Nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
  LÂM DUY VŨ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG MPLS Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số : 60.52.70 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2010 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN TUẤN Phản biện 1: TS. Nguyễn Lê Hùng Phản biện 2: TS. Lương Hồng Khanh Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc Sĩ Kỹ Thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 10 năm 2010 Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Khi mạng internet ngày càng mở rộng cùng với sự phát triển của các dịch vụ giá trị gia tăng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và tính bảo mật. MPLS là một giải pháp tối ưu. Nĩ kết hợp các ưu điểm của IP và ATM mà chi phí triển khai cũng khơng quá đắt, cĩ thể phối hợp và nâng cấp từ các mạng ATM hoặc Frame Relay đã cĩ sẵn. Ngồi ra, MPLS cịn là một giải pháp tối ưu cho dịch vụ VPN và các ứng dụng địi hỏi về chất lượng dịch vụ và kỹ thuật lưu lượng. Điểm nổi bật của của MPLS là khả năng chuyển tiếp lưu lượng nhanh, đơn giản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh hoạt và tận dụng tài nguyên mạng. Nĩ kết hợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch kênh trong ATM và chuyển mạch gĩi trong IP, cĩ khả năng chuyển tiếp gĩi rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến như bình thường ở mạng biên. Khi các gĩi đi vào miền MPLS, thường là mạng trục của nhà cung cấp dịch vụ, chúng được chuyển mạch đơn giản bằng chuyển mạch nhãn. Các nhãn cịn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà các gĩi nhận được. Khi chúng ra khỏi mạng thì các nhãn sẽ được cắt bỏ ở các router biên mạng và được định tuyến theo các cách thơng thường. Song song với việc phát triển và mở rộng mạng lưới, lưu lượng mạng cũng sẽ tăng lên thì việc đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng về chất lượng dịch vụ ngày càng cao, địi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ luơn đứng trước thử thách. Giải pháp đưa ra đĩ là tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng vẫn khơng tránh khỏi nghẽn mạch. Nguyên nhân là do các giao thức định tuyến thường 4 hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn đến kết nối này bị quá tải trong khi một số tài nguyên khác khơng được sử dụng. Vì vậy, việc tìm ra giải pháp như sử dụng mạng MPLS kết với QoS là vấn đề cấp bách và đang được ưu tiên hiện nay. 2. Mục đích nghiên cứu - Thiết lập một kiểu định lượng để phân tích các đặc tính giống và khác nhau giữa chuyển mạch nhãn đa giao thức và giao thức IP truyền thống. - Tìm hiểu kỹ thuật điều khiển lưu lượng của MPLS . - Nghiên cứu các mơ hình chất lượng dịch vụ, đặc biệt là mơ hình Diffserv và kỹ thuật hàng đợi nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ. - Xây dựng chương trình mơ phỏng bằng chương OPNET để lựa chọn mơ hình thích hợp. 3. Đối tượng nghiên cứu Cĩ rất nhiều thơng số được quan tâm khi phân tích một đường truyền trong hệ thống mạng MPLS. Đề tài này sẽ chỉ phân tích dựa trên 04 yếu tố cơ bản nhất, đĩ là: Băng thơng, độ trễ, Jiter, tỉ lệ mất gĩi. