Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

ess rate), thừa nhận ứng dụng mạng (NAR- network-base application recognition). 2.3.2. QoS trong các phần tử mạng riêng lẻ Quản lý tắc nghẽn, quản lý hang đợi, hiệu suất tuyến và các công cụ hoạch định/kiểm soát cung cấp QoS với các phần tử đơn lẻ của mạng. - Quản lý tắc nghẽn: Bởi bản chất bùng nổ tự nhiên của voice/video/dữ liệu, thỉnh thoảng số lượng lưu lượng vượt quá tốc độ của tuyến, trong trường hợp đó, router sẽ làm gì? Liệu nó sẽ lưu trữ các lưu lượng trong một hang đợi và để gói đầu tiên là gói đầu sẽ ra? Hay nó sẽ đặt các gói trong các hang đợi khác nhau và phục vụ hang đợi nào đó thường xuyên hơn? Công cụ quản lý tắc nghẽn sẽ quan tâm tới câu hỏi này. Công cụ bao gồm hàng đợi ưu tiên (PQ), hàng đợi tùy ý (CQ), hàng đợi trọng số (WFQ-weighted fair queuing), hàng đợi có trọng số dựa trên cấp độ (CBWFQ-class-base weighted fair queuing). Một vấn đề nữa là quản lý tắc nghẽn còn dúp chúng ta khoanh vùng, phân luồng cho gói tin đi theo tuyến khác để tránh sự tác nghẽn. - Quản lý hàng đợi: Bởi vì hang đợi không phải kích thước vô hạn, nên nó sẽ đầy và tràn. Khi hàng đợi đầy, bất cứ một gói bất kì thêm vào sẽ không thể vào nằm trong hàng đợi và nó sẽ bị loại bỏ. Đây là hiện tượng bỏ đuôi (tail drop). Vấn đề với bỏ đuôi là router sẽ không thể bảo vệ những gói này khỏi bị bỏ ( kể cả những gói ưu tiên cao). Vì vậy cần thiết có một quá trình thực hiện hai việc: + Cố gắng đảm bảo rằng hàng đợi không bị làm đầy. + Cần có một vài loại tiêu chuẩn đối với việc bỏ một gói có mức ưu tiên thấp trước khi nhận gói có mức ưu tiên cao. Phát hiện trọng số sớm ngẫu nhiên (Weighted early random detect-WERD) cung cấp phương thức thực hiện những quá trình này. - Hiệu suất tuyến: Nhiều lần các tuyến tốc độ thấp nảy sinh vấn đề với các gói lớn. Ví dụ trễ nối tiếp của gói 1500 byte trong một tuyến 56kbps + Kích thước của gói: 1500byte . 8bit/byte = 12000bit. + Tốc độ tuyến : 56000 bps. + Kết quả : Trễ sẽ là 12000/56000 = 0.214s hay 214ms. Nếu một gói thoại tới sau một gói kích thước lớn. Trễ của thoại sẽ quá lớn thậm chí ngay cả trước khi gói rời router. Chia gói và ghép xen cho phép chia các gói lớn thành các gói nhỏ hơn và ghép xen vào các gói thoại. Ghép xen cũng quan trọng như chia nhỏ. Một yếu tốảnh hưởng khác nữa là việc loại trừ quá nhiều các bit mào đầu (Overhead bit). Ví dụ tiêu đề gói RTP có 40byte, với một tải cỡ nhỏ cũng phải khoảng 20 byte, và trong một số trường hợp thì mào đầu có thể bị gấp đôi. - Kiểm soát và hoạch định lưu lượng: Hoạch định được sử dụng để tạo một luồng lưu lượng mà giới hạn khả năng băng thông tối đa của luồng. Nó được sử dụng rất nhiều để tránh vấn đề tràn nhưđã đề cập ở phần giới thiệu. Ví dụ, nhiều topo mạng sử dụng Frame Relay trong thiết kế hub- and-spoke. Trong trường hợp này, điểm trung tâm thường có tuyến băng thông cao (T1), trong khi các điểm ở xa có băng thông thấp hơn (384kbps). Trong trường hợp này có thể lưu lượng từ điểm tâm sẽ bị tràn tại tuyến băng thông thấp. Hoạch định là một cách hoàn hảo để lưu lượng gần với 384Kbps để tránh tràn ở điểm ở xa. Lưu lượng được lưu trữ tạm thời để truyền dẫn sau đó để duy trì tốc độ đã định. Kiểm soát tương tự như hoạch định, nhưng khác một khía cạnh rất quan trọng. 2.3.3. Quản lý chất lượng dịch vụ Quản lý chất lượng dịch vụ cho phép đặt và đánh giá mục đích và kiểm soát chất lượng dịch vụ. Các phương pháp thông thường theo những bước sau: - Bước 1: Vạch ranh giới mạng với các thiết bị. Nó giúp cho việc xác định đặc tính lưu lượng của mạng. Điều đó sẽ dúp mạng vạch ranh giới được rõ ràng trong các phần tử có trong mạng. - Bước 2: Triển khai các kĩ thuật QoS khi đã thu được các đặc tính lưu lượng và cá cứng dụng vì mục tiêu tăng chất lượng và số lượng dịch vụ. Việc này đòi hỏi dung lượng của mạng phải đảm bảo và có dự phòng về sự bùng nổ băng thông gây thiếu hụt băng thông, năng lực xử lý phải đủ mạnh đáp ứng được nhu cầu đòi hỏi của QoS ngày càng cao. - Bước 3: Đánh giá kết quả bằng việc kiểm tra đáp ứng của các ứng dụng để khi nào mục tiêu chất lượng dịch vụđã đạt được. Để dễ dàng phát triển, có thể sử dụng Quản lý kiểm soát chấtlượng dịch vụ của Cisco (QPM-QoS policy manager), Quản lý thiết bị chất lượng dịch vụ (QDM-QoS devices manager). Để kiểm định mức dịch vụ, có thể sử dụng Giám sát chức năng mạng của Cisco (IPM-Internetwork Performance Monitor). 2.4. MỨC CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ĐẦU-CUỐI-ĐẦU Mức độ dịch vụ liên quan tới khả năng chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối thực tế, có nghĩa là khả năng cung cấp các dịch vụ cần thiết bằng cách xác định rõ lưu lượng đầu cuối-đầu cuối hay biên-biên (edge-to-edge). Các dịch vụ khác nhau ở mức độ chấtlượng dịch vụ, miêu tả chặt chẽ cách thức xác định giới hạn dịch vụ bằng cách xác định băng thông, trễ, rung pha, và đặc tính mất mát. Có ba mức cơ bản của chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối có thể được cung cấp bởi mạng không đồng nhất. Hình 2.4: Ba mức của Chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu-cuối. - Best-efford service : Có rất ít chất lượng dịch vụ, best-efford service cơ bản dựa trên kết nối không có sự đảm bảo. Được đặc trưng bởi hang đợi FIFO, không có sự khác biệt giữa các luồng. - Differentiated service (còn gọi là chất lượng dịch vụ mềm): Một vài luồng được đối sử tốt hơn các luồng khác ( tiến hành nhanh hơn, băng thông trung bình cao hơn, tốc độ mất mát trung bình thấp hơn). Đây là sự ưu tiên mang tính thống kê, không phải là đảm bảo cứng và nhanh. Nó được thực hiện bằng cách phân loại lưu lượng và sử dụng các công cụ chất lượng dịch vụ như PQ, CQ, WFQ, và WRED. - Gruaranteed service (còn gọi là chất lượng dịch vụ cứng) : Thực sự là cách dành riêng tài nguyên mạng cho lưu lượng xác định thông qua các công cụ chất lượng dịch vụ như RSVP, CBWFQ. Quyết định loại dịch vụ thích hợp với mạng triển khai phụ thuộc vào vài nhân tố: + Ứng dụng hay khó khăn mà khách hàng đang cố gắng giải quyết. Mỗi loại dịch vụ thích hợp cho ứng dụng nhất định. + Tốc độ mà khách hàng thực tế có thể nâng cao hệ thống của họ. Có một phương thức nâng cao tự nhiên từ công nghệ cần thiết để cung cấp các dịch vụ khác nhau cho tới sự cần thiết cung cấp các dịch vụ bảo đảm. + Cái giá cho việc thực thi và triển khai các dịch vụ đảm bảo (Gruaranteed Service) cao hơn so với dịch vụ phân biệt (Differentiated service). 