The various protocol and integrated service can be supported by MPLS network, which can guarantee the Quality of Service(QoS) differing from existing best-effort service of Internet. In addition, the open signaling architecture is required by programmable network, which separate control plane from forwarding plane. It results in independent development with Internet Service Providers (ISPs) and device vendors. Therefore, the new contents can be introduced faster standardization and integration of various lower layer devices. In this environment, the fast fault recovery mechanism is needed in order to stabilize the turbulent network, specifically QoS guarantee in open network architecture.
The interface protocol of open signaling architecture is set in place lowest layer, which is programmed. So, if the interface protocol control server processes the fault recovery, it is fast fault recovery. In order to fault recovery, some devices detects the fault, and notifies the urgent situation to control server. It can reduce the fault recovery time that the backup path is established before the link fault occurs. The resource, however, is not allocated previously, which has an advantage of high resource utilization. Well known distributed fault recovery mechanism has flooding message and each LSR has functions for fault recovery. It increases the complexity of LSR. While the centralized controller manages information of all of the controller resources and low scalability, it has an advantage of less fault recovery delay, fast notification time, less control messages than distributed fault recovery mechanism and unnecessary of existing dynamic routing protocol. Especially open network architecture has centralized controlling structure, new fault recovery network architecture and fault recovery algorithm is required.
In order to reduce the fault recovery rime and to achieve the open signaling architecture, we investigate the General Switch Management Protocol(GSMP). GSMP protocol accommodated various protocol and devices, for example, ATM, Frame Relay, MPLS, and etc. GSMP slave exists inside LSR, and GSMP controller is in the centralized server. It manages more than one LSR using GSMPv3 partitioning function. We introduce the hierarchical centralized architecture to improve scalability. In order words, the controllers can communicates each other using cc-gsmp, which haven't be studied in this paper and will be one of the further study issues.
In this open signaling architecture, when the link fault occurs, upstream study LSR notifies the urgent situation to controller. Then the controller starts fault recovery procedure. At first, it looks up the LSP table in order to detect affected LSPs. Second, it searches the backup table and looks ahead pre-established reservation table. Backup path searching mechanism, we name resource look-ahead recovery model. During the idle time, controller requests the reservation to LSRs for preparing link or node fault. There we can reduce the propagation delay for resource reservation and mapping time. This proposed resourse look-ahead recovery model, however, the resource reservation table is maintained before the fault occurring.
Next, the synchronization loss recovery model is also proposed for reliability of control plane. We introduce the connection protection to execute robust network. Differing from GSMPv3 adjacency protocol for synchronization between controller and switch, we reduce the synchronization loss detecting time to one third. And after synchronization loss detecting, the connection is established not the same port but another secondary port.
In the result, proposed resource look-ahead recovery model can reduce the time of backup path selection without propagation delay, which was resource reservation and mapping message delivery time in existing MPLS-based fault recovery. We can also reduce the control message volume and take less notification time according to the increase of the number of hops. In the whole, we can obtain fast mean recovery through proposed fault recovery algorithm. In addition, synchronization loss detection time is reduced from the timer mechanism for adjacency protocol and the reliability improves through protection port.
MPLS 망으로 진화하면서, 기존의 최선형 인터넷 서비스형에서 벗어나, Quality of Service(Qos)를 보장하고, 다양한 프로토콜, 통합된 서비스를 제공할 수 있는 환경이 마련되었다. 여기에 추가적으로, Internet Service Provider (ISP) 와 장비 업자들이 독립적으로 빠르게 발전할 수 있는 개방형 신호 구조에 대한 요구도 등장하였다. 개방형 신호 구조는 제어 평면과 전송 평면을 분리함으로써, 하부 구조를 통합할 수 있고, 고속 전송의 기틀을 하면한 것이다. 따라서, 개방형 신호 구조를 갖는 MPLS 망에서 Qos 보장에 영향을 줄 수 있고, 망의 안정화를 위해서는 고속 장에 복구가 필요하다.
개방형 신호 구조에서는 인터페이스 프로토콜이 프로그램화 되어 있는 제어 평면에서 최하위에 있음으로, 인터페이스 제어장치가 장애 복구를 처리할 수 있다면, 고속을 이끌어 낼 수 있다. 장애 복구를 위해서는 장애 감지를 장애를 처리하는 서버로 전달을 빠르게 해야 한다. 또한 고속의 복구를 위해서 미리 우회루트를 설정하고 있는 것이 필요한데, 미리 자원을 할당해 두는 것은 자원 활용성이 떨어진다. 장애 발생률이 많지 않거나, 혹은 응급 복구를 요하지 않는 서비스의 경우 자원할당은 장애가 발생한 후에 이루어 지는 것이 더욱 효율적이다. 장애 복구를 각각의 LSR이 가지게 되면, 복구 지연이 커지고, 각 LSR의 복잡성이 증가하며, 많은 메시지들을 주고 받아야 하는 단점이 생긴다. 이에 반해, 중앙에서 하나의 서버가 복구 정보를 가지고서 대처를 하게 되면, 더욱 빠른 복구를 이룰 수 있다. 따라서, 중앙에서 관리하면서, 개방형 네트워크 구조를 갖을 수 있는 새로운 구조에 대한 정의와, 장애 복구 모델이 요구된다.