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt là kết hợp tính tốn lý thuyết và mơ phỏng bằng phần mềm chuyên dụng để lựa chọn mơ hình chất lượng dịch vụ hợp lý trong mạng MPLS. 5. Kết cấu của luận văn Cấu trúc luận văn gồm 5 chương: CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ MPLS CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MPLS 5 CHƯƠNG 3 : CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHƯƠNG 4 : MƠ HÌNH DIFFSERV TRONG MẠNG MPLS CHƯƠNG 5 : CÁC KỊCH BẢN MƠ PHỎNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS 1.1. Giới thiệu chương Khi mạng internet ngày càng mở rộng cùng với sự phát triển của các dịch vụ giá trị gia tăng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và tính bảo mật. MPLS là một giải pháp tối ưu. Nĩ kết hợp các ưu điểm của IP và ATM mà chi phí triển khai cũng khơng quá đắt. Chương này tập trung trình bày khái quát tổng quan về cơng nghệ MPLS, những khái niệm, giao thức và hoạt động cơ bản của MPLS. 1.2. Tổng quan MPLS 1.3. Kiến trúc mạng MPLS 1.4. Giao thức phân phối nhãn LDP LDP là một giao thức mới được thiết kế dành riêng cho MPLS, dùng để phân phối nhãn. Nĩ gồm một tập các thủ tục và thơng điệp được LSR sử dụng để thiết lập các LSP trong mạng bằng cách ánh xạ thơng tin tìm đường trong lớp mạng vào các con đường được chuyển mạch ở lớp liên kết dữ liệu. 1.5. Kết luận chương Trong chương này luận văn đã giới thiệu những thành phần chính trong kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức. Chức năng cơ bản nhất của MPLS là phục vụ cho việc chuyển gĩi dữ liệu bằng thuật tốn chuyển mạch nhãn trên đường dẫn được xác định bằng kỹ thuật định tuyến dựa vào địa chỉ đích. Giao thức phân phối nhãn LDP sẽ xây dựng đường chuyển mạch nhãn, được gọi là đường 6 chuyển mạch nhãn LSP trên đường định tuyến này. Giao thức LDP hoạt động trên kết nối TCP và cung cấp nhiều hình thức phân bố nhãn khác nhau. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MPLS 2.1. Giới thiệu chương Chương này giới thiệu về kỹ thuật lưu lượng trong MPLS, so sánh sự khác nhau giữa kỹ thuật lưu lượng sử dụng trong mạng IP truyền thống và kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. Những thành phần đặc điểm của kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (MPLS-TE). Những thành phần chính của phân phối và nguyên lý hoạt động phân phối. 2.2. Tổng quan về quản lý lưu lượng MPLS [5] Quản lý lưu lượng là quá trình điều khiển chống các tắt nghẽn trong mạng, xử lý, tính tốn, kiểm sốt lưu lượng, tối ưu hĩa các tài nguyên mạng theo yêu cầu cho các mục đích khác nhau. 2.3. Sự cần thiết của kỹ thuật lưu lượng trong Internet 2.4. Kỹ thuật lưu lượng trước khi cĩ MPLS 2.5. Kỹ thuật lưu lượng với MPLS 2.6. So sánh IP-TE với MPLS-TE 2.7. Các thành phần kỹ thuật lưu lượng MPLS Kỹ thuật lưu lượng MPLS sử dụng giao thức RSVP để tự động thiết lập và duy trì một đường hầm LSP qua đường trục MPLS bằng cách dùng giao thức báo hiệu. Các đường hầm được tính tốn tại điểm đầu của đường hầm (bộ định tuyến nguồn) dựa trên các tài nguyên sẵn cĩ. IGP định tuyến lưu lượng một cách tự động. Một gĩi qua đường trục kỹ thuật lưu lượng MPLS trên một đường hầm đơn, đường kết nối từ ngõ vào đến ngõ ra. 7 2.8. Các dạng thơng tin chính được phân phối 2.9. Phương pháp phân phối thơng tin 2.10. Kết luận chương Trong chương 2 này, luận văn đã hồn thành việc giới thiệu những đặc trưng và ưu nhược điểm của kỹ thuật lưu lượng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức. Các mạng sử dụng kỹ thuật lưu lượng phải đáp ứng sự thay đổi trong mạng và duy trì sự ổn định. Bất kỳ liên kết hay nút nào hỏng sẽ khơng phá hỏng các dịch vụ mạng cĩ ưu tiên cao, đặc biệt các lớp dịch vụ cao. Định tuyến lại nhanh là một cơ chế chỉ làm hỏng các dịch vụ nhỏ nhất và định tuyến lại được tối ưu bằng một sự thay đổi