2.5. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức thường xuyên được đề cập tới chủ yếu xung quanh vấn đề công nghệ, chất lượng dịch vụ (QoS) và lưu lượng (TE) cho mạng chuyển mạch gói. Trong khi thực tế rằng MPLS đóng vai trò rất quan trọng trong việc cho phép QoS, QoS lại không phải là một thành phần cơ bản của MPLS. Cụ thể hơn, MPLS cung cấp môi trường hướng kết nối cho phép kĩ thuật điều khiển luồng của mạng chuyển mạch gói. Kĩ thuật điều khiển luồng có thể đảm bảo băng thông cho rất nhiều luồng khác nhau, đó là điều kiệm cần cho QoS. Trong thành phần của MPLS-TE có các giao thức: Giao thức dành sẵn tài nguyên (RSVP) với cơ trế mở rộng báo hiệu đường hầm (RSVP-TE), và chuyển tiếp dựa trên dịch vụ phân biệt (DiffServ). Phần này thảo luận các kiến trúc khác nhau và việc triển khai các mặt của mạng đưòng trục chuyển mạch gói cho phép MPLS, cũng như các thành phần QoS của giao diện MPLS UNI được định nghĩa bởi MPLS/ Frame Relay Alliance. 2.5.1. Mô hình QoS và TE. Khi cộng đồng liên mạng nhận ra sự cần thiết của QoS trong mạng chuyển mạch gói đã đề ra một vài hướng hé mở. Dịch vụ tích hợp (IntServ) cùng với giao thức báo hiệu RSVP, cung cấp kiến trúc QoS xác thực đầu tiên. Tuy nhiên sau khi xem xét những vấn đề về sự linh hoạt và vận hành của IntServ với RSVP, IETF đã định nghĩa kiến trúc dịch vụ phân biệt (DiffServ), với dạng cơ bản không đòi hỏi giao thức báo hiệu. Sau đó MPLS được đưa ra như một cách tiếp cận hướng kết nối thích hợp với không kết nối dựa trên mạng IP, và nó cho phép công công nghệ điều khiển lưu lượng. 2.5.1.1. IntServ với RSVP IntServ được định nghĩa trong IETF RFC 1633, trong đó đề xuất các giao thức dự phòng tài nguyên RSVP là một giao thức làm việc cho các tín hiệu trong kiến trúc IntServ. Giao thức này giả định rằng các nguồn lực được dành riền cho mỗi dòng yêu cầu QoS tại mỗi Hop Router trong đường dẫn giữa thu và phát bằng cách sử dụng đầu cuối - đầu cuối truyền tín hiệu, gồm 2 yêu cầu sau: - Để phục vụ cả ứng dụng thời gian thực. - Để điều khiển việc chia sẻ băng thông giữa các cấp độ lưu lượng khác nhau. -> Dịch vụ đảm bảo ( Guaranteed Service ) và Dịch vụ tải được điều khiển (Controlled Load Service), cả hai đều tập trung vào những đòi hỏi của ứng dụng riêng lẻ. Dịch vụ đảm bảo được định nghĩa để cung cấp mức độ chắc chắn của băng thông, một biên trễ đầu cuối-đầu không đổi, không mất mát hang đợi và nó được dự kiến cho các ứng dụng thời gian thực như thoại và video. Để có thể đạt được các mục tiêu đã đề ra và cung cấp các dịch vụ dự kiến, mô hình IntServ gồm rất nhiều các tham số lưu lượng như tốc độ và giới hạn chùng (slack term) cho dịch vụ, và tốc độ trung bình và kích cỡ bùng nổ (burst size) cho dịch vụ tải được điều khiển. Để thiết lập giá trị những tham số này trong một mạng và để cung cấpdịch vụ đảmbảo cho lưulượng thời gian thực, RSVP được phát triển như giao thức báo hiệu cho việc dành sẵn và điều khiển hiện. -> Kiến trúc IntServ đã thoả mãn cả hai điều kiện cho mạng MPLS. Nó cung cấp băng thông thích hợp và dành tài nguyên hang đợi cho mỗi luồng ứng dụng một “vi luồng”. Tuy nhiên triển khai IntServ với RSVP đòi hỏi trạng thái mỗi vi luồng và báo hiệu ở mỗi chặng. Nó thêm sự phức tạp đáng kể đối với việc vận hành mạng và không linh hoạt. Vì thế mô hình IntServ chỉ được triển khai ở một số hữu hạn mạng, và IETF đã chuyển sang phát triểnhướng DiffServ thay thế với sự phức tạp tối thiểu. 2.5.1.2. DiffServ. Kiến trúc DiffServ thừa nhận một khía cạnh trái ngược với IntServ. Nó định nghĩa Cấp độ dịch vụ (CoS) gọi là toàn thể (Aggregates), và chứcnăng quản lý tài nguyên của QoS đối với mỗi node, hay mỗi chặng (Per-Hop). Các định nghĩa CoS bao gồm hành vi toàn thể (BA) xác định những yêu cầu cho việc sắp xếp (Scheduling) và loại bỏ gói, và thứ tự toàn thể (OA) thực hiện dựa trên phân loại chỉ dựa trên yêu cầu sắp xếp, và có thể gồm vài giá trị loại bỏưu tiên. Vì thế OA là cách phân loại thô hơn BA và có thể gồm vài BA. Hành vi của node định nghĩa tương ứng với các định nghĩa CoS. Hành vi cho mỗi chặng (PHB) liên quan tới BA, trong khi sắp xếp cấp độ hành vi mỗi chặng (PSC-PHB Scheduling Class) phục vụ OA. Các quá trình PHB gồm sắp xếp và loại bỏ gói, trong khi PSC chỉ đề cập tới việc sắp xếp. Mô hình DiffServ dựa vào việc định nghĩa lại ý nghĩa của 8 bit trường ToS trong tiêu đề IP. Định nghĩa ToS gốc không được triển khai rộng rãi, và bây giờ nó bị chia thành 6 bit giá trị DSCP và 2 bit phần ECN. Hình 2.5: Mối liên hệ giữa ToS và DiffServ/ECN. Trong hình 2.5 các chữ cái biểu thị như sau: D = Delay, T = Throughput, R = Reliability, C = Cost, ECN = Explicit Congestion Notification. Giá trị của trường DSCP được dùng để định BA ( ví dụ : 1 lớp), được sử dụng tuỳ theo node DiffServ để chọn PHB phù hợp. DiffServ dựa trên cơ chế “hạt thô”, lớp quản lý giao thông tuyến ngược lại với IntServ là dựa trên cơ chế “hạt mịn”. Ý nghĩa thực tiễn hoạt động trên nguyên tắc phân luồng định tuyến. - Ưu điểm của DiffServ: Một lợi thế của DiffServ là tất cả các dà soát và phân loại được thực hiện tại các ranh giới giữa những đám mây DiffServ. Điều này có nghĩa rằng trong lõi của Internet, router có thể nhận biết được các tuyến. - Nhược điểm của DiffServ: DiffServ hoặc bất kỳ IP QoS khác dựa trên đánh dấu không đảm bảo chất lượng của dịch vụ hoặc dịch vụ ở một mức độ nào đó (SLA). Tóm lại, mô hình DiffServ cho phép mạng phân loại hay kết hợp các vi luồng thành luồng tổng thể (BAs) và sau đó cho phép cư xử khác nhau ở mỗi node có khả năng DiffServ. Cách cư xử này được phản ánh trong quá trình phục vụ hang đợi bao gồm sắp xếp và loại bỏ gói. PHB được phản ánh trong cả sắp xếp và loại bỏ gói khi PSC chỉ áp dụng cho sắp xếp. 2.5.2 MPLS. 2.5.2.1. MPLS-TE Phương pháp chuyển mạch nhãn đầu tiên được hình thành để cải thiện hiệu năng định tuyến, nhưng sự thúc đẩy này đã được giảm bớt với các thành tựu trong thiết kế router và tốc độ chuyển mạch của gói IP tự nhiên. Nhưng sau đó ưu điểm quan trọng nhất của kiến trúc MPLS qua chuyển tiếp IP tự nhiên trở nên rõ ràng. Bản chất hướng kết nối của MPLS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai TE trong mạng của họ và đã đạt được rất nhiều mục đích