Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ trong MPLS

Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ trong MPLS

Công nghệ Viên thông >>> _

ĐỊNH TUYẾN BAM BAO CHAT LUONG

DISH VO TRONS MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là công

nghệ để xuất cho mạng lối, nên yêu cầu đối với các

cơ chế định tuyến trong MPLS cần phải đảm bảo

tốc độ tính toán nhanh nhất và đạt hiệu năng tổng

thể cho nhiều luồng lưu lượng khác nhau Hơn

nữa, cải thiện hiệu năng định tuyến luôn là một

bài toán được quan tâm hàng đầu trong mạng Bà}

viết này giới thiệu và phân tích một số thuật toán

cũng như giới thiệu một số hướng tiếp cận nhằm

cải thiện hiệu năng định tuyến QoS trong mạng

MPLS

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Chất lượng dịch vụ (QoS) là một trong những yếu tố

quan trọng nhất để thúc đẩy MPLS và nó luôn là một

vấn đề lớn đối với kỹ thuật định tuyến không chỉ

trong mang MPLS MPLS giải quyết bài toán QoS

tương tự như mô hình phân biệt dịch vụ (Differs)

trong IP, bằng cách hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên cơ

sở phân loại các luồng lưu lượng tại biên mạng Các

tham số ràng buộc về QoS của kết nối thường được

đánh giá qua mức độ đảm bảo băng thông tối thiểu,

độ trễ/ trượt và tỉ lệ mất thông tin Mục tiêu cơ bản

của kỹ thuật định tuyến QoS là tìm ra một đường có

khả năng đảm bảo các điều kiện ràng buộc của đấu

nối và thậm chỉ để loại bỏ một số đấu nối khác

Một mô hình trạng thái mạng QoS thường được biểu

diễn dưới dạng một đồ thị G(V,E) Trong đó V thể

hiện cho các nút và E là các liên kết Lưu lượng vào

mạng qua nút S¡ và ra qua nút T Mỗi liên kết (ij) có

2 đặc tinh: C¡, là dung lượng liên kết và É,, là lưu lượng

thực tế Gọi R„, = (C¡; — £„) là băng thông dư Một kết

nối có yêu cầu băng thông là d, thì một liên kết được

gọi là kha dụng khi R„; >> dụ Một kết nối mới có thể

được chấp thuận nếu ít nhất tổn tại một đường dẫn

<<<

m ThS Hoàng Trọng Minh khả dụng giữa S; và T,

Một trong các khía cạnh then chốt của kỹ thuật định tuyến trong MPLS là hỗ trợ các đường dẫn hiện (nổi)

dựa trên kỹ thuật chuyển tiếp nhãn, vì vậy thuật toán

định tuyến trong MPLS cho phép lựa chọn các đường dẫn và các tham số chất lượng dịch vụ QoS để có được các kết quả tốt nhất Yêu cầu QoS của kết nối có thể được đưa ra như một tập các điều kiện ràng buộc, các điều kiện này có thể thể hiện rõ rang như các yêu cầu về băng thông tối thiểu từ phía khách hàng, hoặc

không tường mính như các yêu cầu về độ đàn hồi của mạng Trong công nghệ MPLS, việc lựa chọn đường

dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) dựa trên phương pháp tìm đường ngắn nhất với điều kiện ràng buộc (CSPF)

là giải pháp định tuyến động cơ bản trong mạng

MPLS

Định tuyến ràng buộc đảm bảo chất lượng dịch vụ (CSPF) trong MPLS sử dụng một tập thuộc tính của

trung kế lưu lượng [1], tập thuộc tính này liên quan tới tài nguyên và các thông tin trạng thái khác của

mạng Dựa trên các thông tin này, một tiến trình định tuyến ràng buộc trên mỗi nút tự động tính toán tuyến hiện cho mỗi trung kế lưu lượng từ nút đó đi Trong

trường hợp chung, giải pháp để tìm đường dẫn khả

dụng nếu nó tồn tại thường được tiến hành theo hai

bước: Đầu tiên là loại bỏ toàn bộ các tài nguyên mà

không thoả mãn các yêu cầu của trưng kế lưu lượng (kết nối), sau đó chạy thuật toán tìm đường ngắn nhất trên đồ thị còn lại hoặc ngược lại