mơ hình mạng. Việc định tuyến lại được hỗ trợ bởi hai giao thức CR-LDP và RSVP. Tái định tuyến nhanh MPLS cung cấp một cơ chế tự động định tuyến lại lưu lượng trên một LSP nếu một nút hay liên kết trên các LSP hỏng. Tái định tuyến nhanh được hồn thành bởi việc tính tốn trước và thiết lập con đường LSP bảo vệ trước giữa bộ định tuyến nguồn và bộ định tuyến đích. Mỗi liên kết hoặc nút trong mạng MPLS cĩ thể được bảo vệ nhờ LSP bảo vệ. LSP này cung cấp một con đường thứ hai cho dữ liệu đang được gửi qua con đường LSP chính sẽ truyền qua nếu nút hoặc liên kết trên LSP chính bị hỏng. Theo lý thuyết, một bộ định tuyến cĩ thể được tái định tuyến các gĩi ngay khi nhận được sự kiện. Sẽ khơng cĩ sự mất gĩi hoặc các dịch vụ ngừng hoạt động trong suốt quá trình chuyển sang con đường thứ hai đĩ. Việc cung cấp chất lượng dịch vụ và khả năng kỹ thuật lưu lượng trên Internet ngày càng quan trọng, đặc biệt là hỗ trợ các dịch vụ địi hỏi thời gian thực. 8 CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 3.1. Giới thiệu chương Chương này tập trung trình bày các khái niệm cơ bản của chất lượng dịch vụ trong mạng IP và các mơ hình chất lượng dịch vụ. 3.2. Tổng quan về chất lượng dịch vụ [1] 3.3. Kiểu dịch vụ ToS và lớp dịch vụ CoS 3.4. Các tham số đánh giá chất lượng mạng Chất lượng dịch vụ của một mạng thơng tin nĩi chung và mạng Internet nĩi riêng được phản ánh bởi mức độ hài lịng của các thuê bao của nĩ. Mặc dù cịn phụ thuộc vào kiểu dịch vụ và mức độ chấp nhận của người dùng, mức chất lượng dịch vụ thường được đo lường bởi độ trễ gĩi, độ biến động trễ (jitter), tỉ lệ mất gĩi và băng thơng cần thiết cung cấp cho các ứng dụng. 3.5. Các yêu cầu chức năng chung của IP QoS [5] 3.6. Các mơ hình chất lượng dịch vụ 3.6.1. Mơ hình Best-effort 3.6.2. Mơ hình IntServ 3.6.3. Mơ hình DiffServ 3.7. Sự khác nhau giữa IntServ và DiffServ 3.8. Yêu cầu QoS của một số ứng dụng 3.9. Kết luận chương Chương này luận văn đã giới thiệu một số khái niệm cơ bản về chất lượng dịch vụ và cũng giới thiệu ba mơ hình chất lượng dịch vụ cho mạng IP là Best-effort, IntServ và DiffServ. IntServ theo mơ hình chất lượng dịch vụ được báo hiệu, trong đĩ host đầu cuối sẽ báo hiệu nhu cầu QoS của nĩ về đăng ký băng thơng và tài nguyên thiết bị. Diffserv theo mơ hình QoS dự phịng, trong đĩ các thành phần mạng được thiết lập để phục vụ cho nhiều dịch vụ với các yêu cầu 9 được biến đổi. Đồng thời, cũng đã nêu được mơ hình chất lượng nào đang được sử dụng trong mạng MPLS để nâng cao chất lượng của mạng này. Luận văn cũng đã tiến hành mơ phỏng hai mơ hình chất lượng dịch vụ IntServ và Diffserv và kết quả mơ phỏng đã cho thấy ưu điểm và nhược điểm của từng kỹ thuật QoS. CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH DIFFSERV TRONG MẠNG MPLS 4.1.Giới thiệu chương Chương này sẽ tập trung nghiên cứu các vấn đề đặc trưng của mơ hình DiffServ như là DSCP, PHB và việc triển khai kỹ thuật QoS trong mơ hình DiffServ như thế nào và xem xét sự kết hợp của mơ hình này kết hợp với kỹ thuật MPLS. 4.2. Kiến trúc của mơ hình Diffserv [9] Hình 4.1: Kiến trúc mạng DiffServ Kiến trúc mạng DiffServ như thấy ở hình 4.1. Các nút mạng thực hiện chức năng DiffServ được gọi là các nút DS. Một nhĩm các nút DS kết nối với nhau tạo thành một miền DS. Các nút trong miền này sử dụng chung chính sách dịch vụ và tập PHB giống nhau như miêu tả ở hình 4.1. Các nút DS được phân thành các nút biên và các nút bên trong miền DS. Đầu tiên là kết nối các miền DS và các miền khơng phải là miền DS. Sau đĩ là kết nối các nút biên DS và các nút bên trong 10 miền DS. Các nút biên điều khiển lưu lượng và thiết lập mã điểm dịch vụ phân biệt DSCP tùy thuộc vào hợp đồng lưu lượng được định nghĩa giữa các miền. Nút bên trong miền DS thực hiện phân lớp lưu lượng tùy thuộc vào giá trị DSCP và thực hiện điều khiển lưu lượng. 