bao gồm: Băng thông, Định tuyến thay đổi, Cân bằng tải, Kiện toàn tuyến và các dịch vụ khác dẫn tới chất lượng QoS được cải thiện. Nếu vấn đề này đòi hỏi triển khai TE trong mạng MPLS. Nó cung cấp định nghĩa chung cho TE, như tập hợp các quá trình cho việc tối ưu hóa chức năng vận hành mạng để thu được các mục tiêu đã đặt ra và miêu tả cách thức MPLS hỗ trợ TE bằng việc điều khiển và các quá trình đo kiểm. Sử dụng khái niệm tuyến lưu lượng (TT) MPLS là toàn thể các luồng lưu lượng cùng cấp độ đặt trong một LSP. Phân biệt một cách nguyên tắc giữa TT và LSP là TT là luồng lưu lượng toàn thể, trong khi LSP là một tuyến mà một TE đi qua mạng. Ví dụ, trong suốt qua trình, TT có thể sử dụng nhiều LSP khác nhau, miêu tả một framework cho việc ánh xạ các TT thành các LSP bằng việc xem xét tập hợp hai khả năng: - Các thuộc tính TT. - Phân bổ tài nguyên đã được sắp xếp ràng buộc cho TT. Phương pháp định tuyến ràng buộc mà cho phép chọn các LSP cho các TT, thuộc tính TT của đối tượng được quan tâm là các tham số lưu lượng, mức ưu tiên, quyền ưu tiên. Thuộc tính tham số lưu lượng có thể bao gồm các giá trị tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước bùng nổ và các yêu cầu tài nguyên khác của một tuyến lưu lượng mà có thể được sử dụng để cấp phát tài nguyên và tránh tắc nghẽn. Thuộc tính tài nguyên là các tham số trạng thái của giao thức như cấp phát hợp kênh tối đa (MAM) cho phép người vận hành mạng cấp phát hơn hoặc kém tài nguyên hơn khả năng của tuyến để thu được mục đích đăng ký rất sớm hay dự trữ trước một cách thích hợp; và thuộc tính cấp độ tài nguyên cho phép người vận hành mạng phân loại tài nguyên mạng và áp dụng vào việc kiểm soát dựa trên cấp độ tài nguyên. Định tuyến ràng buộc, đôi khi còn xem như “định tuyến QoS” cho phép một nhu cầu được thúc đẩy (demand-driven), môi trường định tuyến nhận thức dành sẵn tài nguyên nơi một I-LER tự động xác định tuyến hiện cho mỗi TT mà nó xử lý. CR yêu cầu vài khả năng mạng bao gồm: - Mở rộng điều khiển lưu lượng cho IGPs, OSPF và IS-IS, ví dụ OSPF-TE và ISIS-TE được định nghĩa trong [OSPF-TE] và [ISIS-TE] một cách tương ứng, để mang thêm thông tin về băng thông cực đại của tuyến, băng thông dành sẵn, mức ưu tiên, và các giá trị khác. - Thuật toán mà chọn tuyến khả thi dựa trên thông tin thu được từ IGPs-TE (ví dụ bằng việc cắt bỏ các tuyến không có khả năng và chạy thuật toán SPF trên tuyến đang duy trì dẫn đến tuyến ngắn nhất bắt buộc (CSPF)) và sinh tuyến hiện. - Phân phối nhãn bởi giao thức cho phép TE như RSVP-TE, RSVP-TE. Thông tin về tuyến hiện được xác định bởi thuật toán CR và vài đối tượng bao gồm báo hiêu, thiết lập, mức ưu tiên, quyền ưu tiên… - Quản lý băng thông hay chức năng quản trịở mỗi node mà thực hiện đánh giá tài nguyên đã sử dụng và vẫn còn tại mỗi node, và cung cấp những thông tin này tới IGP-TE và RSVP-TE. Với những quá trình này, MPLS-TE cho phép nhà cung cấp tạo tuyến linh hoạt với băng thông dành sẵn và điều khiển lưu lượng của chúng qua rất nhiều đối tượng mạng. Để đảm bảo băng thông giữa các tuyến thì MPLS-TE phải được bổ xung các quá trình bảo vệ luồng từ giao diện với các luồng khác trong suốt quá trình bùng nổ ngoài những giá trị đã được dự trữ. Những quá trình này bao gồm kiểm soát luồng, dự trữ trước hoặc những quy tắc hàng đợi mà thúc đẩy phân chia cân bằng của tuyến trong sự có mặt của sự cạnh tranh lưu lượng các luồng. Với hai điều kiện của QoS: Đảm bảo băng thông và các dịch vụ khác nhau MPLS-TE quan tâm tới điều kiên đầu tiên và RSVP-TE cung cấp cách thức cho việc điều khiển trễ và sự biến thiên trễ trong các ứng dụng nhạy cảm với sự biến thiên thời gian. 2.5.2.2. RSVP-TE RSVP được sử dụng rộng rãi cho việc phân phối nhãn trong mạng đòi hỏi QoS và TE cao. RSVP-TE được định nghĩa trong [RSVP-TE] như là một tập các đường hầm đối với giao thức RSVP gốc như đã miêu tả ở trên. RSVP-TE được phát triển cho rất nhiều các ứng dụng mạng khác nhau, với một tiêu trí duy nhất là kĩ thuật điều khiển lưu lượng (TE). Vì vậy phần “TE” của RSVP-TE được hiểu một cách đúng đúng đắn là “Mở rộng đường hầm” hơn là kĩ thuật điều khiển lưu lượng. Cũng vì thế, các kí hiệu khác nhau tồn tại song song và liên quan tới giao thức đã được định nghĩa trong [RSVP], trong bài luận văn này theo các thuật ngữ của [RSVP-TE] và gọi RSVP gốc là “RSVP chuẩn”. RSVP-TE hoạt động trên các router có khả năng RSVP nơi mà mở rộng đường hầm cho phép tạo các LSP đã được định tuyến hiện, cung cấp khả năng định tuyến lại dễ dàng, và phát hiện lặp. Vài điểm khác biệt cơ bản giữa giao thức RSVP chuẩn và RSVP-TE gồm: - RSVP chuẩn cung cấp báo hiệu giữa các cặp host; RSVP cung cấp báo hiệu giữa các cặp LERs. - RSVP chuẩn ứng dụng cho các luồng đơn Host – to – Hots. RSVP-TE tạo trạng thái cho luồng lưu lượng. Một LSP đường hầm thường tập hợp toàn thể các đa luồng Host – to – Host và vì thế giảm số lượng trạng thái RSVP trong mạng. - RSVP chuẩn sử dụng giao thức định tuyến hoạt động dựa vào địa chỉ đích; RSVP-TE sử dụng IGPs mở rộng và định tuyến ràng buộc. Nhưng cũng giống như RSVP chuẩn, RSVP-TE cũng hỗ trợ các mô hình dịch vụ IntServ phong phú và cách phân phối các tham sốđiều khiển lưu lượng như tốc độ trung bình, tốc độ đỉnh và kích thước bùng nổ cho dịch vụ tải đã điều khiển, những đặc điểm này cho phép mạng với MPLS-TE và RSVP-TE cung cấp các dịch vụ phong phú với đòi hỏi QoS chặt chẽ. Một thiếu sót của giải pháp này là không có quá trình loại bỏ gói. Mọi công nghệ đều quan tâm tới vấn đề này và cung cấp các cách thức khác nhau để đảm bảo QoS được nói tới ở phần 3. 