Đánh giá hiệu năng mạng MPLS TE sử dụng phần mềm mô phỏng opnet

Lý do là các giao thức định tuyến thường 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 không được sử dụng.. Định t

ĐẠI HỌC HUẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

Tiểu luận môn Đánh giá Hiệu năng Mạng:

Đánh giá hiệu năng mạng MPLS-TE sử dụng

2

Mục lục

1 Giới thiệu 3

2 Các khái niệm 4

2.1 Định tuyến IP truyền thống: 4

2.2 Chuyển mạch nhãn MPLS 5

2.3 Kỹ thuật lưu lượng mạng MPLS-TE 6

3 Topology mô phỏng 8

3.1 Kịch bản chỉ có giao thức định tuyến IGP 10

3.2 Kịch bản khi có MPLS-TE 14

4 Kết luận 20

Tài liệu tham khảo 20

3

1 Giới thiệu:

Điểm thành công của Internet ở chỗ các công nghệ của Internet được triển khai và phát triển theo nhu cầu của thị trường Internet không đưa ra các tiêu chuẩn theo kiểu Recommendation như của ITU-T mà đưa ra các RFC (Request For Comments) với mục đích công bố các giải pháp công nghệ đã đạt được và thu thập những đóng góp thêm nhằm hoàn thiện, phát triển sản phẩm đó chứ không bắt buộc phải tuân thủ

Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ Các ISP xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng vẫn không tránh khỏi nghẽn mạch Lý do là các giao thức định tuyến thường 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 không được sử dụng Đây

là tình trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng Internet

Vào thập niên 90, các ISP phát triển mạng của họ theo mô hình chồng lớp (overlay) bằng cách đưa ra giao thức IP over ATM ATM là công nghệ connection-oriented, thiết lập các kênh ảo (Virtual Circuit), tuyến ảo (Virtual Path) tạo thành một mạng logic nằm trên mạng vật lý giúp định tuyến, phân

bố tải đồng đều trên toàn mạng Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về giao thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên Khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càng nhận ra nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải duy trì hoạt động của hai hệ thống thiết bị Sự bùng nổ của mạng Internet dẫn tới xu hướng hội tụ các mạng viễn thông khác như mạng thoại, truyền hình dựa trên Internet, giao thức IP trở thành giao thức chủ đạo trong lĩnh vực mạng Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các router chuyên dụng, dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp, chuyển mạch

đa lớp cho mạng trục Internet

4

Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai

có khả năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạch gói IP Công nghệ MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời kỳ mới

2 Các khái niệm

2.1 Định tuyến IP truyền thống

Trong định tuyến IP truyền thống, bảng định tuyến được xây dựng bởi tất cả các router trong mạng bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến khác nhau như OSPF (Open Shortest Path First), RIP (Routing Information Protocol), IS-IS (Intermediate System – to - Intermediate System) hoặc BGP (Border Gateway Protocol) Mỗi router trong mạng tự quyết định việc định tuyến cho mỗi gói tin IP đến sau khi bảng định tuyến được xây dựng và điều này rất tốn thời gian Một router sẽ kiểm tra bảng định tuyến của một gói tin vừa nhận để xác minh các bước kế tiếp cho các gói dựa trên địa chỉ đích của gói tin được đưa ra trong các tiêu đề IP của gói tin

Một số giao thức định tuyến

Giao thức định tuyến trong (Interior Gateway Protocol – IGP):

Router Information Protocol (RIP)

Open Shortest Path First (OSPF)

Intermediate System to Intermediate System (IS-IS)

Hai giao thức sau đây thuộc sở hữu của Cisco, và được hỗ trợ bởi các router Cisco hay những router của những nhà cung cấp mà Cisco đã đăng

ký công nghệ:

5

Interior Gateway Routing Protocol (IGRP)

Enhanced IGRP (EIGRP)

Giao thức định tuyến ngoài (Exterior Gateway Protocol – EGP):

Exterior Gateway Protocol (EGP)

Border Gateway Protocol (BGP)

Constrained Shortest Path First (CSPF)

2.2 Chuyển mạch nhãn (MPLS)

Mạng MPLS là sự kế thừa và kết hợp của routing thông minh trong mạng IP và chuyển mạch tốc độ cao trong mạng ATM, có cả routing ở layer 3 (IP) và switching ở layer 2 (VPI/VCI của ATM)

MPLS là cơ chế chuyển mạch nhãn do Cisco phát triển và được IETF chuẩn hóa, hỗ trợ khả năng chuyển mạch, định tuyến luồng thông tin một cách hiệu quả

MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp

ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label) MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và MPLS-enable ATM switch ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba, cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau

mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai nào MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng chuyển

2.3 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng MPLS

Kỹ thuật lưu lượng (TE) là một cơ chế đưa ra để kiểm soát luồng của lưu lượng truy cập vào mạng và nó cung cấp khả năng tối ưu hóa các tài nguyên mạng Việc cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) và khả năng kỹ thuật lưu lượng trên Internet ngày càng quan trọng, đặc biệt là hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi thời gian thực Để phục vụ mục đích đó, Internet hiện nay phải được nâng cao với kỹ thuật mới, đó là MPLS đóng vai trò chính trong mạng IP, với tính năng kỹ thuật lưu lượng và QoS

Internet có thể được xem như là một tập các AS (Autonomous System) truyền thông với nhau và chúng sử dụng giao thức EGP (Exterior Gateway Protocol) Giao thức IGP (Interior Gateway Protocol) thực thi trong các AS để cung cấp các kết nối giữa các router Các giao thức định tuyến link – state như

IS – IS và OSPF là giao thức IGP EGP hiện thời được sử dụng là BGP4 Tuy nhiên, giao thức BGP thực thi trong các AS để cung cấp sự truyền thông full – mesh IBGP giữa các IBGP đồng đẳng Các IBGP này có thể không kết nối trực tiếp với nhau, do đó, cần phải có một IGP như OSPF hay IS – IS để cung cấp thông tin định tuyến đích hoặc chặng kế tiếp cho IBGP Các giao thức định tuyến link – state IGP được dùng để phân phối thông tin về tất cả các liên kết trong mạng Mỗi router trong AS dùng các thông tin này để tính toán con đường ngắn nhất đến mọi đích trong mạng bằng thuật toán con đường ngắn nhất Sau đó router xây dựng một bảng chuyển tiếp, kết hợp địa chỉ tiền tố với liên kết của chặng kế tiếp Khi một gói đến một router, bảng chuyển tiếp được

sử dụng, và gói được chuyển tiếp theo con đường đã được chỉ định trong

7

bảng dựa vào địa chỉ IP Cách này tốt trong mạng có mô hình mạng thưa thớt Ngược lại, trong mạng dày đặc, cách tiếp cận này có thể dẫn đến việc mất cân bằng tải Các liên kết không nằm trên con đường đó sẽ không được tận dụng mặc dù lưu lượng mạng đang cao Điều này dẫn đến lãng phí băng thông trên các đường trung kế mặc dù các con đường đó vẫn còn được sử dụng tốt Vấn

đề này được khắc phục bằng việc tính toán lại các metric của liên kết bằng các giao thức định tuyến và áp đặt sự cân bằng tải không cùng giá trị trên các liên kết Tuy nhiên, cách này không cung cấp một sự dư thừa động và không được xem như là đặc điểm của giao thức và khả năng của mạng khi thực hiện định tuyến

Mạng IP đã có điểm yếu là chỉ có một cơ chế điều khiển các luồng lưu lượng là thay đổi metric của đường truyền trong các giao thức IGP như là OSPF Tuy nhiên, cách làm như vậy sẽ làm thay đổi tất cả các gói đi qua liên kết này Các cách này không cung cấp một sự tối ưu động và không được xem

là đặc điểm của lưu lượng và khả năng của mạng khi thực hiện các quyết định định tuyến

Trong mạng kỹ thuật lưu lượng MPLS, bất kỳ con đường chuyển mạch nhãn (LSP) nào cũng đều có thể được thay đổi động từ một con đường tắt nghẽn đến một con đường khác Điều này thể hiện một sự hiệu quả trong mạng IP, bởi vì người quản trị mạng có thể cho mạng hoạt động với khả năng cao nhất trong điều kiện bình thường, và trước khi tắt nghẽn xuất hiện thì một vài lưu lượng có thể dễ dàng được chuyển đi bằng con đường khác Hơn thế nữa, người quản trị mạng có thể sử dụng một thuật toán tổng quát để cung cấp một sự ánh xạ từ các luồng lưu lượng đến đường truyền vật lý mà không thể có được nếu sử dụng các cách trên

MPLS TE cho phép các nhà cung cấp dịch vụ định nghĩa một con đường chính xác, tương tự như định tuyến nguồn, xuyên qua mạng của họ và điều khiển lưu lượng đi trên con đường đó Kỹ thuật lưu lượng cũng thực thi cân bằng tải có chi phí không cân bằng dựa trên CEF trên các đường hầm

