Limitação de taxa estática e dinâmica preventiva com CPS vDRA

Introdução

Este documento descreve as opções de limite de taxa no DRA, um componente de telecomunicações que roteia mensagens de Diâmetro e gerencia o tráfego de rede.

Pré-requisitos

Requisitos

A Cisco recomenda que você tenha conhecimento destes tópicos:

• Agente de roteamento de diâmetro (vDRA) do Cisco Policy Suite (CPS)
• Fundamentos e especificações do agente de roteamento de diâmetro

Componentes Utilizados

As informações neste documento são baseadas no DRA do Cisco Policy Suite.

As informações neste documento foram criadas a partir de dispositivos em um ambiente de laboratório específico. Todos os dispositivos utilizados neste documento foram iniciados com uma configuração (padrão) inicial. Se a rede estiver ativa, certifique-se de que você entenda o impacto potencial de qualquer comando.

Informações de Apoio

A DRA é um componente das redes de telecomunicações, particularmente dentro do contexto das redes baseadas em protocolos Diameter. O DRA roteia eficientemente mensagens de Diâmetro entre diferentes elementos de rede, como servidores de política, sistemas de carregamento e outros dispositivos habilitados para Diâmetro. A limitação de taxa é uma técnica de gerenciamento de tráfego de rede usada para controlar a quantidade de tráfego de ou para um elemento de rede. Ele ajuda a garantir que os recursos da rede não sejam esgotados, mantém a qualidade do serviço e evita o uso indevido ou abuso da rede.

Problema

Cada componente na rede pode lidar com a carga de tráfego com base em sua capacidade nominal, mas em tempo real pode haver cenários onde o tráfego gerado é mais do que o sistema pode lidar. Alguns deles são:

• Comportamento do usuário - Atividades como streaming de eventos ou atualizações de software que geram grandes quantidades de dados em um período curto. Geralmente enviado do Gateway (Gw) para o DRA.
• Congestionamento de rede - Em períodos de alto uso da rede, o congestionamento pode aumentar, levando a dados em fila que são enviados em surtos quando a capacidade se torna disponível.
• Mecanismos de resiliência de rede - redirecionamento de tráfego durante interrupções ou manutenção, causando picos temporários. Isso pode afetar o fluxo de tráfego em sites acasalados que não têm nenhum problema de rede.
• Comportamento do elemento de rede - Em caso de sobrecarga e congestionamento, você pode começar a ver nenhuma resposta/timeout de um ou mais elementos de rede que podem causar a reconexão, contribuindo para sobrecarga adicional no sistema.
• Liberação de gateway - o gateway pode liberar as sessões existentes devido a alterações de política, alteração de topologia ou qualquer atividade de manutenção ou solução de problemas. Durante esses cenários, as sessões são limpas e você pode receber uma rajada de solicitações de CCR (Credit Control Request, Solicitação de controle de crédito)-T Gx.

Solução

A DRA pode distribuir a carga entre vários servidores de Diâmetro para garantir um tratamento eficiente das solicitações e evitar sobrecarregar um único servidor. Em caso de falha do servidor, o DRA pode redirecionar mensagens para servidores alternativos, garantindo alta disponibilidade e confiabilidade dos serviços de rede.

Limitação de taxa no DRA, não apenas protege o DRA, mas também outras entidades, garantindo um fluxo controlado de mensagens. Os principais benefícios da limitação de taxa são:

• Continuidade do serviço - Manter a disponibilidade contínua do serviço, garantindo que os componentes críticos da rede não fiquem sobrecarregados e evitando interrupções.
• Escalabilidade - Permitindo que a rede lide com cargas variáveis sem degradação no desempenho.
• Conformidade com SLAs (Service Level Agreements, contratos de nível de serviço) - garantir que a rede atenda aos SLAs mantendo níveis consistentes de desempenho e confiabilidade.

Limite de taxa estática no balanceador de carga

Essa é uma abordagem direta, em que um limite fixo é definido com base na capacidade nominal do DRA/Packet Gateway (pGW) e de outros elementos da rede e não é alterado com base nas condições da rede ou nos recursos do sistema. Ao limitar a taxa de solicitações de entrada, você tem um resultado previsível sobre a quantidade de tráfego que o DRA processa.

As configurações para limite de taxa estática dependem do caso de uso para o qual ele é aplicado.

