GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TOÀN IP CỦA MOBIFONE

GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CHO MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN TOÀN IP CỦA MOBIFONE Nhiệm vụ chính của đề tài: 1. Nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến toàn IP và yêu cầu về chất lượng. 2. Đưa ra các giải pháp nhằm đảm bảo chất lượng mạng truy nhập vô tuyến toàn IP 3. Xây dựng, triển khai giải pháp đảm bảo chất lượng mạng truy nhập vô tuyến toàn IP thực tế trên mạng Mobifone.

Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam

Công ty thông tin di động

*********

Đề tài

GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

CHO MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

TOÀN IP CỦA MOBIFONE

Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam

Công ty thông tin di động

*********

GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

CHO MẠNG TRUY NHẬP VÔ TUYẾN

TOÀN IP CỦA MOBIFONE

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

LỜI NÓI ĐẦU 8

I.Đánh giá hiện trạng mạng truy nhập vô tuyến của MobiFone 10

I.1 Hiện trạng mạng truy nhập vô tuyến của MobiFone 10

I.2 Đánh giá khả năng đáp ứng thực tế của các VNPT tỉnh/thành phố 13

II.Xu hướng công nghệ mạng truy nhập vô tuyến 14

II.1 Xu hướng chung 14

II.2 Công nghệ truyền tải 2G/3G trên nền IP 15

III.Tổng quan về hệ thống mạng truy nhập vô tuyến toàn IP 16

III.1 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến toàn IP 16

III.2 Phân tích ưu, nhược điểm 18

a.Ưu điểm 18

b.Nhược điểm 21

III.3 Các yêu cầu chất lượng đối với mạng truy nhập vô tuyến toàn IP 22

III.4 Các nhân tố tác động đến tham số chất lượng 24

IV.Các giải pháp đảm bảo QoS cho mạng truy nhập vô tuyến toàn IP 24

IV.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ 26

IV.2 Giải pháp phân lớp dịch vụ, chất lượng dịch vụ 28

a.Phân lớp dịch vụ 28

b.Một số cơ chế, kỹ thuật hỗ trợ đảm bảo QoS 31

IV.3 Giải pháp định tuyến IP 35

a.Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) 36

b.Hot Standby Routing Prototocol (HSRP ) 37

a.Chỉ tiêu KPI giám sát chất lượng mạng mobile backhaul 53

b.Chỉ tiêu KPI giám sát chất lượng gói IP 55

V.Triển khai thực tế trên mạng Mobifone 57

V.1 Yêu cầu về chất lượng mạng truy nhập vô tuyến của MobiFone để đảm bảo chất lượng dịch vụ 57

V.2 Phân tích lựa chọn cơ chế, giao thức, kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ .63

a.Phân chia lớp dịch vụ 63

b.Triển khai giao thức VRRP/HSRP cho các Access Router 66

c.Triển khai giao thức BFD cho các Access Router 69

V.3 Triển khai Transport Node kết hợp với truyền dẫn qua mạng MAN-E 70

V.4 Triển khai các hệ thống giám sát 70

a.Giám các kết nối truyền dẫn qua hệ thống OMC 70

b.Hệ thống giám sát các KPI mạng truyền dẫn 74

V.5 Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật triển khai áp dụng giải pháp vào thực tiễn 80

VI.Kiến nghị giải pháp dùng chung cho Tập đoàn VNPT và hướng nghiên cứu tiếp theo 83

VI.1 Kiến nghị giải pháp đảm bảo chất lượng mạng truyền dẫn vô tuyến dùng chung cho Tập đoàn VNPT 83

VI.2 Kiến nghị giải pháp dùng chung cho mạng truy nhập vô tuyến của VNPT .86

VI.2 Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo 94

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình I-1: Số lượng thiết bị mạng vô tuyến trên mạng 10

Hình I-2: Mạng truy nhập vô tuyến hiện tại của MobiFone 11

Hình I-3: Quá trình tăng trưởng lưu lượng data 3G của MobiFone 12

Hình I-4: Thống kê nguyên nhân sự cố trên mạng MobiFone 12

Hình II-5 Quá trình phát triển của công nghệ mạng truy cập vô tuyến 14

Hình III-6; Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến toàn IP 16

Hình III-7: So sánh lưu lượng mạng Mobile với chi phí và lợi nhuận 21

Hình IV-8: Mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ Inserv 32

Hình IV-9: Mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ Diffserv 33

Hình IV-10: Ứng dụng Intserv, diffserv, MPLS trong kiến trúc đảm bảo E2E QoS .33

Hình IV-11: Quá trình hoạt động của giao thức HSRP 42

Hình IV-12: Các trạng thái trong giao thức HSRP 46

Hình IV-13: Hoạt động của giao thức BFD 48

Hình IV-14: Chỉ tiêu chất lượng mạng toàn trình theo khuyến nghị ITU-T 56

Hình IV-15: Chỉ tiêu chất lượng mạng truy nhập I theo quy định tạm thời của VNPT 57

Hình V-16: Quy định SLA cho các đường truyền dẫn IP backhaul của VMS2 58

Hình V-17: Sơ đồ kết nối Access Router – chạy giao thức VRRP/HSRP 66

Hình V-18: Cảnh báo về truyền dẫn IP trên hệ thống iM2000 71 Hình V-19: Cảnh báo về suy giảm chất lượng truyền dẫn trên hệ thống iM2000 74

Hình V-20: Báo cáo trạng thái các kết nối trên hệ thống PRTG 75 Hình V-21: Giám sát băng thông cho từng kết nối trên hệ thống PRTG 76 Hình V-22: Giám sát các Node mạng IP qua hệ thống Redeyes 78

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nhu cầu về sử dụng các dịch vụ dữ liệu di động tốc độ cao ngày càngtăng Đây là cơ hội nhưng cũng là thách thức cho các nhà cung cấp dịch vụ thôngtin di động Các nhà khai thác phải không ngừng mở rộng mạng, áp dụng các côngnghệ mới để phục vụ khách hàng Một trong các thành phần quan trọng trong cácmạng thông tin di động để thúc đẩy việc cung cấp các dịch vụ dữ liệu MobileBroadband đó là mạng truy nhập vô tuyến Các nhà khai thác phải đưa ra các giảipháp mạng truy nhập mạng vô tuyến cả 2G, 3G và LTE đảm bảo chất lượng dịch

vụ tốt, với chi phí hiệu quả

Theo truyền thống, mạng truy nhâp vô tuyến sử dụng các đường truyền côngnghệ TDM để truyền tải lưu lượng trên các giao diện Abis, Iub giữa các trạm thuphát sóng và các BSC, RNC TDM là công nghệ mang lại độ tin cậy cao nhưnggiá thành cũng cao Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, cácthiết bị hỗ trợ chuẩn này cũng ngày một nhiều với giá cả cạnh tranh