4.3. Điểm mã phân biệt dịch DSCP [9] 4.4. Hành vi mỗi chặng PHB [9] PHB là một cách ứng xử của nút DS đối với lưu lượng. Các nhà quản trị mạng cĩ thể cấu hình ánh xạ giữa các DSCP và các PHB. IETF định nghĩa 3 loại PHB chuẩn: AF, EF, BE PHB. 4.5. Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP [10] 4.5.1. Kỹ thuật giám sát lưu lượng 4.5.2. Các kỹ thuật tránh nghẽn 4.5.3. Các kỹ thuật hàng đợi 4.6. MPLS hỗ trợ Diffserv So với mạng IP hỗ trợ DiffServ thì về cơ bản mạng MPLS hỗ trợ DiffServ vẫn khơng khác nhiều. Các thành phần chức năng như bảng thỏa thuận điều hịa lưu lượng, PHB vẫn khơng thay đổi. Các bộ định tuyến tại biên vẫn thực hiện các chức năng phân lớp, đánh dấu, chính sách và định dạng. Đồng thời các chức năng quản lý bộ đệm cũng như lập lịch gĩi tin đi trong mạng theo thực thi PHB vẫn giữ nguyên. Điểm khác ở đây chính là cấu trúc của nút MPLS và việc chuyển tiếp gĩi tin, do đĩ nĩ kéo theo một số thực thi DiffServ khác so với mạng IP. Trong mạng IP, các bộ định tuyến DiffServ nhận diện PHB và áp đặt vào gĩi tin bằng cách nhìn vào trường DS trong phần đầu của gĩi tin. Mặt khác trong MPLS, nhãn MPLS được chứa trong phần tiêu đề của MPLS (hoặc đĩng gĩi bên trong phần đầu lớp 2) nên các 11 LSR sẽ khơng kiểm tra phần đầu của gĩi IP trong khi chuyển tiếp gĩi. Tiêu chuẩn RFC3270 cung cấp một giải pháp cho việc hỗ trợ DiffServ trong mạng MPLS. 4.7. Các dạng đường dẫn LSP trong MPLS hỗ trợ DiffServ 4.8. Kết luận chương Mơ hình phân biệt dịch vụ được coi là bước phát triển tiếp theo của mơ hình tích hợp dịch vụ IntServ. Mơ hình IntServ đảm bảo chất lượng dịch vụ cho từng luồng lưu lượng, nĩ chỉ thích hợp với những mạng nhỏ. Đối với mạng cĩ số lượng dịch vụ và số lượng mạng lớn, vấn đề này trở nên khĩ thực hiện đối với các bộ định tuyến lõi do cần phải xử lý một luồng lưu lượng rất lớn trong mạng sẽ tạo ra một lượng báo hiệu khổng lồ và làm giảm chất lượng mạng. Mơ hình Diffserv khơng xử lý theo từng luồng lưu lượng riêng biệt mà được tập hợp lại và phân chia vào các lớp dịch vụ. Diffserv hướng tới việc xử lý trong từng vùng dịch vụ phân biệt DS thay vì xử lý từ đầu cuối đến đầu cuối như trong mơ hình tích hợp dịch vụ IntServ. Ưu điểm của mơ hình này là thực hiện đơn giản, phù hợp cho cả mạng nhỏ và cả mạng lớn với lưu lượng truyền qua mạng lớn và cuối cùng là ít tốn tài nguyên mạng. Mối liên hệ MPLS và QoS là mối quan hệ gần gũi nhưng thật sự MPLS khơng thể thay thế hồn tồn cho QoS. Hơn nữa MPLS chỉ cĩ thể hỗ trợ cho mơ hình chất lượng dịch vụ. Hỗ trợ cho các mơ hình dịch vụ IP trong một mạng MPLS là điều cốt yếu của việc triển khai MPLS. MPLS cĩ khả năng dành sẵn tài nguyên cho luồng lưu lượng lớn bao gồm nhiều luồng lưu lượng nhỏ. Vì thế MPLS đã gĩp phần giải quyết vấn đề liên quan đến sự phát triển rộng rãi mơ hình DiffServ. 