MPLS TE  یا Segment Routing  ؟ 

در این مقاله قصد داریم مقایسه ایی بین دو تکنولوژی محبوب در زمینه مدیریت ترافیک در شبکه های بزرگ رو داشته باشیم:

MPLS Traffic Engineering  و Segment Routing (SR)

و قراره بررسی کنیم که آینده شبکه های IP به کدوم سمت میره ؟

قراره چه بر سر مقیاس پذیری شبکه ها  (Network Scalability) بیاد.

در حال حاضر شبکه های اپراتور ها و تامین کنندگان اصلی اینترنت در نقطه عطف خودشون قرار دارند، چراکه با گسترش روز افزون محدوده پوشش دهی سرویس های اینترنت مخصوصا 4G/5G و افزایش بی سابقه ترافیک اینترنت ( مخصوصا بعد از کووید) ، تامین کنندگان اینترنت و اپراتورهای موبایل برای تامین پهنای باند در شبکه خودشون با چالش های زیادی دست و پنجه نرم میکنن، ضمن اینکه علاوه بر تامین پهنای باند اینترنت مورد نیاز برای کاربران نهایی (End User)  ، چالش های جدی برای مهندسی ترافیک (Traffic Engineering) در درون و بیرون شبکه ی ارائه دهندگان اینترنت به شکل چشمگیری در حال افزایش است. 

MPLS TE (RSVP TE)

برای سالیان متوالی TE یکی از مهم ترین تکنولوژی های کنترل و مهندسی ترافیک شبکه های بسیار بزرگ بود که به مهندسین شبکه اجازه میداد ترافیک های Backbone و Backhaul خودشون رو به صورت بهینه و قابل پیش بینی مدیریت کنن. اما به مرور زمان، با توجه به رشد روز افزون شبکه های اپراتورها و پیچیدگی هایی که پروتکل RSVP  در لایه ی  Control Plane ایجاد میکرد، نگرانی هایی در مورد میزان مقیاس پذیری این پروتکل ایجاد کرد (Network Scalability Issues).

در واقع نگرانی که بسیاری از طراحان شبکه داشتند و دارند این بود و هست که تا کجا میتونن با این تکنولوژی ادامه بدن; RSVP  و Traffic Engineering با توجه به پیچیدگی هایی که دارن  تا کجا میتونن رشد افسار گسیخته شبکه های اپراتورها ی موبایل و غیره موبایل رو مدیریت کنن ؟

Segment Routing (SR)

ظهور تکنولوژی جدیدی به نام SR باعث ایجاد تغییرات جدی در مارکت و صنعت شبکه های ارائه دهندگان اینترنت شد چرا که این تکنولوژی قابلیت جایگزین شدن به جای TE سنتی رو داره.

در واقع  Segment Routing  نوید یک شبکه سبکتر، مقیاس پذیر تر، ساده تر، و با قابلیت خودکار سازی بیشتر (Automation) رو میده.

حالا سوالی که ممکنه ذهن افراد رو درگیر کنه اینه که آیا SR  فقط یک نسخه بهبود یافته از TE  سنتی هست یا واقعا داریم راجع به یک پارادایم شیفت کامل صحبت میکنیم که باعث میشه مبحث TE دیگه به خودی خود مورد نیاز نباشه ؟! 

از اونجایی که شبکه های امروزی در حال گذار به سمت شبکه های مبتنی بر هوش مصنوعی (AI) ، مبتنی بر Automation ، و مبتنی بر معماری ابری (Cloud-Native Architecture) هستند، این موضوع داره باعث میشه که ما تعریفمون و نوع نگهداری از شبکه هامون متفاوت از قبل باشه، و این موضوع داره باعث میشه که مفاهیم پایه ایی راجع به TE  دستخوش تغییرات زیادی بشه. مثلا ما در گذشته برای کنترل بهتر ترافیک شبکه نیاز به Explicit Path Control داشتیم (مکانیزمی که از طریق اون میتونیم بگیم ترافیک دقیقا از چه مسیری عبور کنه). اما امروز با گسترش شبکه های مبتنی بر AI و یا شبکه های Intent-Based  (به فارسی چی بگیم اینو!)، اینگونه تغییرات در جریان ترافیک بر اساس آنالیز و تصمیم گیری های AI انجام میشه، و نه اینکه اپراتور به صورت دستی این کارو انجام بده. خب همونطور که مشخصه ما فقط با یک تکنولوژی جدید سروکار نداریم بلکه داریم راجع به آینده شبکه های بسیار بزرگ صحبت کنیم.

