σχέδιο ελέγχου αποδοχής χρησιµοποιείται που παρέχει εγγυήσεις ΠοιΥπ ως απόλυτα όρια των συγκεκριµένων παραµέτρων ποιότητας όπως το εύρος ζώνης (bandwidth), η καθυστέρηση µεταφοράς πακέτων (packet delay), το ποσοστό απώλειας πακέτων (packet loss), ή η καθυστέρηση µεταξύ των πακέτων (jitter). Το σχετικό πρότυπο διαφοροποίησης παρέχει εγγυήσεις ΠοιΥπ ανά κλάση που είναι σχετικές µε τις εγγυήσεις που δίνονται στις άλλες κλάσεις. Η µόνη διαβεβαίωση από το δίκτυο είναι ότι οι υψηλότερης προτεραιότητας κλάσεις λαµβάνουν καλύτερο επίπεδο υπηρεσίας από τις χαµηλότερες σε προτεραιότητα κλάσεις. Οι τιµές των παραµέτρου ΠοιΥπ µιας σύνδεσης εξαρτώνται από το τρέχον φορτίο του δικτύου δεδοµένου ότι δεν υπάρχει µηχανισµός ελέγχου αποδοχής και δέσµευσης πόρων. Με την υλοποίηση αυτών των σχηµάτων διαφοροποίησης σε συστήµατα διαχείρισης που χρησιµοποιούν ΚΠς και καταργούν τη ανάγκη ύπαρξης παραδοσιακών συγκεντρωτικών σύνθετων συστηµάτων διαχείρισης δικτύων. Ένας ΚΠ είναι ένα αυτόνοµο πρόγραµµα λογισµικού που εκτελεί έναν στόχο εξ ονόµατος ενός χρήστη ή µιας άλλης διαδικασίας. Οι ΚΠς µπορούν να συνεργαστούν ο ένας µε τον άλλον, να εκτελέσουν ασύγχρονες ή σύγχρονες διαδικασίες και να µεταναστεύσουν στους µακρινούς κόµβους προκειµένου να ολοκληρώσουν κάποιο στόχο. Ο ΚΠ µπορεί να χρησιµοποιήσει τις υπηρεσίες που προσφέρει το σύστηµα προορισµού. Αυτή η προσέγγιση βελτιώνει τα συστήµατα διαχείρισης από την άποψη ευελιξίας και αποτελεσµατικότητας. 225

2 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP 8.2 Ανακεφαλαίωση Καινοτοµικών Στοιχείων της ιατριβής Για να επιτύχουµε τις απόλυτες εγγυήσεις ΠοιΥπ σε ροές στην αρχιτεκτονική DiffServ, παρουσιάσαµε έναν παραµετρικό αλγόριθµο ελέγχου αποδοχής και δύο µετρητικούς αλγόριθµους ελέγχου αποδοχής µε χαρακτηριστικά την κλιµακοθετησιµότητά τους όσον αφορά τον αριθµό ροών στο δίκτυο, την αποτελεσµατικότητά τους στη χρησιµοποίηση των διαθέσιµων πόρων του δικτύου και τέλος τη συµβατότητά τους µε την υποδοµή των δικτύων της αρχιτεκτονικής DiffServ. Τα σχήµατα ελέγχου αποδοχής που ακολουθούν την παραµετρική προσέγγιση, απαιτούν να διατηρούνται πληροφορίες κατάστασης σε κάθε κόµβο ανά κυκλοφοριακή ροή. Αυτό δηµιουργεί περιορισµούς κλιµακοθετησιµότητας και δυνατότητας εφαρµογής τους σε µεγάλης κλίµακας δίκτυα. Αντίθετα, οι µετρητικοί έλεγχοι αποδοχής, στηρίζονται στις µετρήσεις της πραγµατικής κυκλοφορίας για τη λήψη των αποφάσεων αποδοχής. Είναι σε θέση να παίρνουν αποφάσεις