12 CHƯƠNG 5: CÁC KỊCH BẢN MƠ PHỎNG 5.1. Giới thiệu chương Chương này tập trung sử dụng phần mềm OPNET để mơ phỏng các kịch bản. Các kịch bản này được đưa ra để làm rõ các phần đã trình bày trong các chương trước. Sự kết hợp các kịch bản lại với nhau sẽ gĩp phần đem lại chất lượng dịch vụ ngày càng tốt hơn cho mạng MPLS. 5.2. Giới thiệu về phần mềm mơ phỏng OPNET 5.3. Mơ phỏng kỹ thuật lưu lượng 5.3.1. Kịch bản 1: Khả năng tận dụng liên kết rỗi của mạng MPLS 5.3.1.1. Cấu hình mạng Hình 5.1: Cấu hình của kịch bản 1 5.3.1.2. Mơ tả kịch bản 5.3.1.3. Kết quả mơ phỏng Hình 5.2: Lưu lượng và độ sử dụng từ LER2 đến CE4, CE5, CE6 13 Để ý hình 5.2, ta thấy luồng UDP (EF) 80 Mbps và luồng TCP-1 (AF41) 60 Mbps đã được đảm bảo chất lượng dịch vụ, các luồng này được truyền tải với dung lượng tồn phần của chúng trong suốt thời gian mơ phỏng. Luồng lưu lượng TCP-2 (BE) 50 Mbps chỉ được truyền tải với dung lượng 44 Mbps trong suốt thời gian mơ phỏng do luồng này được truyền theo TE Tunnel đi qua đường LER1-CORE3-CORE4-LER2, đường này cĩ băng thơng chỉ là 44 Mbps. Hình 5.3: Lưu lượng và độ sử dụng từ LER1 đến CORE1, CORE3 Từ hình 5.3, ta thấy liên kết LER1-CORE3-CORE4-LER2 trong suốt thời gian mơ phỏng cĩ hiệu suất sử dụng luơn là 100% do luồng lưu lượng TCP-2 (BE) 50 Mbps được truyền trên đường này mà băng thơng của đường này chỉ là 44 Mbps. Cịn liên kết LER1- CORE1-CORE2-LER2 trong suốt thời gian mơ phỏng cĩ hiệu suất sử dụng xấp xỉ 94%, điều này cĩ thể lí giải được là do tổng dung lượng của luồng UDP (EF) 80Mbps và TCP-1 (AF31) 60 Mbps chỉ là 140 Mbps, trong khi đường này cĩ băng thơng 148.61 Mbps. Tiếp theo ta khảo sát mức độ tiêu thụ của các đường hầm mà ta đã tạo ra để kiểm tra xem thực sự là lưu lượng đã được truyền tải hay chưa, kiểm tra xem các thơng số của các luồng lưu lượng cĩ phù 14 hợp với FEC và Traffic Trunk cũng như thơng số đường hầm mà ta đã tạo dựng xuyết suốt kịch bản này hay khơng. Hình 5.4: Lưu lượng của các đường hầm Hình 5.4 cho ta thấy lưu lượng ở đầu ra của 3 TE Tunnel phù hợp hồn tồn với kết quả với phần trên (hình 5.4). Lưu lượng tại đầu ra TE Tunnel dành cho luồng UDP (EF) 80 Mbps được đáp ứng dịch vụ với băng thơng được đảm bảo trong lân cận 80 Mbps, lưu lượng tại đầu ra TE Tunnel dành cho luồng TCP-1 (AF41) 60 Mbps cũng được đảm bảo trong lân cận 60 Mbps, riêng cĩ lưu lượng tại đầu ra đường hầm dành cho luồng TCP-2 (BE) chỉ được trên dưới 44 Mbps. Trong mạng IP cĩ triển khai định tuyến OSPF thì 3 loại lưu lượng CE1-CE4, CE2-CE5, CE3-CE6 cĩ dung lượng tương ứng như trên tơpơ với tổng dung lượng 184 Mbps, các loại lưu lượng này khi đi qua Router LER1 sẽ được định tuyến theo đường truyền tối ưu nhất dựa vào băng thơng vật lý của liên kết. Đường truyền tối ưu nhất này sẽ đi qua LER1-CORE1-CORE2-LER2 với băng thơng chỉ là 148.61 Mbps < 184 Mbps. Tất cả các lưu lượng đều được truyền lên đường LER1-CORE1-CORE2-LER2 gây ra vấn đề tranh chấp về băng thơng, một số luồng lưu lượng sẽ khơng được đảm bảo về mặt 15 chất lượng dịch vụ. Hơn nữa, khi này đường truyền LER1-CORE3- CORE4-LER2 sẽ khơng được sử dụng, gây ra lãng phí, hiệu suất hoạt động của mạng khơng đạt được tối đa (xem hình 5.5). Hình 5.5: Đường đi từ CE1,2,3  CE4,5,6 và lưu lượng giữa LER1 và CORE1,3 trong mạng IP Chính vì mạng IP khơng tận dụng được các liên kết rỗi nên dễ dẫn tới tắc nghẽn. Kỹ thuật lưu lượng MPLS cho phép khắc phục điều này. Hình bên dưới ta thấy sau khi triển khai kỹ thuật lưu lượng thì liên kết giữa LER1 và CORE3 đã cĩ lưu lượng chạy qua (xem hình 5.6). Hình 5.6: Đường đi từ CE1,2,3  CE4,5,6 và lưu lượng giữa LER1 và CORE1,3 trong mạng MPLS 16 5.3.2. Kịch bản 2: Định tuyến nhanh 5.3.2.1. Cấu hình mạng Hình 5.7 : Cấu hình của kịch bản 2 5.3.2.2. Mơ tả kịch bản 5.3.2.3. Kết quả mơ phỏng Các kết quả cho thấy LSP nào