Đề tài Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty spt

te-count) mà nó có thể gửi đi trong một vòng. Gói cuối cùng luôn luôn được gửi, thậm chí tổng số byte được gửi trong một chu kỳ lớn hơn giới hạn (byte-count). Như vậy việc thiết lập số lượng byte giới hạn quá nhỏ có thể phát sinh những vấn đề không mong đợi trong việc phân phối băng thông. Tuy nhiên khi số lượng byte giới hạn được thiết lập quá lớn thì có thể phát sinh thời gian chờ được phục vụ của hàng đợi tiếp theo. Do đó việc xác định số lượng byte phải dựa trên cỡ gói trong mỗi giao thức nếu không tỉ lệ phần trăm phân phối băng thông sử dụng sẽ không giống như các thông số được cấu hình. Hình 4.10 sẽ minh họa một trường hợp xấu nhất trong đó các tham số được sử dụng để thực thi CQ trên giao diện như sau: ƒ MTU trên giao diện là 1500. ƒ Byte-count là 3000. 73 Hình 4.10 Một trường hợp xấu nhất xảy ra đối với hàng đợi CQ Theo ví dụ trên hình 4.10 tổng số bytes hai gói dữ liệu là 2999 byte mà byte-count là 3000. Do đó router sẽ gửi tiếp các byte ở gói tiếp theo, nghĩa là tại hàng đợi đó router sẽ gửi 4499 byte, sau đó mới phục vụ hàng đợi tiếp theo. Đây cũng là một trong những nhược điểm của CQ. Vậy ta phải xác định byte-count là bao nhiêu? Nếu tỷ số byte-count/MTU quá nhỏ CQ sẽ không phân phối băng thông chính xác. Nếu tỷ số này quá lớn CQ sẽ là nguyên nhân của trễ. Sau đây chúng ta phân tích một ví dụ về tính toán băng thông và độ trễ tối đa. Ta xét một hệ thống gồm 3 hàng đợi CQ như hình vẽ 4.11 trong đó: ƒ Hàng đợi thứ nhất dùng byte-count là 4500. ƒ Hàng đợi thứ 2 dùng byte-count là 3000. ƒ Hàng đợi thứ 3 dùng byte-count là 1500. Hàng đợi 1 Hàng đợi 2 Hàng đợi 3 15002999 30004499 45005999 B ộ lập lịch R ound R obin 64 kbps MTU = 1500 Hình 4.11 Minh họa tính toán băng thông và độ trễ tối đa 74 Việc tính toán đảm bảo băng thông và độ trễ tối đa (theo công thức 4.1). Thời gian hoàn thành một vòng phụ thuộc vào băng thông của giao diện, kích thước MTU, và tổng số của tất cả byte-count hàng đợi. BW1 = bc1 / (bc1 + bc2 + bc3) = 4500/9000 = 50% Td1 = (bc2 + bc3) / B = (3000+1500)*8/64000 = 562 ms (4.1) Tw1 = ((bc2 + 1499) + (bc3 +1499)) / B = (3000+1499 + 1500+1499)*8/64000 = 937 ms Trong đó: BW1(%): Tỷ lệ % chiếm băng thông của hàng đợi 1 bc1, bc2, bc3 (byte): Là các ngưỡng (byte – count) của hàng đợi 1, 2, 3 Td1(s): Thời gian trễ của hàng đợi 1 Tw1(s): Thời gian trễ trong trường hợp xấu nhất của hàng đợi 1 B (b/s): Dải thông của giao diện đầu ra Phép tính thứ nhất và thứ hai chỉ ra rằng hàng đợi đầu tiên sẽ nhận băng thông xấp xỉ là 50% băng thông và thời gian trễ là 562ms. Phép tính thứ ba chỉ ra rằng round-robin delay là 937ms cho hàng đợi thứ nhất khi tất cả các lớp nghẽn và gửi số lượng byte tối đa (byte-count + MTU-1) trong một vòng. Tính toán tương tự đối với hàng đợi thứ 2 ta có: Tỉ lệ chiếm băng thông xấp xỉ là 33%, thời gian trễ là 750ms, thời gian trễ trong trường hợp xấu nhất xấp xỉ là 1125ms. Đối với hàng đợi thứ 3 ta có: Tỉ lệ chiếm băng thông xấp xỉ là 17%, thời gian trễ xấp xỉ là 936ms, thời gian trễ trong trường hợp xấu nhất xấp xỉ là 1312ms. Căn cứ vào số liệu được tính toán, ta thấy các tham số được cấu hình trong hàng đợi thứ 1 là tối ưu hơn cả. 75 4.2.2.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi CQ Ưu điểm: ƒ Đảm bảo thông lượng cho các lớp lưu lượng (tránh sự thiếu hụt giữa các lớp lưu lượng). ƒ Hỗ trợ trên hầu hết các platform. ƒ Hỗ trợ trong hầu hết các phiên bản phần mềm (Cisco IOS version 10.0 trở lên). Nhược điểm: ƒ Cấu hình bằng tay tại mỗi hop. ƒ Cấp băng thông không chính xác. ƒ Độ jitter cao do thực thi sự sắp xếp. 4.2.2.3 Cấu hình thực thi hàng đợi CQ Khởi tạo CQ trên một giao diện và gán CQ xác định vào giao diện. Phân lớp các gói dựa trên giao thức. Các gói không phân lớp sẽ được sắp xếp vào hàng đợi mặc định Phân lớp các gói thành lớp dựa trên giao diện đầu vào. Xác định byte-count, mặc định là 1500 bytes. Xác định số gói tối đa trong một hàng đợi. Mặc định là 20. 76 Đặt hàng đợi thấp nhất: Q1 có ưu tiên cao nhất, hàng đợi mặc định Q0 luôn luôn được coi là “pre-emptive” chứa các thông tin về hệ thống và các bản tin link-level. Hình 4.12 minh họa một ví dụ cấu hình CQ trên router của một chi nhánh văn phòng: Một chi nhánh văn phòng Mạng lõi (WAN) E0 E1 interface serial 1/0 custom - queue-list 5 ! queue-list 5 protocol ip 1 list 101 queue-list 5 queue 1 limit 40 queue-list 5 lowest-custom 2 queue-list 5 interface ethernet 0/0 2 queue-list 5 queue 2 byte-count 3000 queue-list 5 protocol ip 3 queue-list 5 queue 3 byte-count 5000 queue-list 5 default 4 ! access-list 101 permit ip any any precedence 5 Hình 4.12 Ví dụ cấu hình hàng đợi CQ Trong ví dụ hình 6.8 ƒ Q1 được dùng cho các ứng dụng nhạy cảm với trễ (được đánh dấu với IP precedence 5. ƒ Q2 dùng cho tất cả các gói đến từ giao diện Ethernet 0/0. 77 ƒ Q3 được dùng cho tất cả các gói IP mà không phải là một trong 2 hàng đợi đầu tiên. ƒ Q4 được dùng cho tất cả các lưu lượng khác. 4.2.3 Hàng đợi ưu tiên (PQ) PQ (Priority Queuing) thường được sử dụng trong các ứng dụng ưu tiên một loại lưu lượng, tuy nhiên nó cũng có thể mở rộng với tất cả các loại dịch vụ khác. Đối với PQ các hàng đợi có thứ tự ưu tiên thấp có thể phát sinh ảnh hưởng bất lợi, chúng có thể không bao giờ được gửi đi nếu như băng thông truyền tải bị giới hạn hay tốc độ truyền dẫn không đáp ứng được dung lượng các dạng lưu lượng được gửi tới. 4.2.3.1 Cơ chế hoạt động Trong qúa trình truyền dẫn các gói sẽ được phân loại thành 4 mức (cao, thông thường, trung bình và thấp) dựa trên các tiêu chuẩn của người quản lý, sau đó chúng sẽ được sắp xếp vào các hàng đợi trên cơ sở các mức ưu tiên. Cơ chế làm việc của PQ được mô tả theo hình vẽ 4.13 Phân lớp Các gói tin đến Hàng đợi Tx Các gói tin ra Phân lớp bởi: Các giao thức (IP, TPX, Apple Talk,...) Các giao diện nguồn (E0, S0,…) High Chiều dài được định nghĩa bởi giới hạn hàng đợi Bộ đệm Các giao diện phần cứng như: Ethernet, Serial Link, Frame Relay, ATM Medium Normal Low Hình 4.13 Cơ chế hoạt động của PQ 78 Theo hình vẽ 4.13, chiều dài tối đa của hàng đợi được định nghĩa thông qua chiều dài giới hạn, khi hàng đợi dài quá chiều dài giới hạn thì tất cả các gói nằm ngoài giới hạn hàng đợi đó sẽ bị rớt. Việc phân loại các gói có thể dựa trên các đặc tính sau: ƒ Kiểu giao thức. ƒ Giao diện đầu vào. Các thông tin của mạng luôn luôn được gán thứ tự ưu tiên cao nhất, tất cả các thông tin về quản lý lưu lượng khác cũng phải được cấu hình. Các gói không được phân loại bằng cơ chế danh sách ưu tiên sẽ được sắp xếp vào hàng đợi thông thường. 