đề tài kỹ thuật lưu lượng trong mạng mpls

Công nghệ MPLS ra đời với những tính năng vượt trội hơn mạng IP, trong đó nổi bật là khả năng điều khiển lưu lượng qua mạng để nhà cung cấp dịch vụ có thể khai thác hiệu quả tài nguyên m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

NỘI DUNG BÁO CÁO

 Đặt vấn đề

 Công nghệ MPLS

 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng MPLS

 Mô phỏng

 Kết luận

ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, mạng Internet đang phát triển rất mạnh và nhu cầu sử dụng những dịch vụ chất lượng cao ngày càng tăng Lưu lượng trên toàn bộ hệ thống mạng chủ yếu là lưu lượng IP Giao thức IP thống trị toàn bộ tất cả giao thức lớp mạng, nhưng nó còn bộc lộ một số hạn chế nên đòi hỏi một công nghệ mạng mới với chi phí thấp hơn, chất lượng tốt hơn Một trong những công nghệ đó là công nghệ MPLS

Công nghệ MPLS ra đời với những tính năng vượt trội hơn mạng IP, trong đó nổi bật là khả năng điều khiển lưu lượng qua mạng để nhà cung cấp dịch vụ có thể khai thác hiệu quả tài nguyên mạng, tránh được hiện tượng nghẽn mạng ở một tuyến liên kết này trong khi các tuyến khác rãnh Và đây cũng chính là đối tượng nghiên cứu chính của đề tài

Công Nghệ MPLS

Vì sao chuyển mạch nhãn ra đời ?

Chuyển mạch nhãn giải quyết được một số hạn chế trong mạng IP :

Các khái niệm cơ bản trong mạng MPLS:

Label In

Dest Intf

Out

3 0.40 47.1 1

Intf In

Label In

Dest Intf

Out

Label Out

3 0.50 47.1 1 0.40

47.2 47.3

IP1 #L2 IP2 #L2

IP1 #L3 IP2 #L3

- Cơ sở thông tin nhãn LIB :Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/ FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói dữ liệu truyền tin để xác định phương thức một gói tin được chuyển tiếp

Công Nghệ MPLS

Hoạt động cơ bản của MPLS

Để gói tin truyền qua mạng MPLS, mạng sẽ thực hiện các bước sau: -Tạo và phân phối nhãn

-Tạo bảng cho mỗi bảng định tuyến

-Tạo đường chuyển mạch nhãn

-Gán nhãn dựa trên tra cứu bảng

-Truyền gói tin

Tạo LSP và chuyển gói tin qua miền MPLS

Các giao thức trong MPLS

 Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol)

Giao thức phân phối nhãn là một tập các thủ tục mà nhờ đó một LSR có thể thông báo cho một LSR khác biết về mối liên kết nhãn-FEC mà nó đã tiến hành

Vùng hoạt động của LDP

• Bản tin Lable Mapping

• Bản tin Lable Request

• Bản tin Lable Abort Request

• Bản tin Lable Withdraw

• Bản tin Lable Release

THỦ TỤC PHÁT HIỆN LSR LÂN CẬN

UDP - Hello UDP - Hello

Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc

( CR-LDP )

•Sử dụng bản tin LDP (request, map, notify)

•Chia sẻ kết nối TCP/IP với LDP

•Các bước hoạt động của CR-LDP:

1-Router ngõ vào tập hợp thông tin trạng thái mạng 2-Một luồng yêu cầu tài nguyên đặt trước

3-Router ngõ vào tính toán con đường cho luồng này 4-Router ngõ vảo yêu cầu một LSP rõ ràng cho luồng

và ánh xạ nhãn cho con đường Đây là chức năng của LDP

CR-5- Nếu thành công luồng sẽ sử dụng con đường chuyển mạch nhãn này

Giao thức dành trước tài nguyên RSVP ( Resource Reservation Protolcol )

•RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng trong mạng MPLS,

được sử dụng để dành trước tài nguyên cho một phiên truyền trong mạng Internet

•RSVP được dùng để cung cấp khả năng vận hành được bảo vệ bằng việc đặt trước tài nguyên cần thiết tại mỗi máy tham gia vào hỗ trợ luồng lưu lượng

•RSVP phải mang các thông tin sau:

-Thông tin phân loại

-Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS

Trong đó có hai loại cơ bản là PATH và RESV (Resevation -Bản tin dành trước) để xác định luồng và các QoS cho luồng

R4

R5

R3 R2

Định tuyến trong MPLS

 Định tuyến ràng buộc:

-Xác định các route không chỉ dựa trên mô hình mạng (thuật toán SPF chọn đường ngắn nhất) mà còn sử dụng các metric đặc thù khác như băng thông, trễ, cost và biến động trễ

-Thông thường người ta dùng metric dựa trên số lượng hop và băng thông

Định tuyến trong MPLS

 Định tuyến tường minh ER (Explicit Route):