مزایا و معایب  MPLS TE

 TE در زمان خودش یک انقلابی در زمینه مدیریت ترافیک بوجود آورد و به قول معروف یک   Game Changer واقعی بود، هرچند هنوز هم  در بسیاری از شبکه ها توی سراسر دنیا از این تکنولوژی استفاده میشه و به هیچ عنوان الان که داریم این مقاله رو مینویسیم  TE  منسوخ شده نیست.

این تکنولوژی اجازه میده که بتونیم ترافیک شبکه رو به صورت کاملا قطعی (Deterministic) مدیریت کنیم (یعنی به ادمین اجازه میده که ترافیک رو از مسیر کاملا مشخصی عبور بده که بتونه به بهترین شکل ترافیک و لینک ها رو مدیریت کنه)، این باعث میشه که بتونیم از تمام منابع شبکه استفاده بهینه کنیم (Resource Utilization).

در MPLS TE برای سیگنالینگ از پروتکل RSVP یا Resource Reservation Protocol استفاده میشه. RSVP یک پروتکل سیگنالینگ هست که برای رزرو کردن پهنای باند در شبکه و اطمینان از کیفیت سرویس در شبکه (Quality of Service) مورد استفاده قرار میگیره. با توجه به اینکه RSVP میتونه به صورت داینامیک منابع شبکه رو به ازای هر ترافیکی درون شبکه اختصاص بده، باعث جلوگیری از کانجسشن و بهبود عملکرد شبکه میشه. بر خلاف روتینگ های معمولی که با همه ی ترافیک های شبکه با یک مدل برخورد میکنن، RSVP قابلیت اینو داره که با ترافیک های خاصی که نیاز به اولویت های بالاتر دارند، رفتار متفاوتی داشته باشه ( مانند Voice, Video, real-time data). هرچند RSVP  یک پروتکل قدیمی محسوب میشه اما هنوز به صورت گسترده در بسیاری از سرویس پرووایدرها استفاده میشه و شناخت دقیق این پروتکل میتونه به شما کمک کنه.

در کنار مزایای فوق العاده ایی که RSVP  داره، مثل همه پروتکل های دیگه ایراداتی هم بهش وارد هست که خیلی خلاصه چندتا از اونارو بررسی میکنیم.

• پیچیدگی  در طراحی و اجرا (Complexity)

طراحی، پیاده سازی و عیب یابی RSVP پیچیده و نیازمند تجربه و مهارت بالا هست.

• مقیاس پذیری (Scalability)

با توجه به اینکه RSVP  نیاز داره که هر روتری توی شبکه اطلاعات یک جریان داده خاص رو (Traffic Flow) نگهداری کنه ، کار رو برای برای شبکه های بسیار بزرگ سخت میکنه.

•  High Overhead 

باید به طور پیوسته تمام رزرو های رو که انجام داده مدیریت کنه و این باعث میشه که تجهیزات شبکه پردازش بیش از اندازه ایی داشته باشن.

 با توجه نکاتی که تا اینجا عنوان شد، برخی از ISP  های Tier 1 در حال کنار گذاشتن RSVP TE هستند و اصطلاحا دارند Phasing out میکنن که به جای اون یک تکنولوژی ساده تر و مقیاس پذیرتر استفاده کنن، هر چند باید بپذیریم که این کار نیازمند زمان، انرژی، و سرمایه گذاری است و چندین سال طول خواهد کشید.