2.5.3 MPLS hỗ trợ DiffServ. Bây giờ khi mà cả MPLS và DiffServ đã được xem xét, chúng ta có thể thảo luận một công nghệ mà kết hợp hai giải pháp để đảm bảo QoS. Chúng ta hãy nhớ lại là DiffServ cung cấp cách cư xử QoS với toàn thể lưu lượng. Đó là một giải pháp linh hoạt và vận hành đơn giản vì nó không đòi hỏi báo hiệu và trạng thái mỗi luồng. Tuy nhiên nó không thể đảm bảo QoS, bởi vì nó không chi phối tuyến mỗi gói, và vì thế trong suốt quá trình lỗi hoặc nghẽn, thậm chí gói ưu tiên cao cũng không được đảm bảo băng thông. Mặt khác, MPLS có thể đẩy gói theo những tuyến đã định và kết hợp với định tuyến ràng buộc, có thể đảm bảo băng thông cho các FEC. Nhưng ở dạng cơ bản MPLS không xác định cách cư xử dựa trên cấp độ mỗi luồng. Kết hợp phân loại dựa trên DiffServ và PHB (Per-Hop Behaviour-Hành vi cư sử mỗi trạng) với MPLS dựa trên TE dẫn tới chất lượng dịch vụ thực sự trong mạng chuyển mạch gói đường trục. Các quá trình để MPLS hỗ trợ DiffServ được miêu tả trong RFC3270 [MPLS-DiffServ]. [MPLS-DiffServ] định nghĩa hai loại LSP : E-LSP và L-LSP. Trong E-LSP, một nhãn được sử dụng để chỉ thị FEC đích, và 3 bit trường EXP được sử dụng để chỉ thị cấp độ của luồng để chọn PHB của nó, bao gồm sắp xếp và loại bỏ ưu tiên. Chú ý rằng DiffServ sử dụng 6 bit để định nghĩa các BA (Behavior Aggregate-Hành vi toàn thể) tương ứng với các PHB, trong khi E-LSP chỉ có 3 bít cho chức năng trên. Trong L-LSP, nhãn được sử dụng để chỉ thị cả FEC đích và kế hoạch ưu tiên. Trường Exp trong L-LSP chỉ được sử dụng để chỉ thị việc loại bỏ ưu tiên. Ánh xạ giữa tiêu đề IP với DiffServ và tiêu đề chèn MPLS cho E-LSP và L- LSP được chỉ ra trong hình 20 và 21 một cách tương ứng. Trong những hình này thuật ngữ “5 tuple” liên quan tới 5 trường trong tiêu đề IP, bao gồm địa chỉ nguồn, địa chỉ đích IP, cổng nguồn và đích TCP hay UDP, và giao thức có thể được sử dụng trong FEC. Tất cả các thuật ngữ dựa vào kiến trúc DiffServ. Hình 2.6: Ánh xạ giữa tiêu đề IP và tiêu đề chèn MPLS với LSP. Hình 2.7: Ánh xạ giữ tiêu đề IP và tiêu đề chèn MPLS với E-LSP. Chú ý rằng hình 22 và 23 biểu diễn ánh xạ một phần của tiêu đề gói IP tự nhiên và nhãn và phần EXP của tiêu đề chèn MPLS. Chúng không tỉ lệ và không biểu diễn toàn bộ cấu trúc của tiêu đề. Mỗi loại LSP có ưu điểm và nhược điểm của nó. E-LSP dễ vận hành và linh hoạt hơn bởi vì nó bảo vệ nhãn và sử dụng trường EXP cho thành phần DiffServ. Nhưng thực tế báo hiệu MPLS dành sẵn băng thông trên cơ sở mỗi LSP, băng thông dành cho toàn bộ LSP và không có đảm bảo dựa trên PSC, và có thể thiếu băng thông trong phục vụ hang đợi một vài PSC nào đó. Mặt khác, L-LSP có quá nhiều vấn đề với việc dự trữ, bởi vì cần thiết có nhiều nhãn gắn cho tất cả các PSC của tất cả FEC. Nhưng bởi vì nhãn mang thông tin về sắp xếp khi băng thông được dành sẵn cho một LSP đã cho, nó kết hợp với hang đợi ưu tiên mà LSP đó. Hai hình tiếp theo biểu diễn làm sao định tuyến và QoS cải thiện chất lượng định tuyến mạng bằng việc sử dụng MPLS cơ bản và sau đó MPLS có hỗ trợ DiffServ Hình 2.8 : Luồng gói trong MPLS không có DiffServ. Hình 24 biểu diễn sự khác nhau giữa một tuyến bởi các gói mà theo con đườn ngắn nhất (1) và tuyến đã được điều khiển lưu lượng (2). Tuyến (2) có thể được chọn bởi vì nó có đủ băng thông để phục vụ một FEC đã định, nhưng băng thông này lại không được kết hợp với bất kì cấp độ dịch vụ nào, vì thế lưu lượng ưu tiên ( ví dụ: VoIP) không thể có đủ băng thông cho hang đợi nhất định của nó. Hình 25 biểu diễn một cải tiến trong kiến trúc so với hình 18. Tuyến (1) và (2) của hình trước được vẽ như đường đứt quãng. Trong mô hình kiến trúc này MPLS hỗ trợ công nghệ DiffServ được triển khai, và có thể dành sẵn băng thông ứng với các hàng đợi ưu tiên nhất định. Chúng ta hãy thừa nhận rằng lưu lượng VoIP dụng hàng đợi 0, là hàng đợi hàng đầu trong mọi LSP. Hình 2.9: Luồng gói dữ liệu qua MPLS với DiffServ. LSR-4 có thể có đủ băng thông qua tất cả các hang đợi của nó, nhưng nó không có đủ băng thông trong hang đợi 0 và vì thế, tuyến (2) không cung cấp QoS lại thích hợp cho lưu lượng VoIP. Đó là vì sao chúng ta lại qua hang đợi VoIP ở LSR-4. Nhưng nếu một L-SLP được sử dụng hàng đợi 0 với băng thông dành sẵn xác định, sao đó lưu lượng có thể đi qua tuyến (3) qua LSR-2 và LSR-3, và VoIP có thể nhận đượcvớisự đảmbảo QoS. Tóm lại MPLS hỗ trợ DiffServ thoả mãn cả hai điều kiện của QoS : đảm bảo băng thông và cư xử với các dịch vụ hàng đợi được phân biệt. MPLS thoả mãn điều kiện thứ nhất : ví dụ nó thúc đẩy các luồng ứng dụng theo các tuyến với băng thông đảm bảo; và dọc theo những tuyến đó DiffServ thoả mãn điều kiện thứ hai bằng việc cung cấp dịch vụ hàng đợi được phân biệt đối xử. Chú ý rằng MPLS hỗ trợ DiffServ vẫn còn đơn giản hơn và linh hoạt hơn IntServ với RSVP chuẩn. IntServ đòi hỏi báo hiệu mỗi vi luồng và trạng thái mỗi vi luồng trong mỗi router. Ngược lại, các LSP có thể bản thân nó là toàn thể các vi luồng và vì thếđòi hỏi báo hiệu ít hơn. Thêm vào đó, router không lưu giữ trạng thái mỗi vi luồng. Thay vào đó các LSR giữ thông tin toàn thể về băng thông khả dụng cho tất cả các LSP hay cho mỗi hàng đợi ưu tiên. 2.5.4. Kỹ thuật điều khiển lưu lượng DiffServ – Aware MPLS Trong phần trên ta đã miêu tả hoạt động của MPLS trong mạng nơi các LSR được cho phép bởi DiffServ. Nhưng để thu được các chức năng này và dẫn tới QoS Các mạng này phải được thiết kế cẩn thận với TE được áp dụng vào trên cơ sở mỗi cấp độ ngược với TE toàn thể. Mục tiêu cần thiết của DS-TE là để đảm bảo băng thông tách biệt cho mỗi loại lưu lượng để cải thiện và tối ưu hoá đúng theo các yêu cầu QoS của nó. Mô hình DS- TE cải tiến mô hình TE toàn thể, đang tồn tại bằng việc cho phép CoS dựa trên TE, nơi mà CoS được định nghĩa bởi mô hình như là một tập hợp thứ tự toàn thể (OA) suy rộng ra từ mứcđộ tuyến tới mức độ mạng. Trong mô hình DS-TE, đảm bảo băng thông dựa trên CoS thu được bằng các chức năng mạng: - Tách biệt dành sẵn băng thông cho tập các cấp độ lưu lượng khác nhau. - Quá trình quản lý được áp dụng trên mỗi cấp độ cơ sở để miêu tả hai chứcnăng trên, mô hình DS-TE đưa ra hai khái niệm. - Kiểu cấp độ (CT) là một nhóm các tuyến lưu lượng (TT) dựa trên giá trị CoS của chúng mà chúng cùng chia sẻ sự dành sẵn băng thông, và một CT có thể biểu diễn của nhiều cấp độ. - Băng thông ràng buộc (BC) là giới hạn phần trăm băng thông của tuyến mà một CT cụ thể hay một nhóm CT có thể lấy. Các mối quan hệ giữa các CT và các BC được định nghĩa trong mô hình băng thông ràng buộc (Bandwidth Constrain model-BC). Hiện tại, TE-WG định nghĩa hai mô hình BC: + Mô hình cấp phát tối đa (MAM) gán một BC tới mỗi CT ( như biểu diễn ở hình 2.9). + Mô hình búp bê Liên Xô (RDM) gán BC tới các nhóm CT theo cách mà CT với các yêu cầu QoS chặt chẽ nhất (ví dụ : CT7, VoIP) nhận sự dành sẵn băng thông riêng, BC7, một CT với yêu cầu QoS nghiêm ngặt nhất, CT6 chia sẻ dành sẵn băng thông BC6 với CT7(BC6 > BC7); và cứ thế cho tới CT0 (ví dụ : lưu lượng Best Efford) chia sẻ BC0 (ví dụ : toàn bộ băng thông của tuyến) với tất cả các