Limite de taxa de ingresso

Cenário: Intermitências de pGW

São configurados limites específicos para pGWs que são susceptíveis a essas intermitências de tráfego. O valor deve ser obtido com base no tráfego regular/números de pico de tráfego que podem ser vistos durante esses bursts.

Os números de limiar podem ser definidos especificamente para cada tipo de mensagem para garantir que apenas o tráfego de intermitência seja limitado, como, somente as solicitações Gx CCR-I e Gx CCR-T de um GW devem ser limitadas, mas o tráfego Gx CCR-U ou Gy é encaminhado como recebido.

Nesse caso, você pode acelerar no lado do ingresso, ou seja, o DRA acelera a mensagem assim que ela é recebida, já que a finalidade aqui é rejeitar com base no elemento de rede do qual ela está recebendo a solicitação e evitar o processamento de um número maior de solicitações do que o DRA pode tratar.

O comportamento do acelerador pode ser rejeitar a mensagem com um determinado Error-Code e Error-Message ou descartá-la.

Este comportamento pode ser habilitado no CPS vDRA configurando as tabelas de dados de referência personalizados (CRD) 'Perfil de limite de taxa de mesmo nível' e 'Perfil de limite de taxa de mensagem'. Nessas tabelas de CRD, você precisa configurar estes valores:

Aqui está um exemplo, onde você está configurando um limite de taxa geral de 1000 mensagens para pGW2 e um limite de taxa de 200 Gx CCR-I e 200 Gx CCR-T. Qualquer solicitação além dessa taxa é rejeitada com um 3002 e uma mensagem de erro indica que o limite de taxa foi violado.

Limite de taxa de saída

Cenário: Proteção do elemento de rede que recebe a solicitação

Considere um exemplo de uma transação Gx em que a solicitação é recebida do pGW e encaminhada para a Policy and Charging Rules Function (PCRF). Se houver limitações para a quantidade de dados que o PCRF pode tratar, mesmo que o DRA possa tratar o tráfego de entrada, você pode usar o DRA para acelerar a mensagem no DRA em vez de encaminhar a solicitação ao PCRF e sobrecarregá-lo.

Aqui você precisa acelerar no lado de saída, isto é, o DRA acelera a mensagem antes de encaminhá-la para o PCRF, com base no grupo de peers do PCRF que é identificado com base na lógica de roteamento do DRA.

O comportamento do acelerador pode ser rejeitar a mensagem com um determinado Error-Code e Error-Message ou descartá-la.

Esse comportamento pode ser habilitado no vDRA do CPS configurando as tabelas CRD 'Peer Rate Limit Profile' e 'Message Rate Limit Profile'. Nessas tabelas CRD, você precisa configurar os seguintes valores:

Cenário: Lentidão na rede, resultando em congestionamento de tráfego, causando falha total/parcial do DRA

Considere um exemplo de uma transação Gy que é trocada entre o pGW e o Sistema de Cobrança On-line (OCS). Em caso de lentidão na rede no canal DRA-OCS (devido ao alto tráfego de pGW ou devido a qualquer outro problema de rede), a solicitação atinge o tempo limite devido à violação do SLA. Esses tempos limite afetam não apenas o DRA, mas toda a rede.

Os recursos de DRA são bloqueados ao tentar enviar a solicitação ao OCS pela rede lenta, fazendo com que seus recursos se esgotem. Isso faz com que várias solicitações sejam rejeitadas pela DRA, embora a capacidade nominal da DRA não seja violada.

Isso também afeta o tráfego que não está no canal DRA-OCS. Essas rejeições/intervalos e quedas acionam a reconexão em vários elementos da rede.

Nesse caso, você precisa acelerar no lado da saída - o DRA acelera a mensagem antes de encaminhá-la ao OCS, com base no grupo de pares do OCS que tem limitações de capacidade ou problemas de rede).

O comportamento do acelerador pode ser rejeitar a mensagem com um determinado Error-Code e Error-Message ou descartá-la.

Esse comportamento pode ser habilitado no vDRA do CPS configurando as tabelas CRD 'Peer Rate Limit Profile' e 'Message Rate Limit Profile'. Nestas tabelas CRD, você precisa configurar estes valores:

Limite de taxa dinâmica

Quando ocorrem intermitências de CCR-I ou CCR-T, pode haver uma sobrecarga no banco de dados (DB), que pode causar a desestabilização do sistema. Para superar isso, a DRA suporta limitação de taxa dinâmica (somente para Gx CCR-I e Gx CCR-T) com base na capacidade disponível do DB.