4.2.3.2 Các ưu nhược điểm của hàng đợi ưu tiên Ưu điểm: ƒ Cho trễ truyền thấp đối với các gói có ưu tiên cao. ƒ Hỗ trợ hầu hết trên các thiết bị. ƒ Hỗ trợ trong hầu hết các phiên bản phần mềm (Cisco IOS 10.0 trở lên). Nhược điểm: ƒ Cấu hình phân lớp bằng tay trên các hop. ƒ Sự thiếu hụt của mức ưu tiên thấp nếu mức ưu tiên cao bị nghẽn. 4.2.3.3 Cấu hình thực thi hàng đợi ưu tiên Việc thiết lập cấu hình hàng đợi PQ được thực hiện theo 4 bước chính sau: ƒ Bước 1: Cấu hình phân lớp. ƒ Bước 2: Lựa chọn một hàng đợi. ƒ Bước 3: Đặt kích thước tối đa hàng đợi. ƒ Bước 4: Áp dụng danh sách ưu tiên trên lưu lượng đầu ra trên một hoặc nhiều giao diện. Bước 1: cấu hình phân lớp: Phân lớp các gói vào PQ dựa vào giao thức 79 Dùng lệnh priority-list cấu hình phân lớp dựa vào các giao thức lớp 3. Phân lớp dựa vào giao diện đầu vào. Bước 2 + 3: Xác định kích thước tối đa của từng hàng đợi ưu tiên. PQ dùng các thông số kích thước hàng đợi mặc định bao gồm: ƒ High queue mặc định là 20. ƒ Medium queue mặc định là 40. ƒ Normal queue mặc định là 60. ƒ Low queue mặc định là 80. Bước 4: Áp dụng danh sách ưu tiên trên lưu lượng đầu ra trên một hoặc nhiều giao diện: Lệnh priority-group áp dụng một priority-group vào một giao diện. Hình vẽ 4.14 minh họa một ví dụ cấu hình hàng đợi ưu tiên trên các giao diện: 80 Một chi nhánh văn phòng Mạng lõi (WAN) Interface serial0 Priority - group 1 priority-list 1 protocol ip high list 101 priority-list 1 interface ethernet 0 medium priority-list 1 default normal priority-list 1 queue-limit 20 40 60 80 access-list 101 permit tcp any any eq 23 E0 E1 Hình 4.14 Một Ví dụ cấu hình hàng đợi PQ Trong hình vẽ 6.5 ta nhận thấy: ƒ Tất cả các telnet outbound được vào hàng đợi có yêu tiên cao. ƒ Tất cả lưu lượng vào router từ ethernet 0 được chuyển tiếp vào hàng đợi medium. ƒ Tất cả lưu lượng còn lại đi vào hàng đợi mặc định. 4.2.3.4 Kết luận Khi lựa chọn sử dụng PQ cần chú ý rằng việc cấu hình không thích hợp có thể phục vụ một hàng đợi hoàn tất mà không để ý tới các dịch vụ khác. Trong trường hợp tồi nhất dịch vụ trong hàng đợi có thứ tự ưu nhiên thấp nhất có thể không bao giờ được gửi đi. Để giải quyết vấn đề này chúng ta có thể sử dụng cơ chế tốc độ truy cập cam kết (CAR) hoặc sửa dạng lưu lượng (GTS) để giới hạn tốc độ cho các lưu lượng có thứ tự ưu tiên cao hơn. 81 4.2.4 Hàng đợi cân bằng trọng số (WFQ) WFQ (Weighted Fair Queuing) xây dựng hàng đợi dựa trên cơ sở trọng số, từ đó nó đảm bảo xử lý công bằng cho toàn bộ lưu lượng truyền tới cổng giao diện. Đặc biệt trong các thiết bị router các giao tiếp có tốc độ nhỏ hơn hoặc bằng 2Mbps chế độ mặc định sử dụng là WFQ. 4.2.4.1 Cơ chế hoạt động WFQ được biết đến như một giải pháp để khắc phục nhược điểm trong các cơ chế hàng đợi FIFO, PQ, CQ bằng các chức năng sau (xem hình 4.15): ƒ Có hàng đợi chuyên dụng cho mỗi luồng (không có sự thiếu hụt: starvation, delay, jitter trong hàng đợi). ƒ Dùng IP precedence như là trọng số khi cấp băng thông. ƒ WFQ dùng các phân lớp tự động, không hỗ trợ phân lớp nhân công. ƒ WFQ loại bỏ gói (drop) hầu hết trên các luồng. ƒ Khối lập lịch WFQ giống như hệ thống TDM (Time Division Multiplex). Băng thông được phân bổ công bằng và chính xác giữa tất cả các luồng (đảm bảo dịch vụ, tối thiểu hóa trễ sắp xếp). ƒ WFQ được hỗ trợ trên hầu hết các giao diện của router cũng như giao diện đa năng (VIP - Versatile Interface Processors). 82 B ộ lập lịch hàng đợi Hình 4.15 Cơ chế hoạt động của WFQ Có 2 tham số mà ảnh hưởng đến chính sách rớt các gói của cơ chế hàng đợi WFQ là: ƒ Ngưỡng lọai bỏ nghẽn (Congestive discard threshold: CDT) được dùng bắt đầu drop gói của hầu hết các luồng thậm chí trước cả đạt đến giới hạn hold-queue. ƒ Hold-queue được xác định là tổng số gói lớn nhất có thể được xếp hàng trong hệ thống WFQ ở mọi thời điểm. Hay nói cách khác HQO (Hold- queue) là số lượng gói lớn nhất mà hệ thống WFQ có thể giữ (hold). Sau đây chúng ta xét một ví dụ sử dụng WFQ trong mạng IP. Trong ví dụ này ta dùng đường truyền dẫn WAN 128kbp để truyền thoại không dùng RSVP. Giả sử rằng VoIP dùng phương thức mã hóa (codec) theo chuẩn G729 thì nó sẽ sử dụng băng thông xấp xỉ là 30kbp (bao gồm cả RTP, UDP, IP và Header). Tất cả các gói thoại được đánh dấu là 5 (IP precedence 5) và được tính như là 6 phiên dữ liệu 83 ƒ 1 phiên VoIP, 5 phiên dữ liệu: thoại chiếm băng thông [6/(6+5)]*128=69kbp lớn hơn tốc độ thoại yêu cầu, đủ băng thông cho 1 phiên thoại. ƒ 1 phiên VoIP, 20 phiên dữ liệu: [6/(6+20)]*128=29kbp ảnh hưởng đến thoại. Có 3 kiểu hàng đợi cân bằng trọng số (WFQ) là: ƒ Flow – based WFQ (WFQ) ƒ Class – based WFQ (CBWFQ) ƒ VIP – Distributed WFQ (DWFQ) 4.2.4.2 Hàng đợi cân bằng trọng số phân loại lưu lượng (FBWFQ) Flow – based WFQ (gọi tắt là WFQ) sử dụng các mức ưu tiên để nhận dạng lưu lượng và phân loại lưu lượng thành các luồng khác nhau, Mỗi luồng được gán một trọng số, trọng số này xác định thứ tự truyền đi cho các gói trong hàng đợi, luồng có trọng số nhỏ nhất sẽ được phục vụ trước nhất. Cũng giống như CQ, WFQ cũng gửi số lượng bytes từ mỗi hàng đợi. Trên thực tế trong mỗi chu kỳ truyền dữ liệu, WFQ gửi số lượng bytes tương ứng với mức ưu tiên của mỗi luồng đó cộng thêm 1. Số này chỉ được sử dụng như một tỉ lệ để xác định bao nhiêu bytes trong mỗi gói tin được gửi đi. Để xác định lượng băng thông cho mỗi hàng đợi ta thực hiện chia số bytes của mỗi luồng cho tổng số bytes của tất cả các luồng. Ví dụ Nếu ta có các luồng với các mức ưu tiên thì mỗi luồng được gán mức ưu tiên cộng với 1. 