이러한 요구사항에 대해, MPLS 기반의 장애 복구 모델은 장애를 감지한 LSR이 Ingress LSR 이나 Egress LSR로 장애에 대한 통지를 한다. 그러면, 미리 준비되어 있던 우회 패스를 탐색한 후 CR-LDO나 RSVP/TE와 같은 자원 할당 프로토콜을 이용하여, 각각의 우회 경로 LSR 들에게 자원을 할당 요구 메시지를 보낸다. 만약 각각의 LSR 중 하나라도 자원 부족으로 인한 거절 메시지를 보내게 되면, 다른 우회 패스를 이용해서 똑같은 작업을 하게 된다. 이 메커니즘의 경우 장애를 알리는 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라, 우회 패스가 몇 개가 설정 되어 있느냐에 따라 Blocking Probability 가 달라지게 된다. 또한 각각의 자원에 의한 Reject Rate에 따라서도 Blocking Probability가 달라질 뿐만 아니라 복구 시간도 선형적으로 증가하는 문제점이 있다.
이러한 사항을 고려해 볼 때, 개방형 인터페이스 구조를 가지면서, 복구 시간을 줄이기 위해서, 본 논문에서는 General Switch Management Protocol (GSMP)을 도입하였다. GSMP 프로토콜은 ATM과 Frame Relay, MPLS 등 다중 프로토콜과 장비를 수용할 수 있는 일반화된 관리 프로토콜이다. GSMP의 관리 기능을 장애 복구로 확장하게 되면, 빠른 복구 시간을 이룰 수 있다. 먼저 개방형 구조를 갖기 위해서, GSMP의 Slave들을 각 LSR에 두고, GSMP Comtroller를 중앙 집중의 서버에 둔다. 이것은 GSMPv3의 Partitioning 기능으로 가능하게 되는데, 하나의 Controller가 여러 개의 LSR을 제어할 수 있다. 중앙 집중된 환경에서는 확장성이 용이하지 않음으로 이를 개선하기 위해, 계층화된 중앙 집중식 구조를 갖도록 하는데, 즉 Controller 들을 여러 개 두어 각각이 관할 구역을 제어 하도록 하는 것이다. 따라서 Controller 들 사이에 인터페이스를 위해 cc-gsmp를 본 논문에서 정의하였으면, 이에 대한 자세한 내용은 차후 연구로 남겨 두었다. Controller와 LSR 사이에는 가장 보편적으로 연구되고 있는 GSMPv3 프로토콜을 이용하여 인터페이스를 구성한다.
이러한 구조에서, 장애가 발생하면, Upstream LSR이 GSMP Controller에게 장애를 보고하며, Controller는 복구를 시작한다. 먼저 LSP 테이블에서 영향을 받는 LSP를 가려낸 후, 미리 설정되어 있는 우회 패스를 검색한다. 우회 패스를 검색할 때, 또한 미리 만들어둔 자원 예약 테이블을 참조하는데, 이 부분에서 Resource Look-Ahead라는 복구 모델을 제시하였다. 즉, 기존의 방법이 우회 패스에 대해 자원 예약 메시지를 보내어 확인을 하는 과정을 없애고, 대신 자원 예약 테이블을 이용하는 것이다. 이 경우 미리 테이블을 관리해야 한다는 불리한 점이 있지만, 장애 복구처럼 응급 상황에서 이루어 지는 것이 아니기 때문에, 응급 복구 시간을 줄이는 효과에 비하면 미흡하다. Look-Ahead를 통한 우회 패스를 모두 설정하게 되면, GSMP의 연결관리 메시지에 Reservation ID를 실어서 Add Branch를 하면, 복구가 완료된다.
본 논문에서는 또한 데이터 평면 뿐만 아니라 Controller와 Slave 사이에서 동기화를 위한 GSMPv3 Adjacency Protocol에서도 안정성을 향상시키기 위해 Protection을 제안 했다. 따라서 새로운 Port로 연결을 함으로써 동기화를 위한 시간을 줄일 수 있고, 망의 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.
결론적으로, 제안된 Resource Look-Ahead 기법을 사용하여, 자원을 만족하는 우회 패스를 빠른 시간 내에 검색할 수 있고, 여러 번의 제어 메시지를 주고 받지 않음으로 메시지의 양을 줄이는 이점이 있다. 장애를 알리는 시간도 장애 처리 LSR까지의 홉 수를 줄일 수 있음으로 지연 시간이 줄어 든다. 따라서 전체적으로 평균 복구 시간이 줄어 들어 망의 안정성이 개선된다. 두 번째 제안한 GSMPv3의 Adjacency Protocol을 개선한 복구 기법에서는 Protection 포트를 통한 망 신뢰성을 향상시켰다.