Hiện nay, khi nhu cầu về các dịch vụ dữ liệu mới dùng tăng thì cũng đòi hỏichi phí về thiết bị, đường truyền dẫn TDM mạng truy nhập tăng đáng kể; lưulượng data chiếm tới 80-90% lưu lượng trong mạng nhưng chỉ mang lại khoảng10-20% doanh thu

Để đáp ứng những thực tế này, các nhà khai thác mạng di động phải xem xét,đánh giá lại mạng truy nhập vô tuyến để cung cấp các cơ sở hạ mạng cần thiết vàhiệu quả nhất, mạng truy nhập vô tuyến toàn IP cũng là lựa chọn theo xu hướngphát triển của công nghệ

Do đó việc nghiên cứu triển khai mạng truy nhập vô tuyến toàn IP và các giảipháp đảm bảo chất lượng dịch vụ là hết sức cần thiết và cấp bách

Nhiệm vụ chính của đề tài:

1 Nghiên cứu mạng truy nhập vô tuyến toàn IP và yêu cầu về chất lượng

2 Đưa ra các giải pháp nhằm đảm bảo chất lượng mạng truy nhập vô tuyếntoàn IP

3 Xây dựng, triển khai giải pháp đảm bảo chất lượng mạng truy nhập vôtuyến toàn IP thực tế trên mạng Mobifone

Đề tài này đã được triển khai, hoàn thành đúng tiến độ và kết quả được ápdụng trên mạng thông tin di động Mobifone Để có được kết quả này, nhómnghiên cứu đề tài xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, quý báu về mọi mặtcủa các phòng ban chức năng trong Công ty thông tin di động, Trung tâm khu vựccũng như Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

Do thời gian hạn hẹp nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót nhấtđịnh Nhóm đề tài mong nhận được ý kiến đóng góp của các đơn vị để đề tài cóthể đạt kết quả tốt hơn

Xin chân thành cảm ơn./

Thay mặt nhóm đề tài Chủ trì đề tài

TS NGUYỄN CHÍNH

I Đánh giá hiện trạng mạng truy nhập vô tuyến của MobiFone

I.1 Hiện trạng mạng truy nhập vô tuyến của MobiFone

Tính đến thời điểm tháng 05/2012, trên mạng truy nhập vô tuyến của Mobifonebao gồm số lượng các thiết bị như sau:

Trung

tâm

Số lượng BTS

Số lượng BSC

Số lượng NodeB

Số lượng RNC

Hình I-1: Số lượng thiết bị mạng vô tuyến trên mạng

Hiện tại, VMS đang sử dụng công nghệ cho mạng truy nhập vô tuyến như sau:

- Kết nối RNC-MGW, Access Router: IP GE và TDM (STM-1, STM-4) của VTT, VTN

- Kết nối NodeB-RNC: IP FE và TDM (E1) của VTT/VTN, Viba VMS

- Đã bắt đầu nghiên cứu triển khai toàn IP: các kết nối từ NodeB đến RNC,MGW, Access Router đều dùng IP

Như vậy, trong giai đoạn này mạng truy nhập vô tuyến của VMS đã sử dụngmột phần kết nối toàn IP; bên cạnh đó vẫn sử dụng công nghệ truyền dẫn cũ chomột số kết nối phục vụ lưu lượng thoại ở một số NodeB, RNC để tận dụng cơ sởhạng tầng mạng có sẵn

Hình I-2: Mạng truy nhập vô tuyến hiện tại của MobiFone

Mạng hiện tại đã và đang đáp ứng tương đối tốt các yêu cầu về chất lượng dịch

vụ của VMS Tuy nhiên, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ mới để giảm chi phímua sắm thiết bị, chi phí thuê kênh truyền dẫn, tăng khả năng mở rộng mạng vàđảm bảo chất lượng mạng tốt là hết sức cần thiết và cấp bách

Thực tế, qua giám sát lưu lượng thoại và đặc biệt là lưu lượng data từ khi triểnkhai mạng 3G tại VMS, có thể thấy xu hướng tăng rất nhanh của lưu lượng datađòi hỏi dung lượng mạng truy cập vô tuyến mobile backhaul cũng tăng theo Tạicác Trung tâm khu vực của VMS, đặc biệt là vùng Trung tâm 2, rất nhiều tuyếntruyền dẫn kết nối giữa NodeB-RNC đã phải thực hiện mở rộng dung lượng Hìnhsau biểu diễn quá trình tăng trưởng lưu lượng data 3G theo tháng của VMS trongvòng từ đầu năm 2011 đến nay:

Hình I-3: Quá trình tăng trưởng lưu lượng data 3G của MobiFone

Bên cạnh đó, qua số liệu thống kê thực tế trên mạng lưới của MobiFone, các sự cốgây ảnh hưởng lớn đến chất lượng dịch vụ do một số nguyên nhân chủ yếu: truyềndẫn, điện lưới, thiết bị:

Hình I-4: Thống kê nguyên nhân sự cố trên mạng MobiFone

Như vậy, có thể tổng kết một số tồn tại gây ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trênmạng lưới Mobifone:

- Các sự cố mạng RAN 3G ảnh hưởng lớn, diện rộng nguyên nhân chủ yếu

là do truyền dẫn IP

- VMS đã triển khai một phần mạng truy nhập vô tuyến toàn IP cho 3G, tuy nhiên chưa có một công cụ, hệ thống hoàn chỉnh nào cho việc giám sát đảmbảo chất lượng dịch vụ

Đối với cấu trúc mạng phân tán các BSC/RNC, Transport Node của một số khu vực trên mạng MobiFone thì có ưu điểm là các tuyến truyền dẫn từ Node gom

về mạng Core sẽ có dự phòng đảm bảo hơn, còn tuyến chạy đơn lẻ từ các trạm trực tiếp về vị trí trung tâm lắp đặt toàn bộ các RNC sẽ không có dự phòng Tuy nhiên, nếu các khu vực vị trí lắp đặt thiết bị mà cơ sở hạ tầng không đảm bảo an toàn tuyệt đối thì sẽ dẫn đến dễ bị sự cố ảnh hưởng lớn hơn (các BSC/RNC đặt tậptrung ở 1 điểm trung tâm có cơ sở hạ tầng được đảm bảo rất tốt)

I.2 Đánh giá khả năng đáp ứng thực tế của các VNPT tỉnh/thành phố

Hiện nay, VNPT chưa trang bị được hệ thống giám sát chất lượng của mạngtruyền dẫn cho phép khách hàng như VMS có thể theo dõi, giám sát chất lượngcác kênh thuê của mình Các công cụ giám sát hiện nay các VNPT tỉnh/thành phố

có khả năng cung cấp cho VMS đều là các hệ thống mà các đơn vị này tự pháttriển Và chỉ có các VNPT tỉnh/thành phố lớn như VNPT Hà Nội và VNPT thànhphố Hồ Chí Minh, là những đơn vị quản lý hệ thống mạng lớn, có nhiều kháchhàng và doanh thu cao mới đầu tư để phát triển hệ thống giám sát này.Còn với cácVNPT khác, trong trường hợp VMS muốn có thông tin về mạng truyền dẫn (ví dụnhư muốn có thống kê về băng thông thực sử dụng), VMS phải yêu cầu VNPT đó