loại lưu lượng khác (như hình 2.10). Hình 2.10: Mô hình cấp phát băng thông tối đa. Hình 2.11: Mô hình búp bê liên xô cấp phát băng thông. Mô hình DS-TE cũng định nghĩa một quá trình cho phép giải phóng băng thông chia sẻ bị chiếm giữ bởi các lưu lượng ưu tiên thấp hơn khi lưu lượng ưu tiên cao hơn tới. Nó đưa ra khái niệm cấp độ điều khiển lưu lượng (TE-class), một TE- class được định nghĩa bởi hai tham số: Kiểu cấp độ (CT) và mức độ ưu tiên (P). Hai hay nhiều TE-class có thể bao gồm cùng CT với các giá trị P khác nhau, hay các CT khác nhau với cùng giá trị P, vì thế cho phép ưu tiên và phục vụ trước các LSP trong và giữa các CT. Để triển khai DS-TE, các IGP(OSPF-TE và ISIS-TE) và LDP(RSVP-TE) phải được mở rộng theo các mở rộng dựa trên MPLS-TE đã được định nghĩa để mang thêm thông tin như đã miêu tả trong [DSTE-PRO]. Chú ý rằng [DSTE-PRO] không lặp lại các định nghĩa, các TLV và các đối tượng đã được định nghĩa trong [OSPF-TE], [ISIS- TE], và [RSVP-TE] mà chỉ đưa ra các thành phần và cải tiến mới. 2.5.5. Thực hiện quản lý hàng đợi thực tế trong MPLS-DiffServ. Trong MPLS-DiffServ và dự thảo MPLS, IETF đã vạch ra kiến trúc toàn thể cho MPLS hỗ trợ DiffServ, và các nhà cung cấp dịch vụ phải phân tích kiến trúc này để chọn các giải pháp tối ưu với môi trường của họ. Diễn đàn MPLS chỉ đạo một vài phân tích về các quy tắc quản lý hàng đợi trong node mạng mà hỗ trợ E-LSP và L-LSP. [QMGMT] đưa ra một thừa nhận thực tế rằng mặc dù hàng đợi có thể được quản lý trước và sau cơ cấu chuyển mạch LSR, nhưng có khả năng để xắp đặt các LSP sao cho sự bất đồng với cơ cấu chuyển mạch được tối thiểu và hàng đợi sẽ diễn ra sau có cơ cấu chuyển mạch và trước giao diện biên lối ra, như được chỉ ra trong hình 2.12. Hình 2.12: Kiến trúc LSR với hàng đợi và kế hoạch. Trong hình 2.12 gói tới một trong N giao diện biên lối vào. Nó được phân loại và được chuyển tiếp tới giao diện biên lối ra thích hợp khi chúng được đặt vào một hàng đợi ưu tiên tương ứng. Hình 2.13 chỉ ra hình ảnh mở rộng của giao diện biên lối ra 1. Giao diện hỗ trợ bốn hàng đợi ưu tiên, từ 0 tới 3. và kế hoạch đẩy gói ra từ mỗi hàng đợidựa trên ưu tiên của nó. Hình 28 biểu diễn hình ảnh đơn giảncủa hàng đợi biên lối ra, nhưng các E- LSP và L-LSP phức tạp hơn như miêu tả trong [Qmgmt]. Ví dụ hàng đợi có thể cấp phát mỗi CoS cho mỗi LSP. Trong bối cảnh đó, nếu một E-LSP hỗ trợ bốn kế hoạch cư xử khác nhau và nếu có hai E-LSP như thế, LSR sẽ có tám hàng đợi ưu tiên khác nhau, mỗi cái cho mỗi CoS của LSP. Sự sắp xếp này sẽ rất khó quản lý và không linh hoạt. Một cách sắp xếp thay thế là có một tập hợp nhỏ hàng đợi cho mỗi giao diện biên lối ra. Gói tới những hàng đợi này thường biểu diễn các LSP khác nhau, nhưng hàng đợi được quản lý với khía cạnh loại bỏ và sắp xếp như là chúng biểu diễn một luồng đơn. [QMGMT] khuyến cáo cách thức này cho các giai đoạn đầu tiên của MPLS hỗ trợ DiffServ. Với cách này L-LSP biểu diễn một mức ưu tiên đơnlẻ và sự phân chia tài nguyên cho một L-LSP dẫn tới đảm bảo băng thông nhưđã thảo luận ở trên. Mặt khác, LSP có thể biểu diễn vài kế hoạc hưu hiêu, cấp phát tài nguyên cho một E- LSP không thực hiện việc phân cấp CoS, CoS sẽ dành tài nguyên hàng đợi nhất định. Trong mạng hoàn thiện hơn, có thể có nhiều các hàng đợi hơn và có các mức ưu tiên khác nhau, và E-LSP cũng có thể được sử dụng cho dịch vụ bảo đảm. 2.5.6. Các thành phần QoS trong MPLS-UNI. Các thảo luận ở trên và rất nhiều phương pháp đã được phân tích để cung cấp QoS trong mạng MPLS. Nhưng trong kiến trúc mạng thực tế, mạng MPLS được cung cấp trong miền nhà cung cấp và không mở rộng sang phần khách hàng. Một lý do khác cho điều này là báo hiệu LSP truyền thống đượcxử lý bởi các LER, và nếu các LER được đặttại phần khách hàng, nhà cung cấpsẽ phải mang cho khách hàng một vài chức năng điều khiển qua mạng đường đường trục của họ. Lý do khác là khách hàng có các cấp dịch vụ khác nhau về sự phức tạp và tài nguyên, và họ có thể không mong phải liên quan tới việc quản lý mạng. Diễn đàn MPLS đã thừa nhận vai trò hàng đầu trong định nghĩa giao diện dựa trên MPLS giữa phần khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ mạng sử dụng công nghệ MPLS. Giao diện đó gọi là giao diện người dùng tới mạng MPLS (MPLS-UNI) và nó được miêu tả trong [MPLS-UNI]. [MPLS-UNI] miêu tả báo hiệu qua UNI như Hình 2.13. Hình 2.13 : Giao diện MPLS UNI trong mạng MPLS. Trong Hình 2.13 chức năng Ru và Rd biểu diễn các router luồng lên và luồng xuống như được định nghĩa trong [MPLS-Arch]. Kí hiệu nhà cung cấp biên (PE) và khách hàng biên (CE) được kế thừa từ [VPN] để làm cho rõ ràng khi liên hệ tới nhà cung cấp và khách hàng. Xem rằng một LSP luôn theo một hướng duy nhất, theo hướng luồng dữ liệu từ PE tới CE thì PE là Ru và CE là Rd; theo hướng luồng dữ liệu từ CE tới PE thì PE là Rd và CE là Ru. Phiên bản hiện tại của [MPLS-UNI] chỉ quan tâm tới hướng PVC (kết nối ảo cố định) được đặc trưng bởi sự dự phòng của nhà cung cấp và tính thụ động CE. Công việc tương lai sẽ mở rộng kiến trúc này thành MPLS UNI SVCs (Switched Virtual Connection) nơi CE sẽ có thể yêu cầu báo hiệu cho việc thiết lập hay kết thúc LSP. Trong khi [MPLS-UNI] miêu tả báo hiệu qua MPLS UNI dẫn tới thiết lập các LSP hai chiều, công việc đang phát triển ở Liên minh MPLS/ Frame Relay cũng nghiên cứu các kết nối dịch vụ mà có thể chạy trên đỉnh của những LSP này. Các kết nối dịch vụ MPLS UNI sẽ cung cấp cho khách hàng một truy cập MPLS vào dịch vụ mạng riêng ảo qua nhà cung cấp dịch vụ mạng cũng như các dịch vụ khác của nhà cung cấp, như Internet, cổng VoIP, và những thứ khác nữa. Các dịch vụ này có thể tự động cung cấp bởi nhà cung cấp tới khách hàng, với sự liên quan khách hàng tối thiểu. Chức năng MPLS UNI tương tự như kết nối ATM và Frame Relay nơi các kết nối ảo khách hàng được kết hợp với LSP và không phải với các giao diện, và vì thế ví dụ vài VPN có thể được hỗ trợ qua một giao diện dơn. Hình 2.14 biểu diễn khái niệm này. Hình 2.14 : VTNs phục vụ thông qua MPLS UNI. Trong hình 2.14 PE bên trái hỗ trợ hai CE khác nhau thuộc về hai VPN khác nhau. PE ở dưới có một giao diện đơn với một CE, nhưng CE này liên quan tới cả hai VPN mà được phân biệt bởi các LSP được định nghĩa qua UNI này. Liên minh MPLS/ Frame Relay là việc trên các dịch vụ UNI cũng sẽ miêu tả