パス保護

パス保護
通信プロトコル
目的	エンドユーザーに提供されるサービスに影響を及ぼす可能性のある、サービスプロバイダーのネットワーク上の避けられない障害から保護するため
RFC(複数)	3031

通信におけるパス保護は、エンドツーエンドの保護スキームであり、さまざまなネットワークアーキテクチャの接続指向回線で使用され、エンドカスタマーに提供されるサービスに影響を及ぼす可能性のあるサービスプロバイダーのネットワーク上の避けられない障害から保護します。回線のパス上の任意のポイントで障害が発生すると、エンドノードはトラフィックを新しいルートに移動または選択することになります。特に弾性光ネットワークでは、保護されたパスを見つけることは困難な問題と考えられていましたが、効率的で最適なアルゴリズムが提案されました。^[1]

通信ネットワークを障害から保護するための他の技術としては、チャネル保護、リンク保護、セグメント保護、Pサイクル保護などがあります。

リングベースネットワークにおけるパス保護

リングベースのネットワークトポロジでは、アドドロップマルチプレクサ間で閉ループを形成するように設定されており、基本的に単方向パススイッチリング^[2]アーキテクチャで使用できるパス関連のリング保護スキームが1つあります。SDHネットワークでは、UPSRに相当するのはサブネットワーク接続保護（SNCP）です。SNCPはリングトポロジを想定しておらず、メッシュトポロジでも使用できることに注意してください。

UPSR では、データはソースADMで時計回りと反時計回りの両方向に送信されます。宛先では、両方の信号が比較され、2 つのうち最適なものが選択されます。障害が発生した場合、宛先は影響を受けていないパスに切り替えるだけです。

光メッシュネットワークにおけるパス保護

光メッシュネットワークの回線は、保護されていない、単一障害に対して保護されている、または複数障害に対して保護されている場合があります。保護された回線の終端光スイッチは、障害を検出し、場合によっては中間デバイスでデジタルクロスコネクトまたは光クロスコネクトを要求し、トラフィックをバックアップパスとの間で切り替える役割を担います。プライマリパスとバックアップパスを計算するときは、単一のリンク障害が両方に同時に影響しないように、少なくともリンクダイバーシティであることが重要です。また、ノードダイバーシティにすることもできます。これにより、ノード障害が発生した場合に保護が強化されます。ネットワークによっては、プライマリパスとバックアップパスをエッジ、入力および出力ノードでノードダイバーシティになるようにプロビジョニングできない場合があります。

光メッシュネットワークには2種類のパス保護がある: ^[3]専用バックアップパス保護と共有バックアップパス保護

専用バックアップパス保護または DBPP (1+1)

DBPP では、プライマリパスとバックアップパスの両方がトラフィックをエンドツーエンドで伝送し、受信側が 2 つの着信トラフィックのどちらを選択するかを決定します。これは、リングベースのパス保護とまったく同じ概念です。両方のパスに沿った光学機器がすでにアクティブであるため、DBPP は利用可能な保護スキームの中で最も高速で、通常は数十ミリ秒のオーダーです。これは、入力ノードと出力ノードの間でシグナリングが行われないため、出力ノードで障害を検出し、影響を受けていないパスにトラフィックを切り替えるだけでよいためです。最速の保護スキームであるということは、最もコストがかかるという側面もあります。通常、バックアップパスはリンクやノードの多様性の経験則により長くなるため、プライマリ用にプロビジョニングされた容量の 2 倍以上を使用します。^[4]

共有バックアップパス保護または SBPP

この保護スキームの背後にある概念は、異なるリンク/ノードのプライマリパス間でバックアップチャネルを共有することです。言い換えると、1 つのバックアップチャネルを使用して、さまざまなプライマリパスを保護できます。図では、S と T 間のリンクを使用して AB プライマリと CD プライマリの両方を保護しています。通常の操作では、ネットワークに障害がないと仮定すると、トラフィックはプライマリパスのみで伝送されます。共有バックアップパスは、プライマリパスの 1 つに障害が発生した場合にのみ使用されます。^[5]

バックアップチャネルをプロビジョニングまたは予約する方法は 2 つあります。1 つ目は、障害発生後にバックアップパスがリアルタイムで計算される、障害依存割り当てまたは復元とも呼ばれるアプローチです。この手法は、メッシュネットワークの初期バージョンで使用されていました。ただし、今日の光メッシュネットワークでは、バックアップリソースがすでに使用されている場合に 2 回目の障害を回復するための再プロビジョニング手法として使用できます。保護手法としての復元の欠点は、回復時間が十分に速くないことです。^[5]