8

3 Topology mô phỏng

Trong tiểu luận này tôi sử dụng phần mềm mô phỏng OPNET để đánh giá hiệu năng của mạng sử dụng MPLS-TE Do thời gian có hạn nên tôi chỉ mô phỏng 02 kịch bản sau:

- Kịch bản 01: Chỉ sử dụng định tuyến IGP

- Kịch bản 02: Sử dụng dụng MPLS-TE

Topology cho các kịch bản mô phỏng MPLS-TE trên OPNET như sau:

Hình.1: Topology cho kịch bản mô phỏng

Topology bao gồm 2 khu vực:

- Khu vực nhà cung cấp dịch vụ Service Provider (đám mây đậm màu), bao gồm các Router biên PE1, PE2, các Router lõi CORE1, CORE2, CORE3, CORE4 Liên kết PE1-CORE1-CORE2-PE2 có băng thông 2 Mbps (FastEthernet), liên kết PE1-CORE3-CORE4-PE2 có băng thông 1,5 Mbps (Ethernet) PE1 & PE2 là các LER và Core1, Core2, Core3, Core4 là các LSR

- Khu vực khách hàng, bao gồm các Router biên CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6 được kết nối vào các Router biên PE1 và PE2, cụ thể là CE1, CE2, CE3 kết nối vào PE1, còn CE4, CE5, CE6 kết nối vào PE2 CE1,CE2, CE3, CE4, CE5, CE6 là các router C7200 của cisco

9

Ta tiến hành xây dựng topology mô phỏng trên OPNET

Bước 1 Khởi tạo một Project mới:

Từ cửa sổ chính của phần mềm OPNET: File → New → New Project

Bước 2 Khởi tạo các bộ định tuyến từ cửa sổ Open Object Pallete:

Từ thanh công cụ Topology → Open Object Pallete, cửa sổ Object Palette Tree hiện ra Tìm trong phần Node Models → Fixed Node Models, bộ định tuyến Router C7200 (CS_7206_6s_a2_ae8_f4_tr4_slip16_adv) của Cisco, Trong bộ công cụ MPLS có chứa sẵn LER, LSR, và các công cụ cho MPLS

Hình 2: Object Pallete

Bước 3 Khởi tạo các loại liên kết giữa các bộ định tuyến Trong bộ công

cụ MPLS phần link Models ta chọn các liên kết PPP_DS1, PPP_E1 là các liên kết 1,5Mb và 2Mb Sau khi kết nối các bộ định tuyến bằng các loại liên kết theo đúng Topology đã đưa ra, hoàn thành được Topology trong OPNET như sau:

10

Hình 3: Topo sau khi hoàn thành

Bước 4 Tạo ra các cổng Loopback 0 trên các bộ định tuyến

Ta vào thanh công cụ Protocols → IP → Interfaces → Create Loopback Interface Tích vào dấu chọn All Routers và Configure routing protocols để tạo Loopback cho tất cả các bộ định tuyến và cho phép cấu hình giao thức định tuyến trên cổng Loopback này

Bước 5 Gắn địa chỉ IP cho các giao diện của bộ định tuyến Ta bấm

Ctrl-A để chọn tất cả các thiết bị trên Topology, sau đó trên thanh công cụ Protocols → IP → Addressing → Auto-Assign IPv4 Addresses (việc gắn địa chỉ này có thể thực hiện theo ý muốn và tùy ý bằng cách vào từng phần cấu hình của bộ định tuyến)

Vậy ta đã hoàn thành công việc thiết lập Topology và gắn địa chỉ IP cho các thiết bị trên Topology Tiếp theo ta sẽ tiến hành xây dựng các kịch bản mô phỏng cho phần mô phỏng MPLS trên OPNET

3.1 Kịch bản khi chỉ có giao thức định tuyến IGP

Trong phần này, tôi xây dựng các kịch bản khi chỉ giao thức định tuyến IGP Giao thức định tuyến IGP được sử dụng trong mô hình này là OSPF Kịch bản gồm:

11

 Triển khai Single-Area OSPFv2 trên tất cả các bộ định tuyến CE1, CE2, CE3, CE4, CE5, CE6, PE1, PE2, CORE1, CORE2, CORE3, CORE4 tại khu vực của nhà cung cấp dịch vụ và khu vực cùa khách hàng

 Tạo các lưu lượng theo yêu cầu

 Khảo sát mức độ sử dụng ở các liên kết

Trong kịch bản 1 này, để đơn giản thì chỉ triển khai giao thức định tuyến OSPFv2 trên tất cả các bộ định tuyến, bao gồm khu vực nhà cung cấp dịch vụ (PE1, PE2, CORE1, CORE2, CORE3, CORE4) và khu vực khách hàng (CE1, CE2, … CE6)