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 36 Như vậy lưu lượng có mức ưu tiên 0 sẽ chiếm 1/36 băng thông, lưu lượng mức 1 sẽ chiến 2/36 băng thông và lưu lượng mức 7 sẽ chiếm 8/36 băng thông. Tuy nhiên khi số lượng luồng ở 1 mức ưu tiên nào đó tăng hay giảm thì việc phân phối sẽ thay đổi. Ví dụ 18 luồng mức 1 Khi đó: 84 1 + 2 * 18 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 = 70 Lưu lượng ưu tiên mức 0 sẽ là 1/70, mức 1 sẽ là 2/70 và mức 7 sẽ là 8/70. Có 2 kiểu luồng dữ liệu là: ƒ Luồng dữ liệu cỡ nhỏ (Low-bandwith). ƒ Luồng dữ liệu cỡ lớn (High-bandwith). Các luồng lưu lượng cỡ nhỏ (như Telnet, dịch vụ ưu đãi) có mức ưu tiên hóa cao hơn và được gửi đi ngay khi băng thông khả dụng, các luồng dữ liệu cỡ lớn (như FTP) chia sẻ khả năng còn lại trên những phần băng thông tương ứng hay một phần nào đó. Trong các luồng dữ liệu lớn khi vượt quá ngưỡng cho phép các bản tin mới đến sẽ bị loại bỏ. Tuy nhiên trong các luồng dữ liệu cỡ nhỏ nhờ có các gói thông điệp “Conversation” quản lý bản tin, các bản tin mới đến vẫn tiếp tục được gắn vào hàng đợi dữ liệu. Ngoài ra WFQ còn có khả năng quản lý các luồng dữ liệu kép, ví dụ như các thông tin thoại và video. 4.2.4.3 Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp lưu lượng (CBWFQ) CBWFQ (Class – based Weighted Fair Queuing) mở rộng chức năng của WFQ cung cấp phương thức định nghĩa các lớp lưu lượng dựa trên các tiêu chuẩn phù hợp bao gồm loại giao thức, các danh sách điều khiển truy nhập và các giao tiếp đầu vào (xem hình 4.16). Các gói tin thỏa mãn các đặc tính cho một lớp cấu thành lưu lượng của chính lớp đó. Nghĩa là trọng số được dùng cho các lớp chính là trọng số của các gói mà phù hợp với tiêu chuẩn của lớp đó. Sau khi đã được gán trọng số, các gói sẽ được sắp xếp vào cuối hàng đợi. CBWFQ sử dụng chính sách phân lớp được thiết lập để xử lý hàng đợi lớp đó được phục vụ công bằng. 85 Với các lớp đã được định nghĩa người sử dụng cũng có thể gán các đặc tính bao gồm băng thông, trọng số và giới hạn gói lớn nhất cho một lớp. Từ đó có thể tính được băng thông khả dụng trên một giao diện. IP TCP Payload Địa chỉ nguồn Địa chỉ đích Giao thức ToS Địa chỉ nguồn Địa chỉ đích Hàm băm WFQ phân lớp sử dụng các thông số sau: Địa chỉ IP nguồn Địa chỉ IP đích Giao thức TCP nguồn hoặc cổng UDP Giao thức truyền Kiểu dịch vụ (trường ToS) Sau khi các gói được xếp hàng, chỉ số hàng đợi sẽ được thực hiện bởi một hàm băm # Hàng đợi (chỉ số hàng đợi) Hình 4.16 Sự phân lớp WFQ dựa trên tiêu đề gói tin Hàm băm được dùng để gán hàng đợi vào luồng. WFQ mặc đinh dùng 256 hàng đợi. Số lượng hàng đợi có thể được cấu hình trong dải từ 16 đến 4096. Nếu một số lượng lớn luồng cùng diễn ra điều đó cũng giống như 2 luồng cùng vào một hàng đợi giống nhau. Chú ý thông thường việc phân phối băng thông trên một giao diện không thể vượt quá 75% băng thông của giao diện bởi vì 25% còn lại được sử dụng cho mục đích truyền tải các từ tiêu đề bao gôm tiêu đề lớp 2, thông tin định tuyến lưu lượng, và các dịch vụ đặc biệt. Tuy nhiên trong từng ứng dụng truyền tải ta có thể cấu hình vượt quá 75% băng thông cho tổng cộng cho tổng lưu lượng của các lớp hay các luồng nhưng vẫn phải đảm bảo phần băng thông khả dụng cho mục địch truyền tải các mào đầu nói trên. 4.2.4.4 Hàng đợi cân bằng trọng số tốc độ cao (DWFQ) DWFQ là một dạng đặc biệt của WFQ tốc độ cao chạy trên nền bộ xử lý giao diện đa năng (VIP - Versatile Interface Processor). Đối với DWFQ nó 86 lưu giữ số gói trong mỗi hàng đợi và tổng số các gói trong tất cả các hàng đợi. Khi tổng cộng các gói là nhỏ hơn giới hạn tổng cộng, thì các hàng đợi có thể làm đệm tạm thời mà không quan tâm đến giới hạn hàng đợi riêng lẻ. Nhưng nếu như nó vượt qua giới hạn tổng cộng cơ chế giới hạn hàng đợi riêng lẻ sẽ được kích hoạt khi đó tất cả các gói mới đến mà vượt quá giới hạn hàng đợi sẽ bị loại bỏ. Tuy nhiên các gói đã được sắp xếp trong hàng đợi vẫn không bị loại bỏ ngay cả khi hàng đợi đã vượt qua giới hạn cho phép. Có 2 loại DWFQ: ƒ Flow-based DWFQ ƒ Class-based DWFQ Với Flow-based DWFQ các gói được phân loại bằng luồng. Các gói có cùng địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích, cổng nguồn TCP hoặc UDP, cổng đích TCP hoặc UDP, loại giao thức và trường ToS (Type of Service) được sắp xếp cùng một luồng (tất cả các gói non-IP được xử lý như luồng số 0) . Mỗi 1 luồng tương ứng riêng rẽ một hàng đợi đầu ra. Khi các gói được gán tới một luồng nó sẽ được đặt vào hàng đợi tương ứng với luồng đó. Trong suốt quá trình tắc nghẽn, DWFQ phân phối băng thông như nhau cho mỗi hàng đợi đang được gửi. Với Class-based DWFQ các gói được gán tới các hàng đợi khác nhau dựa trên nhóm QoS của chúng hoặc giá trị ưu tiên IP trong trường ToS. Nhóm QoS cho phép người sử dụng thực hiện theo chiến lược QoS của mình. Một nhóm QoS là một sự phân lớp nội bộ của các gói, được router dùng để xác định cách thức xử lý các gói tin trên những đặc tính QoS xác định. Có thể sử dụng CAR (Commited Access Rate) hoặc sự truyền bá chính sách QoS thông qua BGP (Border Gateway Protocol) để gán các gói tin vào các nhóm QoS khác nhau. Tuy nhiên nếu muốn phân loại các gói chỉ dựa trên 3 bits phân quyền IP thì có thể sử dụng DWFQ dựa trên trường ToS. Các lớp được định 87 rõ một trọng số. Trong suốt quá trình tắc nghẽn, mỗi nhóm được phân phối phần trăm băng thông tương ứng với trọng số của lớp đó. Ví dụ nếu 1 lớp được gán trọng số là 50 thì trong suốt quá trình tắc nghẽn các gói tin từ lớp này được phân phối ít nhất 50 phần trăm băng thông khả dụng. Trong trường hợp các giao diện không có tắc nghẽn các hàng đợi có thể được gửi đi thông qua bất cứ phần băng thông khả dụng nào. 4.2.4.5 Các ưu nhược điểm của hàng đợi WFQ Ưu điểm: ƒ Cấu hình đơn giản (không cần cấu hình sự phân lớp). ƒ Đảm bảo thông lượng cho tất cả các luồng. ƒ Khắc phục được hiện tượng “hiệu ứng dây truyền” (chuỗi liên kết các gói) trong cơ chế hàng đợi FIFO ƒ Drop gói trên hầu hết các luồng. ƒ Hỗ trợ hầu hết các thiết bị (platform). ƒ Hỗ trợ hầu hết các phiên bản phần mềm (Cisco IOS 11.0 trở lên). Nhược điểm: ƒ Đa luồng có thể kết thúc ở trong một hàng đợi. ƒ Không hỗ trợ cấu hình phân lớp. ƒ Không cho phép đảm bảo băng thông cố định. ƒ Thực thi giới hạn tùy thuộc vào độ phức tạp của phân lớp và cơ chế sắp xếp. 4.2.4.6 Cấu hình thực thi WFQ Khởi tạo WFQ trên các giao diện: CDT (congestive-discard threshold): Số các bản tin cho phép trong