- Định tuyến tường minh ER (Explicit Route) là một tập con của định tuyến ràng buộc, trong đó sự ràng buộc là đối tượng của tuyến tường minh

- Tuyến tường minh ER là một danh sách các nút trừu

tượng (abstract node) mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua Nút trừu tượng có thể là một nút (địa chỉ IP) hoặc một nhóm nút (IP prefix hoặc

một AS)

Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS

Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng

Kỹ thuật lưu lượng MPLS được chia ra thành 3 quá trình:

+ Phân phối thông tin

+ Tính toán và thiết lập đường đi cho đường hầm chuyển

mạch nhãn

+ Chuyển tiếp lưu lượng xuống đường hầm

Giải thuật thùng rò (Leaky bucket)

Mô hình thùng rò có đặc điểm là tốc độ ra không đổi bất chấp việc tốc độ nước vào thùng là bao nhiêu hay trong thùng còn bao nhiêu nuớc Nếu thùng đầy mà lưu lượng vẫn chảy vào thì thùng sẽ đầy và tràn mất Tương

tự cho dữ liệu khi tới một router trong mạng nếu hàng đợi đã đầy thì gói tin sẽ bị “drop”

Giải thuật thùng token

Trung kế lưu lượng và các thuộc tính

 Trung kế lưu lượng là một tập hợp các luồng dữ liệu chia sẽ một số thuộc tính chung nào đó

Trung kế lưu lượng và các thuộc tính

 Các thuộc tính của trung kế lưu lượng:

- Thuộc tính tham số lưu lượng (traffic parameter)

- Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường

- Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Prority/Preemtion)

- Ưu tiên thiết lập (priority)

- Độ ưu tiên cầm giữ (holding priority)

- Thuộc tính đàn hồi

- Thuộc tính khống chế (Policing)

Các hoạt động trên trung kế lưu lượng

Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu hoạt động bằng cách sử dụng một vài chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế

Dừng chuyển dữ liệu bằng trung kế bằng cách sử dụng chức năng định tuyến và ngừng đưa dữ liệu vào trung kế Thay đổi các đặc điểm của trung kế lưu

lượng (ví dụ như băng thông khả dụng)

Chọn một con đường đi khác cho trung kế lưu lượng

Loại bỏ hoàn toàn trung kế lưu lượng và thu hồi tất cả các tài nguyên được cấp phát cho nó

Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP)

 Việc tính toán LSP sẽ xem xét đến tài nguyên khả dụng,

các thuộc tính liên kết (link) và cả các trung kế khác vì vậy

nó có tên gọi là tính toán ràng buộc Kết quả của việc tính

toán này là tìm ra một chuỗi các địa chỉ IP đại diện cho các

hop trên đường LSP giữa đầu đầu và đầu cuối của trung kế

lưu lượng

 Tiến trình tính toán đường ràng buộc (CR-LSP) luôn luôn

được thực hiện tại đầu nguồn trung kế lưu lượng và nó

được kích hoạt là do những nguyên nhân như sau:

-Một trung kế lưu lượng mới xuất hiện

-Một trung kế đang tồn nhưng thiết lập LSP thất bại

-Tái tối ưu hóa một trung kế đang tồn tại

Trình tự thực hiện giải thuật chọn đường

Giải thuật chọn đường ràng buộc được thực hiện theo các bước sau:

 Cắt bỏ các liên kết có lớp tài nguyên (resource-class) bị loại do phép tính Affinity ra khỏi mô hình mạng

(topology)

 Tiếp theo là cắt bỏ các liên kết có băng thông dự trữ

không đủ theo yêu cầu của trung kế

 Thực hiện giải thuật tìm đường đi ngắn nhất (ví dụ thuật toán tìm đường ngắn nhất Dijktra) để tìm đường có tổng

“TE cost” nhỏ nhất trên phần mạng còn lại sau khi đã cắt

bỏ các liên kết (link) không đạt yêu cầu

Xem xét các ràng buộc khống chế Xem xét tài nguyên khả dụng Chọn đường tốt nhất

Tái tối ưu hóa

 Các đặc trưng và trạng thái mạng biến động theo thời gian Do

đó, các trung kế lưu lượng tối ưu được thiết lập trước đó có thể không còn tối ưu nữa Vì thế, muốn duy trì mạng luôn ở trạng thái tối ưu nhất thì phải thực hiện tái tối ưu hóa (re-optimization)

 Để thực hiện việc tái tối ưu hóa LSP, có các trường hợp như sau:

- Tái tối ưu hóa nhân công (Manual reoptimization)

- Tái tối ưu hóa dựa trên timer định thời (Timer-based reoptimization)

- Tái tối ưu hóa điều khiển theo sự kiện (Event-driven reoptimization)