χωρίς την εκ των πρότερων διαφύλαξη πόρων, και χωρίς διατήρηση πληροφοριών κατάστασης ανά αποδεχόµενη ροή. Εντούτοις, λόγω της µη-στατικής συµπεριφοράς των πηγών κίνησης, παρέχουν µια περισσότερο στατιστική παρά µια ντετερµινιστική υπηρεσία. Από τα πειράµατα που διεξήχθησαν καταλήξαµε στο συµπέρασµα ότι οι µετρητικές προσεγγίσεις δίνουν λύσεις στους περιορισµούς των παραµετρικών µεθόδων που είναι περισσότερο κλιµακοθετήσιµες και ευκολότερες στην εφαρµογή τους δίνοντας µικρές αποκλίσεις στις απόλυτες απαιτήσεις ΠοιΥπ των χρηστών. Η αρχιτεκτονική της σχετικής διαφοροποίησης υπηρεσιών είναι µια ελπιδοφόρος προσέγγιση για την παροχή διαφοροποιηµένων υπηρεσιών στα δίκτυα IP λόγω της ευκολίας εφαρµογής και διαχείρισής της. Το αναλογικό πρότυπο διαφοροποίησης είναι ένα ποιοτικό σχήµα σχετικής διαφοροποίησης, το οποίο ελέγχει τις αναλογίες των καθυστερήσεων ή των ποσοστών απωλειών πακέτων κλάσεων διαδοχικής προτεραιότητας προκειµένου αυτό να διατηρείται σταθερό. Ένα πρότυπο αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης παρουσιάστηκε, το οποίο εισάγει στο χρονοπρογραµµατιστή CBQ το χαρακτηριστικό γνώρισµα της δυναµικής προσαρµογής των ρυθµών εξυπηρέτησης των κλάσεων. Η θεµελιώδης υπόθεση που υιοθετείται σε αυτό το πλαίσιο είναι ότι το µέγεθος των ουρών αναµονής των κλάσεων είναι άπειρο, έτσι τα πακέτα των κλάσεων δεν υφίστανται απώλειες. Το προτεινόµενο πρότυπο DB - CBQ ρυθµίζει το ρυθµό εξυπηρέτησης των κλάσεων σε έναν χρονοπρογραµµατιστή CBQ σε καθορισµένα χρονικά διαστήµατα, έτσι ώστε η κατανοµή του ρυθµού εξυπηρέτησης σε κάθε κλάση να είναι ανάλογη του µέσου φορτίου της ουράς αναµονής της και της παραµέτρου διαφοροποίησης που έχει προδιαγραφεί για αυτή. Χρησιµοποιώντας τις ανισότητες εφικτότητας και εφαρµόζοντας τις 226

3 µετρήσεις καθυστέρησης ενός χρονοπρογραµµατιστή απόλυτης προτεραιότητας καθορίσαµε την περιοχή εφικτών DDPs παραµέτρων. Εξετάσαµε στη συνέχεια το πρότυπό µας ως προς την επίτευξη αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης για ένα σύνολο των εφικτών DDPs. Ακολούθως, εξετάσαµε αν το πρότυπό µας µπορεί να εκπληρώνει ταυτόχρονα απόλυτους και σχετικούς περιορισµούς. Τέλος, µετρήσαµε τις από άκρο σε άκρο καθυστερήσεις των πακέτων ροών κίνησης που διασχίζουν µονοπάτια DB-CBQ δροµολογητών. Στη συνέχεια µελετάµε το πρόβληµα της βελτίωσης και της δίκαιας παροχής απόλυτων εγγυήσεων ΠοιΥπ από την άποψη των καθυστερήσεων πακέτων σε συνδέσεις που έχουν καθιερωθεί