các thuộc tính dịch vụ phong phú mà có thể được cấu hình bởi PEở CE. Một trong các thuộc tính sẽ là Profile QoS bao gồm cấp độ QoS (ví dụ : thời gian thực), đánh dấu QoS, băng thông, trễ và dành sãn rung pha, các yêu cầu khả dĩ và các tham số khác. Profile sẽ cho phép SP cung cấp QoS cần thiết cho các luồng qua UNI, cũng như để ánh xạ nó tới mạng các LSP. Vì thế QoS sẽ được phục vụ trước và ánh xạ thích hợp ở giao diện giữa khách hàng và nhà cung cấp mạng trong khi môi trường dịch vụ MPLS PVC UNI được quản lý toàn bộ bởi các PE, thì MPLS SVC UNI cũng sẽ cho phép CE yêu cầu cải tiến dịch vụ. 2.6. KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 2, chúng ta đã là quen với các khái niệm cơ bản về chất lượng dịch vụ (QoS) và cấp độ dịch vụ (CoS) cũng như kiến trúc cơ bản của QoS và CoS cùng với các vấn đề ảnh hưởng tới chúng. Chương này cũng đề cập tới mô hình dịch vụ có thể cung cấp QoS như Dịch vụ tích hợp (IntServ), Dịch vụ khác biệt (DiffServ) hay MPLS với MPLS-TE và RSVP-TE. Với các ưu điểm của DiffServ như đơn giản, linh hoạt kết hợp với công nghệ điều khiển lưu lượng (TE), MPLS-TE kết hợp với DiffServ được xem là mô hình mạng hỗ trợ QoS thực sự trong mạng đường trục. Chất lượng dịch vụ (QoS) cung cấp dịch vụ khác biệt (Differentiated service), cung cấp mức ưu tiên cao hơn cho các luồng hay dịch vụ đảm bảo (Guranteed service) cung cấp sự đảm bảo mức độ dịch vụ. Cấp độ dịch vụ (CoS) dúp chúng ta phân biệt được loại dịch vụ và cấp độ ưu tiên của từng dịch vụ có trong mạng, cả hai tương phản với Best-effort service, cung cấp những gì mà được xem như là có rất ít QoS. Thông qua đó mà chúng ta hiểu thế nào là chất lượng dịch vụ (QoS) và cấp độ dịch vụ (CoS). Tóm lại trong chương này chúng ta đã tìm hiểu về chất lượng dịch vụ và các cơ chế quản lý, khác phục và các tiêu trí đánh giá, phân biệt QoS, cách thức úng dụng MPLS-TE… phương pháp quản lý, giám sát TE. Chương 3 TÌM HIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ MẠNG MPLS BẰNG KỸ THUẬT MÔ PHỎNG OPNET 3.1. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG OPNET. OPNET là một công cụ phần mềm mạnh được sử dụng để mô phỏng mạng, đã được các nhà nghiên cứu khoa học trên thế giới đánh giá cao và những kết quả mô phỏng bằng OPNET đã được công nhận trên nhiều tờ báo cũng như diễn đàn công nghệ thế giới. OPNET chứa một lượng thư viện rất lớn về các mô hình mạng, mô hình node, mô hình liên kết, bao trùm từ mạng hữu tuyến cho tới mạng vô tuyến, với rất nhiều các giao thức mạng sẵn có. OPNET được thiết kế với cơ sở dữ liệu phân lớp và hướng đối tượng, dựa trên nền tảng bộ ngôn ngữ lập trình C/C++, tuy vậy OPNET lại có giao diện gắp thả, tạo điều kiện tương tác dễ dàng hơn cho việc sử dụng để nghiên cứu và mô phỏng mạng. Ngoài việc mô phỏng mạng và các giao thức của mạng, OPNET còn cung cấp cho ta nhiều công cụ cho phép phân tích hiệu suất, tính toán đường đi, khởi tạo lưu lượng, so sánh bằng đồ thị, … vô cùng linh hoạt, từ đó giúp ta không những chỉ tạo lập các hệ thống mạng mà còn giúp ta đánh giá hoạt động của các hệ thống mạng đó. Bên cạnh đó OPNET còn hỗ trợ công cụ SITl cho phép kết nối giữa hệ thống mạng mô phỏng và mạng thật. SITL đã được phát triển toàn diện từ phiên bản 14.0 của OPNET Dựa trên nền tảng kiến thức đã tiếp thu được trong quá trình học tập, trong thời gian nghin cứu em đã tìm hiểu và sử dụng OPNET trong việc mô phỏng một số các công nghệ và kỹ thuật MPLS-TE, nhằm phục vụ tốt cho quá trình thực hiện làm luân văn tốt nghiệp Thạc Sĩ tại trường. Trong phần này em sẽ đưa ra so sánh 2 mô hình chính: - Mô hình khi chỉ có giao thức định tuyến IGP. - Mô hình khi có kỹ thuật MPLS-TE. 3.1.1 Xây dựng topology Trong phần này, em tiến hành các bước để xây dựng Topology cho các kịch bản mô phỏng MPLS-TE trên OPNET. Topology như sau: Hình 3.1: Mô hình Topology MPLS-TE. 3.1.2 Topology bao gồm hai khu vực - Khu vực nhà cung cấp dịch vụ Service Provider (đám mây màu vàng), bao gồm các Router biên PE1, PE2, các Router lõi CORE1, CORE2, CORE3, CORE4.. Liên kết PE1-CORE1-CORE2-PE2 có băng thông 2 Mbps (FastEthernet), liên kết PE1-CORE3-CORE4-PE2 có băng thông 1,5 Mbps (Ethernet). PE1 & PE2 là các LER, Core1, Core2, Core3, Core4 là các LSR. - Khu vực khách hàng, bao gồm các Router biên CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6 được kết nối vào các Router biên PE1 và PE2, cụ thể là CE1, CE2, CE3 kết nối vào PE1, còn CE4, CE5, CE6 kết nối vào PE2. CE1,CE2, CE3, CE4, CE5, CE6 là các router C7200 của cisco. 3.2. TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG TRÊN OPNET. Bước 1. Khởi tạo ra một Project mới từ cửa sổ chính của phần mềm OPNET: File → New → New Project. Bước 2. Khởi tạo ra các bộ định tuyến từ cửa sổ Open Object Pallete: từ thanh công cụ Topology → Open Object Pallete, ta được cửa sổ sau: Hình 3.2-a. Hình 3.2-b: Cửa sổ khởi tạo Open Object Pallete a và b. Tìm trong phần Node Models → Fixed Node Models, bộ định tuyến Router C7200 (CS_7206_6s_a2_ae8_f4_tr4_slip16_adv) của Cisco, Trong bộ công cụ MPLS có chứa sẵn LER, LSR, và các công cụ cho MPLS. Bước 3. Khởi tạo các loại liên kết giữa các bộ định tuyến. Trong bộ công cụ MPLS phần link Models ta chọn các liên kết PPP_DS1, PPP_E1 là các liên kết 1,5Mb và 2Mb. Sau khi kết nối các bộ định tuyến bằng các loại liên kết theo đúng Topology đã đưa ra. Em đã hoàn thành Topology trong OPNET như sau: Hình 3.3: Giao diện kết nối các bộ định tuyến bằng các liên kết Topology. Bước 4. Tạo ra các cổng Loopback 0 trên các bộ định tuyến: Protocols →IP → Interfaces → Create Loopback Interface, sau đó chọn như sau: Hình 3.4: Cổng Loopback. Tích vào dấu chọn All Routers và Configure routing protocols để tạo Loopback cho tất cả các bộ định tuyến và cho phép cấu hình giao thức định tuyến trên cổng Loopback này. Bước 5. Gắn địa chỉ IP cho các giao diện của bộ định tuyến. Ta bấm Ctrl+A để chọn tất cả các thiết bị trên Topology: Protocols → IP → Addressing → Auto-Assign IPv4 Addresses (việc gắn địa chỉ này có thể thực hiện theo ý muốn và tùy ý bằng cách vào từng phần cấu hình của bộ định tuyến, Vậy ta đã hoàn thành công việc thiết lập Topology và gắn địa chỉ IP cho các thiết bị trên Topology. Tiếp theo ta sẽ tiến hành xây dựng các kịch bản mô phỏng cho phần mô phỏng MPLS trên OPNET. 