Tái tối ưu hóa

Tái tối ưu một LSP

Bảo vệ và khôi phục đường

 Cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS cung cấp dịch

vụ tin cậy cho việc chuyển tải lưu lượng trong mạng MPLS và tái định tuyến lưu lượng qua một đường chuyển mạch nhãn LSP Một số khái niệm cần lưu ý:

- PSL (Path Switch LSR)

- POR (Point of Repair)

- FIS (Fault Indication Signal)

- FRS (Fault Recovery Signal)

- Bypass Tunnel

Cơ chế bảo vệ khôi phục

 Bảo vệ toàn cục là bảo vệ mà trong đó LER phía nguồn đóng vai trò là PSL và POR, nhận tín hiệu FIS từ nút phát hiện lỗi Đường phục hồi và đường làm việc trong trường hợp này là tách biệt hoàn toàn

 Bảo vệ cục bộ là loại bảo vệ mà trong đó điểm phát hiện lỗi đóng vai trò là PSL và cũng có thể cũng là POR nếu được cấu hình tương ứng Có hai loại bảo vệ cục bộ là bảo vệ liên kết

và bảo vệ nút

- Bảo vệ liên kết

- Bảo vệ nút

Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ

 Tái định tuyến là chế độ mà khi phát hiện được lỗi xảy ra nhờ vào FIS, POR sẽ tìm đường mới nhờ vào các giao thức định tuyến Sau khi tìm được đường đi, PSL sẽ chuyển sang đường mới

 Chuyển mạch bảo vệ có cơ chế hoạt động gần giống với tái định tuyến bảo vệ chỉ khác ở chỗ đường bảo vệ đã được

tính toán trước đó Chính vì điều này làm cho phương pháp này tốn ít thời gian để khôi phục hơn phương pháp tái định tuyến bảo vệ

sẽ thực hiện chuyển mạch lưu lượng sang đường khôi phục

Mô hình Haskin (Reverse Backup)

 Cơ chế Haskin thiết lập một đường dự phòng đảo tại nút phát hiện lỗi, một đường dự phòng đảo được thành lập với chiều lưu lượng ngược với chiều của đuờng cũ Khi lưu lượng quay trở về đến PSL, lưu lượng được chuyền sang đường khôi phục toàn cục Tuy nhiên mô hình này có nhược điểm là hao tốn tài nguyên do đường dự phòng đảo và đường khôi phục phải thiết lập sẵn

Mô hình Hundessa

Cơ chế Hundessa khắc phục nhược điểm của mô hình Haskin thông qua việc kiểm soát số thứ tự các gói gửi về từ đuờng dự phòng đảo.Khi gói đầu tiên quay về PSL trên đường dự phòng đảo có tác dụng như tín hiệu FIS báo cho PSL biết đã có lỗi PSL đánh dấu gói cuối cùng truyền ra đường làm việc (đang

có lỗi) bằng cách đặt một bit trong trường EXP của nhãn, sau

đó ngưng đẩy gói ra đường lỗi Khi gói được đánh dấu quay trở về PSL trên đường đảo, PSL mới tiếp tục chuyển các gói mới trực tiếp ra đường khôi phục

Mô hình Simple Dynamic

Đây là mô hình bảo vệ cục bộ trong đó LSR phát hiện lỗi cũng đồng thời là PSL Khi phát hiện liên kết với mình bị lỗi, LSR này sẽ tính đường ngắn nhất tới PML Với mô hình này PML bắt buộc phải là Egress-LSR

Mô hình Simple Dynamic(Link protection)

Mô hình Shortest Dynamic

 Mô hình shortest Dynamic cũng là mô hình bảo vệ cục bộ

Điều khác biệt ở đây là trong mô hình này PML phải là LSR downstream kế cận với link hoặc LSR bị sai Do đó đường backup trong trường hợp này còn gọi là Bypass Tunnel

 Trong mô hình này đường bảo vệ thường được tính toán từ trước và trên thực tế người ta chỉ sử dụng giao thức báo hiệu RSVP-TE để thiết lập đường bảo vệ Shortest Dynamic Chế

độ bảo vệ dùng phương pháp khôi phục này cũng có hai loại

là “bảo vệ nút” và “bảo vệ liên kết”

Mô hình Shortest Dynamic (Link protection)

KẾT LUẬN

Sau thời gian thực tập, nghiên cứu và xây dựng đề tài cùng sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện cho nhóm hoàn thành đề tài của mình một cách tốt nhất

Do điều kiện về thời gian cũng như kinh nghiệm làm việc nên không tránh khỏi những thiếu sót trong báo cáo cũng như trong

chương trình Nhóm rất mong nhận được sự quan tâm, chỉ bảo của các thầy cô giáo, bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng, nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn các thầy cô

giáo trong khoa và đặc biệt là thầy giáo Thạc sỹ Đậu Trọng Hiển đã

tận tình giúp đỡ nhóm thực hiện trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thành đề tài