QoS trong mạng IP core vinaphone

LỜI MỞ ĐẦU Mạng IP/MPLS của Vinaphone là một mạng hội tụ, được triển khai sử dụng để chạy các dịch vụ của mạng di động như dữ liệu IP, thoại, di động và các dịch vụ video tương ứng với c

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

LÊ HOÀNG LONG

QOS TRONG MẠNG IP-CORE VINAPHONE

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2013

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ VŨ ANH

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng IP/MPLS của Vinaphone là một mạng hội tụ, được triển khai sử dụng để chạy các dịch vụ của mạng di động như dữ liệu IP, thoại, di động và các dịch vụ video tương ứng với các nhu cầu đa dạng của khách hàng

Trong quá trình phát triển mạng, các dịch vụ mới liên tục được đưa ra, đi kèm với nó là sự tăng trưởng lưu lượng chạy trong mạng backbone truyền dẫn IP/MPLS, điều này lý giải sự cần thiết phải đánh giá lại cơ sở hạ tầng mạng lưới của Vinaphone QoS (Quality of Service) là thuật ngữ dùng để chỉ chất lượng dịch vụ, trong mạng viễn thông di động, các dịch vụ thoại, video, các ứng dụng multicast đều có một tiêu chuẩn nhất định để có thể hoạt động tốt, vì vậy, việc triển khai QoS trong mạng IP/MPLS Vinaphone là điều bắt buộc để có thể hỗ trợ tốt hơn các dịch vụ đã và sẽ triển khai trong mạng

Bản luận văn tập trung nghiên cứu về vấn đề QoS trong mạng di động, mô hình QoS Diffserv của IETF, chuẩn QoS trong mạng di động của 3GPP, về hỗ trợ QoS

trong các thiết bị Cisco sử dụng trong mạng lưới Ngoài ra còn đưa ra mô hình triển khai cụ thể đã áp dụng trong mạng Vinaphone

Về nội dung, luận văn được chia làm ba chương:

Chương 1: Trình bày hiện trạng mạng IP-Core Vinaphone, sự cần thiết phải triển khai QoS trong mạng IP-Core Vinaphone Trình bày về mô hình Diffserv của IETF, khuyến nghị của 3GPP về QoS cho mạng IP/MPLS của mạng di động

Chương 2: Trình bày về thiết kế QoS trong mạng, những hỗ trợ cấu hình QoS của thiết bị Cisco

Chương 3: Trình bày các phương pháp đánh giá đo kiểm kết quả triển khai QoS Trình bày kết quả đạt được sau khi triển khai QoS trong thực tiễn mạng IP/MPLS Vinaphone

CHƯƠNG 1 - MẠNG IP/MPLS VÀ VẤN

ĐỀ QOS TRONG MẠNG DI ĐỘNG

1.1 Tổng quan hiện trạng mạng Vinaphone:

Hiện nay mạng IP/ MPLS là một hệ thống mạng lõi rất quan trọng trong việc cung cấp các dịch vụ mạng 2G

và 3G của mạng Vinaphone Mạng bao gồm các thiết bị định tuyến bậc cao của Cisco như CRS-1 , 7609 , 6509 tại các trung tâm VNP1, VNP2, VNP3 và các thiết bị của Huawei tại các tỉnh thành có hệ thống RNC Các thiết bị Router đều có tính năng dự phòng, như bộ xử lý trung tâm, nguồn điện và hệ thống làm mát

1.2 Tổng quan và vai trò của QoS

1.2.1 Định nghĩa QoS

Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và

có thể tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn của người sử dụng đối với dịch vụ” ISO 9000 định

nghĩa chất lượng là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn

có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu” Trong khi IETF [ETSI – TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hoá dịch vụ

và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ

1.2.2 Vai trò của QoS

Với các xu hướng phát triển ồ ạt các dịch vụ thương mại điện tử (e-commerce), vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng trên mạng Internet trở nên cần thiết hơn bao giờ hết

1.2.3 Các thông số QoS

Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải được biểu thị theo các tham số QoS đo được Các tham số thông thường nhất thường được biết đến là các tham số: Băng thông, độ trễ, trượt, giá và xác suất mất gói Các tham số sử dụng để tính toán QoS có thể tuỳ thuộc vào kiểu mạng: Băng thông, độ trễ, giá và độ tin cậy là các tham số thường được

sử dụng trong mạng IP; sự biến đổi tốc độ tế bào, tỉ lệ mất

tế bào và trễ chuyển giao là các tham số thường sử dụng trong mạng ATM; Trong khi đó đối với các mạng không dây, các tham số đo thường sử dụng là băng thông, nhiễu, suy hao và độ tin cậy

1.3 Mô hình Diffserv và các chuẩn RFC về phân

chia loại dịch vụ trong mạng thông tin di động:

Differentiated Services (DiffServ) là mô hình mới nhất trong ba mô hình của QoS và việc phát triển nó nhằm mục đích là giải quyết được những giới hạn của các

mô hình trước đó DiffServ không phải là một mô hình có thể đảm bảo hoàn toàn QoS cho ứng dụng, nhưng nó là

mô hình có khả năng mở rộng rất cao Trong khi IntServ được gọi là mô hình “Hard QoS” thì DiffServ được gọi là

mô hình “Soft QoS”

Sau đây là ba điểm chính yếu của mô hình DiffServ:

 Traffic mạng được phân lớp

 Các chính sách QoS áp đặt các cách ứng xử phân biệt lên các lớp traffic được định nghĩa từ trước

 Các lớp traffic và chính sách được định nghĩa dựa trên các yêu cầu kinh doanh; người quản trị

sẽ lựa chọn cấp độ dịch vụ cho mỗi lớp traffic

1.4 Chuẩn 3GPP cho QoS trong mạng IP/MPLS

phục vụ cho di động:

Mạng IP/MPLS Vinaphone được sử dụng chủ yếu để vận chuyển lưu lượng IP cho dịch vụ di động, và do đó việc bảo đảm các đặc tính của ứng dụng và thiết bị di động là cần thiết Từ quan điểm QoS, các nhà khai thác di động thường sử dụng tiêu chuẩn công nghiệp và các nền tẳng được khuyến cáo như là tài liệu tham khảo khi xây dựng bản đồ lưu lượng để phân lớp dịch vụ Tiêu chuẩn được sử dụng ở đây là tiêu chuẩn 3GPP

Chương trình hợp tác thế hệ thứ 3 (3GPP) đã tăng cường khả năng của truy cập vô tuyến gói chung (GPRS)

để có thể kết hợp sự hỗ trợ của QoS Để đáp ứng tiêu chuẩn 3GPP cho thông tin di động GSM, kiến trúc DiffServ cần phải đơn giản và dễ dàng quản lý sử dụng

Số lớp được định nghĩa là tối thiểu để đảm bảo rằng sự phân mảnh của các nguồn tài nguyên bộ đệm không làm cho các gói tin nhận được là mất trật tự

1.5 Phân loại lớp dịch vụ trong mạng thông tin

DSC

P

Giá trị EXP

802.1p CoS

CS6 48 6 6

Conversation

al Priority

VoIP Traffic of UMTS Conversational Class

EF 46 5 5

Mobile Signaling/Synch /Control, IEEE1588

CS5 40

Streaming Low Video AF41 34 4 4

Delay Conference,

Video phone 3G, Traffic of UMTS Streaming Class Interactive Low

Loss

Traffic of UMTS Interactive Class

Conversational Mobile Voice, Mobile

Video Call, Mobile VoIP EF 46 5

Streaming

Mobile TV, Mobile Camera, Music/Video On Demand (in future), O&M

AF41 34 4

Interactive Mobile Game (In future) AF21 18 2 Background Mobile Internet, Mobile

Broadband, MMS, etc … BE 0 0

CHƯƠNG 2 – CÁC THÔNG SỐ VÀ CẤU HÌNH QOS CHO MẠNG IP/MPLS

VINAPHONE

2.1 Hỗ trợ của thiết bị Cisco trong cấu hình

QoS:

2.1.1 Vai trò của router Cisco trong QoS:

QoS yêu cầu việc xử lý chuyên sâu, do đó cần thiết phải phân biệt chức năng giữa các thiết bị biên mạng và thiết bị lõi

Các thiết bị biên mạng chịu trách nhiệm kiểm tra các gói tin IP đến từ các thiết bị CE về các đặc tính khác nhau như loại ứng dụng (thoại, video …) và đích đến của gói tin Từ đó cung cấp quản lý băng thông đầu vào từ các giao diện người sử dụng và quản lý hàng đợi đầu ra đến thiết bị lõi

Các thiết bị lõi thực hiện đẩy nhanh gói tin trong khi việc phân chia mức QoS được thực hiện tại các thiết bị

biên mạng Thiết bị lõi thực hiện điều này bằng cách kết hợp các giá trị ToS hoặc Experimental trong nhãn của các gói tin với các hàng đợi ra khác nhau trong quá trình truyền tải, cung cấp lớp thích hợp của dịch vụ

2.1.2 Phân loại và đánh dấu gói tin:

Phân loại là quá trình phân loại lưu lượng vào các lớp đã được xác định từ trước trong mạng

Phân loại gói tin có thể dựa vào một trong các thông số sau:

vứt bỏ lưu lượng vượt quá ngưỡng nhằm mục đích thực thi chính sách phù hợp trên đường truyền