κατά µήκος ενός δικτύου DiffServ επαναπροσδιορίζοντας σε πραγµατικό χρόνο το ρυθµό εξυπηρέτησης των πακέτων κάθε κλάσης στους χρονοπρογραµατιστές των συνδέσεων. Υποθέτουµε ότι το δίκτυο χρησιµοποιεί χρονοπρογραµµατιστές καταµερισµού σύνδεσης όπως συνηθίζεται στα περισσότερα DiffServ δίκτυα. Το πρόβληµα επανακαθορισµού του ρυθµού εξυπηρέτησης κάθε κλάσης στη σύνδεση εξόδου ενός δροµολογητή καθορίζεται, διατυπώνεται µαθηµατικά και επιλύεται µε τη βοήθεια των αποδοτικών ευρετικών αλγορίθµων, που παρέχουν τις βέλτιστες λύσεις σε λογικό χρόνο. Η εκτεταµένη έκδοση του σχήµατος επανακαθορισµού εξετάζει τις περιπτώσεις όπου οι διαθέσιµοι πόροι αποδεικνύονται ανεπαρκείς για την ικανοποίηση των απόλυτων περιορισµών καθυστέρησης κάθε κλάσης υπηρεσίας. Σε αυτή την περίπτωση, η ικανοποίηση των απόλυτων περιορισµών ΠοΥπ για τις υψηλότερες κλάσεις επιτυγχάνεται µε τη απαλοιφή των απόλυτων περιορισµών ΠοιΥπ των χαµηλότερα εκτιµηµένων κλάσεων σε σχέση µε αυτές που παρουσιάζουν το πρόβληµα. Πειραµατικά αποτελέσµατα παρουσιάζονται που εξετάζουν την αποτελεσµατικότητα και την αποδοτικότητα των προτεινόµενων προσεγγίσεων επανακαθορίζοντας µε στατικό ή δυναµικό τρόπο το ρυθµό εξυπηρέτησης κάθε κλάσης στη σύνδεση εξόδου ενός δροµολογητή. Τέλος διεξήχθησαν από άκρο σε άκρο µετρήσεις καθυστέρησης, κατά µήκος των δροµολογητών ενός µονοπατιού στους οποίους εφαρµόστηκε ο αλγόριθµός δυναµικού επανακαθορισµού του ρυθµού εξυπηρέτησης των κλάσεων ώστε να διαπιστωθεί ότι µπορεί να παρέχεται από άκρο σε άκρο απόλυτη διαφοροποίηση καθυστέρησης. Ακολούθως παρουσιάστηκε ένα σύστηµα διαχείρισης ΠοιΥ για IP DiffServ δίκτυα που βασίζεται στην τεχνολογία των κινητών πρακτόρων ΤΚΠ. Η χρησιµοποίηση των ΚΠ ως βασική τεχνολογία σχεδίασης και υλοποίησης του συστήµατος συνέβαλε στην παροχή αποκεντρωµένων υπηρεσιών διάρθρωσης και επίβλέψης. Επιπλέον, προώθησε την καλή σχεδίαση του λογισµικού και κατέστησε σχετικά εύκολη την υλοποίηση του συστήµατος. Οι ΚΠ προσφέρουν την κατάλληλη υποδοµή για την παροχή απόλυτων ή σχετικών DiffServ 227

4 Προηγµένα Συστήµατα ιαχείρισης για την παροχή Απόλυτης και Σχετικής ιαφοροποίησης Ποιότητας Υπηρεσιών σε ίκτυα IP προσεγγίσεων καθώς επίσης και στην περίπτωση της απόλυτης διαφοροποίησης υλοποιούν τις απαραίτητες µεθόδους ελέγχου αποδοχής (παραµετρικός η µετρητικός έλεγχος). Αφ' ετέρου, η απλούστευση σύνθετων εργασιών διαµόρφωσης και επίβλεψης είναι σηµαντική σε σύγκριση µε τις τεχνικές διαχείρισης που