2 CÁC THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN QoS TRONG

MPLS

Trong phần này, một số thuật toán định tuyến QoS trong mạng MPLS đã được để xuất như: Thuật toán Bước nhảy tối thiểu (Minhop -MHA) [2], thuật toán

bì

TẠP CHÍ BCVT&CNTT KY 1 (1/2006) >>>

Công nghệ Viến thông >>>_

tìm đường ngắn nhất và rộng nhất (Widest Shortest

Path -WSPA) [3], thuật toán tìm đường rộng nhất và

ngắn nhất (SWPA) [4], thuật toán định tuyến nhiễu

tối thiểu MIRA[5] Hầu hết các phương pháp định

tuyến trên đều chạy trên cơ sở thuật toán Dijkstra và

tóm lược các ưu, nhược điểm của thuật toán sẽ được

trình bày dưới đây theo từng thuật toán

Thuật toán bước nhảy tối thiểu (MHA)

Thuật toán bước nhảy tối thiểu là thuật toán đơn giản

nhất nhằm tìm ra một đường dẫn với số bước nhây tối

thiểu từ nguồn tới đích, mặc dù thuật toán này có khả

năng tìm được đường dẫn đáp ứng được yêu cầu

băng thông và có ưu điểm là tính toán nhanh, nhưng

MHA gây ra hiện tượng nghẽn cổ chai tại liên kết tải

lớn trong mạng MHA có khuynh hướng sử dụng

cùng một đường dẫn cho tới khi đạt tới tình trạng bão

hoà trước khi chuyển sang các đường dẫn khác có

mức tải thấp hơn

Thuật toán tìm đường ngắn nhất và rộng nhất

(WSPA)

Thuật toán và rộng nhất WSPA là một thuật toán cải

tiến từ thuật toán bước nhảy tối thiểu nhằm cân bằng

tải lưu lượng mạng Trong thực tế, WSP sử dụng bước

nhảy như là một hệ đo lượng và chọn đường dẫn có

ít bước nhảy nhất thoả mãn các yêu cầu, nếu tổn tạo

nhiều đường dẫn, thuật toán sẽ chọn một đường dẫn

với băng thông còn dư tối đa Tuy nhiên, thuật toán

này vẫn có điểm hạn chế giống như MHA khi lựa

chọn đường dẫn được thực hiện giữa các đường dẫn

ngắn nhất được dùng tới khi bão hoà, hơn nữa thuật

toán không tính tới sự liên quan giữa các yếu tố bước

nhảy và băng thông

Thuật toán tìm đường rộng nhất và ngắn nhất

(SWPA)

Thuật toán SWPA sử dụng băng thông như là một

tham số đo lượng và lựa chọn đường dẫn với băng

thông nghẽn cổ chai tối đa Băng thông nghẽn cổ chai

tối đa của một đường dẫn là băng thông dư tối thiểu

trong tất cả các liên kết của một đường dẫn Nếu có

nhiều hơn một đường dẫn có cùng băng thông dư tối

thiểu, thuật toán sẽ chọn đường có số lượng bước

nhảy ít nhất Nhược điểm của thuật toán này là ưu

<<<

tiên băng thông nhằm tối ưu tải liên kết mà bỏ qua các tham số khác

Thuật toán định tuyến nhiễu tối thiểu (MIRA)

Mục tiêu của thuật toán này là cung cấp đường dẫn

có nhiễu ít nhất với các yêu cầu kết nối đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) trong tương lai giữa các cặp

nguồn - đích khác (S„T;) Thuật toán này giả thiết có một số nhận định về tiểm năng của các cặp nguồn-

