Limitazione della velocità statica e dinamica pre-vuota con CPS vDRA

Introduzione

Questo documento descrive le opzioni di limite di velocità in DRA, un componente di telecomunicazione che instrada i messaggi di Diametro e gestisce il traffico di rete.

Prerequisiti

Requisiti

Cisco raccomanda la conoscenza dei seguenti argomenti:

• Cisco Policy Suite (CPS) Diameter Routing Agent (vDRA)
• Nozioni di base e specifiche dell'agente di routing del diametro

Componenti usati

Le informazioni fornite in questo documento si basano su Cisco Policy Suite DRA.

Le informazioni discusse in questo documento fanno riferimento a dispositivi usati in uno specifico ambiente di emulazione. Su tutti i dispositivi menzionati nel documento la configurazione è stata ripristinata ai valori predefiniti. Se la rete è operativa, valutare attentamente eventuali conseguenze derivanti dall'uso dei comandi.

Premesse

DRA è un componente delle reti di telecomunicazione, in particolare nel contesto delle reti basate sul protocollo del diametro. Il DRA indirizza in modo efficiente i messaggi di Diametro tra diversi elementi di rete, come i server delle policy, i sistemi di ricarica e altri dispositivi abilitati al Diametro. La limitazione della velocità è una tecnica di gestione del traffico di rete utilizzata per controllare la quantità di traffico da o verso un elemento di rete. Garantisce che le risorse di rete non siano esaurite, mantiene la qualità del servizio e previene abusi o abusi della rete.

Problema

Ciascun componente della rete può gestire il carico di traffico in base alla sua capacità nominale, ma in tempo reale possono verificarsi scenari in cui il traffico generato è superiore a quello che il sistema è in grado di gestire. Alcuni di essi sono:

• Comportamento dell'utente: attività come eventi di streaming o aggiornamenti software che generano grandi quantità di dati in un breve periodo. Generalmente inviato da Gateway (Gw) a DRA.
• Congestione della rete: nei periodi di elevato utilizzo della rete, è possibile che si verifichi un aumento della congestione e che i dati in coda vengano quindi inviati in burst quando la capacità diventa disponibile.
• Meccanismi di resilienza della rete: reindirizzamento del traffico durante interruzioni o interventi di manutenzione, che causano picchi temporanei. Ciò può influire sul flusso del traffico nei siti accoppiati che non hanno alcun problema di rete.
• Comportamento degli elementi di rete: in caso di sovraccarico e congestione, è possibile iniziare a visualizzare l'assenza di risposte/timeout da uno o più elementi di rete che possono causare un ulteriore sovraccarico del sistema a causa della riconnessione.
• Scaricamento del gateway: il gateway può svuotare le sessioni esistenti a causa di modifiche delle policy, della topologia o di qualsiasi attività di manutenzione o risoluzione dei problemi. Durante questi scenari le sessioni vengono cancellate ed è possibile ricevere una frammentazione di richieste Gx Credit Control Request (CCR)-T.

Soluzione

DRA può distribuire il carico tra più server Diameter per garantire una gestione efficiente delle richieste ed evitare di sovraccaricare un singolo server. In caso di guasto del server, DRA può reindirizzare i messaggi su server alternativi, garantendo un'elevata disponibilità e affidabilità dei servizi di rete.

Limitazione della velocità sul DRA, non solo protegge il DRA ma anche altre entità garantendo un flusso controllato di messaggi. I vantaggi principali della limitazione delle velocità sono:

• Continuità del servizio: mantenimento della disponibilità continua del servizio garantendo che i componenti critici della rete non siano sovraccarichi e prevengano le interruzioni.
• Scalabilità: consente alla rete di gestire carichi variabili senza compromettere le prestazioni.
• Conformità agli accordi sui livelli di servizio (SLA): garanzia che la rete soddisfi gli SLA mantenendo livelli coerenti di prestazioni e affidabilità.

Limite di velocità statico nel servizio di bilanciamento del carico

Si tratta di un approccio diretto, in cui una soglia fissa viene impostata in base alla capacità nominale di DRA/Packet Gateway (pGW) e altri elementi di rete e non cambia in base alle condizioni di rete o alle risorse di sistema. Limitando il numero di richieste in arrivo si ottiene un risultato prevedibile sulla quantità di traffico elaborata da DRA.

Le configurazioni per il limite di velocità statica dipendono dal caso di utilizzo a cui viene applicato.