βασίζονται στα πρότυπα client-server ή CORBA. Τέλος παρουσιάσαµε µια προσέγγιση που ενισχύει την απόδοση συστηµάτων διαχείρισης δικτύων που βασίζονται σε ΚΠς. Μια εφαρµογή διαχείρισης απόδοσης έχει ως ευθύνη να επιβλέπει το φορτίο των κόµβων και να κατευθύνει τους ΚΠς του συστήµατος διαχείρισης κατά τέτοιο τρόπο ώστε, ο κάθε ΚΠ ανά πάσα στιγµή, να εκτελείται στον λιγότερο φορτωµένο κόµβο από αυτούς που πρέπει να επισκεφτεί. Ειδικότερα δείχνουµε ότι όταν ένας ΚΠ πρέπει να ενεργήσει σε ένα σύνολο κόµβων, ο χρόνος που απαιτείται για να εκτελέσει έναν στόχο διαχείρισης µειώνεται εάν για την ακολουθία µε την οποία θα επισκεφτεί τους κόµβους ληφθεί υπόψη η κατάσταση του δικτύου ή το φορτίο επεξεργασίας σε καθέναν από αυτούς. 8.3 Θέµατα για περαιτέρω διερεύνηση Τα αποτελέσµατα της διατριβής στα θέµατα υποστήριξης απόλυτης και σχετικής ΠοιΥπ σε IP δίκτυα διαφοροποιηµένων υπηρεσιών είναι αυτοτελή και ολοκληρωµένα. Ωστόσο, διάφορα θέµατα που σχετίζονται µε τα αποτελέσµατα αυτά µπορούν να αποτελέσουν το έναυσµα για περαιτέρω διερεύνηση. Εδώ, προτείνουµε τα σηµαντικότερα εξ αυτών: Το πρότυπο της προσθετικής διαφοροποίησης όπως έχουµε ήδη δηλώσει είναι µια ενδιαφέρουσα περίπτωση σχετικής διαφοροποίησης που αξίζει την περαιτέρω έρευνα. Επίσης στο DB-CBQ χρονοπρογραµµατιστή, που υποστηρίζει αναλογική διαφοροποίηση καθυστέρησης, απαιτείται διαµόρφωση προτύπων υπολογισµού του ρυθµού εξυπηρέτησης των CBQ κλάσεων, για µέτρια κίνηση εισόδου (λιγότερο από 94% του εύρους ζώνης της σύνδεσης εξόδου). Τα πειράµατα µας έδειξαν ότι για µέτρια κίνηση εισόδου οι καθυστερήσεις που βιώνουν τα πακέτα των κλάσεων παρουσιάζουν αποκλίσεις ως προς το PDD πρότυπο. Το φαινόµενο αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι ο χρονοπρογραµµατιστής CBQ δεν παύει να εξυπηρετεί πακέτα εφόσον περιέχει στο εσωτερικό του πακέτα σε κατάσταση αναµονής. Έτσι, κάτω από µέτρια φορτία κίνησης εισόδου, στην περίπτωση που οι κλάσεις µε υψηλό ρυθµό εξυπηρέτησης δεν έχουν κανένα πακέτο να προωθήσουν, εξυπηρετούνται τα πακέτα των χαµηλότερων σε προτεραιότητα κλάσεων. Κατά συνέπεια, η καθυστέρηση των πακέτων των κλάσεων µε χαµηλότερο ρυθµό προτεραιότητας µπορεί να µειωθεί και έτσι να σηµειωθούν αυτές οι αποκλίσεις. Η µελέτη για την αποφυγή τέτοιων φαινοµένων µπορεί να επιτευχθεί µε τεχνικές αποµόνωσης των ρυθµών εξυπηρέτησης 228