Ta tiến hành mô phỏng kịch bản 1 trên OPNET

Bước 1 Khởi tạo giao thức OSPFv2 trên tất cả các Router Ta bấm

Ctrl-A để chọn tất cả các Router, sau đó vào thanh công cụ Protocols → IP → Routing → Configure Routing Protocols Sau đó tích chọn giao thức OSPF và cấu hình giao thức này trên tất cả các Router như hình 4.3:

Hình 4: Cấu hìnhgiao thức định tuyến

12

Bước 2 Khởi tạo các lưu lượng theo yêu cầu

Tạo ra 3 luồng lưu lượng IP Ta vào cửa sổ Open Object Pallete, tìm đối tượng có tên là ip_traffic_flow_alt, tạo ra 3 luồng lưu lượng và gắp thả tương ứng giữa CE1-CE4, CE2-CE5, CE3-CE6 Sau đó chuột phải vào từng luồng lưu lượng để cấu hình tham số cho chúng Ta có cửa sổ đối với luồng lưu lượng

CE1-CE4 như sau:

Hình 5: Cấu hình các luồng lưu lượng IP

Ta có thể đặt tên cho luồng lưu lượng là CE_1 > CE_4 (UDP 1,5 Mbps), trong phần Socket Information ta đặt là loại UDP, tiếp đó trong các phần Destination IP Address và Source IP Address, ta đặt các địa chỉ IP tương ứng giữa CE1 và CE4 (hoặc để Auto Asigned nếu đã thực hiện bước Auto-Assign IPv4 Addresses) Tiếp đó trong phần Traffic (bits/second) ta chọn loại lưu lượng là T1_1hours_bps tương ứng 1,5Mbps Các thông số khác có thể giữ nguyên mặc định Ta cấu hình tương tự với các luồng TCP-1 0,5 Mbps giữa CE2-CE5, TCP-2 0,5 Mbps giữa CE3-CE6

13

Bước 3 Bật tính năng thống kê

Ta vào Des -> Choose individual statistics sau đó đánh dấu vào throughtput, utilization

Hình 6: Chọn biến thống kê

Bước 4 Thực hiện mô phỏng

Ta vào DES → Run Discrete Event Simulation

Bước 5 Phân tích kết quả nhận được

Để lấy ra kết quả mô phỏng ta chọn DES → Results

Hình 7: Kết quả mô phỏng ta IGP

14

Đánh giá kịch bản khi chỉ sử dụng IGP

Kết quả mô phỏng ở trên cho ta thấy liên kết giữa PE-1 & Core 1 luôn

sử dụng băng thông ở mức 100% trong khi đó liên kết PE-2 & Core 3 thì không có lưu lượng đi qua Kết quả có được do chỉ sử dụng giao thức định tuyến OSPF OSPF là giao thức định tuyến dựa trên đường đi ngắn nhất, vì vậy đến PE-1 mọi lưu lượng đều được chuyển đến Core 1, trong khi đó thì không có lưu lượng đến Core 3

3.2 Kịch bản khi có MPLS-TE

Trong kịch bản mô phỏng này, ta sẽ triển khai kỹ thuật lưu lượng MPLS TE trong mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ, cụ thể là trên các Router PE1, PE2, CORE1, CORE2, CORE3, CORE4 nhằm tối ưu hiệu suất hoạt động của mạng đồng thời đảm bảo dịch vụ cho các luồng lưu lượng Cụ thể, ta khởi tạo các đường hầm TE Tunnel hay nói cách khác là các LSP có yêu cầu xác lập về thông số, sau đó cấu hình thông số của các đường hầm TE Tunnel, báo hiệu bằng RSVP-TE hoặc CR-LDP Các thông số của 3 đường TE Tunnel

sẽ phù hợp với các thông số yêu cầu của 3 luồng lưu lượng ở phía bên dưới Trong OPNET đã có sãn các đường hầm dạng E-LSP và L-LSP được báo hiệu sẵn bằng RSVP-TE và CR-LDP, để đơn giản cho việc thiết lập TE Tunnel, trong OPNET giản lược qua bước cấu hình RSVP-TE và CR-LDP Kịch bản này bao gồm:

a) Các yêu cầu của kịch bản khi chỉ có giao thức định tuyến IGP (sử dụng OSPF)

b) Tạo các đường hầm LSP

c) Gán lưu lượng vào các LSP

d) Khảo sát mức độ khả dụng ở các liên kết