3.3. TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG HAI KỊCH BẢN Trong phần này, em xây dựng các kịch bản khi chỉ giao thức định tuyến IGP. Giao thức định tuyến IGP được sử dụng trong mô hình này là OSPF. Kịch bản gồm: Triển khai Single-Area OSPFv2 trên tất cả các bộ định tuyến CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6, PE1, PE2, CORE1, CORE2, CORE3, CORE4 tại khu vực của nhà cung cấp dịch vụ và khu vực cùa khách hàng. Tạo các lưu lượng theo yêu cầu. Khảo sát mức độ sử dụng ở các liên kết. Trong kịch bản 1 này, để đơn giản, em triển khai giao thức định tuyến OSPFv2 trên tất cả các bộ định tuyến, bao gồm khu vực nhà cung cấp dịch vụ (PE1, PE2, CORE1, CORE2, CORE3, CORE4) và khu vực khách hàng (CE1, CE2, … CE6). 3.3.1 Tiến hành mô phỏng trên OPNET khi có MPLS-TE (kịch bản 1). Bước 1. Khởi tạo giao thức OSPFv2 trên tất cả các Router. Ta bấm Ctrl+A để chọn tất cả các Router, sau đó vào thanh công cụ Protocols → IP → Routing → Configure Routing Protocols. Hình 3.5-a. Hình 3.5-b: Khởi tạo giao thức OSPFv2 trên nền OPNET. . Sau đó tích chọn giao thức OSPF và cấu hình giao thức này trên tất cả các Router như hình 3.5-b. Bước 2. Khởi tạo các lưu lượng theo yêu cầu. Tạo ra 3 luồng lưu lượng IP. Ta vào cửa sổ Open Object Pallete, tìm ip_traffic_flow_alt, tạo ra 3 luồng lưu lượng và gắp thả tương ứng giữa CE1-CE4, CE2-CE5, CE3-CE6. Sau đó chuột phải vào từng luồng lưu lượng để cấu hình tham số cho chúng. Ta có cửa sổ đối với luồng lưu lượng CE1-CE4 như sau: Hình 3.6: Khởi tạo Lưu lượng theo yêu cầu. Ta có thể đặt tên cho luồng lưu lượng là CE_1 --> CE_4 (UDP 1,5 Mbps), trong phần Socket Information ta đặt là loại UDP, tiếp đó trong các phần Destination IP Address và Source IP Address, ta đặt các địa chỉ IP tương ứng giữa CE1 và CE4. Tiếp đó trong phần Traffic (bits/second) ta chọn loại lưu lượng là OC1_1hours_bps tương ứng 52Mbps. Các thông số khác có thể giữ nguyên mặc định. Ta cấu hình tương tự với các luồng TCP-1 0,5 Mbps giữa CE2-CE5, TCP-2 0,5 Mbps giữa CE3-CE6. Bước 3. Bật tính năng thống kê. Ta vào Des -> Choose individual statistics sau đó đánh dấu vào throughtput, utilization. Hình 3.7: Cửa sổ tính năng thông kê. Bước 4. Thực hiện mô phỏng. Ta vào DES → Run Discrete Event Simulation. Hình 3.8: Chạy chương trình. Bước 5. Phân tích kết quả nhận được Để lấy ra kết quả mô phỏng ta chọn DES → Results. Hình 3.9: Kết quả nhận được (kịch bản 1). Kết quả mô phỏng ở trên cho ta thấy liên kết giữa PE-1 & Core 1 luôn sử dụng băng thông ở mức 100% trong khi đó liên kết PE-2 & Core 3 thì không có lưu lượng đi qua. Kết quả có được do chỉ sử dụng giao thức định tuyến OSPF. OSPF là giao thức định tuyến dựa trên đường đi ngắn nhất, vì vậy đến PE-1 mọi lưu lượng đều được chuyển đến Core 1, trong khi đó thì không có lưu lượng đến Core 3. - Nhận xét: Trong kịch bản mô phỏng này, em sẽ triển khai kỹ thuật lưu lượng MPLS TE trong mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ, cụ thể là trên các Router PE1, PE2, CORE1, CORE2, CORE3, CORE4 nhằm tối ưu hiệu suất hoạt động của mạng đồng thời đảm bảo dịch vụ cho các luồng lưu lượng. Trong kịch bản này, em khởi tạo các đường hầm TE Tunnel hay nói cách khác là các LSP có yêu cầu xác lập về thông số, sau đó cấu hình thông số của các đường hầm TE Tunnel, báo hiệu bằng RSVP-TE hoặc CR-LDP. Các thông số của 3 đường TE Tunnel sẽ phù hợp với các thông số yêu cầu của 3 luồng lưu lượng ở phía bên dưới. Trong OPNET đã có sãn các đường hầm dạng E-LSP và L-LSP được báo hiệu sẵn bằng RSVP-TE và CR-LDP, để đơn giản cho việc thiết lập TE Tunnel, trong OPNET giản lược qua bước cấu hình RSVP-TE và CR-LDP. Kịch bản này bao gồm: Các yêu cầu của kịch bản khi chỉ có giao thức định tuyến IGP ( sử dụng OSPF). Tạo các đường hầm LSP. Gán lưu lượng vào các LSP. Khảo sát mức độ khả dụng ở các liên kết. 3.3.2 Tiến hành mô phỏng trên OPNET khi không có MPLS-TE (kịch bản 2). Bước 1. Thực hiện như kịch bản 1 sau đó thao tác scenarios ->duplicate scenario để thực hiện 1 bản sao của kịch bản 1, sau đó đặt tên cho kịch bản mới. Hình 3.10: Chạy chương trình (kịch bản 2). Bước 2. Tạo FEC và Traffic Trunk. Vào Open Object Pallete - mpls_config_object, sau đó gắp thả đối tượng này vào màn hình Topology và tiến hành cấu hình đối tượng này như sau: Hình 3.11: Tạo FEC và Traffic Trunk. Các tham số cần cấu hình nằm ở phần FEC specifications và Trafic Trunk Profile. Trong FEC ở đây có 3 lưu lượng vì vậy cần cấu hình cho 3 FEC để thực hiện điều này trong phần Number of Rows đánh số 3. Mỗi Row khi đó là 1 FEC. Mỗi FEC ta sẽ cấu hình theo yêu cầu từng luồng lưu lượng. 1 FEC có thể cấu hình theo địa chỉ hay là theo giao thức. Để quá trình mô phỏng là chính xác cần ít nhất 1 Trunk Profile. Bước 3. Khởi tạo các đường hầm TE Tunnel. Ta vào Open Object Pallete, tìm đối tượng Path Models → MPLS → MPLS_E-LSP_DYNAMIC, gắp thả vào Topology. Ta tạo ra 3 TE Tunnel tương ứng cho 3 loại lưu lượng, trong đó 2 TE Tunnel đi theo đường truyền PE1-CORE1-CORE2-PE2 và 1 TE Tunnel đi theo đường PE1-CORE3-CORE4-PE2, do ta thiết lập theo kiểu Explicited Route nên ta gắp thả 3 TE Tunnel theo 2 đường tương ứng theo từng node. Sau đó ta vào tinh chỉnh từng thông số yêu cầu trong các đường TE Tunnel. Cụ thể như sau, giả sử ta có đường TE Tunnel dành cho loại lưu lượng UDP (EF) 1,5Mbps: Hình 3.12: Sơ đồ gắp thả tạo đường hầm TE. Lưu ý rằng ta cần tắt tính năng Announce IGP Shortcuts, bởi vì lát sau đây ta sẽ dùng cơ chế Policy-based Routing trong phần Traffic Mapping. Ta giữ nguyên phần Address – Destination và Address – Source, bởi ta thiết lập ra các TE Tunnel với mục đích không chỉ để truyền tải lưu lượng cho 3 lưu lượng CE1-CE4, CE2-CE5, CE3-CE6, mà còn dành cho bất kỳ một lưu lượng nào mà phù hợp với các thông số của phần Traffic Trunk và thông số của TE Tunnel tương ứng. Tiếp theo ta quan tâm đến các thông số trong phần TE Parameters như sau: Hình 3.13: Giao diện để chỉnh sửa thông số TE-tunnel. Lưu ý rằng ta cần chỉnh mục Min Bandwidth cho phù hợp, thông số này của TE Tunnel sẽ được so sánh với lượng băng thông thực sự của tuyến đường tại các thời điểm xác định để tìm ra tuyến đường phù hợp nhất, thông số này cũng cần phù hợp và Traffic Trunk, nếu không thì lưu lượng sẽ không được truyền lên TE Tunnel. Sau khi đã tạo ra 3 đường hầm tương ứng: Protocols → MPLS → Update LSP