Kỹ thuật lưu lượng trong mpls

AS-A và AS-B bằng bản tin BGP UPDATE có chứa NEXT-HOP và AS-PATH. Bản tin UPDATE được gửi từ C3 đến A3 còn mang một ánh xạ từ FEC “a.b/16” sang nhãn L. Router A3 trong AS A thu nạp tất cả thông báo này vào trong bảng RIB của nó (có thể làm được nhờ thông qua một lưới các phiên iBGP). Nhằm tìm cách tốt nhất để chuyển tiếp các gói đến prefix “a.b/16”, A1 có thể xác định rằng đường ngắn nhất là qua hop kế A3 sử dụng nhãn L. Nhờ định tuyến nội và giao thức phân phối của minh, A1 cũng biết rằng tuyến tốt nhất để đến A3 là đi qua A2 sử dụng nhãn M. Kết quả là khi chuyển gói đến prefix “a.b/16”, A1 thêm nhãn L lên gói rồi thêm tiếp nhãn lên đỉnh stack. Như vậy, một LSP được chui vào trong một đường hầm LSP khác. LSP 1 bên ngoài kéo dài từ A1 đến A3. Trong khi đó, LSP 2 kéo dài từ AS-A đến AS-C và có một đoạn chui trong LSP 1. 2.7 KHÁI NIỆM DỊCH VỤ TÍCH HỢP VÀ DỊCH VỤ PHÂN BIỆT. 2.7.1 Khái niệm dịch vụ tích hợp (Intserv). Tổ chức IETF đầu những thập kỉ 90 đưa ra các cấu trúc Intserv như một giải pháp hữu hiệu đảm bảo QoS trên nền mạng IP. Cốt lõi của Intserv là đảm bảo QoS cho từng luồng IP vi mô. Luồng IP vi mô là một chuỗi các gói tin IP có chung 5 tham số giống nhau. Cụ thể, một luồng IP vi mô đuợc xác định bởi 5 tham số: địa chỉ IP đầu gửi, địa chỉ IP đầu nhận, số thứ tự của cổng gửi, số thứ tự của cổng nhận, loại hình của giao thức đuợc sử dụng trên lớp truyền tải (TCP/UDP) cho luồng IP đang đuợc xét. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngII: Định tuyến và báo hiệu MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 38 - Phạm Đức Hòa - A10121 Một mạng Intserv điển hình chứa các bộ định tuyến biên và các bộ định tuyến lõi. Trước khi bắt đầu truyền dữ liệu của một luồng IP vi mô, đầu gửi thông báo một số số liệu liên quan đến lưu lượng sẽ được chuyển cho bộ định tuyến biên. Bên cạnh đó, bên gửi cũng chuyển đến bộ định tuyến biên yêu cầu QoS cho luồng IP. Những số liệu lưu lượng và QoS sẽ được bộ định tuyến biên sử dụng để tính dung lượng cần thiết cho luồng IP được quan tâm. Sau đó giao thức báo hiệu RSVP sẽ làm nhiệm vụ xác định đường truyền (kết hợp với các giao thức cài đặt tại các bộ định tuyến) và chiếm giữ dung lượng dọc đường truyền cho luồng IP. Nếu sự chiếm giữ dung lượng tại tất cả các bộ định tuyến dọc đường truyền đều thành công, các gói của luồng IP bắt đầu được truyền tải từ đầu gửi đến đầu nhận. Trong trường hợp có bất kì 1 liên kết dọc đường truyền không có đủ dung lượng cần thiết, quá trình chiếm giữ sẽ bị dừng và thông tin về sự chiếm giữ không thành công sẽ được chuyển đến đầu gửi bằng một thông tin riêng của RSVP. Luồng IP vi mô sẽ bị chặn không được phục vụ. Cần lưu ý rằng ngay cả khi đường truyền được xây dựng thành công, trong quá trình truyền tải các gói của luồng IP vi mô, cần thiết phải có sự kiểm tra dung lượng được chiếm giữ một cách định kì, đều đặn nhờ giao thức báo hiệu RSVP để đảm bảo trạng thái được dùng số dung lượng cần thiết dọc đường truyền. Để thực hiện quá trình chiếm giữ dung lượng, cũng như kiểm tra trạng thái chiếm giữ liên quan đến từng luồng IP vi mô, mỗi bộ định tuyến trong cơ chế Intserv cần phải lưu trữ tất cả các dữ liệu về đặc tính cập nhật của tất cả các luồng gói vi mô đang tồn tại trong mạng. Đồng thời tất cả các bộ định tuyến phải có chức năng hoạt động được cùng với giao thức RSVP. Tuy nhiên, một bộ định tuyến bình thường trong mạng IP ngày nay phải xử lý cùng một lúc một lượng rất lớn các luồng IP vi mô. Vì thế, lưu trữ, truyền tải và xử lý từng luồng IP vi mô tạo ra một lưu lượng báo hiệu khổng lồ, làm giảm đáng kể hiệu suất hoạt động của bộ định tuyến. Nhược điểm này là nguyên nhân vì sao cấu trúc Intserv chỉ có tính khả thi trong mạng có tầm bao phủ nhỏ. Với mạng IP trải rộng toàn cầu như mạng Internet hiện nay, trông đợi sự đầu tư và đưa vào hoạt động phổ biến là không thực tế. 2.7.2 Khái niệm dịch vụ phân biệt (Diffserv). Mô hình kiến trúc dịch vụ phân biệt DiffServ được coi là bước phát triển tiếp theo của mô hình tích hợp dịch vụ IntServ. Hướng tiếp cận của mô hình này là không xử lý theo từng luồng lưu lượng riêng biệt mà ghép chúng vào 1 số lượng hạn chế các lớp lưu lượng mà băng thông và các tài nguyên mạng khác được chỉ định trong các lớp lưu lượng này. Mặt khác, DiffServ hướng tới xử lý trong từng vùng dịch vụ phân biệt DS (Differential Service) thay vì xử lý từ đầu cuối tới đầu cuối như trong mô hình tích hợp dịch vụ IntServ. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngII: Định tuyến và báo hiệu MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 39 - Phạm Đức Hòa - A10121 Trong cấu trúc DiffServ, bộ định tuyến được chia làm 2 thể loại, bộ định tuyến biên và bộ định tuyến lõi. Tuy nhiên, khác với mô hình IntServ, chỉ có các bộ định tuyến biên cần khả năng xử lý các luồng IP vi mô, các bộ định tuyến lõi thay vì xử lý một lượng rất lớn các luồng IP vi mô thì nó chỉ xử lý vài luồng IP tổng trong cấu trúc DiffServ. Luồng IP tổng chứa tất cả các gói của luồng IP vi mô thuộc về cùng một chủng loại. Chỉ cần định nghĩa một vài chủng loại cơ bản, yêu cầu với bộ định tuyến trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Cơ chế DiffServ đưa ra sự phân loại cho 3 loại hình dịch vụ: Dịch vụ ưu tiên, dịch vụ đảm bảo và dịch vụ ứng biến theo khả năng tối đa. Dịch vụ cuối cùng chính là dịch vụ được cung cấp bởi mạng Internet hiện nay. Ứng với mỗi loại hình dịch vụ, DiffServ định nghĩa cách thức xử lí các gói tin IP tại bộ định tuyến lõi. Nói cách khác, tại các bộ định tuyến lõi, các gói IP sẽ được xử lí tương ứng với loại hình dịch vụ của chúng. Gói IP của dịch vụ ưu tiên nhận được cách xử lí chuyển nhanh, còn gói IP của dịch vụ đảm bảo nhận được cách xử lí chuyển đảm bảo. Nguyên lí hoạt động của kiến trúc DiffServ gồm các đặc điểm cơ bản sau. Khi bắt đầu đi vào mạng DiffServ mà trực tiếp là bộ định tuyến biên, gói IP sẽ được phân loại. Bộ định tuyến biên sẽ thực hiện việc phân loại bằng cách kiểm tra mã DSCP (DiffServ Code Point) chứa chủng loại dịch vụ nằm trong phần đầu gói cùng với một số dữ liệu khác liên quan đến luồng vi mô của gói tin