 Segment Routing 

احتمالا با توجه به مواردی که مطرح شد مشخصه که به یک تکنولوژی متفاوت برای مهندسی و مدیریت ترافیک شبکه های اپراتورها و سرویس پرووایدرها نیاز داریم و تکنولوژی Segment Routing هست. از اونجا که SR  از RSVP برای سیگنالینگ استفاده نمیکنه، سبکتر و مقیاس پذیرتر هست. SR به جای RSVP ، میاد مسیر دلخواهی که ترافیک باید ازش عبور کنه رو توی Label Stack  و یا توی  IPv6 Header قرار میده، این باعث میشه که پیچیدگی Control Plane  کمتر بشه و اجازه میده که SR  خیلی بهتر با کنترلرها و یا با SDN  ترکیب بشه.

SRv6 vs MPLS SR

دو متد کلی برای پیاده سازی SR وجود داره، SR-MPLS و SRv6. 

همونطور که تقریبا از اسم هر متد میشه حدس زد، در SR-MPLS از Label-Stack در MPLS برای مشخص کردن مسیر ترافیک در شبکه استفاده میشه، و در SRv6 از IPv6 Header برای این منظور استفاده میشه. هرچند به صورت کلی SR  تکنولوژی جدیدی هست اما SRv6 یک شیفت کامل هست چون اطلاعات مسیر رو در هدر IPv6  جایگذاری میکنه. 

از چالش های SRv6 میتونیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• سایز هدر IPv6 بسیار بیشتر از MPLS Label  هست.

• بسیاری از سخت افزارهای قدیمی تر SRv6  رو ساپورت نمیکنن که همین باعث میشه که هزینه مهاجرت به سمتش بالا باشه.

• بسیاری از شبکه ها به صورت کامل از IPv6  پشتیبانی نمیکنن.

سوالی که حالا مطرح میشه اینه که با توجه به نکاتی که مطرح شد آیا SR  خیلی ساده تر از TE  سنتی هست ؟ خیر، هرچند در نگاه اول SR  پیچیدگی های RSVP  رو در لایه Control Plane  نداره، اما به این معنی نیست که SR  ساده تر هست، فقط پیچیدگی های اون رفته یک جای دیگه!

در شبکه های Segment routing، به جای اینکه RSVP، منابع و تخصیص منابع در شبکه رو کنترل کنه، این کارو کنترلر (Controller) و Path Computation Element یا PCE انجام میدن، در واقع وظیفه انتخاب مسیر و اجرای سیاست های شبکه رو به عهده دارند.

البته این باعث ایجاد یک نگرانی دیگه برای مدیران تکنولوژی میشه و اون وابستگی بیش از اندازه به SDN  مرکزی هست.

تاثیرات تکنولوژی و تجاری

مدیران ارشد سازمان ها و معاونت ها در حوزه تکنولوژی، تجاری و کسب و کار در این مقایسه چه نقش هایی دارند و به چه چیزهای اهمیت میدن؟

مسلما اولین چیزی که این افراد بهش فکر میکنن هزینه های عملیاتی و سرمایه ایی (OpEx and CapEx) هست. درسته که SR  پیچیدگی های مربوط به control plane رو کم میکنه اما باید هزینه های مالی، زمانی و نیروی انسانی مهاجرت و Migration  به SR رو هم در نظر بگیرید که اتفاقا کم هزینه نخواهد بود. 

در واقع سازمان ها باید تصمیم بگیرن که کارهای عملیاتی شبکه رو ساده تر کنن و در قبالش برای ارتقا سخت افزار و نرم افزار شبکه هزینه کنن یا خیر ؟

ذکر این نکته هم ضروریه که اضافه کنم در این بین برخی افراد هم هستند که معتقدن که SR  توسط وندورهای اصلی و رهبران صنعت مخابرات در حال بزرگنمایی است که تامین کنندگان اینترنت و اپراتورها رو به سمت اون سوق میدن و در نهایت سود حاصل از این مهاجرت به سمت SR  برای وندورهاست. 