mà sử dụng định tuyến nhanh để bảo vệ bằng cách sử dụng đường hầm Bypass Tunnel thì thời gian định tuyến lại lưu lượng sử dụng định tuyến nhanh nhỏ hơn so với thời gian định tuyến lưu lượng cho LSP mà sử dụng LER ngõ vào khởi tạo LSP dự phịng. Hình 5.8: Thời gian thiết lập các đường hầm 17 Các kết quả trong hình 5.9 bên dưới cho thấy lưu lượng sẽ ngay lập tức được truyền trên Bypass Tunnel khi lỗi xảy ra (sử dụng định tuyến nhanh). Lưu lượng sẽ được chuyển sang Ingress Backup LSP sau khi lỗi xảy ra (áp dụng đối với LSP nào sử dụng LER ngõ vào khởi tạo LSP dự phịng) Hình 5.9: Lưu lượng đi qua các đường hầm 5.4. Kịch bản 3: Mơ phỏng các mơ hình chất lượng dịch vụ 5.4.1. Cấu hình mạng Hình 5.10: Sơ đồ hệ thống IntServ và Diffserv 5.4.2. Mơ tả kịch bản 5.4.3. Kết quả mơ phỏng Kết quả của mơ hình IntServ 18 Ở mơ hình IntServ, ta thực hiện giao thức RSVP cho ứng dụng VoIP là ứng dụng địi hỏi yêu cầu về QoS cao nhất. Ta sẽ thực hiện so sánh độ trễ và biến động trễ đối với 2 cặp đối tượng (Voice caller – Voice called) và (Voice_RSVP caller – Voice_RSVP called). Kết quả như sau: - Độ trễ Hình 5.11: Độ trễ của ứng dụng VoIP khi sử dụng và khơng sử dụng RSVP - Độ biến động trễ Hình 5.12: Độ biến động trễ của VoIP sử dụng và khơng sử dụng RSVP Qua hình 5.11, 5.12, chúng ta thấy độ trễ và độ biến động trễ của ứng dụng VoIP khi sử dụng giao thức RSVP và khi khơng sử dụng giao thức RSVP là khác nhau. Độ trễ và độ biến động trễ của 19 ứng dụng khi sử dụng giải pháp IntServ (sử dụng giao thức RSVP) là rất nhỏ do cĩ dự trữ băng thơng trước. Trong khi đĩ trong mơ hình DiffServ, các thơng số này lại cĩ sự biến thiên. Kết quả của mơ hình DiffServ • Đối với VoIP - Độ trễ Hình 5.13: Độ trễ của dịch vụ VoIP Trong cả ba trường hợp của tải thì kỹ thuật FIFO luơn tạo độ trễ và biến động trễ cao nhất, cịn các kỹ thuật cịn lại đều đạt hiệu năng như nhau. Đều xấp xỉ bằng 0 ngay cả khi mạng ở tình trạng tải cao.Bởi vì nĩ khơng dành băng thơng ưu tiên cho VoIP như những kỹ thuật hàng đợi cịn lại. - Độ biến động trễ Hìn h 5.1 4: Độ biến động trễ của dịch vụ VoIP 20  Tỉ lệ nhận gĩi Khi tải của mạng là thấp thì các kỹ thuật đều đáp ứng được mức nhận gĩi là cao nhất, tuy nhiên khi tải của mạng tăng dần đã xuất hiện những sự khác biệt giữa các kỹ thuật. Dựa vào đồ thị cĩ thể thấy được 2 kỹ thuật luơn đạt tỉ lệ nhận gĩi cao nhất là PQ và WFQ_LLQ_WRED. Đây là hai kỹ thuật đáp ứng được nhu cầu cung cấp QoS cho các dịch vụ ưu tiên đặc biệt như VoIP. Hình 5.15: Tỉ lệ nhận gĩi của ứng dụng VoIP • Đối với Video Conference  Độ trễ Hình 5.16: Độ trễ của ứng dụng truyền hình hội nghị 21  Độ biến động trễ Hình 5.17: Độ biến động trễ của ứng dụng truyền hình hội nghị Nhìn vào đồ thị ta cĩ thể thấy được hai kỹ thuật cĩ sử dụng LLQ là WFQ_LLQ và WFQ_LLQ_WRED đều khơng đạt hiệu quả tốt nhất đối với ứng dụng Video Conference vì nĩ đã dành độ ưu tiên tốt nhất cho dịch vụ VoIP. Đặc biệt trong tình trạng tải mạng cao ta cĩ thể thấy được khơng cịn hàng đợi PQ. Lý do giải thích cho hiện tượng này chính là bản chất của hàng đợi PQ, khi dịch vụ trong hàng đợi ưu tiên đang được phục vụ (ở đây là VoIP) thì tất cả các hàng đợi khác (trong đĩ cĩ dịch vụ Video Conference ) sẽ khơng được phục vụ  Tỉ lệ nhận gĩi Hình 5.18: Tỉ lệ nhận gĩi của ứng dụng truyền hình hội nghị 22 Khi tải mạng cao tỉ lệ nhận gĩi là rất thấp. Chính vì sự chiếm giữ băng thơng của VoIP mà dịch vụ cĩ độ ưu tiên thấp hơn là Video Conference sẽ chịu ảnh hưởng xấu khi mà tải mạng