hệ thống WFQ trước khi router bắt đầu rớt (drop) các gói mới được xếp vào hàng 88 đợi dài nhất. Giá trị CDT có thể lên 4096, mặc định là 64. WFQ tự động khởi tạo (enable) trên các giao diện tốc độ thấp hơn 2M. Dynamic-queues: Số các hàng đợi động dùng cho kiến trúc best-effort: giá trị là 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, và 4096 giá trị mặc định là 256. Reservable-queues: Số hàng đợi đặt trước dùng cho các hội thoại đặt trước trong dải giá trị 0 đến 1000 (dùng cho giao diện cấu hình các đặc tính như là RSVP mặc định là 0). Cấu hình thêm các tham số HQO cho WFQ. ƒ Xác định số gói lớn nhất có thể trong tất cả các hàng đợi đầu ra trên giao diện ở mọi thời điểm, giá trị mặc định là 1000. ƒ Trong tình huống đặc biệt WFQ có thể tiêu thụ nhiều bộ đệm (buffer). Ví dụ DoS (Denial of Service) tấn công làm tràn (flood) trên giao diện với một lượng gói lớn nó có thể điền đầy các hàng đợi ở cùng một tốc độ. Kết luận: Mặc dù WFQ có thể phục vụ tốt đối với các gói tin có kích thước nhỏ hoặc IP precedence cao, nhưng nó không phải là công cụ chính xác để đảm bảo một lượng băng thông cố định. 89 CHƯƠNG 5 KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG IP/MPLS 5.1 Cơ sở Khi gói IP chuyển từ nguồn tới đích, kỹ thuật truyền thống sẽ thực hiện phân tích địa chỉ IP đích được cung cấp bởi thủ tục định tuyến lớp mạng Vd: OSPF (Open Shortest Path First) hoặc BGP (Border Gateway Protocol), định tuyến tĩnh,.... Để thực hiện quyết định chuyển tiếp tại từng chặng bên trong mạng. Router thực hiện việc xử lý các quyết định chọn đường để xem gói tin sẽ đi theo đường nào. Các thiết bị lớp mạng này tham gia vào việc tập hợp phân phối thông tin lớp mạng và thực hiện chuyển mạch lớp 3 dựa trên nội dung của tiêu đề trong mỗi gói ở lớp mạng. Ta xem xét vd trong hình 5.1 ATM PVC Switch ATM TP HCM Switch ATM Hà Nội Mạng trục ATM Router nhân Hà Nội Router nhân Đà Nẵng Router nhân TP HCM Switch ATM Đà Nẵng Hình 5.1 Mạng IP chạy trên mạng trục ATM Giả sử chỉ có 1 tuyến kết nối như hình 5.1, tất cả các gói từ Hà Nội đến TP HCM đều phải qua router Đà Nẵng, điều này làm tăng độ trễ trong mạng và tăng tải CPU của router Đà Nẵng. Để đảm bảo chuyển tiếp gói tin một cách tối ưu trong mạng, mạch ảo ATM phải được thiết lập một cách đầy đủ giữa các router. Với các mạng nhỏ như hình 5.1 thì không có vấn đề gì, nhưng với mạng lớn với vài chục đến hàng trăm router thì điều này không thể thực hiện 90 được vì có quá nhiều kết nối đến mạng WAN. Sau đây là các vấn đề về khả năng mở rộng mạng mà ta gặp phải: ƒ Mỗi khi có một router mới trên mạng, để đáp ứng tính tối ưu của định tuyến, từng mạch ảo (VC) phải được thiết lập giữa router mới và các router còn lại. ƒ Việc cung cấp các VC giữa các router là phức tạp, vì nó khó dự đoán được lưu lượng giữa các router trong mạng. Do vậy nhà cung cấp dịch vụ muốn thiết kế mạng tích hợp đa dịch vụ trên nền mạng trục IP có sẵn và vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) đã thúc đẩy giải pháp MPLS. So với các yếu tố khác như quản lý lưu lượng và hỗ trợ VPN thì QoS không phải là lý do quan trọng nhất để triển khai MPLS. Như chúng ta sẽ thấy dưới đây, hầu hết các công việc được thực hiện trong MPLS QoS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính của IP QoS và không thay đổi về căn bản mô hình dịch vụ IP trong mạng. Một lý do để khẳng định MPLS không giống như IP là MPLS không phải là giao thức xuyên suốt. MPLS không vận hành trong các máy chủ, và trong tương lai nhiều mạng IP không sử dụng MPLS vẫn tồn tại. 5.2 Định nghĩa chuyển mạch nhãn (MPLS) 5.2.1 Chuyển mạch nhãn là gì? Trong mạng IP, phương thức vận chuyển các gói tin là dựa vào địa chỉ IP đích. Tại mỗi router, các gói tin được kiểm tra địa chỉ đích và được truyền đến nút tiếp theo dựa vào thông tin có trong bảng định tuyến. Trong chuyển mạch nhãn địa chỉ IP lớp 3 được ánh xạ vào nhãn lớp 2. Thay vì cơ chế vận chuyển gói tin như trong mạng IP, chuyển mạch nhãn thực hiện bằng cách gắn một nhãn cho gói tin ở lớp 2, dựa vào nhãn này mà các nút mạng sẽ chuyển tiếp gói tin đến đích cuối cùng. 91 5.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS Ưu điểm nổi bật của kỹ thuật MPLS so với mạng WAN và mạng IP truyền thống là nó có khả năng mang một chuỗi các nhãn. Khái niệm một chuỗi các nhãn cho phép MPLS triển khai các ứng dụng mới như kỹ thuật điều khiển lưu lượng, triển khai các kỹ thuật QoS, cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo (VPN), định tuyến nhanh khi có một điểm hoặc kết nối bị lỗi,.... 5.3 Kiến trúc MPLS 5.3.1 Cấu trúc khối Kiến trúc MPLS được chia thành hai thành phần: Thành phần chuyển tiếp gói (còn gọi là mặt phẳng dữ liệu) và thành phần điều khiển (còn gọi là mặt phẳng điều khiển) Bảng định tuyến IP Điều khiển định tuyến IP MPLS Thủ tục định tuyến IP Bảng chuyển tiếp nhãn Mặt phẳng dữ liệu trong một node Gói gán nhãn đi vào Gói gán nhãn đi ra Trao đổi liên kết nhãn với router khác Trao đổi thông tin định tuyến với router khác Hình 5.2 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS chạy trên nền IP Thành phần chuyển tiếp gói sử dụng cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (được duy trì bởi một chuyển mạch nhãn) để thực hiện chuyển tiếp gói dữ liệu theo 92 nhãn đọc được trong gói. Thành phần điều khiển thực hiện việc tạo và duy trì thông tin chuyển tiếp nhãn (được nhắc đến như là sự liên kết) trong một nhóm các chuyển mạch nhãn kết nối với nhau. 5.3.2 Một số khái niệm trong chuyển mạch nhãn Các thuật ngữ này mô tả các thiết bị cấu thành kiến trúc MPLS và vai trò của nó. 5.3.