để họ cử người đi đo thực tế Số liệu này sẽ không cập nhật và chỉ là thông tin tạimột thời điểm cụ thể

- VNPT Hà Nội: VNPT Hà Nội hiện cũng có hệ thống giám sát các kênh

truyền dẫn trên mạng MAN-E và Trung tâm 1 có thể xem được các kết nối,

- Với VNTP thành phố Hồ Chí Minh: hiện tại Trung tâm TTDĐ khu vực II

đang yêu cầu VNPT HCM cung cấp hệ thông giám sát các kênh thuê vớicác chức năng như sau:

o Với các kênh TDM, VNPT HCM sử dụng công cụ giám sát của cácthiết bị (như hệ thống giám sát của Fujitsu) để giám sát các đườngSTM-1 thuê từ Hub site -> BSC -> MSC/MGW Với các kênh TDM

từ Hub site đến trạm BTS, VNPT HCM chưa có đủ license để giámsát

o Với kênh IP, hệ thống giám sát được phát triển đầy đủ hơn Tại thànhphố HCM, các trạm thuê kênh IP hầu như đã được giám sát chất lượng end-to-end

II Xu hướng công nghệ mạng truy nhập vô tuyến

II.1 Xu hướng chung

Việc chuyển dần sang mạng truy nhập vô tuyến toàn IP là phù hợp với quátrình phát triển chung với công nghệ Dưới đây là một báo cáo nghiên cứu về tiếntrình phát triển về công nghệ của mạng truy cập vô tuyến và truyền tải cho di độngcủa Alcatel-Lucent:

Hình II-5 Quá trình phát triển của công nghệ mạng truy cập vô tuyến

Tại Việt Nam, Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam cũng đã thực hiện chủtrương phát triển mạng và dùng chung cơ sở hạ tầng mạng của Tập đoàn VNPT

đã tiến hành IP hóa mạng lưới và triển khai mạng MAN-E rộng khắp các tỉnhthành cả nước dùng chung cho mạng băng rộng cố định và di động

II.2 Công nghệ truyền tải 2G/3G trên nền IP

Đối với mạng 2G, công nghệ mô phỏng kênh CES cho phép truyền tải lưu lượng TDM trên nền các mạng như: Ethernet, IP, MPLS

Các công nghệ mô phỏng kênh phổ biến bao gồm:

• Mô phỏng kênh trên nền Ethernet (Circuit Emulation Services overEthernet – CESoE)

• Mô phỏng kênh trên nền IP (Circuit Emulation Services over IP –CESoIP)

• Mô phỏng kênh trên nền MPLS (Circuit Emulation over MPLS CESoMPLS)

-Đối với mạng 3G, có hai mô hình vận hành kỹ thuật chính được xem xét khi triển khai truyền tải cho các IP NodeB Mô hình đầu tiên dựa trên kỹ thuật Layer 2 VPN và có thể là dịch vụ E-Line (point-to-point), E-tree (point-to-

multipoint) hoặc E-LAN (multipoint-to-multipoint) Mô hình thứ hai sử dụng Layer 3 hoặc MPLS VPN

Tuy nhiên, khi triển khai dịch vụ mô phỏng kênh chúng ta cần phải chú ý một số vấn đề như bộ đệm trễ, khôi phục đồng bộ thời gian, phát hiện lỗi kết nối

Như vậy, việc triển khai mạng truy nhập vô tuyến toàn IP là tất yếu theo xu hướng công nghệ.

III Tổng quan về hệ thống mạng truy nhập vô tuyến toàn IP

Giải pháp mạng truy nhập vô tuyến toàn IP là nhằm chuyển toàn bộ các giaodiện trong mạng GERAN/UTRAN dùng ATM hay TDM sang công nghệ IP vớinhiều ưu điểm, đáp ứng nhu cầu về băng thông cho các dịch vụ dữ liệu ngày càngcao

III.1 Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến toàn IP

Cấu trúc cơ bản của một mạng truy nhập vô tuyến toàn IP như ở hình dướiđây:

Trong đó, mạng truyền dẫn backhaul thống nhất sử dụng công nghệ IP được sửdụng cho kết nối các giao diện giữa các phần tử mạng

Hình III-6; Cấu trúc mạng truy nhập vô tuyến toàn IP

Giải pháp PRAN của Ericsson:

III.2 Phân tích ưu, nhược điểm

Sau đây là phân tích cụ thể những ưu, nhược điểm của mạng truy nhập vôtuyến toàn IP

a Ưu điểm

Dễ dàng mở rộng mạng lưới: công nghệ IP cho phép nhà mạng tăng năng lực

mạng lưới, có thể thực hiện tự động cấp phát lại các băng thông có sẵn từ băngthông đang dành cho lưu lượng data sang cấp cho lưu lượng thoại trong trườnghợp cần thiết Điều này không thể thực hiện được trong mạng chuyển mạch TDMtruyền thống

Sử dụng băng thông hiệu quả: trong điện thoại chuyển mạch kênh tài

nguyên băng thông cung cấp cho một cuộc thoại là cố định, nhưng trong điệnthoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều Khimột cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp thì băng thông dành cho

liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể, nhưng khi lưu lượng của mạng caothì mạngsẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượngthoại chấp nhận được nhằm phục vụ cùng lúc được nhiều người nhất Điểm nàycũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP.

Trong trường hợp lưu lượng sử dụng thay đổi thì nhà mạng có thể dễ dàng yêucầu tăng băng thông để đáp ứng một cách nhanh chóng đối với kênh truyền dẫn IP

mà không cần thời gian triển khai thiết bị, cáp mới

Tiết kiệm chi phí CAPEX và OPEX: Hiện nay, công nghệ truyền dẫn IP đã

được đưa vào ứng dụng rộng rãi trên thế giới Nhiều nhà khai thác mạng đã triểnkhai và cung cấp dịch vụ truyền dẫn IP với giá thành rẻ hơn rất nhiều so vớitruyền dẫn lease-line truyền thống Tại Việt Nam, Tập đoàn VNPT cũng đã bắtđầu triền khai mạng MAN-E từ cuối năm 2006 và cung cấp dịch vụ này trên toàn

bộ các Tỉnh/Thành Phố cả nước

Bên cạnh đó, yêu cầu về năng lực mạng backhaul ngày càng tăng mạnh, sau đây

là số liệu đưa ra của một số tổ chức:

(Nguồn: Analysys Research)

Hình III-7: So sánh lưu lượng mạng Mobile với chi phí và lợi nhuận

Đánh giá lưu lượng voice, data với chi phí và lợi nhuận

Trên thực tế, thiết bị chuẩn Ethernet cũng rẻ hơn các ATM switches

Theo nghiên cứu Reseach Report “The future of ATM and BroadbandNetworking” của International Engineering Consortium:

- 100-Mbps Ethernet switches: $4,000-$7,000; ATM LAN switches:

Khi triển khai mạng IP, phải quan tâm nhiều hơn đến vấn đề bảo mật cho mạng

so với mạng TDM bởi một số lý do sau:

- Sự tăng kết nối từ các NodeB, không chỉ kết nối đến RNC mà còn cả các

III.3 Các yêu cầu chất lượng đối với mạng truy nhập vô tuyến toàn IP

Xuất phát từ yêu cầu khắt khe về chất lượng của hệ thống mạng thông tin diđộng cũng như đáp ứng yêu cầu của khách hàng, mạng truy nhập vô tuyến toàn IPcũng cần phải có những yêu cầu riêng

Để cung cấp chất lượng dịch vụ qua mạng IP, mạng phải thực hiện hai nhiệm

cụ cơ bản:

(1) Phân biệt các luồng lưu lượng hoặc các kiểu dịch vụ để người sử dụng đưa cácứng dụng vào các lớp hoặc các luồng lưu lượng phân biệt với các ứng dụng khác.(2) Phân biệt các lớp lưu lượng bằng các nguồn tài nguyên và cách cư xử đối vớicác dịch vụ khác nhau trong một mạng

Nhiệm vụ (1) thường được thực hiện bởi thiết bị của người sử dụng mạng vàtại giao diện giữa mạng và mạng Nhiệm vụ (2) được thực thiện bởi các bộ địnhtuyến mạng Khả năng thực hiện nhiệm vụ (2) là sự khác biệt giữa các công nghệmạng, nó thể hiện các đặc điểm ưu việt và nhược điểm của các giải pháp côngnghệ khác nhau

Các dịch vụ được cung cấp trên mạng di động end-to-end từ đầu cuối tới đầucuối; mạng di động bao gồm backhaul như là cơ sở hạ tầng truyền tải cho các dịch

vụ này Mỗi dịch vụ có thể được gán vào một lớp lưu lượng nào đó và có sự ưutiên, sắp xếp riêng sử dụng Class of Service (CoS) Mạng truyền dẫn mobilebackhaul cần có thể nhận ra các thiết lập CoS, thực hiện đánh dấu lại các gói nếucần thiết, thứ tự ưu tiên giữa các gói và đặt cơ chế CoS cho các luồng lưu lượngkhác nhau

Bên cạnh đó, yêu cầu chất lượng dịch vụ đối với các dịch vụ khác nhau cũngkhác nhau Ví dụ như ứng dụng E-mail: đặc điểm của dịch vụ này là không tứcthời (off-line) - tất cả các yêu cầu gửi đi không đòi hỏi phải được xử lý ngay lậptức và không đòi hỏi yếu tố thời gian thực do vậy yêu cầu QoS đòi hỏi không quá

lớn Khi mạng xảy ra tắc nghẽn các mail có thể ngừng chuyển đi mà có thể đợi khimạng rỗi trở lại thì thực hiện truyền đi Tuy nhiên một yêu cầu đối vơi E-mail đó

là độ tin cậy, các gói gửi đi phải đảm bảo đến đích và nội dung cần phải chính xáchòan toàn Do vậy đòi hỏi mạng không bị mất gói, hoặc khi có xẩy ra mất gói thìphải có cơ chế truyền lại an toàn do vậy E-mail sử dụng TCP Dịch vụ FTP cónhững yêu cầu giống với dịch vụ E-mail về chất lượng truyền dẫn, nó không đòihỏi nhiều về độ trễ hay jitter, các file có thể đến đích nhanh khi có nhiều băngthông hay chậm khi băng thông bị hạn chế nhưng quan trọng các gói nhận đượcphải đầy đủ và không có lỗi FTP cũng sử dụng giao thức TCP để khi có mất góihay lỗi gói thì có sự truyền lại

Đối với mạng IP nói chung và truy nhập vô tuyến toàn IP nói riêng thì việcđảm bảo các chỉ tiêu KPI như: Delay, Jiiter, Packet Loss, Availability nằm trongphạm vi cho phép là hết sức quan trọng Theo khuyến nghị của ITU-T Y.1731, chỉtiêu cho mạng IP mobile backhaul như sau:

III.4 Các nhân tố tác động đến tham số chất lượng

Một số nguyên nhân gây tác động đến băng thông có thể do tắc nghẽn mạng,

sự thay đổi của môi trường truyền

Trễ phụ thuộc vào khoảng cách địa lý giữa người gửi và người nhận, phụ thuộc vào công nghệ truyền tải bên dưới cũng như khả năng xử lý tại các nút mạng khi gói tin đi qua Nếu mạng ổn định, đường đi giữa phía gửi và nhận khôngthay đổi trong phiên truyền thì trễ tối thiểu chính bằng tổng trễ do các nguyên nhân trên ứng với đường đi ngắn nhất giữa 2 điểm này Sự biến động của mạng làm cho đường đi thay đổi hay trễ trên từng chặng thay đổi (ví dụ do nút mạng xử

lý nhiều nên trễ ) làm cho trên từ phía gửi tới phía nhận thay đổi đó chính là một yếu tố gây ra biến động trễ (jitter)

Jitter sinh ra bởi đặc tính truyền nhận phi kết nối trên mạng IP, các gói tin từ một nguồn có thể đến đích theo các đường đi khác nhau, sự thay đổi đặc trưng trễ trên các tuyến này sẽ gây ra jitter Nghẽn mạng cũng là một nguyên nhân sinh ra jitter

Bản chất của mạng IP là mạng phi kết nối, các gói tin có thể bị bỏ đi giữa chừng khi trễ quá thời gian cho phép, do việc xử lý tại nút mạng nào đó quá tải, domạng bị nghẽn, do thiết bị vật lý hỏng, do không tìm được đường đi đến đích hay

do nhiễu làm thay đổi giá trị của các bit dữ liệu, đây là các nguyên nhân tác động đến tham số packet loss

IV Các giải pháp đảm bảo QoS cho mạng truy nhập vô tuyến toàn IP

Chuyển mạch gói IP yêu cầu một mô hình mới cho việc quản lý chất lượngdịch vụ QoS Triển khai các dịch vụ thông tin di động trước đây dưa trên cơ sởcấp phát các tài nguyên băng thông tĩnh, các kênh riêng biệt được cấp cùng vớibăng thông được đảm bảo cho việc kiểm soát, quản lý, thoại và các dịch vụ dữ

liệu Sự dịch chuyển sang chuyển mạch gói vốn đã được giới thiệu các mô hìnhghép kênh tĩnh Miễn là các ứng dụng biểu thị lưu lượng tới mạng theo một kiểunhất quán, hoạt động của mạng là có thể dự đoán và kiểm soát được Động cơ là

để khai thác các thuộc tính ghép kênh tĩnh của chuyển mạch gói để giữ sự phân bổtài nguyên băng thông Thay vì cấp riêng tài nguyên cho mỗi dịch vụ hoặc chứcnăng, băng thông được chia sẻ giữa nhiều dịch vụ hoặc chức năng