IP (địa chỉ đầu gửi, địa chỉ đầu nhận). Sau khi chủng loại của gói IP được xác định, bộ định tuyến biên sẽ thực hiện một số điều chỉnh cho gói tuân theo những tính chất đã được định nghĩa cho chủng loại của nó. Tại bộ định tuyến lõi, gói IP sẽ được xử lý trên cơ sở duy nhất là chủng loại của nó. Bộ định tuyến lõi chỉ có nhiệm vụ kiểm tra chủng loại của gói IP và chuyển tiếp gói IP theo cách mà chủng loại đó được nhận bao gồm: định tuyến cho gói, xếp gói vào bộ đệm thích hợp. 2.8 TỔNG KẾT. Trong chương này đã giới thiệu các chức năng định tuyến và báo hiệu cơ bản trong mặt phảng điều khiển của MPLS để hỗ trợ tự động hóa việc cấu hình của mặt phẳng chuyển tiếp. Trình bầy một số giao thức báo hiệu MPLS thực hiện phân phối nhãn theo các đặc tính chung như tuyến tường minh hay tuyến từng chặng, phân phối theo yêu cầu hay không cần yêu cầu... Cạnh đó cũng trình bày khái niệm dịch vụ tích hợp và dịch vụ phân biệt, là các khái niệm quan trọng khi nhắc tới điều khiển lưu lượng dựa trên chất lượng dịch vụ QoS. Với các giao thức cơ bản trên sẽ giúp chúng ta có được cơ sở để nghiên cứu về kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Enginneering ) dựa trên MPLS, một giải pháp rất hiệu quả trong việc điều khiển các luồng dữ liệu đi qua mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng. Chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể vấn đề này trong chương sau. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 40 - Phạm Đức Hòa - A10121 Chương III : KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS. 3.1 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG (TRAFFIC ENGINEER ). Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển các luồng lưu lượng qua mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng mạng. 3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng. 3.1.1.a Phân loại. Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng có thể phân chia thành hai hướng sau: - Hướng lưu lượng. - Hướng tài nguyên. Các mục tiêu hướng lưu lượng liên quan đến việc tăng cường QoS cho các luồng lưu lượng, các mục tiêu như: giảm thiểu độ trễ và mất gói, tăng tối đa thông lượng và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ... Các mục tiêu hướng tài nguyên liên quan đến việc tối ưu hóa sử dụng tài nguyên. Băng thông là một tài nguyên cốt yếu của mạng, do đó chức năng trọng tâm của kỹ thuật lưu lượng là quản lý hiệu quả tài nguyên băng thông. 3.1.1.b Bài toán nghẽn. Nghẽn thường xảy ra theo hai hướng sau: • Khi bản thân các tài nguyên mạng không đủ để cấp cho tải yêu cầu. • Khi các dòng lưu lượng được ánh xạ không hiệu quả đến các tài nguyên, làm cho một số tập con tài nguyên trở nên quá tải trong khi số khác nhàn. Có thể giải quyết tắc nghẽn bằng cách: • Tăng dung lượng hoặc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn cơ bản như: giới hạn tốc độ, điều khiển luồng, quản trị hàng đợi, điều khiển lịch trình... • Dùng kỹ thuật lưu lượng nếu nghẽn là do cấp phát tài nguyên chưa hiệu quả Đối tượng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng là nghẽn kéo dài chứ không phải là nghẽn nhất thời do bùng phát lưu lượng. 3.1.2 Hàng đợi lưu lượng. 3.1.2.a Hàng đợi FIFO (First-In,First-Out). Hàng đợi vào trước, ra trước là cơ chế mặc định cho các gói tin khi đi vào một nút mạng khi không có sự hiện diện của thuật toán đặc biệt nào tại đó. Trong hàng đợi FIFO các gói tin được xếp vào cùng một hàng đợi và được chuyển đi theo cùng một cách mà chúng được sắp xếp trong hàng đợi. Ưu điểm chính của hàng đợi FIFO là ở tính đơn giản của nó, không có bất kỳ giải thuật phức tạp nào được thiết kế riêng cho FIFO. Trong hàng đợi FIFO, các gói tin được đối xử như nhau. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 41 - Phạm Đức Hòa - A10121 Do đó hàng đợi này chỉ dùng để sử dụng cho loại dịch vụ “nỗ lực tối đa” (BE) và cũng là loại dịch vụ được hỗ trợ duy nhất trong mạng IP truyền thống. 3.1.2.b Hàng đợi PQ (Priority Queuing). Hàng đợi theo độ ưu tiên là sự cải tiến của FIFO. Trước khi được đưa vào hàng đợi tương ứng, các gói tin phải được phân loại theo từng loại dịch vụ. Các hàng đợi được thiết kế theo độ ưu tiên của loại gói tin mà nó phải chứa. Các gói tin ở hàng đợi có độ ưu tiên thấp hơn chỉ được xử lý khi và chỉ khi không còn bất cứ các gói tin nào trong các hàng đợi có độ ưu tiên cao hơn. PQ cho phép người quản lý mạng cấu hình bốn thuộc tính lưu lượng cao (high), thông thường (normal), trung bình (medium) và thấp (low). Lưu lượng đến được gán vào một trong bốn hàng đợi. Trong thực tế người ta sử dụng hàng đợi PQ được điều khiển tốc độ. Với loại hàng đợi này, các gói tin trong hàng đợi có độ ưu tiên cao chỉ được xử lý nếu tổng số gói tin trong hàng đợi đó nhỏ hơn một lượng xác định. 3.1.2.c Hàng đợi WFQ (Weighted Fair Queuing). Băng thông rỗi được chia cho các hàng đợi tùy thuộc vào trọng số (weight) của chúng. Xét ví dụ: có 12 luồng lưu lượng A,B,C...,N và trọng số của chúng được đánh số như hình sau, trong đó: có bốn luồng (D,E,F,G) có trọng số 5, có hai luồng trọng số 4, còn trọng số khác chỉ có một luồng. Hình 3.1: Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 42 - Phạm Đức Hòa - A10121 Tổng trọng số: 8 + 7 + 6 + 5*4 + 4*2 + 3 + 2 + 1 = 55. Khi đó mỗi luồng có trọng số 5 sẽ nhận được 5/55 phần băng thông, luồng có trọng số thấp nhất (1) sẽ nhận được 1/55 phần băng thông và luồng có trọng số cao nhất (8) nhận được 8/55 phần băng thông. Tượng tự cho các luồng có trọng số khác. 3.1.3 Giải thuật thùng rò và thùng Token. Thùng rò và thùng Token là cơ chế thực hiện chức năng giám sát và nắn dạng lưu lượng để đo tốc độ nhận hay truyền dữ liệu. Giám sát loại bỏ gói dư thừa để đảm bảo tốc độ truyền không vượt quá tốc độ thỏa thuận. Nắn dạng xếp các gói dư thừa này vào hàng đợi, và đi ra hàng đợi ở tốc độ nắn dạng. 3.1.3.a Giải thuật thùng rò (Leaky Bucket). Mô hình thùng rò có thể được diễn tả hình tượng như sau: bất chấp tốc độ nước đổ vào thùng là bao nhiêu, thì tốc độ dòng chảy ra là không thay đổi miễn là trong thùng còn nước. Một khi thùng đầy nước, lượng nước được đổ thêm vào sẽ bị tràn và mất. Tương tự như dữ liệu khi tới một router trong mạng nếu hàng đợi đã đầy thì gói tin sẽ bị “drop”. Các thông số cần chú ý trong mô hình thùng rò là kích thước của thùng và tốc độ dòng chảy ra. Hình 3.2 Giải thuật thùng rò. Mô hình trên có thể áp dụng cho gói. Bất kể lưu lượng tới có tốc độ biến động như thế nào, lưu lượng ra đều có tốc độ không thay đổi. 3.1.3.b Giải thuật thùng Token (Token Bucket). Thùng Token có kích thước B, các gói tin chảy vào thùng được gọi là Token. Tốc độ Token chảy vào thùng không đổi là p. Nếu số Token trong thùng vượt quá B, thùng sẽ tràn và bị mất, do đó B là số lượng Token tối đa trong thùng. Trong mô hình thùng Token, mỗi Token cho phép truyền một bit. Mỗi lần truyền được một gói, thì sẽ sử dụng Token từ thùng Token để dành quyền truyền gói. Nếu gói tin có độ dài 1000 bit thì 1000 Token sẽ được lấy ra từ thùng Token. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 43 - Phạm Đức Hòa - A10121 Hình 3.3: Giải thuật thùng Token. Gọi G là kích thước gói đến, một gói là hợp lệ khi lượng Token trong thùng lớn hơn hay bằng G, đồng thời lượng Token trong thùng được giảm đi G. Ngược lại khi lượng Token trong thùng nhỏ hơn kích thước gói, gói được xem là vượt mức hay không hợp lệ. Tuỳ vào các chính sách khác nhau mà các gói hợp lệ hoặc không hợp lệ được xử lý khác nhau. Một điều cần lưu ý trong giải thuật thùng Token là tốc độ chảy vào và tốc độ chảy ra phải bằng nhau. Thùng token cho phép dữ liệu bùng phát ở một mức nhất định (kích thước B), nhưng không cho phép tốc độ chảy vào thùng vượt quá p trong một khoảng thời gian nhất định. Giải thuật thùng Token có thể được dùng trong việc sửa dạng lưu lượng hay được ứng dụng trong việc thực thi khống chế. Trong việc sửa dạng lưu lượng, thuật toán thùng Token cho phép một ít bùng phát ở ngõ ra, điều này không có ở thuật toán thùng rò vì tốc độ đầu ra là không đổi. Như vậy thùng Token cho đáp ứng ra tốt hơn so với thùng rò. Trong việc thực thi khống chế, thùng Token có thể được dùng độc lập hay dùng phối hợp. 3.1.4 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model). Một cách tiếp cận phổ biến đề bù đắp các thiếu sót của các giao thức IGP (Interior Gateway Protocol) là sử dụng mô hình chồng phủ (IP over ATM hay IP over FR). Tất cả các giao thức lớp 3 được kết nối trực tiếp với nhau bằng một mạng lưới full-mesh các mạng ảo VC. Kỹ thuật lưu lượng được thực hiện ở lớp 2 (ATM hay FR). Nhưng nói chung các mô hình này có nhiều nhược điểm sau đây: Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 44 - Phạm Đức Hòa - A10121 • Tốn kém thêm nhiều thiết bị (đòi hỏi nhiều các chuyển mạch ATM hay FR) • Quản lý mạng phức tạp: Mạng lớp 2 có cộng cụ quản lý riêng với nhiều tác vụ hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng. Đồng thời các router lớp 3 với các giao thức IGP cùng phải được quản lý. Việc quản lý 2 lớp mạng này không tích hợp được. • Phát sinh nhiều vấn đề mở rộng đối với IGP do số lượng quá lớn các neighbor khi kết nối full-mesh để tận dụng các tiện ích cung cấp bởi lớp 2. • Tốn thêm băng thông cho lượng overhead của ATM hoặc FR (cell tax). • Không hỗ trợ dịch vụ phân biệt (Diffserv). Mọi dịch vụ phân biệt của IP đưa xuống (PPP của Frame hoặc AAL5 của ATM) đều trở thành “best- effort”. Hình 3.4: Mô hình chồng phủ (overlay model). 3.2 MPLS VÀ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG. MPLS có ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vì nó cung cấp hầu hết các chức năng hiện có ở mô hình chồng phủ nhưng theo cách thích hợp với chi phí thấp hơn. Điều quan trọng là MPLS còn đề xuất khả năng tự động hóa các chức năng kỹ thuật lưu lượng. 3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (Traffic Trunk). MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực hiện mục tiêu TE. Đặc tính trong một LSR là cho phép tập hợp các đặc tính của mọi luồng dữ liệu đi trong mạng như tốc độ cực đại, tốc độ trung bình và kích cỡ bùng nổ (burst) cực đại. Những đặc tính này vốn có ở trong tất cả các luồng dữ liệu, khi đi vào mạng MPLS nhờ có trung kế lưu lượng là một khối thu gom (aggregate) các luồng lưu lượng trong mạng, được đặt bên trong một LSP mà dữ liệu được quản lý hiệu quả hơn. Trung kế lưu lượng có thể thu gom các luồng dữ liệu trên cùng một lớp (đơn lớp) hay có thể trên đa lớp. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 45 - Phạm Đức Hòa - A10121 • Trong mô hình dịch vụ đa lớp, một trung kế lưu lượng có thể đóng gói toàn bộ lưu lượng giữa một router lối vào và một router lối ra. Trong trường hợp phức tạp hơn, lưu lượng của các lớp dịch vụ phân biệt (DiffServ) với các đặc tính lựa chọn QoS cho các gói tin, sẽ được ấn định vào các trung kế lưu lượng riêng biệt. • Trung kế lưu lượng là đối tượng có thể định tuyến. • Trung kế lưu lượng phân biệt với LSP là đường cho trung kế đi xuyên qua. Trong bối cảnh hoạt động, một trung kế lưu lượng có thể chuyển từ một LSP này sang một LSP mới, hay nhiều trung kế lưu lượng có thể cùng đi chung trên một LSP. • Trung kế lưu lượng là đơn hướng. 3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph). Đồ hình nghiệm suy gần giống như topo ảo trong mô hình chồng phủ. Nó được ánh xạ lên mạng vật lý thông qua việc lựa chọn các đường LSP cho các trung kế lưu lượng. Một đồ hình nghiệm suy gồm một nhóm các nút LSR được kết nối luận lý với nhau bằng các LSP. Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băng thông cơ bản trong một miền MPLS đặt ra là làm thế nào để ánh xạ hiệu quả đồ hình nghiệm suy lên trên mạng topo mạng vật lý. Đồ hình nghiệm suy được công thức hóa như sau: Đặt G = ( V, E, C ) là một đồ hình mô tả topo vật lý của mạng. Trong đó, V là tập hợp các nút mạng, E là tập hợp các đường link, C là tập hợp các khả năng và ràng buộc cho E và V (như độ trễ, dung lượng...). Ta coi G là topo cơ sở. Đặt H = ( U, F, D ) là đồ hình MPLS nghiệm suy. Trong đó, U là tập con của V gồm một nhóm các LSR tại các đầu của LSP. F là tập hợp các LSP. Tham số D là tập hợp các yêu cầu và chế tài cho F. Như vậy H là một đồ hình trực tiếp và phụ thuộc vào các đặc tính truyền tải của G. 3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng. Có ba vấn đề cơ bản liên quan đến kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là: • Ánh xạ các gói tin lên các lớp chuyển tiếp tương đương (FEC). • Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng (traffic trunk). • Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên topo mạng vật lý thông qua các LSP. Các phần sau của chương sẽ tập trung vào vấn đề thứ ba, tức là tính toán đường đi tốt nhất qua mạng cho các trung kế lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy. Đây chính là bài toán ánh xạ đồ hình nghiệm suy H lên topo mạng cơ sở G. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 46 - Phạm Đức Hòa - A10121 3.3 TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG VÀ CÁC THUỘC TÍNH. Để xây dựng và duy trì trung kế lưu lượng, người ta tìm cách mô hình hóa nó bằng các tham số. Một thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến các đặc trưng hành vi của trung kế lưu lượng. Các thuộc tính có thể được gán cụ thể thông qua hành động quản trị hay gán ngầm ẩn bởi các giao thức bên dưới khi các gói tin được phân loại và ánh xạ vào FEC tại lối vào miền MPLS. Thực tế, một trung kế lưu lượng có thể đặc trưng hóa bởi: - LSR lối vào và LSR lối ra của trung kế lưu lượng. - Tập các FEC được ánh xạ vào trung kế. - Một tập các thuộc tính nhằm xác định các đặc trưng hành vi của trung kế. Hai vấn đề cơ bản có ý nghĩa đặc biệt là: Tham số hóa các trung kế lưu lượng và những quy luật sắp đặt, duy trì đường dẫn cho các trung kế lưu lượng. 3.3.1 Các hoạt động cở bản trên trung kế lưu lượng. Đây là các tiến trình khác nhau xảy ra trong thời gian tồn tại của một trung kế lưu lượng: - Establish: Thiết lập, tạo ra một trung kế lưu lượng bằng cách quyết định một LSP, gán các nhãn MPLS và quan trọng nhất là gán tài nguyên cho trung kế đó. - Activate: Hoạt động, làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách dùng một số chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế. - Deactivate: Ngừng hoạt động, trung kế lưu lượng ngưng chuyển dữ liệu bằng cách dùng một chức năng định tuyến để dừng việc đưa lưu lượng vào trung kế. - Modify Attributes: Thay đổi đặc tính, thay đổi các đặc trưng của trung kế lưu lượng, chẳng hạn như băng thông khả dụng. - Reroute: Tái định tuyến, chọn một đường đi mới cho trung kế lưu lượng (thường là do sự cố trong mạng hay khi khôi phục xong sự cố trong mạng). - Destroy: Hủy bỏ, loại bỏ hoàn toàn một trung kế lưu lượng ra khỏi mạng và thu hồi toàn bộ tài nguyên đã cấp cho nó. 3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter). Thuộc tính tham số lưu lượng sẽ đặc tả băng thông đòi hỏi bởi trung kế lưu lượng cùng với các đặc trưng lưu lượng khác như tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước bùng phát cho phép, v.v... Dưới góc độ kỹ thuật lưu lượng, các tham số lưu lượng rất quan trọng vì chúng chỉ thị các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu lượng. 3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (Chính sách chọn đường). Thuộc tính là các tiêu chuẩn lựa chọn và duy trì đường dẫn cho trung kế lưu lượng. Con đường thực sự được chọn xuyên qua mạng có thể cấu hình tĩnh bởi nhà điều hành hoặc được gán động do mạng dựa vào các thông tin từ IGP (như IS- Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 47 - Phạm Đức Hòa - A10121 IS hoặc OSPF). Các thuộc tính cở bản và các đặc trưng hành vi liên quan đến chọn đường và quản lý đường cho trung kế lưu lượng mạng được mô tả sau đây: 3.3.3.a Đường tường minh đặc tả quản trị. Đường tường minh đặc tả quản trị cho một trung kế lưu lượng được cấu hình bởi các nhà điều hành. Một đường được gọi là đặc tả toàn bộ nếu chỉ ra tất cả các hop yêu cầu giữa hai điểm đầu cuối. Đặc tả một phần là nếu chỉ có một tập con các hop trung gian được chỉ thị. Thuộc tính “path preference rule” là một biến nhị phân chỉ thị đường tường minh được cấu hình là bắt buộc hay không bắt buộc. 3.3.3.b Phân cấp các luật ưu tiên cho đa đường. Trong một số hoàn cảnh thực tế, khả năng chỉ định một tập hợp các đường tường minh đề cử cho một trung kế lưu lượng và định nghĩa phân cấp các quan hệ ưu tiên giữa các đường. Khi thiết lập đường, các luật ưu tiên được áp dụng để chọn ra đường thích hợp từ danh sách đề cử. Trong các tình huống cố định thì luật ưu tiên này cũng được dùng đề chọn đường thay thế từ danh sách đề cử. 3.3.3.c Thuộc tính tương đồng lớp tài nguyên (Resource Class Affinity). Thuộc tính này cho phép hệ điều hành (operator) áp đặt các chính sách chọn đường bằng việc bao hàm hay loại bỏ một số liên kết nào đó. Mỗi liên kết được gán một thuộc tính lớp tài nguyên (Resource Class). Thuộc tính lớp tài nguyên có dạng chuỗi bit như sau: Affinity (32-bit), Mask (32-bit). Mặt nạ (Mask) lớp tài nguyên chỉ thị các bit nào trong lớp tài nguyên cần được kiểm tra. Liên kết được bao hàm khi chọn đường nếu chuỗi tương đồng Affinity trùng với thuộc tính Resource Class sau khi cùng thực hiện phép AND với mặt nạ. Ta sẽ thấy cụ thể vấn đề này hơn ở trong phần sau. 3.3.3.d Thuộc tính thích ứng (Adaptivity). Trong nhiều tình huống cần thiết phải thay đổi các đường dẫn của trung kế lưu lượng để đáp ứng với việc thay đổi trạng thái mạng (chủ yếu thay đổi tài nguyên khả dụng). Quá trình này được gọi là tái tối ưu hóa (re-optimization). Thuộc tính thích ứng cho biết một trung kế lưu lượng được phép tái tối ưu hóa hay không. Nếu tái tối ưu hóa bị cấm thì trung kế lưu lượng coi như được “ghim” vào đường đã thiết lập của nó và không thể tái định tuyến (re-route) khi có thay đổi trạng thái mạng. 3.3.3.e Phân phối tải qua nhiều trung kế song song. Khi lưu lượng thu gom giữa hai nút quá lớn và không thể tải hết trên một đường, MPLS có thể tạo ra nhiều trung kế lưu lượng giữa hai nút sao cho mỗi trung kế chuyển một phần của lưu lượng thu gom. Khi đó cần có một số thuộc tính cho biết tỉ lệ tương đối của lưu lượng được mang bởi mỗi trung kế. Các giao thức bên dưới sẽ ánh xạ tải lên các trung kế lưu lượng theo các tỉ lệ được cho. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 48 - Phạm Đức Hòa - A10121 3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority / Preemption). Thuộc tính ưu tiên là thông số quan trọng nhất trong thiết lập kênh truyền. Thuộc tính ưu tiên có 8 mức (giảm dần từ 0 đến 7) xác định thứ tự thực hiện chọn đường cho các trung kế lưu lượng. Độ ưu tiên cũng rất quan trọng khi triển khai cơ chế lấn chiếm (preemption) vì nó có ảnh hưởng đến thứ tự thiên vị. MPLS-TE sử dụng thông số ưu tiên (priorities) để đánh dấu một kênh đường dẫn LSP này quan trọng hơn LSP khác. Cần lưu ý là độ ưu tiên ở đây là các thành phần trong gói dữ liệu mô tả gói tin có độ ưu tiên nào, qua đó cho gói tin này qua LSP tương ứng. Một LSP có 2 thông số tương ứng với nó: độ ưu tiên lúc thiết lập và độ ưu tiên cầm giữ (setup và hold priorities). Mỗi trung kế lưu lượng được gán một giá trị ưu tiên thiết lập (setup) và một giá trị ưu tiên cầm giữ (holding). Khi thiết lập trung kế mới hay tái định tuyến, một trung kế có độ ưu tiên thiết lập cao sẽ chèn lấn một trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ thấp hơn đẩy ra khỏi đường nếu chúng cạnh tranh tài nguyên. Ngược lại, việc thiết lập một trung kế mới có thể thất bại nếu băng thông mà nó yêu cầu đang bị chiếm giữ bởi các trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ cao hơn. 3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience). Thuộc tính đàn hồi xác định hành vi của trung kế lưu lượng trong tình huống xảy ra sự cố theo các cơ chế sau: - Không tái định tuyến trung kế lưu lượng. - Tái định tuyến qua một đường khả thi có đủ tài nguyên. - Tái định tuyến qua đường khả dụng bất kỳ, bất chấp các ràng buộc tài nguyên. - Tổ hợp của các cơ chế nói trên. 3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing). Thuộc tính khống chế xác định những hoạt động được thực hiện khi một trung kế lưu lượng không tuân thủ mức dịch vụ các đặc tả ở các tham số lưu lượng. Nó cho biết cách xử lý đối với số lưu lượng vượt mức dịch vụ (ví dụ hủy gói hay truyền theo kiểu best-effort). Nói chung, nên luôn luôn khống chế ở lối vào của mạng để cưỡng bức tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ và giảm thiểu việc khống chế bên trong lõi mạng. 3.4 CÁC THUỘC TÍNH TÀI NGUYÊN. 3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier). Là lượng băng thông dự trữ khả dụng tối đa của link (một liên kết trực tiếp giữa hai router) có thể cấp phát ứng với từng mức ưu tiên thiết lập (setup priority) của các trung kế lưu lượng. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 49 - Phạm Đức Hòa - A10121 3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource - Class). Thuộc tính lớp tài nguyên của một link là một chuỗi gồm 32 bit được dùng kết hợp với thuộc tính tương đồng Affinity của trung kế lưu lượng để bao gồm hay loại trừ các link nào đó trên đường của trung kế. Thuộc tính này loại bỏ các con đường không thích hợp cho trung kế trong danh sách đề cử. Hình 3.5: Minh họa cách dùng bit Affinity và Resource-Class. Trong minh họa đơn giản trên, thì lớp tài nguyên có thuộc tính Affinity là 4 bit 0000, bit mặt nạ (mask) là 0011. Trên đường đi, nó sẽ so sánh 4 bit Affinity với Resource-Class trên mỗi link. Nó chỉ kiểm tra hai bit cuối của Resource-Class nếu trùng thì liên kết đó có thể được gom vào cho tuyến đường của trung kế. Nếu không trùng thì liên kết đó bị loại (ví dụ như 0010 có hai bit cuối khác 0000). 3.4.3 Metric TE. Mỗi link có một chi phí cost hoặc metric để tính toán định tuyến trong hoạt động của IGP. Metric TE là một thông số quản trị được gán cho các link để tính toán LSP cho các trung kế lưu lượng. Giá trị Metric TE mặc định là bằng cost IGP của link. Router đầu nguồn sử dụng các Metric TE để định tuyến ràng buộc. Thông số Metric TE là sự tổng hợp một hay nhiều các thuộc tính kể trên. Việc hình thành thông số này rất quan trọng trong việc đảm bảo quản lý cũng như phân luồng cho mạng, đặc biệt là đáp ứng định tuyến dựa trên chất lượng dịch vụ QoS. 3.5 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG RÀNG BUỘC. 3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của link. Router đầu nguồn của một trung kế phải nắm được thông tin thuộc tính tài nguyên của tất cả các link trong mạng để tính toán đường LSP. Điều này chỉ có thể đặt được bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến trạng thái liên kết Link-State Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 50 - Phạm Đức Hòa - A10121 (như IS-IS hay OSPF). Vì chỉ có kiểu giao thức này mới quảng bá các thông tin về tất cả các link đến tất cả các router. Vì vậy, OSPF và IS-IS được mở rộng để hỗ trợ MPLS-TE. Một khi router đầu nguồn nhận được các thông báo này thì nó không chỉ biết được topology mạng mà còn biết được các thông tin tài nguyên khả dụng của từng link. Điều này rất cần thiết để tính toán các đường để thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng. Hình 3.6: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên. Các giao thức IGP sẽ quảng bá các thuộc tính tài nguyên khi dưới các điều kiện hay sự kiện nào đó như: • Khi link thay đổi trạng thái (ví dụ up, down...). • Khi lớp tài nguyên của link thay đổi do tái cấu hình. • Theo định kỳ (dựa vào một timer), router sẽ kiểm tra các thuộc tính tài nguyên và quảng bá cập nhật thông tin. • Khi tham gia thiết lập một đường LSP nhưng thất bại. 3.5.2 Giao thức định tuyến Link - State. Như đã nói ở trên, quá trình hình thành các TE-LSP dựa trên các điều kiện ràng buộc ban đầu. Do đó cần phải có một giao thức thích hợp để quảng bá những thông tin này ra toàn mạng. Những thông tin ràng buộc đó có thể là: • Băng thông cần thiết cho kênh truyền dữ liệu. • Các tính chất (color) của kênh truyền. Các tính chất này đặc trưng cho gói dữ liệu có thể được chuyển qua đường dẫn tương ứng. • Các thông số metric do người quản trị gán cho các đường link. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 51 - Phạm Đức Hòa - A10121 • Số lượng các hop mà gói tin có thể truyền qua. • Thông số độ ưu tiên thiết lập dành cho kênh truyền. Các thông số trên được chia làm hai loại: • Đặc trưng cho từng đường link như: băng thông, tính chất đường truyền (color) và các thông số metric. • Đặc trưng cho LSP như: Số lượng hop trong LSP và thông số độ ưu tiên. Việc quảng bá các thông tin ràng buộc trên được thực hiện bằng cách mở rộng giao thức định tuyến OSPF và IS-IS. 3.5.3 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP). LSP cho một trung kế lưu lượng có thể khai báo tĩnh hoặc tính toán động. Việc tính toán sẽ xem xét các tài nguyên khả dụng, các thuộc tính link và cả các trung kế khác (vì vậy việc tính toán bị ràng buộc). Kết quả của việc tính toán này là tìm ra một chuỗi các địa chỉ IP đại diện cho các hop trên đường LSP giữa đầu nguồn và đầu đích của trung kế lưu lượng. Sau đó thực hiện báo hiệu LSP và hoàn thành việc thiết lập đường bằng các giao thức báo hiệu cho MPLS như RSVP-TE. Tiến trình tính toán đường ràng buộc luôn luôn được thực hiện tại đầu nguồn trung kế lưu lượng và kích hoạt do: - Một trung kế mới xuất hiện. - Một trung kế đang tồn tại nhưng thiết lập LSP thất bại. - Tái tối ưu hóa một trung kế đang tồn tại. 3.5.4 Giải thuật chọn đường. Việc chọn đường cho một trung kế lưu lượng sử dụng trọng số quản trị (TE cost) của mỗi link riêng biệt. Giải thuật chọn đường ràng buộc theo các bước sau: - Cắt bỏ các link có lớp tài nguyên Resource-Class bị loại do phép tính tương đồng Affinity ra khỏi topo mạng. - Cắt bỏ các link không có đủ băng thông dự trữ theo yêu cầu của trung kế. - Chạy giải thuật Dijktra để tìm ra đường có tổng TE-cost nhỏ nhất. Sau khi thực hiện các bước trên mà vẫn còn nhiều đường ứng cử cho LSP (nhiều đường có cùng tổng số metric TE) thì tiêu chuẩn thứ tự chọn đường như sau: - Đường có băng thông tối thiểu cao nhất. - Đường có số hop nhỏ nhất. - Chọn lựa ngẫu nhiên. Khi đường LSP được tính xong, RSVP được dùng để dành trước băng thông thực sự, để phân phối các nhãn cho đường và hoàn thành việc thiết lập đường LSP. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 52 - Phạm Đức Hòa - A10121 3.5.5 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng. Chúng ta sẽ xét ví dụ về chọn đường LSP cho một trung kế lưu lượng thiết lập giữa R1 (đầu nguồn) và R6 (đầu đích) trong mô hình dưới. Yêu cầu của trung kế lưu lượng như sau: - Băng thông đòi hỏi ở mức ưu tiên 3 là 30 Mbps. - Các bit Affinity lớp tài nguyên là 0010, có bit mặt nạ mask là 0011. Hình 3.7: Mô hình ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng Link R4-R3 cần được loại trừ khỏi đường LSP, do vậy chuỗi bit lớp tài nguyên Resource-Class của link này được đặt là 0011. Khi các bit Affinity lớp tài nguyên của trung kế lưu lượng được so với các bit Resource-Class là không trùng nên link R4-R3 bị loại. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 53 - Phạm Đức Hòa - A10121 Hình 3.8: Xem xét các ràng buộc khống chế. Tham số tiếp theo được kiểm tra trong quá trình tính toán đường ràng buộc là cost của mỗi link mà đường LSP có khả năng đi qua. Nếu không xét tài nguyên thì đường R1-R4-R6 có tổng cost thấp nhất là 30. Tất cả các đường khả thi khác đều có tổng cost cao hơn. Khi tài nguyên được đưa vào tính toán, ta thấy rằng trên tuyến đường ngắn nhất không đủ băng thông thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng (băng thông yêu cầu là 30M trong khi link R4-R6 chỉ đáp ứng 20M khả dụng). Kết quả là link R4-R6 cũng bị loại khỏi phép tính đường LSP. Hình 3.9: Xem xét tài nguyên khả dụng. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 54 - Phạm Đức Hòa - A10121 Sau khi loại bỏ các link không thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng, kết quả là còn hai đường LSP là: R1-R2-R3-R6 và R1-R5-R6. Cả hai đường đều có tổng cost là 40, để chọn một đường phải giải quyết bằng luật “tie-break”. Trước tiên, băng thông tối thiểu trên đường được so sánh. Sau khi so sánh, vẫn còn cả hai đường vì chúng đều cung cấp ít nhất 50 Mbps băng thông. Tiếp theo luật số hop nhỏ nhất trên đường LSP được tính đến. Vì đường R1-R5-R6 có số hop ít hơn nên nó được chọn và quá trình tính toán ràng buộc kết thúc. Hình 3.10: Đường tốt nhất được chọn. 3.5.6 Tái tối ưu hóa (Re - optimization). Các đặc trưng và trạng thái mạng biến động theo thời gian. Ví dụ, các tài nguyên mới trở nên khả dụng, các tài nguyên cũ bị lỗi đã được tái kích hoạt, các tài nguyên đã cấp phát được thu hồi lại. Do vậy, các đường của trung kế lưu lượng đã thiết lập tối ưu trước đó có thể không còn tối ưu nữa. Để duy trì mạng luôn luôn ở tình trạng tối ưu nhất, các trung kế lưu lượng phải được tái tối ưu hóa. Tái tối ưu hóa được thực hiện theo chu kỳ. Sau những khoảng thời gian nhất định, MPLS-TE thực hiện kiểm tra đường LSP tối ưu nhất của các đường dành cho trung kế lưu lượng. Nếu xuất hiện đường cho LSP tốt hơn thì: - Trước tiên, router đầu nguồn cố gắng báo hiệu thiết lập LSP mới tốt hơn. - Nếu thành công thì thay thế đường LSP cũ bằng đường LSP mới tốt hơn. Tái tối ưu hóa phải không được gây ra sai hỏng dịch vụ. Để thực hiện điều này, đường LSP hiện có phải được duy trì cho đến khi LSP mới được thiết lập xong và Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 55 - Phạm Đức Hòa - A10121 chuyển trung kế lưu lượng từ đường cũ sang đường mới. Sau đó LSP cũ mới được giải tỏa. Khái niệm này gọi là “make before break” - thiết lập trước khi hủy. 3.6 BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG. Các cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS cung cấp một dịch vụ tin cậy cho việc chuyển tải lưu lượng trong mạng MPLS và tái định tuyến lưu lượng qua một đường chuyển mạch nhãn LSP. Nếu có một sự cố xảy ra tại một nơi nào đó trong mạng, luồng dữ liệu sẽ chuyển từ nơi có sự cố trong mạng sang một vị trí khác. Ba ràng buộc chính đối với việc này là thời gian khôi phục, đảm bảo tối ưu mạng và tính ổn định của luồng dữ liệu. Để khôi phục thành công khi xảy ra sự cố, mạng cần phải có các khả năng sau. Trước tiên mạng phải có khả năng phát hiện lỗi. Thứ hai, nút trong mạng mà tại đó phát hiện lỗi phải thông báo sự cố đến một nút nào đó trong mạng. Nút nào được thông báo còn tuỳ thuộc vào mô hình khôi phục được ứng dụng. Thứ ba, mạng phải tính toán lại đường đi tại nút được thông báo. Và thứ tư là luồng dữ liệu phải được chuyển qua đường mới được tính lại thay vì đường cũ đã bị hư. Khi mạng có sự cố và được khôi phục sẽ xảy ra hiện