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) MPLS không thực hiện quyết định chuyển tiếp với gói dữ liệu lớp 3 (datagram) mà sử dụng một khái niệm mới gọi là FEC (Forwarding Equivalence Class). Mỗi FEC được tạo bởi một nhóm các gói tin có chung các yêu cầu về truyền tải hoặc dịch vụ (thoại, data, video, VPN...) hoặc cùng yêu cầu về QoS. Hay nói một cách khác, MPLS thực hiện phân lớp dữ liệu để chuyển tiếp qua mạng. Nói cách khác lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) là một nhóm các địa chỉ IP có cùng yêu cầu về chuyển tiếp dữ liệu, tất cả lưu lượng về một đích nào đó hoặc tất cả lưu lượng với giá trị ưu tiên (precedence) nào đó có thể tạo thành một FEC. 5.3.2.2 Router chuyển mạch nhãn (LSR) Bất kỳ router hoặc switch thực hiện thủ tục phân phối nhãn và có thể chuyển tiếp gói dựa vào các nhãn đều được gọi là router chuyển mạch nhãn – Label Switch Router. Chức năng cơ bản của LSR là phân phối nhãn và liên kết với các LSR khác bên trong mạng MPLS. Tồn tại một số kiểu LSR khác nhau như sau: Edge-LSR là một router thực hiện gán nhãn và gỡ nhãn tại biên của mạng MPLS. Gán nhãn là hành động gán một nhãn hoặc một chuỗi các nhãn đến gói tin tại hướng vào của miền MPLS. Gỡ nhãn thì ngược lại, nó xóa bỏ nhãn từ gói tin tại hướng ra trước khi nó được chuyển tiếp đến router lân cận bên ngoài mạng MPLS. 93 Bất kỳ LSR nào mà có router lân cận không có chức năng MPLS thì LSR đó được xem như là Edge-LSR. Nếu LSR có giao tiếp đấu nối mạng MPLS đến mạng ATM thì nó được gọi là ATM edge-LSR. Edge-LSR sử dụng bảng chuyển tiếp IP truyền thống để gán nhãn và gỡ nhãn gói IP. Hình 5.3 minh họa kiến trúc của Edge-LSR Bảng định tuyến IP Điều khiển định tuyến IP MPLS Thủ tục định tuyến IP M ặt p hẳ ng đ iề u kh iể n tro ng m ột n od e Gói gán nhãn đi vào Gói gán nhãn đi ra Trao đổi liên kết nhãn với router khác Trao đổi thông tin định tuyến với router khác Bảng chuyển tiếp IP Bảng chuyển tiếp nhãn Gói IP đi vào Gói IP đi ra Mặt phẳng dữ liệu trong một node Nhãn được loại bỏ và thực hiện tìm kiếm định tuyến lớp 3 Hình 5.3 Kiến trúc của Edge-LSR Bảng định tuyến IP được mở rộng với thông tin nhãn. Khi gói IP đi vào có thể được chuyển tiếp như gói IP bình thường đến node không phải là MPLS hoặc được gán nhãn và gửi đến node MPLS khác. ATM-LSR là một chuyển mạch ATM có thể hoạt động như một LSR, ATM-LSR có thể thực hiện định tuyến IP, gán nhãn trong phần điều khiển 94 (control plane) và chuyển tiếp gói dữ liệu theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Bảng 5-1 tóm tắt các chức năng của các kiểu LSR khác nhau. Một thiết bị mạng có thể thực hiện nhiều chức năng (Vd, có thể thực hiện Edge-LSR và ATM edge-LSR cùng một lúc) Kiểu LSR Chức năng LSR Chuyển tiếp gói được gán nhãn Edge-LSR Có thể nhận một gói IP, thực hiện tìm kiếm lớp 3 và gắn nhãn trước khi chuyển tiếp gói vào miền LSR Có thể nhận một gói được gán nhãn, gỡ bỏ nhãn, thực hiện tìm kiếm lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến chặng tiếp theo ATM-LSR Chạy thủ tục MPLS trong phần điều khiển để thiết lập các VC ATM. chuyển tiếp gói được đánh nhãn như cell ATM. ATM edge-LSR Có thể nhận gói đánh nhãn hoặc không đánh nhãn, phân mảnh nó thành các cell ATM và chuyển tiếp các cell này đến ATM-LSR tiếp theo. Có thể nhận các cell ATM từ ATM-LSR lân cận, tái tổ hợp chúng thành gói tin ban đầu và chuyển nó đến chặng tiếp theo, gói có thể được đánh nhãn hoặc không đánh nhãn. Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR 5.3.2.3 Giao thức phân phối nhãn (LDP -Label Distribution Protocol) LDP là các giao thức phân bổ nhãn được dùng trong MPLS để phân bổ nhãn và thiết lập các LSP thông qua mạng MPLS. 95 5.3.2.4 Tuyến đường chuyển mạch nhãn Tuyến đường để gói IP đi qua mạng MPLS từ LSR hướng vào đến LSR hướng ra gọi là tuyến đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Nó tương ứng với một tập hợp các LSP mà gói phải đi qua để đến được LSR hướng ra liên quan đến một FEC và một LSP khác được sử dụng cho lưu lượng quay trở lại. Tuyến đường chuyển mạch nhãn là cơ chế hướng kết nối vì nó được thiết lập trước khi có lưu lượng. Nghĩa là tuyến đường thiết lập dựa vào thông tin sơ đồ mạng chứ không phải là do đòi hỏi của dòng chảy lưu lượng. 5.4 Thực hiện kỹ thuật QoS trong mạng MPLS Như đã phân tích ở chương 2 hiện nay có hai mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ được sử dụng phổ biến là: ƒ Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Intergrated Services). ƒ Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ (Differentiated Services). Có nhiều nguyên nhân giải thích tại sao mô hình IntServ không được sử dụng để theo kịp mức độ phát triển của mạng IP. Thay vào đó, IntServ chỉ được sử dụng phổ biến trong các mô hình mạng với quy mô nhỏ và trung bình. Trong khi đó, DiffServ lại là mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ có khả năng mở rộng. Cơ chế hoạt động của mô hình này bao gồm quá trình phân loại lưu lượng tại thành phần biên mạng, quá trình xếp hàng tại mỗi nút mạng và xử lý huỷ gói trong lõi mạng. Trong đó, phần lớn các xử lý được thực hiện tại thành phần biên mạng mà không cần phải lưu giữ trạng thái của các luồng lưu lượng trong lõi mạng. Một vấn đề nữa là khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng, yêu cầu đặt ra là khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ đáp ứng được một số lượng lớn các kháng hàng với những yêu cầu đa dạng của họ. Ví dụ, một nhà cung cấp dịch 96 vụ có thể cung cấp nhiều lớp chất lượng dịch vụ cho một mạng riêng ảo (VPN) và những ứng dụng khác nhau trong VPN sẽ thuộc về những phân lớp dịch vụ khác nhau. Với cách thức này, dịch vụ mail sẽ thuộc về một lớp dịch vụ (COS - Class of Service) nào đó trong khi những ứng dụng thời gian thực có thể thuộc về một lớp dịch vụ khác. Do vậy mạng MPLS đã lựa chọn mô hình dịch vụ phân biệt (DiffServ) để cung cấp các giải pháp về chất lượng dịch vụ. Cơ chế hoạt động và các ưu nhược điểm của mô hình DiffServ đã được phân tích ở chương 2. Trong mạng MPLS mô hình này được ứng dụng để thực hiện các nhiệm vụ sau: ƒ Phân lớp, đánh dấu và sửa dạng dữ liệu bằng cách copy trường IP Precedence tới trường MPLS QoS tại biên mạng. ƒ Thực hiện cơ chế tránh tắc nghẽn WRED bởi các bits Precedence, hoặc DSCP, hoặc MPLS EXP trong lõi mạng. ƒ Sử dụng MPLS QoS thực hiện cơ chế xếp hàng cân bằng trọng số dựa trên sự phân lớp (CBWFQ – Class_base WFQ) tại mỗi nút mạng. ƒ Kết quả thực hiện từ đầu cuối đến đầu cuối mạng MPLS cũng giống như mạng non-MPLS. 5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn Trong chương 2, chương 3 và chương 4 chúng ta đã phân tích cách sử dụng trường IP Precedence và cấu hình thực hiện các cơ chế QoS trong mạng IP. Hình 5.4 chỉ ra mối liên hệ giữa trường IP Precedence