Để thực hiện hiệu quả, các yêu cầu băng thông cao điểm phải được thống kê vàghép vào một tài nguyên băng thông chung Nếu tải tổng hợp cung cấp khôngvượt quá tài nguyên băng thông được chia sẻ một khoảng thời gian xác định, cácứng dụng có thể hoạt động mà không yêu cầu băng thông chuyên biệt; tuy nhiên,không phải tất cả các ứng dụng được tạo ra bằng nhau Chất lượng dịch vụ QoS làcần thiết trong các mạng chuyển mạch gói để quản lý hoạt động tạm thời của cácứng dụng và để đảm bảo các tài nguyên băng thông được cấp phát công bằng, điềunày thông thường được xác định mức độ ưu tiên tùy theo từng nhà mạng cho phùhợp với công việc kinh doanh, nhu cầu khách hàng

Đảm bảo chất lượng mạng truy nhập vô tuyến toàn IP bao gồm các vấn đề: chất lượng mạng truyền dẫn IP backhaul, chất lượng dịch vụ bằng việc ứng dụng các cơ chế phân lớp dịch vụ, kỹ thuật quản lý lưu lượng nhằm mang lại chất lượngdịch vụ tốt nhất cho khách hàng

Các kỹ thuật quản lý lưu lượng bao gồm: Phần lớp và đánh dấu, Policing và shaping, Tránh tắc nghẽn, quản lý tắc nghẽn, định tuyến QoS, dành trước băng thông

Trong phạm vi đề tài này, tác giải đi sâu nghiên cứu phần phần lớp dịch vụ, định tuyến QoS và một số cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng truy nhập

vô tuyến IP

IV.1 Khái niệm về chất lượng dịch vụ

Chất lượng dịch vụ là một vấn đề rất khó cho sự định nghĩa chính xác, bởi vìnhìn từ góc độ khác nhau ta có quan điểm về chất lượng dịch vụ khác nhau Ví dụ như với người sử dụng dịch vụ thoại chất lượng dịch vụ cung cấp tốt khi thoại được rõ ràng, tức là chúng ta phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến động trễ.Nhưng giá trị tham số mất gói thông tin về một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể chấp nhận được

Nhưng giả dụ, đối với khách hàng là người sử dụng trong truyền số liệu ở ngân hàng thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, họ có thể chấp nhận trễ lớn, độ biến động trễ lớn, nhưng thông số mất gói, độ bảo mật kém thì họ không thể chấp nhậnđược v.v

Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng Nhà cung cấp dịch vụ mạng đảmbảo QoS cung cấp cho người sử dụng, và thực hiện các biện pháp để duy trì mức QoS khi điều kiện mạng bị thay đổi vì các nguyên nhân như nghẽn, hỏng hóc thiết

bị hay lỗi liên kết, v v QoS cần được cung cấp cho mỗi ứng dụng

Chất lượng dịch vụ chỉ có thể được xác định bởi người sử dụng, vì chỉ người sửdụng mới có thể biết được chính xác ứng dụng của mình cần gì để hoạt động tốt Tuy nhiên, không phải người sử dụng tự động biết được mạng cần phải cung cấp những gì cần thiết cho ứng dụng, họ phải tìm hiểu các thông tin cung cấp từ ngườiquản trị mạng và chắc chắn rằng, mạng không thể tự động đặt ra QoS cần thiết cho một ứng dụng của người sử dụng Để giải quyết vấn đề đó nhà cung cấp và khách hàng họ lập ra một bản cam kết, trong đó nhà cung cấp phải thực hiện đầy

đủ cung cấp các thông số thoả mãn chi tiết bản cam kết đặt ra Còn phía đối tác cũng phải thực hiện đầy đủ điều khoản của mình Nếu một mạng được tối ưu hoàntoàn cho một loại dịch vụ, thì người sử dụng ít phải xác định chi tiết các thông số QoS Ví dụ, với mạng PSTN, được tối ưu cho thoại, không cần phải xác định băngthông hay trễ cần cho một cuộc gọi Tất cả các cuộc gọi đều được đảm bảo QoS như đã được quy định trong các chuẩn liên quan cho điện thoại

Nếu nhìn từ góc độ mạng thì bất cứ một mạng nào cũng bao gồm: Hosts (chẳng hạn như: Servers, PC…); Các bộ định tuyến và các thiết bị chuyển mạch; đường truyền dẫn.

Nếu nhìn từ khía cạnh thương mại:

- Băng thông, độ trễ, jitter, mất gói, tính sẵn sàng đều được coi là tài nguyên của mạng Do đó với người dùng cụ thể phải được đảm bảo sử dụng các tài nguyên một cách nhiều nhất

QoS là một cách quản lý tài nguyên tiên tiến của mạng để đảm bảo có một chính sách ứng dụng đảm bảo

Vậy sự định nghĩa chính xác QoS là rất khó khăn nhưng ta có thể hiểu chúng gần như là khả năng cung cấp dịch vụ (ở lớp phần tử mạng, vvv ) đưa ra cho khách hàng thông qua những yêu cầu chính xác (trên khả năng thực tế hay lý thuyết) có thể đáp ứng dựa trên bản hợp đồng về thoả thuận lưu lượng Sự định nghĩa khuôn dạng của nó kết thành chất lượng dịch vụ của lớp mạng do sự phân phát chất lượng dịch vụ của peer-to-peer (ngang hàng) edge-to-edge (biên tới biên) hay end-to-end (đầu cuối tới đầu cuối) Lẽ tự nhiên những yêu cầu này có thể thay đổi từ phía ứng dụng cho ứng dụng hay từ phân phối dịch vụ

Vậy trong tất cả những điều đã nêu về cấp QoS, đảm bảo chất lượng và Service Level Agreement SLA thỏa thuận mức độ dịch vụ, để thoả mãn ta phải làm như thế nào? Vấn đề là bản chất định hướng IP là một mạng nỗ lực tối đa do đó

“không tin cậy" khi yêu cầu nó đảm bảo về QoS Cách tiếp cận gần nhất để các nhà cung cấp dịch vụ IP có thể đạt tới đảm bảo QoS hay SLA giữa khách hàng và ISP là với dịch vụ mạng IP được quản lý Thuật ngữ được quản lý ở đây là bất cứ cái gì mà nhà cung cấp dịch vụ quản lý thay mặt cho khách hàng, điều đó cũng làm nâng cao được chất lượng dịch vụ

IV.2 Giải pháp phân lớp dịch vụ, chất lượng dịch vụ

a Phân lớp dịch vụ

Phân lớp dịch vụ là một loại kỹ thuật hay phương thức được sử dụng để đảm bảo chất lượng trong mạng CoS là một cách phân lớp, ưu tiên các gói dữ liệu dựa bào loại ứng dụng (thoại, video, email), theo cấp độ người dùng (VIP hay bình thường), hoặc cách phân loại khác