2.1.3.2 Tối ưu hóa luồng lưu lượng (Shaping):

Các công cụ định hình lưu lượng (traffic-shaping - TS) làm chậm các gói tin khi các gói đi ra khỏi một router sao cho tốc độ truyền tổng thể không vượt quá một giới hạn đã định nghĩa

2.1.4 Tắc nghẽn và quản lý tránh tắc nghẽn:

2.1.4.1 Weighted Random Early Detection (WRED):

WRED cung cấp khả năng tránh tắc nghẽn Kỹ thuật này theo dõi tải lưu lượng trên mạng nhằm dự đoán

và tránh tắc nghẽn trong mạng, trái ngược với kỹ thuật quản lý tránh tắc nghẽn thường hoạt động để kiểm soát tắc nghẽn khi nó đã xảy ra

2.1.4.2 Class-based Weighted Fair Queuing

(CBWFQ):

CBWFQ là cơ chế quản lý chống tắc nghẽn phổ biến nhất được sử dụng ngày nay trong các IOS của Cisco CBWFQ cung cấp khả năng sắp xếp lại gói tin, kiểm soát

độ trễ tại biên và lõi mạng Bằng cách chỉ định trọng số khác nhau cho các lớp dịch vụ khác nhau, một thiết bị switch hoặc router có thể quản lý bộ đệm và băng thông cho từng lớp dịch vụ

2.1.4.3 Modified Deficit Round Robin (MDRR):

Thiết bị router CRS-1, 12000 cung cấp cơ chế xếp hàng gọi là “Modified Deficit Round Robin” trên một số line card Trên engine 0 của line card, cơ chế xếp hàng là

“Deficit Round Robin” Sự khác biệt giữa DRR và MDRR

là sự vắng mặt của một hàng đợi độ trễ thấp trên line card DDR DRR/MDRR về cơ bản là tương tự như CBWFQ Với MDRR, một trong số các hàng đợi được gọi là hàng đợi ưu tiên cao và được đối xử khác biệt với các

hàng đợi khác, Nó được xử lý bằng cách sử dụng chế độ

ưu tiên nghiêm ngặt hay chế độ ưu tiên luân phiên Nó cung cấp tính năng giống như hàng đợi độ trễ thấp trong CBWFQ

2.2 Thiết kế QoS trên router trong mạng

IP/MPLS Vinaphone:

2.2.1 QoS trên router biên (7600):

Bộ định tuyến biên thường là lựa chọn đầu tiên của các nhà cung cấp dịch vụ cho việc triển khai QoS do bộ định tuyến biên mạng có khả năng hơn trong việc xử lý tắc nghẽn so với các bộ định tuyến lõi do kết hợp giao thông cạnh và liên kết truy cập băng thông thấp hơn

2.2.1.1 QoS trên LAN card Cisco 7600:

Giao diện card LAN trên router Cisco 7600 không

hỗ trợ cấu hình Cisco Modular QoS CLI mà sử dụng một cách gọi khác là PFC-QoS (Policy-Feature-Card) trong đó việc quản lý chất lượng dịch vụ QoS được thực hiện trong phần cứng và các ASIC

Hình 2.1: Kiến trúc QoS của router Cisco 7600

Tương ứng với khả năng của các module LAN ở trên, một

sơ đồ gồm 4 hàng đợi (1 hàng đợi ưu tiên và 3 hàng đợi tiêu chuẩn) là cần thiết Giao diện LAN trên Cisco 7600

sử dụng CoS để ánh xạ gói tin IP/MPLS đến hàng đợi

Bảng 2 1 Ánh xạ lớp QoS đến các hàng đợi và các ngưỡng

DSCP MPLS

EXP CoS

1p3q8t WS- X6748- GE-TX

1p7q8t WS- X6704- 10GE

Bảng 2 2 Gán trọng số băng thông WRR

2.2.1.2 QoS trên card SIP-400:

Tính năng QoS trên card SIP-400 được kích hoạt bằng Modular QoS CLI Như tên gọi của nó, ta thấy QMC

sử dụng để kích hoạt tính năng QoS Một trong những mục tiêu của MQC là cung cấp một nền tảng giao diện độc lập để cấu hình QoS trên các thiết bị Cisco Để đạt được nền tảng độc lập này, các lệnh trong MQC sẽ xác định chức năng của QoS, hành vi thực hiện độc lập, thuật toán

WRR

weight

Hình 2 2 QoS trên Cisco FlexWAN, SIP200/SIP400

2.2.2 QoS trên router lõi (CRS-1):

2.2.2.1 Chế độ đường hầm DiffServ:

Chế độ đường hầm DiffServ giới thiệu một cách xử

lý từng hop (PHB) mới, nó cho phép phân biệt QoS trong mạng của nhà cung cấp Các chế độ đường hầm được định nghĩ ở biên mạng, thông thường trong các bộ định tuyến