2 番目のアプローチは、障害が発生する前に定義済みのバックアップパスを計算することです。このアプローチは障害に依存しないと言われており、障害に依存するアプローチに比べて回復にかかる処理時間が短くなります。この場合、バックアップパスはプロビジョニング時にプライマリパスと一緒に計算されます。バックアップパスは計算されますが、障害が発生する前に特定の回線に割り当てられるわけではありません。クロスコネクト要求は、事後に先着順で開始されます。このアプローチでは一度に 1 つの障害からしか保護できないため、2 番目のプライマリパスに障害が発生し、そのバックアップパスの少なくとも一部がすでに使用されている場合、このようなケースに対応する復元技術がない限り、このパスは回復できません。^[5]

上記の両方のアプローチには、一般的に欠点があります。それは、複数のパスが通っているリンクに障害があると仮定すると、そのリンク内の各パスは個別に回復されるということです。つまり、そのリンク上の最後のパスがセカンダリパスを介してサービスに戻るまでにかかる合計時間は、他のすべての以前の回復時間とそのパス自身の回復時間の合計になります。これは、顧客に対して約束されたSLA (サービスレベル契約) に影響を与える可能性があります。 ^[5]

MPLSネットワークにおけるパス保護

マルチプロトコルラベルスイッチング(MPLS) ^[6]^[7]アーキテクチャは、RFC-3031 で説明されています。これは、ラベルスイッチパス(LSP)と呼ばれるポイントツーポイントパスの作成を通じてリカバリのフレームワークを提供するパケットベースのネットワークテクノロジです。これらの LSP は、ヘッドエンドとテールエンドのラベルスイッチルータ(LSR) 間で作成されます。前者の場合、ヘッドエンドルータは入力または入口ルータです。後者の場合、テールエンドはパスの出力または出口ルータを表します。MPLS ^[8]には、リンク保護( MPLS ローカル保護など) やパス保護など、光メッシュネットワークの一般的な概念と非常によく似た保護技術がいくつかあります。MPLS のパス保護スキームは次のとおりです。

パケット保護方式（1+1）

この保護スキームは、ある意味では、前述のリングベースのパス保護および専用バックアップパス保護 (DBPP) スキームに似ています。ここでは、同じトラフィックが 2 つのリンクおよび/またはノード分離LSP (プライマリとバックアップ) を介して送信されます。送信はヘッドエンド LSR によって行われます。次に、テールエンド LSR が両方のトラフィックを受信して比較します。障害が発生すると、テールエンドがそれを検出し、トラフィックをセカンダリ LSP に切り替えます。光メッシュネットワークの DBPP と同様に、この保護スキームにはシグナリングは関係しません。この手法は最もシンプルで高速ですが、両方の LSP でパケットを予約して送信するため、他の LSP が共有して使用できる帯域幅が奪われます。

グローバルパス保護（1:1）

この保護方式では、プライマリ LSP とバックアップ LSP が、障害前のプロビジョニング時に計算され、設定されます。バックアップ LSP は、帯域幅に関して必ずしもプライマリと同じ制約を持つ必要はありません。バックアップ LSP でより少ない帯域幅を予約して、使用時にパケット損失が発生しないようにすることができます。これは、リンクの帯域幅が異なる LSP 間で共有されるためであり、前に説明した保護方式が推奨されない理由です。プライマリ LSP に障害が発生しない限り、バックアップ LSP が必ずしもトラフィックを伝送するわけではないことも事実です。プライマリ LSP に障害が発生すると、障害表示信号 (FIS) がヘッドエンド LSR に送り返され、トラフィックがすぐにバックアップ LSP に切り替わります。この保護方式の欠点は、LSP が長くなるほど、FIS 通知の移動時間のために回復時間が長くなることです。