với trường MPLS QoS trong mạng chuyển mạch nhãn. ƒ Tại biên mạng router thực hiện gán nhãn, nhãn được chèn giữa mào đầu lớp 2 và nội dung lớp 3 của khung lớp 2. ƒ Ánh xạ (hoặc sao chép) nội dung trường IP Prec tới trường MPLS EXP. 97 Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label) Xem hình 5.4 trong đó: Nhãn (Label): Thường được tổ chức dưới dạng ngăn xếp nhãn (Label Stack), có độ dài 32 bit được thể hiện như sau: ƒ Trường Label: Có độ dài 20 bit, đây chính là giá trị nhãn. ƒ Trường Exp (tài liệu MPLS IETF gọi là bit Experimental): Có độ dài 3 bit dùng cho mục đích dự trữ nghiên cứu và phân chia lớp dịch vụ (COS - Class Of Service). ƒ Trường TTL (Time To Live): Độ dài 8 bits, có chức năng xác định vòng lặp như trường TTL trong gói tin IP. ƒ Trường S: Có độ dài 1 bit, dùng chỉ định nhãn cuối cùng của ngăn xếp nhãn (Label Stack). Với nhãn cuối cùng, S=1. Ngăn xếp nhãn là sự kết hợp của hai hay nhiều nhãn được gắn vào một gói. Bảng 5-2 Mô tả mối liên hệ giữa giá trị IP DSCP và MPLS EXP 98 IP DSCP MPLS EXP EF 5 AF1 (low-drop) 4 AF1 (medium-drop) 4 AF1 (high-drop) 3 AF2 (low-drop) 2 AF2 (medium -drop) 2 AF2 (high-drop) 1 Default 0 5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng Đây là chức năng ở biên mạng, gói tin được gán nhãn trước khi được chuyển đến miền MPLS. Trong cơ chế chuyển tiếp IP truyền thống, mỗi chặng trong mạng thực hiện tìm kiếm bảng chuyển tiếp IP cho địa chỉ IP đích gắn trong mào đầu lớp 3. Nó lựa chọn địa chỉ IP cho chặng tiếp theo của gói tin và gửi gói ra ngoài giao tiếp hướng tới địa chỉ đích cuối cùng. Chọn chặng tiếp theo cho gói IP là kết hợp 2 chức năng: thứ nhất phân chia địa chỉ IP đích thành một bộ các tiền tố IP đích, thứ hai ánh xạ mỗi tiền tố IP đích đến các địa chỉ IP của chặng tiếp theo. Như vậy xử lý gói được thực hiện theo từng chặng trong mạng. Với mạng MPLS, gói tin vào mạng được gán đến FEC chỉ một lần tại thiết bị biên, khi đến chặng tiếp theo gói tin được gán nhãn và thiết bị có thể chuyển tiếp dựa trên nhãn đã được mã hóa mà không phải phân tích thông tin mào đầu lớp 3. Hình 5.5 minh họa việc xử lý nhãn và chuyển tiếp gói tin. 99 Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS 5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS Khi một gói đi qua mạng MPLS, router chuyển mạch nhãn (LSR) sẽ thay đổi nhãn vào bằng một nhãn ra. Mỗi LSR giữ hai bản lưu giữ thông tin liên quan đến thành phần chuyển tiếp MPLS. Bảng đầu tiên là cơ sở thông tin nhãn (LIB –Label Information Base) lưu tất cả các nhãn được gán bởi LSR và ánh xạ các nhãn này đến các nhãn nhận được từ node lân cận. Bảng thứ hai là cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB – Label Forwarding Information Base) được sử dụng để chuyển tiếp gói và chỉ giữ các nhãn mới được sử dụng. 5.5 Kết Luận MPLS là một trong những giải pháp mạng đường trục cho mạng thế hệ mới, hiện xu hướng phát triển của MPLS là ATOM (Any traffic Over MPLS), nghĩa là có khả năng đáp ứng bất cứ loại dịch vụ nào: thoại, video, fax, data,.... IP/MPLS sẽ là một giải pháp QoS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. 100 CHƯƠNG 6 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT 6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT Hạ tầng mạng IP của công ty SPT (trích nguồn từ công ty SPT) được mô tả như sau: Công ty Cổ phần Dịch vụ Bưu chính Viễn thông Sài Gòn (viết tắt là công ty SPT) được thành lập và bắt đầu cung cấp dịch vụ từ tháng 8 năm 2001. Công ty cung cấp 2 dịch vụ chính bao gồm thoại đường dài giá rẻ 177 theo công nghệ VoIP và dịch vụ dữ liệu mà chủ yếu là dữ liệu trên mạng Internet dialup 1270 và SnetFone. Ngoài ra, công ty còn cung cấp kênh thuê riêng và mạng riêng ảo VPN cho khách hàng. Tuy nhiên, hai loại hình dịch vụ này còn khá hạn chế và lưu lượng không đáng kể. Cho tới năm 2005 công ty SPT đã triển khai cung cấp dịch vụ VoIP cho gần 60 tỉnh thành đặt POP, trong đó một số POP còn cung cấp cả dịch vụ Internet. Riêng HNI xây dựng thí nghiệp mạng riêng ảo VPN phục vụ cho việc thí nghiệm triển khai dịch vụ và trao đổi thông tin giữa 2 chi nhánh lớn HNI và HCM. Trong mạng tồn tại 2 mô hình cơ bản. Môt số tuyến mạng sử dụng chung kênh thuê riêng, tuy nhiên băng thông sử dụng cho thoại VoIP và Internet được tách độc lập với nhau bằng kỹ thuật Frame Relay. Do đó không chia sẻ được băng thông dư thừa cho nhau. Trong khi đó một số tuyến các kênh thuê riêng cho thoại VoIP và Internet là hoàn toàn độc lập với nhau. Bên cạnh đó các thiết bị mạng cũng độc lập với nhau. Ví dụ xét mô hình mạng kết nối Hà Nội và Hải Phòng như trong hình 6.1 101 Hình 6.1 Sơ đồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT Lưu lượng dialup được cung cấp bởi RAS Gateways (vừa làm chức năng RAS vừa làm chức năng Router) được gửi tới HPGR1 và định tuyến đi HNI thông qua kênh dành riêng theo kỹ thuật Frame Relay. Tại HNIR1 lưu lượng Internet trong nước được kết nối qua VNIX, lưu lượng Internet quốc tế được tách ra đi ghép cùng lưu lượng Internet quốc tế HNI đẩy vào HCM sau đó đẩy ra cổng quốc tế tại HCM. Như vậy, mạng VoIP chỉ đóng vai trò trung chuyển lưu lượng của Internet mà không tham ra vào bất kỳ cài đặt nào cho dữ liệu Internet. Với mục đích tiết kiệm đầu tư nhiều thiết bị và chia sẻ băng thông dư thừa một cách linh hoạt, bài toán đặt ra cho nhà cung cấp dịch vụ là làm thế nào có thể tích hợp hai dịch vụ VoIP và Internet trên cùng một hệ thống thiết bị mà vẫn phải đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng. 6.2 Phương án triển khai Kế hoạch triên khai tích hợp 2 mạng được thực hiện qua 2 giai đoạn chính: ƒ Giai đoạn 1: Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh. ƒ Giai đoạn 2: Tích hợp dịch vụ. 6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh Để chia sẻ một cách linh hoạt băng thông kênh liên tỉnh cho cả 2 102 dịch vụ bằng cách thực hiện loại bỏ các cài đặt Frame Relay và thay vào đó bằng các chính sách QoS để đảm bảo ưu tiên cho dịch vụ thoại. Cụ thể là triển khai 2 kỹ thuật IP QoS và MPLS QoS cho mạng đường trục. Sơ đồ mạng SPT được thiết kế như trong hình vẽ 6.2 Si Si Si Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT 103 ƒ Lớp truy cập (Access Layer): Lớp này phục vụ việc truy cập Internet cho khách hàng hoặc kết nối mạng khách hàng. Các khách hàng được kết nối trực tiếp vào các router tầng truy cập. ƒ Lớp phân phối (Distribution Layer): Lớp này tập hợp các kết nối từ các router lớp truy cập và liên kết với lớp cao hơn. ƒ Lớp nhân (Core Layer): Lớp này là tập hợp các router có tốc độ xử lý cao, khả năng chuyển tải dữ liệu lớn. Lớp này thực hiện liên kết 3 miền của mạng SPT và thực hiện kết nối ra miền Internet quốc tế. • Mạng IP Core của SPT hiện nay chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại (VoIP), và hiện nay còn tách biệt một cách tương đối so với mạng Internet. • Mạng IP Core đang sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm tag- switching (MPLS), IP forwarding và GRE tunnel để thực hiện việc sử dụng chung băng thông kênh thuê riêng liên tỉnh và quốc tế cho 2 dịch vụ VoIP và Internet. • Mạng IP Core vẫn chưa triển khai kỹ thuật tag-switching trên toàn mạng. Để cung cấp dịch Internet trên nền IP sử dụng công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS, chúng ta cần phải chuyển đổi mạng IP Core hiện hữu sang MPLS tối thiểu là ở những POP dự kiến sẽ cung cấp dịch vụ Internet. Hiện nay cấu trúc mạng SPT gồm 3 miền tương tự nhau, do vậy chúng ta có thể phân tích một miền đại diện, ví dụ được phân tích ở đây là tuyến Hải Phòng – Hà Nội – TP HCM (xem hình 6.3). 104 Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau Như vậy để xây dựng mạng MPLS QoS trên hạ tầng mạng SPT hiện nay, thì các phân tử mạng phải được thiết kế như sau: ƒ Router đặt tại POP Hải Phòng đóng vai trò router lớp truy cập Edge- LSR (router chuyển mạch nhãn ở biên). Các router này trao đổi thông tin định tuyến với mạng của khách hàng hoặc với mạng PSTN khác. ƒ Router lớp truy cập trao đổi thủ tục phân phối nhãn (LDP) với router lớp phân phối Hà Nội, router lớp phân phối trao đổi LDP với router lớp nhân miền Bắc (đặt tại Hà Nội) và router lớp nhân trao đổi LDP với các router lớp nhân trong các miền TP HCM và các miền khác. 6.2.1.1 Chính sách định tuyến Công nghệ IP/MPLS hoạt động dựa trên một số giao thức định tuyến khác nhau, do vậy khi triển khai chính sách định tuyến cần quan tâm tới một số vấn đề sau: ƒ Việc gán nhãn (label) cho các IP packet trên mạng MPLS có thể hoạt động dựa trên một cơ chế định tuyến bất kỳ (như static, RIP, OSPF,..), 105 tuy nhiên theo khuyến cáo của Cisco thì giao thức định tuyến OSPF là tốt nhất khi triển khai mạng MPLS. Ngoài ra, OSPF chỉ cấu hình một area duy nhất cho toàn mạng. ƒ Mạng IP core hiện nay hầu như sử dụng định tuyến tĩnh, khi kích hoạt thêm định tuyến động OSPF trên các router P (router lớp nhân và lớp phân lớp) tại các POP triển khai Internet vẫn không làm ảnh hưởng đến dịch vụ VoIP đang khai thác vì cơ chế định tuyến tĩnh có độ ưu tiên (administrative distance) cao hơn. Định tuyến động OSPF giữa các router chạy MPLS chỉ để phục vụ cho việc gán nhãn đối với những packet của dịch vụ Intenet và sau này là cho các dịch vụ khác như IP- VPN, Internet,…. ƒ Để trao đổi bảng định tuyến của các lưu lượng Internet, định tuyến động MP-iBGP (Multi-protocal iBGP) được kích hoạt trên các router PE (router lớp truy cập). Định tuyến MP-iBGP dùng để trao đổi bảng định tuyến của mạng Internet thông qua mạng MPLS của nhà cung cấp dịch vụ. Mỗi nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP/IXP) được cấp một số hiệu mạng (ASN – Autonomous System Number) và số AS là duy nhất và có giá trị toàn cầu. Các bảng định tuyến của các nhà ISP/IXP trên thế giới được trao đổi với nhau thông qua số AS này. 6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router P, PE, RD và RT Địa chỉ IP gồm 2 loại, địa chỉ vật lý và địa chỉ logic (loopback). Khi gán địa chỉ IP cho router người thiết kế cần quan tâm đến các vấn đề sau: ƒ Theo các khuyến cáo khi thiết kế một mạng IP/MPLS thì yêu cầu phải sử dụng địa chỉ loopback 32bits cho định tuyến OSPF và MP-BGP, và dãy địa chỉ IP này không được summarizing trong bảng định tuyến của các Router P/PE. 106 ƒ Đối với dịch vụ IP-VPN trên nền MPLS, Route-distinguisher (RD) là thông số để hệ thống tạo ra một địa chỉ VPNv4 duy nhất cho toàn mạng. Do đó mỗi khách hàng IP-VPN sẽ được gán một số RD duy nhất trên toàn mạng. Route-target (RT) được sử dụng để điều khiển các chính sách định tuyến giữa các khách hàng VPN (VRF), và không quy định về cách đánh số, tuy nhiên đễ dễ nhớ và mở rộng khi triển khai mạng IP-VPN lớn, sẽ chọn lựa số RT giống như số RD. 6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS) QoS được kích hoạt trên tất cả các thiết bị Router, Gateway, Switch trên toàn mạng để đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end), cụ thể như sau: ƒ Tất cả các gói IP sẽ được gán độ ưu tiên sử dụng IP precedence. ƒ Cơ chế hàng đợi phân lớp dịch vụ (CBWFQ queuing) sẽ được sử dụng cho các CoS/IP precedence từ 0 đến 4 và lớp dịch vụ ưu tiên cao nhất CoS/IP precedence = 5 được sử dụng cho VOIP. ƒ Trong mạng MPLS, các router P và PE sẽ thực hiện chép các bit IP Precendence trong gói IP sang gói MPLS một cách tự động. 6.2.2 Tích dịch vụ Để tích hợp 2 dịch vụ VoIP và Internet cùng sử dụng chung trên một gateway (GW) thì gateway đó phải có phải các cổng giao tiếp khác nhau và được đánh địa chỉ khác nhau. Do vậy trên GW ta phải cấu hình thêm địa chỉ loopback với giá trị khác nhau trên Gateway và router. Để đảm bảo chất lượng dịch vụ thoại tránh các tình huống tắc nghẽn trong mọi trường hợp, các chế độ cài đặt để đảm bảo QoS được cài đặt đồng bộ trên Gateway và Router như trong bảng 6-1 107 Thoại VoIP Dữ liệu Marking EF Default Policing 1024 kbps 1024 kbps Queuing Priority 1024 WFQ Dropping WRED WRED Bảng 6-1 Thống kê chính sách QoS ƒ Các gói thoại, thông tin tính cước, xác thực sẽ ưu tiên xử lý trước nên được phân lớp với DSCP EF tương ứng với giá trị ưu tiên IP Precedence =5 ƒ Các gói tin lưu lượng Internet không được ưu tiên được phân lớp với DSCP default tương ứng với giá trị ưu tiên IP Precedence =0. ƒ Ngoài ra cơ chế PQ, WFQ và WRED cũng được sử dụng để điều khiển và tránh tắc nghẽn cho dữ liệu. . 