Details và Protocols → MPLS → Display LSP Routes để cập nhật LSP và hiển thị đường đi của LSP vừa tạo ra. Bước 4. Truyền tải các lưu lượng này lên trên các đường hầm TE Tunnel bằng phương pháp Traffic Mapping – Policy-based Routing. Bước này được thực hiện trên Router PE1, ta vào phần Edit Attributes trên Router PE1, tìm phần MPLS Parameters và cấu hình các thông số như hình vẽ sau: Hình 3.14: Cửa sổ gán các thông số ở PE_1. Ta vào mục Traffic Mapping Configuration, tạo ra 3 Row, đối với mỗi Row, ta chọn Interface In (ở đây ta chọn IF4 của PE1, là giao diện nối đến CE1), FEC và Traffic Trunk ta lựa chọn tương ứng với CE1, CE2 hoặc CE3, nếu ta không thiết lập các FEC và Traffic Trunk trước thì chúng sẽ không xuất hiện tại bảng chọn này. Tiếp sau đó ta chọn LSP có tên tương ứng với TE Tunnel đã tạo dành cho FEC và Traffic Trunk tương ứng.Việc chọn LSP như thế này tương ứng với cơ chế Policy-based Routing, nếu với cơ chế Class-based Tunnel Selection, thì Router sẽ tự động chọn LSP phù hợp. Đối với phần EXP PHB và EXP Drop Precendence ta giữ nguyên mặc định ban đầu. Các tùy chọn này sẽ rất hữu dụng đối với cơ chế Class-based Tunnel Selection. Như vậy ta đã hoàn thành việc ghép lưu lượng lên trên các đường TE Tunnel tương ứng. Tiếp sau đây ta sẽ tiến hành chạy kịch bản này, đồng thời khảo sát đường đi và mức độ sử dụng (Utilization) của các TE Tunnel cũng như các giao diện đầu vào mạng lõi của Router PE1. Bước 5. Khảo sát đường đi và mức độ sử dụng (Utilization) của các TE Tunnel và các giao diện đầu vào mạng lõi của Router PE1. Ta chạy kịch bản và truyền tải các luồng lưu lượng IP theo cơ chế chuyển mạch MPLS có sử dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS TE. Ta vào DES → Choose Individual Statistics, tích chọn Link Statistics → point-to-point → throughput để khảo sát kết quả của các đường truyền trong mạng lõi, tích chọn Path Statistics → Flow → Ultilization, tích chọn Path Statistics → LSP → Traffic In/Traffic Out/Ultilization để khảo sát kết quả của các đường TE Tunnel đã thiết lập . Sau đó ta vào DES → Run Discrete Event Simulation, sau đó ta chọn DES → Results. Hình 3.15: Kết quả nhận được của kịch bản 2. Như kết quả mô phỏng ta thấy lưu lượng bây giờ không chỉ đi theo đường từ PE1 đến Core 1 mà còn có cả lưu lượng chuyển từ PE1 đến Core 3. Trong đó lưu lượng CE1-CE4, CE2-CE5 được chuyển qua Core 1 bằng 2 đường hầm phía trên, lưu lượng CE3-CE6 được chuyển qua Core3 bằng đường hầm phía dưới. 3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ kết quả của 2 kịch bản: khi chỉ sử dụng giao thức định tuyến IGP và kịch bản khi có MPLS-TE ta thấy MPLS-TE mang lại nhiều hiệu quả trong việc sử dụng băng thông có hạn làm giảm chi phí đầu tư, chất lượng mạng cũng được cải thiện đáng kể đặc biệt là tạo môi trường cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau với chất lượng như mong muốn. Hơn thế MPLS-TE còn là nền tảng phát triển cho mạng thế hệ sau NGN. Do thời gian nghiên cứu về OPNET ngắn, còn nhiều hạn chế về kiến thức MPLS-TE ít tài liệu hỗ trợ cho việc mô phỏng vì vậy chưa làm được nhiều kịch bản cho MPLS-TE ví dụ như Fast reroute dùng để bảo vệ khi đường hầm bị phá vỡ do links, hoặc Node failure. Việc mô phỏng Fast reroute chưa chính xác vì vậy không nêu ra ở chuyên đề này. Qua đây ta cung thấy sử dụng phần mềm mô phỏng OPNET ngòa việc mô phỏng mạng và các giao thức của mạng , OPNET còn cung cấp cho ta nhiều công cụ cho phép phân tích hiệu suất , tính tóa đường đi, khởi tạo lưu lượng, so sánh bằng đồ thị…. Từ đó chúng ta không những chỉ tạo lập hệ thống mạng mà còn giúp chúng ta đánh giá hoạt động của hệ thông mạng. Chính vì đặc điểm đó mà em làm bài luận văn của mình sử dụng phần mềm mô phỏng OPNET để làm báo cáo và đánh giá chất lượng đề tài. KẾT LUẬN CHUNG Công nghệ MPLS là một công nghệ đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới, nó đã mang lại nhiều thành tưu to lớn về mặt công nghệ cũng như về mặt thực tiễn hiện nay, chính vì thế công nghệ MPLS đã được nhiều Doanh Nghiệp tư nhân, liên doanh, hay các Doanh Nghiệp Nhà nước đưa vào khai khác và sử dụng với những ưu điểm về giá thành, sự linh hoạt trong phương thức quản lý điều hành, tối ưu về công nghệ,.... chính vì thế mà công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đã chở thành công nghệ phổ biến hiện nay và trong tương lai sẽ được ứng dụng mạnh mẽ hơn với tính iu việt của nó. Trong quyển đồ án này em đã chình bầy về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS mô phỏng công nghệ này bằng phần mềm mô phỏng OPNET đê nói lên tính ưu việt của nó, bao gồm các phần cụ thể sau: - Giới thiệu về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Mutil Plotocol Label Switching), đồng thời đưa ra một số khái niệm về MPLS. - Các thành phần hoạt động của mạng MPLS như: +> Giao thức phân bổ nhãn – LDP. +> Giao thức CL-LDP. +> Giao thức RSVP. +> Giao thức MPLS-BGP. +> Kiến trúc hệ thống MPLS. - Hoạt động của mạng MPLS và ứng dụng của MPLS ở Việt Nam với các mô hình mạng, những nguyên tắc khi chiển khai ứng dung, quy trình thực hiện... - Phương pháp đánh giá chất lượng mạng MPLS thông qua các tiêu chí đánh giá chất lượng mạng: +> Packet Transfer Delay (PTD) – Trễ gói. +> Packet Error Ratio (PER) - Lỗi gói. +> Packet Loss Ratio (PLR) - Tỉ lệ mất gói. +> Packet Severe Loss Block Ratio (PSLBR) - Tỉ lệ tổn thất nghiêm trọng. +> Recovery Time - Thời gian phục hồi. - Đánh giá năng lực của mạng MPLS một cách tổng quat thông qua những thành phần có trong mạng và tính năng cacr các thành phần. Bằng việc đánh giá chất lượng và tính ưu việt của nó thông qua quá trình mô phỏng bằng OPNET với hai kịch bản cụ thể: - Kịch bản khi có MPLS-TE (kịch bản 1) - Kịch bản khi chỉ sử dụng giao thức định tuyến IGP. Trong đó nói rõ về các bước tiến hành mô phỏng và kết quả mô phỏng, qua đó cho ta thấy rõ nét hơn về tính ưu việt của nó, kết quả sát thực hơn của công nghệ MPLS-TE. Do các ưu việt đó của MPLS! Nên giải pháp, bài toán giải quyết vấn đề lưu lượng TE, chất lượng dịch vụ QoS, cấp độ dịch vụ CoS, đã tìm được lời giải tối ưu, không những thế kết quả này tạo tiền đề cho các ứng dụng vào các mạng thế hệ sau NGN khi mà công nghệ đã hội tụ lại tạo ra một mạng tích hợp đa dịch vụ đáp ứng được đầy đủ chất lượng và số lượng không hạn chế của người sử dụng.