PE chuyển đổi nhãn (LSRs) (ở cả đầu vào và đầu ra)

Có nhiều cách khác nhau để trển khai CoS trong suốt trong mạng lưới cung cấp dịch vụ ngày nay Cách được sử dụng nhiểu nhất là sử dụng các phương thức đường hầm DiffServ MPLS Chuẩn RFC3270 mô tả ba mô hình khác nhau là Pipe Mode, Short Pipe Mode và Uniform Mode

Pipe và Short-Pipe mode thường được sử dụng khi một gói tin đi qua nhiều vùng DiffServ với các chính sách QoS khác nhau Với Pipe và Short-Pipe mode, nhà cung cấp dịch vụ MPLS có thể cung cấp QoS cho các gói tin

mà không sửa đổi các thông tin DiffServ (Mã hóa trong IP-Precedence/DSCP hay MPLS EXP) trên các gói tin nhận được Các chế độ này là hai cách tiêu chuẩn cung cấp QoS trong suốt đến tận đầu cuối

Trong Uniform Mode, một gói tin giả sử được gửi qua một miền DiffServ Như vậy một nhà cung cấp dịch vụ MPLS có thể thay đổi thông tin DiffServ trên gói tin nhận được nhằm mục đích cung cấp QoS thích hợp cho nó Khi

ra khỏi mạng của nhà cung cấp dịch vụ, giá trị MPLS EXP được sao chép xuống giá trị IP-Precedence hoặc trường DSCP Do đó nhà cung cấp có thể thay đổi độ ưu tiên IP-Pre/DSCP trên gói tin của khách hàng và như vậy giá trị CoS là không trong suốt

2.2.2.2 Cấu hình QoS trên P Router CRS-1:

Mặc định, IOS XR không sao chép giá trị EXP đầu vào cho nhãn gói tin MPLS đầu ra khi đẩy gói tin ra ngoài

Short Pipe Mode là Mode mặc định

Pipe Mode yêu cầu cấu hình đánh dấu “qos-group” trên đầu vào line card trong các bộ định tuyến

Hình 2 1 Ứng xử QoS trong Cisco CRS-1/XR

CHƯƠNG 3 – KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ SAU KHI TRIỂN KHAI QOS TRONG MẠNG IP/MPLS TẠI VINAPHONE

3.1 Các phương pháp đánh giá, đo kiểm kết quả

triển khai QoS

Việc đo kiểm hiệu suất của mạng IP/MPLS có thể được chia thành bốn phần cơ bản:

 Phương pháp lấy mẫu: Chính xác là lưu lượng nào được đo kiểm và tại sao ?

 Phương pháp thu thập: Làm thế nào để thu thập lưu lượng lấy lẫu để so sánh?

 Phạm vi đo kiểm: Cần chú ý những thông số nào về hiệu suất ?

 Quan điểm đo kiểm: Là đứng từ quan điểm của người sử dụng dịch vụ hay từ mạng ?

Ba lựa chọn đo kiểm chủ yếu là:

 Sử dụng SNMP

 Sử dụng phần mềm NetFlow theo dõi mạng lưới

 Sử dụng IP SLA

3.2 Kết quả đạt đƣợc sau khi triển khai QoS

trong thực tiễn mạng IP-Core Vinaphone:

Đo kiểm chất lượng các dịch vụ cung cấp khi mạng tắc nghẽn

IPCORE VNP

Hình 3 1: Sơ đồ đo kiểm

Thử nghiệm đo kiểm cho thấy sau khi gán QoS vào các interface các luồng lưu lượng được đảm bảo theo đúng

cấu hình đã được định trước Lưu lượng thuộc lớp ưu tiên

có thông số về độ trễ, jitter tốt hơn các lớp khác

KẾT LUẬN

Cùng với những yêu cầu ngày càng tăng về chất lượng và sự đa dạng dịch vụ ngày càng trở nên rõ ràng nhằm cung cấp những dịch vụ tốt nhất, thuận tiện nhất cho khách hàng Nhu cầu sử dụng các dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao dành cho các thiết bị di động sẽ ngày càng phát triển Lưu lượng chạy trong mạng lõi IP sẽ ngày càng tăng, yêu cầu về QoS sẽ ngày càng trở nên cấp thiết

Trong khuôn khổ của luận văn này, em chỉ mong muốn đưa ra những vấn đề cơ bản về kiến trúc, nguyên lí

và thực tiễn đã được áp dụng tại mạng lõi IP của nhà mạng Vinaphone Đây là kết quả của quá trình học tập, tìm hiểu vấn đề và qua thực tiễn triển khai tai mạng IP-Core Vinaphone Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có hạn, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để có thể hoàn thiện thêm kiến thức của mình