tượng luồng dữ liệu bị gián đoạn. Sự gián đoạn này được gây ra bởi thời gian phát hiện lỗi, thời gian thông báo lỗi cho nút cần thiết, thời gian tính đường khôi phục. Trong phần này, ta có một vài khái niệm sau: • Working Path-Primary Path, đường làm việc là đường chuyển tải trung kế lưu lượng khi chưa có sự cố. Nếu có các cơ chế bảo vệ trên đường này thì ta gọi đường này là đường làm việc được bảo vệ. • Recovery Path-Backup Path, đường khôi phục là đường mà trung kế lưu lượng sẽ chuyển từ đường làm việc sang khi có sự cố xuất hiện trên đó. • PSL (Path Switch LSR) là LSR ở phía trước vị trí lỗi trên đường làm việc chịu trách nhiệm chuyển mạch hoặc tái tạo lưu lượng sang đường khôi phục. • PML (Path Merge LSR) là LSR chịu trách nhiệm nhận lưu lượng trên đường khôi phục và sẽ hợp nhất lưu lượng trở về đường làm việc, hoặc chuyển lưu lượng ra khỏi miền MPLS nếu bản thân nó là đích. • POR (Point of Repair) là LSR đảm nhận việc sửa chữa LSP bị sự cố. POR có thể là PSL hoặc PML. • Bypass Tunnel là một đường khôi phục có cùng PSL và PML với đường làm việc • MPLS Protection Domain là một miền MPLS mà các LSR đều được thiết lập cơ chế bảo vệ • Revertive Mode là chế độ hoạt động mà đường làm việc chính sẽ được sử dụng lại khi được phục hồi. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 56 - Phạm Đức Hòa - A10121 • Fault Indication Signal (FIS) là tín hiệu báo hiệu từ điểm phát hiện lỗi đến các LSR Upstream hoặc Downstream trong mạng cho tới khi nó đến được POR trong mạng. • Fault Recovery Signal (FRS) là tín hiệu báo hiệu đường đã được khôi phục trở lại. 3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục. 3.6.1.a Sửa chữa toàn cục và sửa chữa cục bộ. Sửa chữa toàn cục là loại bảo vệ mà trong đó LER phía nguồn đóng vai trò là PSL và POR, nhận tín hiệu FIS từ nút phát hiện lỗi. Đường phục hồi và đường chính trong trường hợp này là tách biệt hoàn toàn. Sửa chữa cục bộ là loại bảo vệ mà trong đó điểm phát hiện lỗi đóng vai trò là PSL và cũng có thể cũng là POR nếu được cấu hình tương ứng. Có hai loại sửa chữa cục bộ là sửa chữa liên kết và sửa chữa nút. • Khôi phục liên kết là loại bảo vệ mà trong đó PSL và PML là hai nút đầu cuối của liên kết bị hư. PML có thể là LER phía đích. • Khôi phục nút là loại bảo vệ mà PSL và PML là hai nút Upstream và Downstream gần nhất với nút được bảo vệ. Đường bảo vệ phải cách ly hoàn toàn với nút được bảo vệ và các liên kết đi chung với nó. 3.6.1.b Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ. Tái định tuyến bảo vệ là chế độ mà khi phát hiện được lỗi xảy ra nhờ vào FIS, POR sẽ tìm đường mới nhờ vào các giao thức định tuyến. Sau khi tìm được đường đi mới xong, PSL mới chuyển lưu lượng sang đường mới. Chuyển mạch bảo vệ có cơ chế hoạt động gần giống với tái định tuyến bảo vệ chỉ khác ở chỗ đường bảo vệ đã được tính toán trước đó. Chính vì điều này làm cho phương pháp này tốn ít thời gian để khôi phục hơn phương pháp tái định tuyến bảo vệ. 3.6.2 Mô hình Makam (Bảo vệ toàn cục). Đây là mô hình bảo vệ và khôi phục MPLS đề xuất đầu tiên và đơn giản nhất, trong đó đường khôi phục có thể được tính toán trước (nếu sử dụng cơ chế bảo vệ), hoặc tính bằng giao thức định tuyến khi LER lối vào nhận được FIS. Đường làm việc và đường khôi phục tách rời nhau về cả về link và nút. Nếu đường được tính toán từ trước thì khi thiết lập đường bảo vệ thông qua đối tượng ERO có chứa thông tin về đường khôi phục trong tín hiệu thiết lập (CR-LDP) hoặc Path Message (RSVP-TE) sẽ thông báo cho các LSR biết được thông tin và thiết lập lên đường khôi phục. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 57 - Phạm Đức Hòa - A10121 Hình 3.11: Mô hình Makam. Ưu điểm: ít tốn tài nguyên bởi một đường khôi phục có thể dùng dự trữ cho các trường hợp lỗi khác nhau xảy ra trên các link thuộc đường hoạt động chính. Nhược điểm: nếu liên kết bị lỗi ở xa LER lối vào làm cho quá trình khôi phục chậm đi do cần chờ tín hiệu báo hiệu FIS trở về. Ngoài ra, do các hàng đợi ở các LSR thuộc đường cũ còn chứa các gói tin nên sẽ bị mất các gói tin này khi chuyển hướng sang đường bảo vệ. Để tránh mất các gói tin trên, cần phải khôi phục lại đường cũ khi lỗi được khắc phục, tuy nhiên ta sẽ gặp phải vấn đề gói sai thứ tự. Cách này chỉ nên dùng trong trường hợp lỗi được sửa chữa nhanh và hàng đợi phía LER lối ra đủ lớn. 3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup). Mô hình này khắc phục được điểm yếu thứ hai của mô hình Makam mà không cần phải phục hồi lại đường cũ. Bằng cách thiết lập một đường dự phòng đảo tại nút phát hiện lỗi, một đường dự phòng đảo được thành lập với chiều lưu lượng ngược với chiều của đuờng cũ. Tuy nhiên mô hình này có nhược điểm là hao tốn tài nguyên do phải dùng đường dự phòng đảo, ngay cả khi đường cũ đã bị hư thì dữ liệu sẽ vẫn chạy qua đường cũ cho tới khi gặp phải nút phát hiện lỗi mới quay trở về để chuyển mạch sang đường khôi phục toàn cục. Một cải tiến khác giúp quá trình trên diễn ra nhanh hơn là gửi kèm thông tin FIS trong các gói tin gửi ngược về từ đường dự phòng đảo. Cách này giúp chuyển mạch tại LER lối vào nhanh hơn mà không cần chờ tín hiệu FIS tới rồi mới nhận dữ liệu từ đuờng dự phòng đảo. Tuy nhiên, do các gói vẫn không được quản lý thứ tự nên hiện tượng các gói sai thứ tự vẫn sẽ xảy ra. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 58 - Phạm Đức Hòa - A10121 Hình 3.12: Mô hình Haskin. 