6.3 Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT Thiết bị mạng của SPT hiện nay chủ yếu là các router của hãng Cisco, do vậy các câu lệnh được giới thiệu trong phần này được cung cấp bởi hãng Cisco và được thực hiện theo các bước sau: Bước 1: Nâng cấp phần mềm và phần cứng Các router cần được nâng cấp để hỗ trợ chức năng chuyển mạch nhãn LSR, nhất là đối với tầng truy cập router vừa làm nhiệm vụ định tuyến chuyển mạch gói tin Internet, vừa làm nhiệm vụ của mạng MPLS QoS. Các router này đòi hỏi phần cứng, phần mềm tương đối mạnh (đối với hãng Cisco router phiên bản từ 7200 trở lên, bộ nhớ RAM tối thiểu 128Mbyte và phiên bản phần mềm từ 12.2 trở lên). Bước 2 Kích hoạt router lớp phân phối và lớp lõi đóng vai trò LSR Câu lệnh sau cho phép kích hoạt thủ tục phân phối nhãn (LDP) trên router: 108 Router# config terminal Router(config)# mpls label protocol ldp Bước 3 Kích hoạt router lớp truy cập đóng vai trò Edge-LSR Ngoài các lệnh kích hoạt LDP giống như ở bước 2, router lớp truy cập cần cấu hình thêm các lệnh sau: ƒ Định nghĩa giao diện đóng vai trò là địa chỉ đại diện của router PE Vì router có nhiều địa chỉ IP, nên ta phải định nghĩa một địa chỉ đại diện cho router PE trong các hoạt động trao đổi thông tin định tuyến và nhãn. Thông thường ta hay dùng địa chỉ Loopback làm địa chỉ đại diện: Router#config terminal Router(config)# tag-switching tdp router-id INTERFACE Trong đó thuộc tính INTERFACE là tên của giao diện đại diện. ƒ Kích hoạt MP-BGP trên router PE Để kích hoạt thủ tục định tuyến MP-BGP trên router PE ta sử dụng lệnh sau: Router#config terminal Router(config)#router AS Router(config-router)#no bgp default ipv4-unicast Trong đó AS là số hiệu mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Bước 4 Định nghĩa MTU Các router thường có MTU mặc định là 1500 nghĩa là router chỉ cho phép các gói tin có kích thước tối đa 1500 bytes đi qua. Khi triển khai MPLS thì kích thước gói tin có thể tăng thêm tới 16 bytes, do vậy ta phải cấu hình các router có thể hỗ trợ MTU ≥ 1516 bằng câu lệnh sau: Router# config terminal Router(config)# interface NAME PORT Router(config-interface)# tag-switching mtu 1516 109 Trong đó INTERFACE PORT là tên và số hiệu cổng giao tiếp. ƒ Cấu hình phân lớp trên GW ip access-list extended BEST_DATA permit ip host ip address Trong đó ip address Các giá trị địa chỉ IP tương ứng với địa chỉ IP của các gói tin đặc biệt. dial-peer voice 17702 voip match ip address BEST_DATA set ip precedence critical Trong đó ip precedence critical Thiết lập IP Precedence cho lưu lượng thoại ƒ Cấu hình các chính sách (chia sẻ băng thông, cơ chế PQ, WFQ, WRED) trên GW và router policy-map HPG -HNI class DATA bandwidth percent 50 fair-queue random-detect dscp-based class VOIP priority 1024 random-detect dscp-based 6.4 Kết luận Để tiến tới xây dựng mạng NGN, việc triển khai ứng dụng tổ hợp dịch vụ thoại và số liệu trên cơ sở mạng có sẵn là nhiệm vụ quan trọng cho các nhà cung cấp dịch vụ. 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn tốt nghiệp cao hoc “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT” thực hiện nghiên cứu và giải quyết những vấn đề sau: ƒ Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN). Tác giả phân tích xu thế phát triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm về dịch vụ, công nghệ và kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn. Phân tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần được giải quyết. ƒ Phân tích các nhóm giải pháp về chất lượng dịch vụ trong mạng NGN phát triển trên môi trường mạng IP, cũng như các ưu nhược điểm của từng giải pháp và đưa ra một số ví dụ cấu hình ứng dụng dựa trên các khuyến cáo và thiết bị do hãng Cisco cung cấp. ƒ Phân tích những mặt hạn chế của công nghệ IP và miêu tả kiến trúc của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Giới thiệu cách thức mà công nghệ MPLS phát triển các kỹ thuật QoS. ƒ Đề xuất giải pháp xây dựng mạng MPLS QoS trên môi trường mạng của công ty SPT. Tuy mạng NGN đáp ứng được sự hội tụ của nhiều dịch vụ nhưng trên thực tế triển khai các hãng sản xuất thiết bị cũng như nhà cung cấp dịch vụ cần phải nghiên cứu phát triển, nâng cấp phần cứng cũng như phần mềm, để đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp tới khách hàng. Trong khuôn khổ đề tài này tác giả chỉ nghiên cứu các kỹ thuật QoS cho mạng đường trục IP. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là nghiên cứu phát triển địa chỉ IPv6 thay thế địa chỉ IPv4 với mục đích tăng thêm số bit của trường DSCP trong địa chỉ, nhằm mở rộng các ứng dụng QoS dựa trên các bit đó và một xu hướng phát triển của 111 công nghệ IP/MPLS là ATOM (Any traffic Over MPLS) với mục đích phát triển các giải pháp mạng đường trục tốt nhất cho mạng thế hệ mới. Ngoài ra đối với từng mạng riêng lẻ trong một cấu trúc mạng tổ hợp cũng cần có những kỹ thuật QoS dành riêng nhưng chưa được giới thiệu ở đây như: “Wireless IP”, “Mobile IP”,….Do vậy song song với việc hoàn thiện thiết kế mạng NGN, các giải pháp về chất lượng dịch vụ cũng cần được tiếp tục nghiên cứu. 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công ty Bưu chính viễn thông Việt Nam, “Mạng Viễn Thông Thế Hệ Sau”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 12/2002. [2] Cisco DQOS Exam Certification Guide, Wendell Odom, CCIE No. 1624 Michael J. Cavanaugh, CCIE No. 4516, First Printing July 2003. [3] Cisco TAC “IP QoS Intrduction” Website .com [4] Neill Wilkinson, “Next Generation Network Services”, John Wiley & Sons INC, 2002. [5] Richard D. Gitlin, Next Generation Networks The New Public Network, Generation_Networks_Fi.PDF [6] Cisco[1].Press.Advd.MPLS.Desgn.and.Impl, www.cisco.com/cpress/cc/td/doc/cisintwk/ita/index.htm [7] MPLS Products & Technologies Page [8] Chuck Semeria, “Multiprotocol Label Switching: Enhancing Routing in the New Public Network” , www.juniper.net [9] Tiêu chuẩn RFC 2205 “Resource ReSerVation Protocol” Version 1 Functional Specification của IETF, Web site [10] Tiêu chuẩn RFC 2474 “Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers” của IETF, Web site [11] Quality of Service Solutions Configuration Guide s_c/index.htm [12] Tiêu chuẩn G.114 “One-way transmission time” của ITU