đích Nhận định về tiểm năng của cặp ngưồn- đích cho phép định tuyến lưu lượng mới đọc theo các đường dẫn không bị tới hạn bởi yêu cầu trong tương lai, vì vậy nó giảm được các số từ chối yêu cầu kết nối Nhiễu của một đường dẫn có thể được định nghĩa như là sự suy giảm giá trị luồng tối đa của một cặp nguồn đích do vấn đề định tuyến trên cùng một LSP

của các cặp nguồn đích khác Các liên kết tới hạn là

các liên kết khi sứ dụng trong một hướng mới giữa một cặp nguồn-đích, nó làm suy giảm tốc độ luồng tối

đa giữa các cặp khác Nó tính toán đường dẫn ngắn nhất bằng cách đặt giá liên kết là tham số tới hạn và

chạy thuật toán Dijkstra Nhược điểm của thuật toán

này là sử dụng phương pháp tính nhằm đạt được tối

đa số các yêu cầu, vì vậy nó có thể chọn các đường dẫn đài và tải cao thay vì các đường dẫn có số bước

nhảy ngắn nhưng rơi vào tới hạn, điều đó sẽ dẫn tới tải tổng thể của mạng sẽ tăng lên Hơn nữa, khi sử

dung các cặp nguồn — đích để tính các liên kết tới hạn, thuật toán không xác nhận tải thực tế sử dụng trên các

cặp liên kết này, vì vậy mức ảnh hưởng cửa các cặp

liên kết có tải khác nhau là khác nhau Nhược điểm

cuối cùng là MIRA không tính toán cho các yêu cầu

trên cùng một cặp nguồn - đích (trường hợp tự can nhiễu)

3 MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG DINH TUYEN QoS TRONG MPLS

Phân lớn các để xuất trong thời gian gần đây tập trung vào giải quyết các nhược điểm của các thuật

toán hoặc hướng tới giải quyết cân bằng các yếu tố

như chiểu dài đường dẫn, độ khả dụng tối đa và

nhiễu, để đạt được các mục tiêu tương thích động của

thuật toán định tuyến [6]

Một trong các để xuất gần đây theo hướng dam bao

băng thông kết nối trong MPLS, Antonio Capone

be

TẠP CHÍ BCVT&CNTT KỲ 1 (1/2006) >>>

Công nghệ Viên thông >>>

[2003] để xuất giải pháp làm chệch luồng lưu lượng

kết nối thông qua kỹ thuật làm chệch luồng ảo [7] Để

mô tả tốt nhất trạng thái hiện thời của mạng và dự

đoán trạng thái tương lai, giải pháp đưa thêm thông

tin về vị trí của các cặp nguồn-đích sử dụng bởi thuật

toán MIRA, thống kê lưu lượng được đo trực tiếp trên

các cặp kết nối và sử dựng như là một dữ liệu cơ sở để

dự đoán các yêu cầu tiếp theo Giải pháp lệch luồng

ảo không chỉ sử dụng trên số liệu thống kê của các kết

nối thực mà còn sử dụng các kết nối ao để tính toán

phân bố trạng thái giữa các cặp nguồn — đích nhằm

tối ưu luồng tin về phương diện băng thông kết nối

Các kết quả mô phỏng trong [7] cho thấy khả năng

giảm xác suất tắc nghẽn của thuật toán so với các

thuật toán trước đây

Giải pháp cân bằng mục tiêu thường được giải quyết

bằng cách đặt trọng số thích hợp cho các liên kết

[B].Với mục tiêu cân bằng các yếu tố nhiễu và tải, tối

thiểu mức tối đa của độ chiếm dụng liên kết Yếu tố

tải gồm hai thành phân: Tải trên liên kết thực tế và sự

phân bổ liên kết làm tăng độ chiếm dụng tối đa Như

vậy, giá của liên kết có thể được tính trên mô hình đồ

thị G(V,E) trên phần 1 với một số tham số bổ sung

như sau:

Trên mỗi liên kết f; là tải hiện thời, C¿ là dung lượng

liên kết và œ là mức chiếm dụng liên kết hiện thời lớn

nhất Đặt g¿ là tới hạn của liên kết và B là tới hạn lớn

nhất của mạng

Bước khởi tạo đặt tập các tham số F; , œ, g„B về giá trị

zero va cap nhật chúng theo khoảng thời gian yêu cầu

tạo tuyến d, là yêu cầu cuối cùng

Giá liên kết được định nghĩa như sau:

6; = (fy + dị )/ C¡ + Ti* max [0, (fj + dy )/ Cy) - Œ] + Te * (gi /B)

Tụ, T; là các tham số điều hoà sử dụng để cân bằng

giữa các mục tiêu được thể hiện qua 3 thành phần (a),

(b), (c) trong công thức trên

Thuật toán Dijstra lựa chọn tuyến theo giá thấp thất

của các liên kết đi qua, trong giá liên kết đã nêu trên

gồm 3 thành phần: phân (a) là độ chiếm dụng liên kết

sau khi có yêu cầu lưu lượng mới, (b) thể hiện mức

lớn nhất của chiếm dụng liên kết do việc chọn chính

<<<

liên kết này, (c) chính là tới hạn

chuẩn của liên

kết

Như vậy, việc lựa

dựa trên một loạt các yêu cầu ràng buộc và trọng số của liên kết sẽ quyết định tuyến tương ứng với tiêu

chí tối ưu mà mạng yêu cầu theo phương pháp trực

tuyến, lựa chọn tham số điều hòa Tì, T; để thay đổi

trọng số, nhằm tiệm cận với bài toán tương thích động của phương pháp định tuyến động

4 KẾT LUẬN

Kỹ thuật định tuyến đấm bao QoS trong mạng đa dịch vụ luôn là một vấn đề cần quan tâm của các nhà

khai thác và cung cấp dịch vụ mạng Đã có rất nhiều

nghiên cứu được tiến hành và sẽ còn tiếp tục trong tương lai Thông qua bài viết, tác giả mong muốn

cung cấp thông tin cho người đọc một cách nhìn về kỹ

thuật định tuyến QoS trong mạng MPLS, qua các tìm hiểu về các thuật toán hiện đang sử dụng trong mạng MPLS và hai hướng tiếp cận gần đây nhằm nâng cao hiệu năng thuật toán định tuyến

Tài liệu tham khảo

[1] BRUCEDAVIE and YAKOV REKHTER, MPLS Technology and

Applications, Morgan Kaufmann Pulishers, Inc 2000

[2] D.O.AWDUCHE, L.BERGER, D.GAIN, T.LI, G.SWALLOW, and V.SRINIVASAN Extensions to RSVP for LSP Tunnels In Internet Draft draft-ietf-mpls-rsvp-Isp-tunnel-04 txt, September 1999

[3] R.GUERIN, D.WILLIAMS, and A-ORDA, QoS Routing Mechanisms and OSPF Extensions, In Proceedings of Globecom, 1997

[4 ] Z WANG and J CROWCROFT, Quality-of-Service Routing for Supporting Multimedia Applications, IEEE JSAC,14(7):1288-1234, September 1996

{5] MURLI KODIALAM, T.V.LAKSHAM, Minimum interference Routing with Applications to MPLS Traffic Engineering, June 2000

[6] HOANG TRONG MINH, Định tuyến trong chuyển machiP, Tap chi

BCVT, 3-2003

[7] ANTONIO CAPONE, LUI FRATTA, FABIO MARTIGNON, Dynamic

routing of bandwidth guaranteed connections in MPLS networks,

International Jounal on Wireless & Optical Communication Vol.1, No.1 (2003)

k:

TẠP CHÍ BCVT&CNTT KỲ 1 (1/2006) >>>