cao. Kết quả mơ phỏng này cho thấy được phản ứng của mạng là ưu tiên đặc biệt cho VoIP, cịn các dịch vụ cịn lại chỉ là ở mức phân biệt chất lượng : đảm bảo truyền Video Conference tốt hơn truyền dữ liệu (FTP, HTTP, email). Để cĩ đảm bảo QoS cho tồn mạng, yêu cầu đặt ra ở đây là chấp nhận giảm QoS của một số dịch vụ. 5.5. Kịch bản 4: Mơ phỏng MPLS hỗ trợ DiffServ 5.5.1. Cấu hình mạng Hình 5.19: Cấu hình của kịch bản 4 5.5.2. Mơ tả kịch bản 5.5.3. Kết quả mơ phỏng Kết quả cho thấy ứng với hai luồng lưu lượng giống nhau đến cùng một đích, Luồng đi từ site 3 đến site 14 do cĩ mã Diffserv AF31 cĩ mức ưu tiên cao hơn luồng đi từ site 4 đến site 14 (AF11) nên thời gian đáp ứng để gửi dữ liệu của luồng đi từ site 3 thấp hơn luồng đi từ site 4. Như vậy, ở đây ta đã thấy MPLS đã hỗ trợ Diffserv. 23 Hình 5.20 : Thời gian đáp ứng gửi dữ liệu KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ♦ Kết luận Vấn đề chất lượng dịch vụ và đánh giá chất lượng dịch vụ luơn là vấn đề quan trọng đối với tất cả các loại dịch vụ viễn thơng. Mỗi loại hình dịch vụ sẽ quan tâm đến QoS ở những khía cạnh khác nhau. Việc đánh giá QoS chính là đánh giá các tham số đặc trưng cho dịch vụ đĩ với các tiêu chí cụ thể. Trong xu hướng phát triển hiện nay, với sự bùng nổ lưu lượng sử dụng trong Internet, nhu cầu sử dụng dịch vụ đa phương tiện, nhu cầu sử dụng di động tích hợp dịch vụ ngày càng nhiều, việc tích hợp nhiều ứng dụng khác nhau với các yêu cầu QoS khác nhau địi hỏi phải cĩ một mơ hình đảm bảo QoS cho các dịch vụ này. Hướng tiếp cận QoS theo mơ hình Diffserv rất phù hợp cho mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức, do đĩ nĩ là sự lựa chọn tốt nhất cho mạng. Với những ưu điểm vượt trội của Diffserv/MPLS là xu hướng phát triển tất yếu của mạng viễn thơng và nĩ đang được sử dụng ngày càng rộng rãi. 24 Trong luận văn đã trình bày và phân tích kỹ thuật lưu lượng của MPLS. MPLS là giao thức chuyển mạch nhãn đa giao thức cho phép xác định chính xác các đường chuyển mạch nhãn LSP ngay từ bộ định tuyến đầu tiên cĩ chức năng MPLS. Dọc theo đường truyền LSP, sự định tuyến của các gĩi khơng dựa vào địa chỉ IP thơng thường, mà dựa vào chuỗi các bit đặc biệt được gọi là nhãn MPLS. Để làm được điều này tất nhiên các bộ định tuyến phải cĩ chức năng MPLS. Lợi ích cơ bản của MPLS là nĩ cho phép: + Điều phối lưu lượng mạng và cân bằng tải một cách hiệu quả dựa vào tính chất xác định tồn bộ đường truyền ngay từ đầu gửi và khả năng dùng đồng bộ nhiều đường truyền cho lưu lượng thuộc về cùng một mối liên kết. + Cho phép điều khiển một cách chính xác dung lượng của đường truyền dựa trên yêu cầu của các tham số QoS. + Ứng biến linh hoạt và phục hồi nhanh trong các trường hợp xảy ra lỗi và sự cố mạng (ví dụ như lỗi phần mềm hoặc phần cứng của các bộ định tuyến, lỗi của các kết nối trong mạng). Mục tiêu khởi đầu của phát triển cơng nghệ MPLS khơng phải hướng tới đảm bảo chất lượng dịch vụ. Ở giai đoạn đầu, MPLS đơn thuần là cơng nghệ để rút ngắn thời gian định tuyến cho các gĩi và nâng cao khả năng điều phối lưu lượng của mạng, tạo ra cân bằng tải. Luận văn cịn đề cập đến việc phân tích ưu điểm và nhược điểm các mơ hình chất lượng dịch vụ, và đi sâu vào việc phân tích mơ hình DiffServ và DifServ trên nền MPLS. Mạng MPLS khi được áp dụng đồng thời với các giải pháp QoS, đặc biệt là cùng với cơ chế DiffServ, MPLS làm tăng đáng kể khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của mạng. Thực tế, IETF đã đưa ra cấu trúc