AI & Automation

با وجود روی کار اومدن شبکه های مبتنی بر هوش مصنوعی، سوالی که پیش میاد اینه که آیا باز هم به MPLS TE  نیاز هست؟ اگر الگوریتم های یادگیری ماشین  (Machine Learning) میتونن ترافیک شبکه و کانجسشن رو پیش بینی کنن، و کارایی رو بدون اینکه از مسیرهای پیش فرض استفاده کنن بهبود بدن، مسلما به مرور زمان کاربرد MPLS TE کمتر خواهد شد، هرچند که در واقعیت این اتفاق به زودی نخواهد افتاد.

بالاخره از کدوم استفاده کنیم MPLS TE یا SR TE ؟

از هر دو ! یک مدلی که برای طراحی و پیاده سازی مناسب هست، مدل هیبرید میباشد، یعنی از هر دو استفاده کنیم، از MPLS TE برای backbone ، و از SR  برای لایه Edge.

از اونجایی که در حال حاضر در واقعیت همه اپراتورها قابلیت پشتیبانی از SR رو توی کل شبکه خودشون ندارن، پس بنابراین این راهکار هیبرید گزینه مناسبی هست که به تدریج به سمت این برن که فقط از SR  استفاده کنن.

در کل اگر بخواهیم نگاه بلند مدتی به آینده شبکه های داشته باشیم باید بگیم که شبکه های آینده کاملا مبتنی بر هوش مصنوعی خواهند بود که میتونیم ترافیک شبکه رو به صورت Real Time  بهینه سازی کنیم (Real Time Traffic Optimization)، در آینده، شبکه های Intent-Based به صورت کاملا داینامیک بهترین مسیرهای ترافیک شبکه رو بدون نیاز به مکانیزم های پیچیده TE انتخاب میکنند.

نتیجه گیری نهایی

حالا چکار کنیم:

اگر مهندس شبکه هستید:

• هم MPLS TE و هم SR رو یاد بگیرید و اینو بدونید که شبکه های مبتنی بر MPLS TE  در تمام دنیا بسیار پرکاربرد هستند و به هیچ عنوان منسوخ نشدند.
• با این تکنولوژی ها آشنا باشید و در برخی از اونا متخصص بشید: SRv6, SDN, Automation،  AI-Based network, Intent-based Network

اگر صاحب کسب و کار و یا تصمیم گیرنده در حوزه آی تی هستید:

• این سوالات رو از خودتون و مدیران زیر مجموعه خودتون بپرسید: آیا واقعا اگر الان SR رو پیاده سازی کنیم، نگهداری شبکه آسانتر میشود یا خیر؟
• آیا شبکه ما در حال حاضر قابلیت این رو داره که از Automation  پشتیبانی کنه؟
• اگر SR  رو پیاده سازی کنیم، آیا میتونیم شبکه رو در مقیاس بزرگتری گسترش بدیم و مزیت رقابتی بهتری داشته باشیم؟ 

در نهایت باید اینو بدونیم که صنعت شبکه های مبتنی بر IP  به سرعت در حال شیفت کردن به سمت شبکه های مبتنی بر هوش مصنوعی AI ، مبتنی بر SDN و Automation هست. 

هرچند که تکنولوژی های سنتی تر مثل MPLS TE همچنان به عنوان یکی از بهترین ، قدرتمندترین و البته محبوب ترین ابزارها و پروتکل های مدیریت ترافیک محسوب میشه، اما مسلما نمیتونیم SR و قابلیت های فوق العاده اون رو برای یکپارچه شدن با سیستم های Automation  رو نادیده بگیریم، البته که طراحی و پیاده سازی SR هم نیاز به آموزش و مهارت بالایی داره که انتخاب رو برای سازمان ها سخت تر هم کرده.