3.6.4 Mô hình Hundessa. Mô hình này khắc phục nhược điểm của mô hình Haskin thông qua việc kiểm soát số thứ tự các gói gửi về từ đuờng dự phòng đảo. Khi nhận được FIS từ nút phát hiện lỗi, ngay lúc này PSL (LER lối vào) sẽ đánh dấu gói cuối cùng mà nó truyền vào đường cũ, sau đó nó ngưng truyền. Đợi tới khi gói này được truyền ngược về từ nút phát hiện lỗi lúc đó LER lối vào mới chuyển sang đường khôi phục toàn cục và truyền tiếp tục dữ liệu theo đường này. 3.6.5 Mô hình Shortest - Dynamic. Đây là mô hình bảo vệ cục bộ, trong mô hình này thì chỉ có đường làm việc được thiết lập. Khi một nút phát hiện sự cố link thì nó phải tính toán rồi báo hiệu thiết lập một đường LSP ngắn nhất đi từ nó đến nút phía bên kia link bị sự cố và sau đó chuyển mạch lưu lượng (bằng cách xếp chồng nhãn để luồn đường làm việc chui qua đường LSP tránh lỗi này). Trong mô hình này thì PML là LSR Downstream kế cận với link hoặc LSR bị sai. Do đó đường khôi phục trong trường hợp này còn gọi là đường vòng Bypass Tunnel. Đường được bảo vệ thường được tính toán trước và phần lớn người ta chỉ dùng giao thức báo hiệu RSVP-TE để thiết lập đường bảo vệ. Chế độ khôi phục có cả khôi phục link và khôi phục nút. Nếu nút phát hiện lỗi không có đường bảo vệ dự trữ (chế độ chuyển mạch bảo vệ) hoặc không có khả năng tìm đường tới đích dựa vào giao thức định tuyến (chế độ tái định tuyến) hoặc LSR này đã hết phiên làm việc thì LSR Upstream kế cận sẽ đảm nhận vai trò của PSL. Cơ chế này giống với cơ chế bảo vệ cho LSP là “bảo vệ nút”. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 59 - Phạm Đức Hòa - A10121 Hình 3.13: Mô hình Shortest-Dynamic (khôi phục link). Hình 3.14: Mô hình Shortest-Dynamic (khôi phục nút). 3.6.6 Mô hình Simple - Dynamic. Giống như mô hình Shortest-Dynamic, đây cũng là một cơ chế cục bộ. Khi phát hiện liên kết với mình bị lỗi, LSR này sẽ tính đường ngắn nhất tới PML. Với mô hình này PML bắt buộc phải là LER lối ra. Đường dự phòng này có thể được thiết Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 60 - Phạm Đức Hòa - A10121 lập tường minh (dựa vào giao thức báo hiệu CR-LDP hoặc RSVP- TE) hoặc được tái định tuyến nhờ các giao thức báo hiệu. Mô hình này cũng hỗ trợ hai cơ chế khôi phục nút và khôi phục link. Simple Dynamic có ưu điểm là đường tái định tuyến luôn là đường ngắn nhất tới đích (loại trừ đường bị hư) tuy nhiên việc tính toán tái định tuyến sẽ không thể kiểm soát được tài nguyên mạng và sẽ có thể gây ảnh hưởng đến các LSP khác trong mạng, điều này tuyệt đối nên tránh trong trường hợp thực hiện MPLS có hỗ trợ QoS. Hình 3.15: Mô hình Simple-Dynamic (khôi phục link). 3.6.7 Mô hình Simple - Static. Ý tưởng này là giống với cơ chế Simple-Dynamic, nhưng với đường khôi phục đã được tính toán trước khi xảy ra lỗi. Một điều cần lưu ý trong cả hai mô hình trên (Simple và Shortest ) là trong cả hai mô hình LER lối vào đều không hề nhận đuợc tín hiệu FIS, do đó nó không thể biết được có sự cố trong mạng và vẫn gửi dữ liệu như bình thường, tức phiên hoạt động của LSP bị sự cố vẫn được duy trì. 3.7 TỔNG KẾT. Kỹ thuật lưu lượng là một trong những vần đề quan trọng trong mạng IP. Trong bối cảnh mạng Internet ngày càng phát triển, đây là một vấn đề luôn dành được sự quan tâm đặc biệt. Đã có rất nhiều giải pháp công nghệ được nâng cấp, phát triển nhằm tối ưu hóa khả năng sử dụng mạng. Cho đến nay, công nghệ MPLS chuyển mạch nhãn đa giao thức đã thể hiện được sự vượt trội của mình so với các công nghệ chuyển mạch truyền thống khác như ATM. Ở chương trên, chúng ta đã tìm Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. ChươngIII:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 61 - Phạm Đức Hòa - A10121 hiểu được một số vấn đề liên quan đến kỹ thuật lưu lượng, như các khái niệm, khả năng và các giao thức, cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Bài toán cơ bản của MPLS-TE là làm sao ánh xạ đồ hình nghiệm suy (induced graph) lên trên topology mạng một cách hiệu quả. MPLS cũng cung cấp các cơ chế bảo vệ và khôi phục lưu lượng ở miền MPLS một cách tin cậy. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. Tổng kết. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 62 - Phạm Đức Hòa - A10121 TỔNG KẾT. Công nghệ viễn thông ngày nay đã trở thành ngành công nghiệp có tốc độ phát triển mạnh mẽ nhất. Nhu cầu của con người càng lớn đòi hỏi các công nghệ cần phải cải tiến để đáp ứng nhu cầu đó. Kỹ thuật MPLS hứa hẹn mang đến nhiều tiện ích nhờ vào khả năng truyền tích hợp nhiều loại gói dịch vụ vào trong một kênh truyền IP. Đặc biệt là kỹ thuật lưu lượng thì MPLS là một giải pháp lý tưởng, với nhiều tính vượt trội hơn so với kỹ thuật lưu lượng dựa trên IP truyền thống, hay ATM. Trong chuyên đề tốt nghiệp này đã tìm hiểu các khái niệm của MPLS, các giao thức và chế độ báo hiệu cơ bản trong MPLS. Trong đó vấn đề được trọng tâm nghiên cứu là ứng dụng công nghệ MPLS cho kỹ thuật lưu lượng mạng IP nhằm tối ưu hóa tài nguyên mạng. Bài toán cơ bản là ánh xạ đồ hình nghiệm suy lên topo mạng đã được đưa ra phân tích và tìm hiểu. Bên cạnh đó thì các cơ chế khôi phục và bảo vệ cũng được giới thiệu. Chuyên đề tốt nghiệp này đã trình bầy các kiến thức cơ bản về công nghệ MPLS. Từ đó ta hình dung được một phần nào đó về hướng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng, một vấn đề không bao giờ có thể giải quyết trọn vẹn mà chỉ có thể làm tối ưu nó đến mức có thể. Công việc nghiên cứu về kĩ thuật lưu lượng vẫn đang được các tổ chức tiếp tục nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện. Việc hoàn thiện tối ưu một phương pháp điều khiển lưu lượng nào đó có vai trò quan trọng đối với các nhà cung cấp mạng cũng như người sử dụng. Trong quá trình tìm hiểu và học hỏi đề hoàn thành chuyên đề tốt nghiệp trên, tôi đã nắm bắt được nhiều kiến thức bổ ích về mô hình mạng nói chung và công nghệ MPLS nói riêng. Tuy nhiên, do sự hạn chế về kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn nên chuyên đề tốt nghiệp trên vẫn còn nhiều thiếu sót, và không tránh khỏi sai sót đáng tiếc. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn. Tôi xin gửi lời cảm ơn trân thành tới thầy cô trong khoa Viễn Thông đại học Thăng Long, đăc biệt thầy Hoàng Trọng Minh - người đã nhiệt tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện chuyên đề này. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS. Tài liệu tham khảo. GVHD: Ths.Hoàng Trọng Minh. - 63 - Phạm Đức Hòa - A10121 TÀI LIỆU THAM KHẢO. [1] Eric Osborne, Ajay Simha, “Traffic Engineering with MPLS”, Cisso press, 2002. [2] ThS.Hoàng Minh, ThS.Hoàng Trọng Minh, “Giáo trình kỹ thuật chuyển mạch”, Đại học Thăng Long, 11.2008. [3] Nguyễn Tài Hưng, “Giáo trình cấu trúc MPLS ”, Cisco System, 2000. [4] Phùng Văn Vận, Đỗ Mạnh Quyết, Nguyễn Tất Đắc “Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ”, nhà sản xuất bưu điện Hà Nội, năm 2003.