参照

参考文献

^ イレネウシュ・シュチェジニアク;イレネウシュ・オルシェフスキ & ボジェナ・ウォズナ＝シュチェジニアク (2021)。「動的専用パス保護のための効率的かつ正確なアルゴリズムに向けて」。エントロピー。23 (9): 1116.arXiv : 1905.04581。Bibcode :2021Entrp..23.1116S。土井: 10.3390/e23091116。PMC 8465832。PMID 34573741。
^ 単方向パススイッチリング (UPSR)。
^ エリック・ブイエ;ゲオルギオス・エリナス。ジャン=フランソワ・ラブールデットとラム・ラママーシー (2007)。メッシュ光ネットワークにおけるパスルーティング。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ株式会社ISBN 978-0-470-01565-0。
^ エリック・ブイエ;ゲオルギオス・エリナス。ジャン=フランソワ・ラブールデットとラム・ラママーシー (2007)。メッシュ光ネットワークにおけるパスルーティング。 John Wiley & Sons, Ltd.、31、43、84 ページ。ISBN 978-0-470-01565-0。
^ abcd エリック・ブイエ;ゲオルギオス・エリナス。ジャン=フランソワ・ラブールデットとラム・ラママーシー (2007)。メッシュ光ネットワークにおけるパスルーティング。 John Wiley & Sons, Ltd.、32、44、86 ページ。ISBN 978-0-470-01565-0。
^ Jean Philippe Vasseur、Mario Pickavet、Piet Demeester (2004)。光、SONET- SDH 、IP、MPLS のネットワーク復旧、保護、復元。Morgan Kaufmann Publishers。ISBN 0-12-715051-X。
^ ブルース・S・デイビー＆エイドリアン・ファレル（2008年）。MPLS：次のステップ。モーガン・カウフマン出版社。ISBN 978-0-12-374400-5。
^ V. Sharma; F. Hellstrand (2003 年 2 月)。Sharma, V.; Hellstrand, F. (編)。「RFC 3469: マルチプロトコルラベルスイッチング (MPLS) ベースのリカバリのフレームワーク」。IETF。doi :10.17487/RFC3469。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です

さらに読む

DWDM ネットワークの概要
「メッシュ光ネットワークにおけるパスルーティング」、Eric Bouillet、Georgios Ellinas、Jean-Francois Labourdette、Ramu Ramamurthy著 [1]、[2]、[3]
「ネットワークリカバリ：光、SONET-SDH、IP、MPLSの保護と復元」、Jean-Philippe Vasseur、Mario Pickavet、Piet Demeester著、2004年 [4]
「Gmplsテクノロジー：ブロードバンドバックボーンネットワークとシステム」山中直明、塩本浩平、沖栄治[5]
Jean-Philippe Vasseur、Mario Pickavet、Piet Demeester。光、SONET-SDH、IP、および MPLS のネットワーク復旧、保護、および復元。Morgan Kaufmann Publishers、2004 年。
Sid Chaudhuri、Eric Bouillet、Georgios Ellinas による DWDM メッシュ生存可能ネットワークの透明性への対応^{[永久リンク切れ‍ ]}
DWDM メッシュネットワークにおける共有パス保護
DWDMバックボーン光ネットワークのマルチパス保護
RFC-3031
G.841

[1] イレネウシュ・シュチェジニアク;イレネウシュ・オルシェフスキ & ボジェナ・ウォズナ＝シュチェジニアク (2021)。「動的専用パス保護のための効率的かつ正確なアルゴリズムに向けて」。エントロピー。23 (9): 1116.arXiv : 1905.04581。Bibcode :2021Entrp..23.1116S。土井: 10.3390/e23091116。PMC 8465832。PMID 34573741。

[2] 単方向パススイッチリング (UPSR)。

[3] エリック・ブイエ;ゲオルギオス・エリナス。ジャン=フランソワ・ラブールデットとラム・ラママーシー (2007)。メッシュ光ネットワークにおけるパスルーティング。ジョン・ワイリー・アンド・サンズ株式会社ISBN 978-0-470-01565-0。

[4] エリック・ブイエ;ゲオルギオス・エリナス。ジャン=フランソワ・ラブールデットとラム・ラママーシー (2007)。メッシュ光ネットワークにおけるパスルーティング。 John Wiley & Sons, Ltd.、31、43、84 ページ。ISBN 978-0-470-01565-0。

[b1-5] エリック・ブイエ;ゲオルギオス・エリナス。ジャン=フランソワ・ラブールデットとラム・ラママーシー (2007)。メッシュ光ネットワークにおけるパスルーティング。 John Wiley & Sons, Ltd.、32、44、86 ページ。ISBN 978-0-470-01565-0。

[6] Jean Philippe Vasseur、Mario Pickavet、Piet Demeester (2004)。光、SONET- SDH 、IP、MPLS のネットワーク復旧、保護、復元。Morgan Kaufmann Publishers。ISBN 0-12-715051-X。

[7] ブルース・S・デイビー＆エイドリアン・ファレル（2008年）。MPLS：次のステップ。モーガン・カウフマン出版社。ISBN 978-0-12-374400-5。

[8] ^ V. Sharma; F. Hellstrand (2003 年 2 月)。Sharma, V.; Hellstrand, F. (編)。「RFC 3469: マルチプロトコルラベルスイッチング (MPLS) ベースのリカバリのフレームワーク」。IETF。doi :10.17487/RFC3469。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です