Có 3 kỹ thuật phân lớp dịch vụ cơ bản đó là: 802.1p Layer 2 Tagging, Type of Service (ToS) và Diffirentiated Services (Diffserv)

802.1p và ToS sử dụng 3 bits ở layer 2 packetheaher để xác định sự mức độ ưu tiên; 802.1p không có dự trữ băng thông

Trên các mạng Ethernet, việc đánh dấu ưu tiên đều được nhúng bên trong các thẻ VLAN Các VLAN và các thẻ VLAN lại được định nghĩa bởi chuẩn 802.1Q, chuẩn chỉ định một trường ưu tiên 3 bít, nhưng lại không chỉ định cách sử dụng trường ưu tiên này như thế nào Đây chính là vai trò của chuẩn 802.1P

802.1P định nghĩa các lớp ưu tiên khác nhau có thể được sử dụng kết hợp với chuẩn 802.1Q Tuy nhiên 802.1Q để mặc lại việc đánh dấu ưu tiên cho quản trị viên, chính vì vậy bạn không cần trung thành một cách kỹ thuật với các quy tắc của 802.1P nhưng chuẩn 802.1P lại đang là chuẩn được mọi người chấp thuận Mặc dù ý tưởng sử dụng các chuẩn 802.1P để cung cấp sự đánh dấu lớp 2 nghe có

vẻ mang tính lý thuyết nhưng việc đánh dấu quả thực có thể được định nghĩa thông qua các thiết lập chính sách nhóm Chuẩn 802.1P cho phép 8 lớp ưu tiên khác nhau (từ 0 đến 7) QoS sẽ xử lý các gói có các lớp ưu tiên cao hơn sẽ có độ

ưu tiên trong phân phối cao hơn

Diffserv (Dịch vụ phân biệt):

QoS thực hiện đánh dấu mức ưu tiên ở cả lớp 2 và lớp 3 trong mô hình tham chiếu 7 lớp OSI Điều này giúp bảo đảm rằng các ưu tiên sẽ được thực hiện thông qua toàn bộ quá trình phân phối gói dữ liệu Ví dụ các switch làm việc ở lớp 2 trong mô hình OSI nhưng các router lại làm việc ở lớp 3 Chính vì vậy, nếu các

gói chỉ sử dụng đánh dấu ưu tiên 802.1p thì chúng sẽ được ưu tiên bởi các bộ switch của mạng còn sẽ bị bỏ qua hoàn toàn đối với các router Để tránh hiện tượng này, QoS sử dụng giao thức Differentiated Services (dịch vụ phân biệt, đôi khi còn được gọi là giao thức Diffserv) để ưu tiên lưu lượng ở lớp 3 trong mô hìnhOSI Việc đánh dấu mức ưu tiên Diffserv được nhóm trong header IP của mỗi gói bằng giao thức TCP/IP

Kiến trúc sử dụng bởi Diffserv lúc đầu được định nghĩa bởi RFC 2475 Mặc dù vậy, nhiều thông số kỹ thuật của kiến trúc đã được viết lại trong RFC 2474 RFC

2474 định nghĩa kiến trúc Diffserv cho cả IPv4 và IPv6 Mặc dù Diffserv hoàn toàn đã được định nghĩa lại nhưng nó vẫn có khả năng tương thích với các thông

số kỹ thuật RFC 2475 gốc Điều này có nghĩa rằng các router cũ trước đây không

hề hay về các thông số kỹ thuật mới vẫn có thể hiểu được các ưu tiên được gán Việc thực thi Diffserv hiện hành đang sử dụng một octet (bộ tám số) Type of Service (TOS) của mỗi gói để lưu giá trị của Diffserv (đôi khi vẫn được biết đến như giá trị DSCP) Bên trong octet này, 6 bit đầu tiên lưu giá trị DSCP và hai bit cuối cùng chưa được sử dụng (để dành) Lý do tại sao việc đánh dấu lại tương thích với các thông số kỹ thuật RFC 2475 là vì RFC 2475 yêu cầu ba bit đầu tiên của cùng bộ octet này được sử dụng cho thông tin về thứ tự IP Nên mặc dù các giá trị DSCP có chiều dài 6 bit nhưng 3 bit đầu tiên vẫn được dành cho thứ tự IP.Các dịch vụ được cung cấp trên mạng di động end-to-end từ đầu cuối tới đầu cuối; mạng di động bao gồm backhaul như là cơ sở hạ tầng truyền tải cho các dịch

vụ này Mỗi dịch vụ có thể được gán vào một lớp lưu lượng nào đó và có sự ưu tiên, sắp sếp riêng sử dụng Class of Service (CoS) Mạng truyền dẫn mobile

backhaul cần có thế nhận ra các thiết lập CoS, thực hiện đánh dấu lại các gói nếu cần thiết, thứ tự ưu tiên giữa các gói và đặt cơ chế CoS cho các luồng lưu lượng khác nhau

Các mạng backhaul cần phải có khả năng hỗ trợ các loại lưu lượng chính: voice, video, network signaling/management, và best-effort data với yêu cầu độ mất gói thấp Do đó, các cơ chế CoS cần phải được xác định và duy trì tại mỗi node mạng.

Các chuẩn công nghệ di động định nghĩa các lớp có thể sử dụng cho phân lớp lưu lượng nhưng không bắt buộc số lượng bao nhiêu lớp phải sử dụng Số lượng phân lớp dịch vụ phụ thuộc vào các nhà mạng triển khai và lưu lượng thực tế Nhìn chung, sự khác nhau giữa các loại lưu lượng được thực hiện bởi việc đánh dấu và ưu tiên các gói : “High” , “Medium”, “Low” phụ thuộc vào loại lưu lượng

Có 4 lớp lưu lượng được định nghĩa bởi 3GPP.TS.23.107 cho công nghệ UMTS, tùy thuộc vào các yêu cầu về chất lượng dịch vụ Những lớp lưu lượng này có thể được chia sẻ giữa các luồng lưu lượng di động – cố định và tất cả ưu tiên phụ thuộc vào đánh dấu CoS Các lớp khác nhau có thể được tách hoặc tổng hợp tại mỗi nút trong mạng backhaul hay mạng lõi Mỗi nút mạng có thể được phân lớp gói dựa vào chuẩn 802.1p DSCP hay EXP, các mức độ chi tiết có thể được thêm bởi các luồng lưu lượng ưu tiên khác nhau trong một lớp lưu lượng

Lưu lượng hai chiều như VoIP, hội nghị truyền hình yêu cầu độ trễ thấp được khai báo vào lớp Conversational, lưu lượng đơn hướng như streaming video được phân vào lớp Streaming Lớp Interactive có thể được sử dụng cho các ứng dụng TCP như HTTP, Telnet Lớp lưu lượng Background có thể bao gồm tổng hợp cả lưu lượng ở mức ưu tiên thấp và các ứng dụng dữ liệu.

b Một số cơ chế, kỹ thuật hỗ trợ đảm bảo QoS

MPLS (công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức): được thực hiện ở lớp 2,5 bên dưới lớp IP trong chồng giao thức Internet, cơ chế chuyển mạch nhãn này có