Limite di velocità in ingresso

Scenario: Burst da pGW

Vengono configurate soglie specifiche per i pGW suscettibili a questi picchi di traffico. Il valore deve essere stabilito in base ai numeri di traffico regolari/di picco che possono essere rilevati durante i picchi di traffico.

I numeri di soglia possono essere definiti in modo specifico per ciascun tipo di messaggio in modo da garantire che venga limitato solo il traffico burst, ad esempio, devono essere limitate solo le richieste Gx CCR-I e Gx CCR-T provenienti da un GW, ma il traffico Gx CCR-U o Gy viene inoltrato come ricevuto.

In questo caso, è possibile impostare la limitazione sul lato entrata, ovvero DRA limita il messaggio non appena lo riceve, poiché lo scopo è quello di rifiutare in base all'elemento di rete da cui riceve la richiesta e di evitare l'elaborazione di un numero di richieste superiore a quello che DRA può gestire.

Il comportamento della limitazione può consistere nel rifiutare il messaggio con un codice di errore e un messaggio di errore specifico oppure nel eliminarlo.

Questo comportamento può essere abilitato in CPS vDRA configurando le tabelle CRD (Custom Reference Data) 'Profilo limite velocità peer' e 'Profilo limite velocità messaggi'. In queste tabelle CRD, è necessario configurare i seguenti valori:

Di seguito è riportato un esempio, in cui si sta configurando un limite di velocità complessivo di 1000 messaggi per pGW2 e un limite di velocità di 200 Gx CCR-I e 200 Gx CCR-T. Qualsiasi richiesta che superi questa velocità viene rifiutata con un 3002 e un messaggio di errore indica che il limite di velocità viene superato.

Limite velocità in uscita

Scenario: Protezione dell'elemento di rete che riceve la richiesta

Si consideri ad esempio una transazione Gx in cui la richiesta viene ricevuta da GpW e inoltrata alla funzione PCRF (Policy and Charging Rules Function). Se la quantità di dati che PCRF è in grado di gestire è limitata, anche se DRA è in grado di gestire il traffico in entrata, è possibile utilizzare DRA per limitare il messaggio a DRA invece di inoltrare la richiesta a PCRF e sovraccaricarla.

In questo caso, è necessario eseguire la limitazione sul lato in uscita, ovvero DRA limita il messaggio prima di inoltrarlo al PCRF, in base al PCRF Peer Group identificato in base alla logica di routing DRA.

Il comportamento della limitazione può consistere nel rifiutare il messaggio con un codice di errore e un messaggio di errore specifico oppure nel eliminarlo.

Questo comportamento può essere abilitato in CPS vDRA configurando le tabelle CRD 'Profilo limite velocità peer' e 'Profilo limite velocità messaggio'. Nelle tabelle CRD è necessario configurare i seguenti valori:

Scenario: Rallentamento della rete che provoca congestione del traffico e un errore completo/parziale di DRA

Si consideri ad esempio una transazione Gy scambiata tra pGW e Online Charging System (OCS). In caso di lentezza nella rete sul canale DRA-OCS (a causa di traffico elevato da PGW o di qualsiasi altro problema di rete), la richiesta scade a causa di violazione dello SLA. Questi timeout hanno un impatto non solo su DRA, ma sull'intera rete.

Le risorse DRA vengono bloccate nel tentativo di inviare la richiesta a OCS sulla rete lenta, con conseguente esaurimento delle risorse. Ciò comporta il rifiuto di più richieste da parte di DRA, anche se la capacità nominale di DRA non viene violata.

Questo influisce anche sul traffico che non è sul canale DRA-OCS. I rifiuti, i timeout e le interruzioni causano la riconnessione di più elementi di rete.

In questo caso, è necessario eseguire la limitazione sul lato uscita - DRA limita il messaggio prima di inoltrarlo a OCS, in base al gruppo peer OCS (che ha limitazioni di capacità o problemi di rete).

Il comportamento della limitazione può consistere nel rifiutare il messaggio con un codice di errore e un messaggio di errore specifico oppure nel eliminarlo.

Questo comportamento può essere abilitato in CPS vDRA configurando le tabelle CRD 'Profilo limite velocità peer' e 'Profilo limite velocità messaggio'. Nelle tabelle CRD riportate di seguito è necessario configurare i seguenti valori:

Limite di velocità dinamica

Quando si verificano burst CCR-I o CCR-T, può verificarsi un sovraccarico sul database (DB), che può provocare la destabilizzazione del sistema. Per superare questo problema, DRA supporta la limitazione dinamica della velocità (solo per Gx CCR-I e Gx CCR-T) basata sulla capacità DB disponibile.