5 κάποιων κλάσεων και χρειάζεται περισσότερη διερεύνηση. Παρόλα αυτά, είναι γεγονός ότι σε µια µη φορτωµένη σύνδεση οι καθυστερήσεις είναι πολύ µικρές για όλες τις κλάσεις ανεξάρτητα του αλγόριθµου χρονοπρογραµµατισµού που υιοθετείται. Επιπλέον θα ήταν σκόπιµο να ερευνηθεί η ένταξη του µέτρου των απωλειών πακέτων ως µια επιπλέον παράµετρο διαφοροποίησης των κλάσεων στον DB-CBQ χρονοπρογραµµατιστή. Η εισαγωγή και αυτής της παραµέτρου διαφοροποίησης θα οδηγούσε σε ένα πρότυπο, το οποίο θα αποκρινόταν αποτελεσµατικότερα στις ανάγκες των χρηστών. Στο πρόβληµα παροχής απόλυτων εγγυήσεων ΠοιΥπ µέσω δυναµικού επανακαθορισµού του ρυθµού εξυπηρέτησης των κλάσεων στις συνδέσεις εξόδου των δροµολογητών χρειάζεται να διεξαχθούν περαιτέρω πειράµατα για διάφορα φορτία κίνησης εισόδου στους δροµολογητές. Ιδιαίτερα περαιτέρω έρευνα χρειάζεται σε περιπτώσεις όπου τα φορτία εισόδου των κλάσεων διαφέρουν. Επιπλέον είναι αναγκαία η πραγµατοποίηση δοκιµών ευρείας κλίµακας σε πραγµατικά δικτυακά περιβάλλοντα, ώστε να ελεγχθεί η δυνατότητα εφαρµογής των αλγορίθµων που παρουσιάστηκαν κάτω από πραγµατικές συνθήκες. Περαιτέρω πειραµατισµός είναι επίσης απαραίτητος στην περίπτωση του στατικού επανακαθορισµού των ρυθµών εξυπηρέτησης των χρονοπρογραµµατιστών κατά µήκος ενός µονοπατιού για την επίτευξη από άκρο σε άκρο απόλυτης διαφοροποίησης καθυστέρησης. Τέλος, όπως και στην περίπτωση της αναλογικής διαφοροποίησης καθυστέρησης, η προσπάθεια να λαµβάνεται υπόψη στους αλγορίθµους υπολογισµού των ρυθµών εξυπηρέτησης των κλάσεων, το µέτρο της απώλειας των πακέτων θα ήταν µια άλλη ενδιαφέρουσα περίπτωση. Περαιτέρω βελτιώσεις προτείνονται επίσης στην εφαρµογή που ενισχύει την απόδοση συστηµάτων διαχείρισης δικτύων που βασίζονται σε ΚΠς. Ένα από τα βήµατα προς αυτήν την κατεύθυνση είναι να ενισχυθεί ο αλγόριθµος υπολογισµού της βέλτιστης πορείας ενός ΚΠ σε ένα σύνολο κόµβων. Ο αλγόριθµος όπως περιγράφτηκε λαµβάνει υπόψη την κατάσταση των συνδέσεων και το φορτίο των CPU των κόµβων του δικτύου. Μια άλλη παράµετρος απόφασης που µπορεί να προστεθεί θα ήταν το φορτίο του στόχου που εκτελεί ο ΚΠ σε κάθε µακρινό κόµβο. Επίσης µια άλλη βελτίωση θα ήταν να αντιµετωπίζει η εφαρµογή αποτελεσµατικά, τους στόχους που απαιτούν επίσκεψη σε µεγάλο αριθµό κόµβων. Αυτοί οι στόχοι µπορούν να διαιρεθούν σε µικρότερους κάθε ένας από τους οποίους θα εκτελείται από διαφορετικό ΚΠ. Μια τελευταία βελτίωση που προτείνουµε είναι η ανάπτυξη ενός µηχανισµού συνεργασίας µεταξύ των ΚΠ που θα µειώνει περαιτέρω την ανάγκη για επικοινωνία µε το σύστηµα διαχείρισης. 229