Cơ chế dịch vụ tích hợp (Intserv): Mô phỏng lại như mạng chuyển mạch kênh trước đây, nó sử dụng nguyên tắc đặt chỗ trước dùng giao thức RSVP Nó hướng việc giám sát QoS theo luồng (flow) nghĩa là các kênh truyền được thiết lập và giám sát trong quá trình hoạt động Intserv yêu cầu các ứng dụng đưa ra các tham

số cho phiên liên lạc thông qua yêu cầu phục vụ IntServ được đề cập trong RFC

1633, RFC 2212 và RFC 2215 Trong kiến trúc Intserv, giữa các đầu cuối liên lạc phải tồn tại giao thức trao đổi định tài nguyên nên phải xử lý qúa nhiều làm cho

nó khó có khả năng mở rộng để thích hợp với mạng lõi (nhất là mạng core là internet)

Cơ chế dịch vụ phân biệt (DiffServ): Kiến trúc DiffServ này tiếp cận theo hướng

xử lý QoS tại các hop (PHB) mà không phải dựa trên luồng như intserv Trong môhình Diffserv, các gói đến từ các nguồn khác nhau thuộc cùng lớp (class) sẽ được ghép đi chung trên một luồng, luồng này sẽ được đánh dấu mức ưu tiên dùng trường ToS trong IPV4 hay trường traffic-class trong IPV6 Diffserv được đề cập trong RFC 2474 và RFC 2475 Diffserv ra đời cũng một phần nhằm khắc phục nhược điểm trong tính mở của Intserv, nó có khả năng thích nghi với các mạng lõilớn cũng như liên mạng

Hình IV-8: Mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ Inserv

Hình IV-9: Mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ Diffserv

Intserv, Diffserv cũng có thể kết hợp với công nghệ MPLS để hướng tới giải quyết các vấn đề về QoS Hình II-3 minh hoạ việc ứng dụng intserv/diffserv, MPLS trong một khiến trúc đảm bảo E2E QoS trong mạng IP:

Hình IV-10: Ứng dụng Intserv, diffserv, MPLS trong kiến trúc đảm bảo E2E QoS

Trong một cơ chế QoS liên quan đến nhiều thành phần mạng khác nhau nêncần có các thông tin trao đổi đồng bộ hoạt động Các giao thức mang các thông tintrao đổi trong cơ chế QoS là các giao thức QoS, một ví dụ của giao thức QoS là giao thức giành trước tài nguyên (RSVP) Giao thức RSVP được sử dụng trong Inserv và MPLS để thiết lập các luồng truyền dữ liệu đồng thời giám sát QoS cho

Các kiến trúc, cơ chế hay giao thức báo hiệu trên đây thường liên quan đến một mạng gồm nhiều phần tử tham gia Tuy nhiên, mỗi thành phần trong mạng này cũng phải thực hiện các kỹ thuật quản lý QoS tại nội tại của nó để hỗ trợ QoS cho các lưu lượng được truyền qua nút đó, một số kỹ thuật này bao gồm: Phân lớp

và đánh dấu (Classification and marking), Policing và shaping, Tránh tắc nghẽn (Congestion-avoidance), Quản lý tắc nghẽn (Congestion-management), Định tuyến QoS (QoS routing), Dành trước băng thông (Bandwidth Reservation), Kiểmsoát cuộc gọi vào mạng (Call Admission Control )

Hình sau minh hoạ việc sử dụng các kỹ thuật này trong thiết bị thực hiện chức năng của một nút mạng:

Sử dụng các kỹ thuật về QoS tại mỗi nút mạngCác gói khi đi vào mạng đầu tiên phải được phân biệt với nhau để có cách đối xử thích hợp gọi là sự phân lớp (Classification)

Đánh dấu (marking) phân biệt các danh giới lưu lượng trong cùng lớp (ví dụ gói nào tuân thủ hay vi phạm các quy định về sử dụng băng thông) nhằm báo cho các bước xử lý sau đó có cách đối xử khác nhau với các gói được đánh dấu này

Gói tin vào mạng có thể chưa được đánh dấu, đã được đánh dấu nhưng đánh dấu chưa đúng hoặc đã được đánh dấu đúng Trong 2 trường hợp đầu gói cần được

đánh dấu lại (re-marked) Sau bước đánh dấu, bước tiếp theo sẽ là quá trình phân lớp dựa trên sự đánh dấu này Tại thời điểm này, gói có thể bị loại bỏ bởi policer (VD nếu nó vi phạm quy định về SLA) hoặc bởi một cơ chế chống tắc nghẽn (VDloại bỏ sớm các gói vì bộ đệm gần bị đầy) Các gói không bị loại bỏ sẽ được đưa vào hàng đợi để đợi truyền đi

Đường đi đến đích được xác định bởi chức năng định tuyến QoS, ở đây việc tìm đường phải căn cứ trên yêu cầu ràng buộc QoS để tìm được đường đi thích hợp nhất, đầu ra của việc định tuyến QoS sẽ là các cổng ra của nút mạng nơi gói tin sẽ được truyền đi Cuối cùng, gói tin được đánh lịch truyền trên các tuyến ra, tại các đầu ra này cơ chế shaping có thể được sử dụng nhằm điều khiển các luồng

ra đảm bảo tuân thủ về tốc độ quy định bởi SLA trước khi tới đầu vào của một nútmạng khác tiếp theo Các kỹ thuật trên đã chứng minh tính hiệu quả trong thực tế của việc bảo vệ các luồng dữ liệu thời gian thực với các dữ liệu best-effort nhưng chúng lại không thể bảo vệ giữa các ứng dụng thời gian thực với nhau (chẳng hạn giữa 2 luồng dữ liệu voice) Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng cơ chế kiểm soát đầu vào (Connection Admission Control-CAC) nhằm thực hiện việc quyết định liệu cho phép hay không cho phép các luồng dữ liệu mới được thiết lậptrong mạng

IV.3 Giải pháp định tuyến IP

Chức năng cơ bản của định tuyến là tìm đường đi trong một mạng thoả mãnràng buộc Trong định tuyến QoS thì việc tìm đường không chỉ với thoả mãn một ràng buộc mà cần thoả mãn nhiều ràng buộc khác nhau

Một số yêu cầu cơ bản của các thuật toán định tuyến QoS: Hiệu quả và có tính khả mở thích nghi với mạng lớn; độ phức tạp không quá lớn hơn các thuật toán đang được dùng hiện nay; phù hợp với kiến trúc hiện tại của Internet để có

Trong các yêu cầu trên, một vài trong số chúng có thể xung đột với các yêu cầu khác, vd: một mặt mong muốn các thuật toán hiệu quả và thuật toán có tính khả mở để dùng cho mạng IP lớn như Internet, mặt khác những thuật toán này phải không quá phức tạp.