DiffServ trên nền MPLS với đặc điểm chính là các gĩi MPLS được phân loại và nhận 25 xử lý giống như các gĩi IP được xử lý trong cơ chế DiffServ. Điểm khác so với cơ chế DiffServ nguyên dạng là sự phân loại các gĩi dựa vào phần đầu của gĩi MPLS chứ khơng phải dùng mã 6 bit DSCP của gĩi IP. Cĩ hai cách để đánh dấu các gĩi MPLS cho sự phân loại: đánh dấu miền LABEL, hoặc đánh dấu miền EXP trong phần đầu của gĩi MPLS. Với cách thứ nhất, đường truyền chuyển mạch gọi là L-LSP, với cách thứ hai đường truyền chuyển mạch nhãn gọi là E- LSP được thiết lập. Cả hai cách nĩi trên đều cho phép khả năng dẫn những gĩi MPLS của các loại lưu lượng cĩ yêu cầu QoS khác nhau vào những đường LSP riêng biệt và xử lý phù hợp cho loại lưu lượng đĩ. MPLS cĩ khả năng chiếm giữ và điều chỉnh chính xác dung lượng chiếm giữ cho mỗi đường truyền LSP. Khả năng này được thực hiện bằng việc sử dụng giao thức RSVP-TE. Khi cho trước yêu cầu QoS của một loại lưu lượng (thể hiện qua các tham số QoS khách quan), áp dụng các thuật tốn hợp lý ta sẽ tính được dung lượng cần thiết của đường truyền LSP cho loại lưu lựong đĩ. Với RSVP-TE, MPLS cĩ ưu điểm là dung lượng đường truyền sẽ được chiếm giữ chính xác như đã tính tốn. Hơn thế nữa, trong quá trình hoạt động của đường truyền LSP, tùy thuộc vào sự biến đổi của lưu lượng và những yếu tố khác, dung lượng của đường LSP này cĩ thể được điều chỉnh một cách chuẩn xác. Khả năng này tạo tiền đề cho sự sử dụng tối ưu tài nguyên mạng, vẫn đảm bảo QoS nhưng lại khơng lãng phí tài nguyên. Dùng MPLS cĩ một thuận lợi nữa là nâng cao độ duy trì của mạng và vì thế tăng khả năng đáp ứng của dịch vụ. Do cĩ khả năng định tuyến chính xác từ đầu gửi nên MPLS phục hồi khả năng chuyển lưu lượng nhanh chĩng khi xảy ra các lỗi đường kết nối hay 26 lỗi bộ định tuyến. Cách đơn giản nhất để làm được điều này tạo ra các đường truyền LSP phụ cho lưu lượng. Tùy theo yêu cầu về mức độ bảo vệ đường truyền LSP chính, đường truyền LSP phụ được tạo ra sẽ khơng chung một đường kết nối nào (bảo vệ kết nối đơn), khơng chung một số đường kết nối liên tiếp (bảo vệ một đoạn đường truyền), hoặc khơng chung tất cả các đường kết nối (bảo vệ tồn bộ đường truyền) với đường truyền chính. Theo kết quả được thống kê trong các mạng MPLS đang hiện hành, bảo vệ kết nối đơn cho phép thời gian phục hồi trong vịng vài trăm mili giây, một thời gian đủ ngắn. Trên thực tế, hầu như tất cả các mạng MPLS đang được vận hành đều triển khai khả năng phục hồi với phương thức bảo vệ kết nối đơn. Như vậy, việc sử DiffServ trên nền MPLS sẽ cĩ tác dụng điều phối lưu lượng mạng và gĩp phần làm tăng khả năng đảm bảo QoS. Về phần mơ phỏng, luận văn đã tiến hành mơ phỏng các kịch bản kỹ thuật lưu lượng, các mơ hình chất lượng dịch vụ Diffserv và IntServ, và đã cho thấy được khả năng áp dụng mơ hình DiffServ vào mạng MPLS. Ngồi ra, trong mạng MPLS nếu chúng ta sử dụng định tuyến nhanh và sử dụng các đường hầm dự phịng để chuyển lưu lượng qua khi cĩ sự cố trên các liên kết hay lỗi nút mạng, điều này cùng với việc sử dụng mơ hình chất lượng Diffserv gĩp phần nâng cao chất lượng mạng MPLS ngày càng tốt hơn. ♦ Hướng phát triển đề tài Luận văn chỉ mới tìm hiểu hai phần trong tất cả ba phần của MPLS là: kỹ thuật lưu lượng và chất lượng dịch vụ vì vậy hướng phát triển tiếp theo là sẽ tìm hiểu phần cịn lại đĩ là mạng riêng ảo và 27 kết hợp chúng thành một đề tài hồn chỉnh cho MPLS, vì cả ba phần này khơng thể tách rời nhau khi triển khai MPLS trong thực tế.