DRA controlla l'utilizzo della CPU del database e, ogni volta che la soglia viene superata, limita le richieste in arrivo. È possibile configurare le soglie della CPU per la limitazione e il traffico in ingresso da limitare.

È possibile configurare soglie CPU diverse con percentuali di velocità corrispondenti. DRA regola il livello di limitazione in base all'utilizzo corrente della CPU del database. Quando l'utilizzo della CPU diventa stabile, la limitazione si interrompe gradualmente.

Questo comportamento può essere abilitato in CPS vDRA configurando le tabelle CRD 'Profilo limite velocità peer', 'Profilo limite velocità messaggi', 'Profilo limite velocità peer dinamica' e 'Profilo CPU database limitazione dinamica'. Nelle tabelle CRD riportate di seguito è necessario configurare i seguenti valori:

È inoltre necessario attivare questo comportamento selezionando la casella di controllo in Policy Builder in 'DRA di configurazione DRA' nella sezione 'DRA Dynamic Peer Rate Limiter'.

Tempo di attesa storno - Periodo di tempo per il quale viene monitorato l'utilizzo della CPU prima dell'applicazione dello storno.

Passo di storno in %: la percentuale di limitazione stornata.

Scenario: Limitazione dinamica della velocità in base all'utilizzo della CPU

Considerare questa configurazione in DRA:

Limite di velocità messaggi statici: 1000 (è quindi il valore di TPS in ingresso)

Tempo di attesa storno: 30

Fase di storno in %: 20%

Ogni volta che l'utilizzo della CPU del database supera la soglia, fa riferimento alla configurazione 'Profilo CPU database limitazione dinamica' e limita di conseguenza i TPS in ingresso notificando la directory. Poiché la limitazione si basa su valori di utilizzo della CPU in continuo cambiamento, è possibile pronunciare la velocità che limita dinamicamente il traffico.

• Inizialmente, l'utilizzo della CPU del database è al di sotto del limite, quindi non si verifica alcuna limitazione. Inoltre, PGW-2 non dispone della configurazione di Dynamic Rate Limiting e pertanto non viene applicata alcuna limitazione indipendentemente dall'utilizzo della CPU.
• Quando l'utilizzo della CPU del database è pari al 62%, il traffico viene limitato del 40% e il limite di velocità effettiva è 600 (il valore TPS in ingresso è 1000, il valore DRA è di solo 600).
• Se l'utilizzo della CPU rimane tra il 60 e il 65%, la limitazione del 40% continua ad essere applicata al limite di velocità configurato di 1000 e il limite di velocità effettiva è 600 (il valore TPS in ingresso è 1000, il valore DRA è solo 600).
• L'utilizzo della CPU si riduce al 49%, l'inversione della limitazione inizia a pGW-1.
• Se l'utilizzo della CPU rimane pari o inferiore al 49% per 30 secondi, la limitazione viene ridotta del 20% al 20%. Ora il limite di velocità effettiva è 800 (TPS in ingresso è 1000, DRA ne consente solo 800). Mentre lo storno, come per configurazione, viene fatto in passaggi del 20%.
• Quando l'utilizzo della CPU del database aumenta fino al 57%, il traffico viene limitato del 30% e il limite di velocità effettiva è 700 (il valore TPS in entrata è 1000, il valore DRA è di solo 700).
• Quando l'utilizzo della CPU del database aumenta fino al 67%, il traffico viene limitato del 50% e il limite di velocità effettiva è 500 (il valore TPS in entrata è 1000, il valore DRA è di solo 500).
• Quando l'utilizzo della CPU del database diminuisce al 55%, il traffico viene limitato del 30% e il limite di velocità effettiva è 700 (il valore TPS in entrata è 1000, il valore DRA è di solo 700).
• Se la CPU scende al 49% o meno per il successivo intervallo di 30 secondi, la limitazione viene ridotta dal 20% al 10% e il limite di velocità effettiva è 900 (TPS in ingresso è 1000, DRA ne consente solo 900).
• Se inoltre la CPU rimane al 49% o meno per i successivi 30 secondi, la limitazione viene ridotta del 20% a 0 e non viene applicato alcun limite di velocità al completamento dell'inversione (il valore TPS in ingresso è 1000, il valore DRA è 1000).