Định tuyến là một bài toán phức tạp và yêu cầu các tài nguyên tính toán lớn Tuy nhiên, tài nguyên của các nút mạng thường hữu hạn vì vậy trong thực tế người ta thường sử dụng các phép heuristic để đơn giản bớt bài toán để dò tìm nghiệm

Trong mạng truy cập vô tuyến toàn IP, có thể sử dụng một số giao thức định tuyến như VRRP/HSRP; BFD để đảm bảo an toàn chất lượng mạng

a Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP)

VRRP là giao thức chuẩn được định nghĩa trong RFC 2338, cung cấp khả năng Redundancy ở layer 3 cho các host trong network; với một số đặc điểm chính sau:

o VRRP tạo ra một gateway dự phòng từ một nhóm các router Router active được gọi là master router, tất cả các router còn lại đều trong trạng thái backup Router master là router có độ ưu tiên cao nhất trong nhóm VRRP

o Chỉ số nhóm của VRRP thay đổI từ 0 đến 255; độ ưu tiên của router thay đổI từ 1 cho đến 254 (254 là cao nhất, mặc định là 100)

o Địa chỉ MAC của router ảo sẽ có dạng 0000.5e00.01xx, trong đó xx là một

số dạng thập lục phân chỉ ra số của nhóm

o Các quảng bá của VRRP được gửi mỗi chu kỳ một giây Các router backup

có thể học các chu kỳ quảng bá từ router master

o Mặc định, tất cả các VRRP router được cấu hình theo chế độ pre-empt Nghĩa là nếu có router nào có độ ưu tiên cao hơn độ ưu tiên của router master thì router đó sẽ chiếm quyền

o VRRP không có cơ chế để theo dõi một cổng của router

o VRRP dùng địa chỉ multicast 224.0.0.18, dùng giao thức IP 112 VRRP có trong router IOS phiên bản Cisco IOS Software Release 12.0(18)ST.

b Hot Standby Routing Prototocol (HSRP )

Một network được cung cấp tính năng High Availability nghĩa là các cơ sở

hạ tầng mạng hay các server quan trọng trong network đó luôn luôn ở trong trạng thái có thể được truy cập đến vào bất kỳ thời điểm nào

HSRP là một trong những số tính năng cung cấp khả năng Redundancy ở layer 3 cho các host trong network HSRP sẽ tối ưu hóa việc cung cấp các đường kết nối khi phát hiện một đường link bị fail và những cơ chế phục hồi sau khi ta gặp sự cốtrong mạng Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) và Gateway Load Balancing Protocol (GLBP) cũng là những giao thức cung cấp khả năng

Redundancy ở layer 3 VRRP là một giao thức standard GLBP là giao thức của Cisco Nó được cải tiến từ VRRP và cung cấp thêm tính năng cân bằng tải

Trước tiên ta cần phải hiểu một số khái niệm có liên quan đến quá trình

routing như sau:

1.Sử dụng Default Gateway

Một máy tính trong mạng để có thể đi đến các đường mạng khác nhau thì

đã được cấu hình định tuyến.

Trong mô hình bên dưới Router A có chức năng routing các packet nó nhận được đến subnet A Còn router B có chức năng routing đến subnet B Nếu như Router A

bị hỏng hóc không có còn sử dụng được nữa thì các cơ chế định tuyến động sẽ tính toán lại và quyết định Router B sẽ là thiết bị chuyển tiếp gói tin thay thế cho router A

Nhưng PC A thì không thể nào nhận biết được thông tin định tuyến này được Ở các PC ta thường chỉ cấu hình duy nhất một default gateway IP và địa chỉ IP này

sẽ không thay đổi khi mô hình mạng của ta thay đổi Như vậy dẫn đến trường hợp

là PC A không thể gửi traffic đi đến các host thuộc các đường mạng khác trong

mô hình mạng

Nếu như một router nào đó dự phòng và hoạt động giống như default gateway chosegment đó thì ta không cần phải cấu hình lại địa chỉ IP default gatway cho các PC

2 Proxy ARP

Cisco IOS sử dụng proxy Arp để cho phép các host mà nó không có tính năng định tuyến có thể lấy được địa chỉ Mac address của gateway để có thể

forward packet ra khỏi local subnet Ví dụ như trong mô hình trên proxy ARP router nhận được một gói tin ARP request từ một host cho một địa chỉ IP Địa chỉ

IP này không có cùng nằm chung một segment so với host gửi gói tin request Router sẽ gửi về một gói tin ARP với Mac address là của router và IP là địa chỉ

mà máy cần đi đến Như vậy host sẽ gửi toàn bộ tất cả các packet đến địa chỉ IP

đã được phân giải thành Mac address của router Sau đó router lại làm tiếp công việc đẩy gói tin này đi đến địa chỉ IP cần đến

Như vậy với tính năng proxy ARP các end-user station sẽ coi như là các

destination device đã được kết nối đến chính phân đoạn mạng của nó Nếu như router là chức năng proxy ARP bị fail thì các end station vẫn tiếp tục gửi packet đến IP đã được phân giải thành Mac address của fail router Và các packet sẽ bị discard

Thực tế thì Proxy Mac address có thời gian sống nhất định trong bảng ARP cache của máy tính Sau khoảng thời gian này thì workstation sẽ yêu cầu địa chỉ của mộtrouter khác Nhưng nó không thể gửi traffic trong suốt khoảng thời gian này

3 Router Redundancy

Trong HSRP một thiết lập cho các router hoạt động phối hợp với nhau để

một router ảo IP address ảo được cấu hình như là default gateway cho các máy trạm trong một segment Khi những frame được gửi từ một máy trạm đến đến default gateway, các máy trạm dùng cơ chế ARP để phân giải MAC address với địa chỉ IP default gateway Cơ chế ARP sẽ được trả về bằng Mac address của virtual router Các frame gửi đến Mac address ảo và sau đó frame này được xử lý tiếp tục bởi active hoặc là standby router trực thuộc group router ảo mà ta đang cấu hình.

Một hay nhiều router sử dụng giao thức này để quyết định router vật lý nào sẽ có trách nhiệm xử lý frame được gửi đến địa chỉ IP ảo và địa chỉ Mac ảo Các máy trạm sẽ gửi traffic đến router ảo Một router thật sẽ có trách nhiệm forward traffic này đi tiếp tuy nhiên router thật này trong trạng thái transparent so với các máy trạm ở đầu cuối.Giao thức redundacy này cung cấp cho ta một cơ chế để quyết định router nào sẽ ở vai trò active trong việc forward traffic và router nào sẽ ở vai trò standby

Khi một forwarding router bị fail thì quá trình chuyển đổi sẽ diễn ra như sau Khi standby router không còn nhận được gói tin hello từ một forwarding router.Sau đó standby router sẽ giả định vai trò của nó lúc này là forwarding router Lúcnày quá trình truyền frame của PC sẽ không bị ảnh hưởng gì bởi vì router đang ởtrạng thái forwarding sẽ dùng IP address ảo vào Mac address như lúc ban đầu