O DRA monitora a utilização da CPU do BD e, sempre que o limite é ultrapassado, ele controla o fluxo das solicitações recebidas. Os limites de CPU para controle e o tráfego de entrada a ser controlado são configuráveis.

Diferentes limites de CPU com percentuais de aceleração correspondentes podem ser configurados. O DRA ajusta o nível de otimização com base no uso atual da CPU do BD. Quando o uso da CPU se torna estável, o controle pára gradualmente.

Esse comportamento pode ser habilitado no CPS vDRA configurando as tabelas CRD 'Peer Rate Limit Profile', 'Message Rate Limit Profile', 'Dynamic Peer Rate Limit Profile' e 'Dynamic Throttling DB CPU Profile'. Nestas tabelas CRD, você precisa configurar estes valores:

Além disso, esse comportamento deve ser ativado, marcando a caixa de seleção no Policy Builder em 'DRA Configuration Plugin', na seção 'DRA Dynamic Peer Rate Limiter'.

Tempo de Retenção de Estorno - O período para o qual a utilização da CPU é monitorada antes da aplicação do estorno.

Etapa de Estorno em % - A porcentagem de limitação revertida.

Cenário: Limitação dinâmica de taxa com base na utilização da CPU

Considere esta configuração no DRA:

Limite de taxa de mensagens estáticas: 1000 (é, portanto, o valor de TPS de entrada)

Tempo de Retenção de Estorno: 30 s

Etapa de reversão em %: 20%

Sempre que a Utilização da CPU do BD ultrapassa o limite, ela se refere à configuração 'Dynamic Throttling DB CPU Profile' e acelera o TPS de entrada de acordo, notificando o direcionador. Como a limitação se baseia em valores de utilização da CPU que são sempre alterados, você pode dizer que sua taxa dinâmica limita o tráfego.

• Inicialmente, a utilização da CPU do BD está abaixo do limite, portanto, não há limitação. Além disso, o PGW-2 não tem a configuração de Limitação de Taxa Dinâmica e, portanto, nenhum controle de fluxo acontece lá, independentemente da utilização da CPU.
• Quando a utilização da CPU do BD é de 62%, o tráfego é limitado em 40% e o limite de taxa efetivo é de 600 (TPS de entrada é 1000, DRA permite apenas 600).
• Se a utilização da CPU permanecer entre 60-65%, a limitação de 40% continuará a ser aplicada no limite de taxa configurado de 1000 e o limite de taxa efetivo será 600 (TPS de entrada é 1000, DRA permite apenas 600).
• A utilização da CPU é reduzida para 49%, a reversão da limitação começa em pGW-1.
• Se a utilização da CPU permanecer em 49% ou menos por 30 segundos, a limitação será reduzida em 20% a 20%. Agora o limite de taxa efetivo é 800 (TPS de entrada é 1000, DRA permite apenas 800.) Enquanto a reversão, de acordo com a configuração, é feita nas etapas de 20%.
• Quando a utilização da CPU do BD aumenta para 57%, o tráfego é limitado em 30% e o limite de taxa efetivo é 700 (o TPS de entrada é 1000, o DRA permite apenas 700).
• Quando a utilização da CPU do BD aumenta para 67%, o tráfego é limitado em 50% e o limite de taxa efetivo é 500 (o TPS de entrada é 1000, o DRA permite apenas 500).
• Quando a utilização da CPU do BD diminui para 55%, o tráfego é limitado em 30% e o limite de taxa efetivo é 700 (o TPS de entrada é 1000, o DRA permite apenas 700).
• Se a CPU cair para 49% ou menos nos próximos 30 segundos, a limitação será reduzida em 20% a 10% e o limite de taxa efetiva será 900 (TPS de entrada é 1000, DRA permite apenas 900).
• Se a CPU ficar além disso em 49% ou menos durante os próximos 30 segundos, a aceleração será reduzida em 20% a 0 e não haverá limite de taxa aplicado quando a reversão for concluída (TPS de entrada é 1000, DRA permite 1000).