Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS và ứng dụng vào thực tế

Có thể định nghĩa MPLS là một tập các công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều

Trang 2

ABSTRACT

Nowadays, with the appearance of new services and contraints for MPLS network of users, providers and administrators, it is necessary to build new advanced routing algorithms on MPLS MPLS supports infrastructure and potential environment to developing these algorithm The thesis "Performance Analysis of Routing Algorithms on MPLS and aplication" will present main characteristic and classified advanced routing algorithm on MPLS and its practical aplication The simulation will be performed on PC with software Network Simulation version 2 The results of the thesis will be the best reference for telecommunication service providers in deploying MPLS technology

Ngày nay, với sự xuất hiện của nhiều dịch vụ và ràng buộc mới cho mạng MPLS của người dùng, nhà cung cấp và người quản trị, cần thiết phải có những thuật toán định tuyến nâng cao mới trên mạng MPLS MPLS hỗ trợ kiến trúc hạ tầng và môi trường đầy tiềm năng cho việc phát triển các thuật toán này Đề tài

"Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS và ứng dụng vào thực tế" sẽ phân tích, so sánh các phương pháp định tuyến trên mạng MPLS, từ đó đưa ra một mô hình mạng MPLS thực tế đã ứng dụng được phương pháp định tuyến nâng cao Việc mô phỏng được thực hiện trên máy tính thông qua phần mềm

mô phỏng NS-2 Kết quả của đề tài sẽ là một sự tham khảo tốt cho những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trong việc triển khai công nghệ MPLS

Trang 3

Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 8

1.1 Tổng quan về đề tài 8

1.2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

1.2.1 Mục tiêu của đề tài 9

1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

1.3 Bố cụ của đề tài 9

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 11

2.1 Tổng quan về MPLS 11

2.2 Các khái niệm cơ bản trong mạng MPLS 13

2.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) 14

2.2.2 Nhãn 15

2.2.3 Ngăn xếp nhãn 16

2.2.4 FEC Lớp chuyển tiếp tương đương 16

2.2.5 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn 17

2.2.6 Đường chuyển mạch nhãn LSP 18

2.2.7 Cơ sở dữ liệu nhãn LIB 18

2.3 Phương thức hoạt động của MPLS 19

2.4 Mô hình chuyển mạch nhãn 25

2.5 Các giao thức báo hiệu trong MPLS 26

2.5.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 27

2.5.2 Giao thức phân phối nhãn định tuyến bắt buộc CR-LDP 27

2.5.3 Giao thức RSVP-TE 27

2.5.4 Giao thức BGP-4 28

2.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS 28

2.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp 28

2.6.2 Kỹ thuật lưu lượng 28

2.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn 28

2.6.4 Mạng riêng ảo VPN 29

2.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding) 29

2.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability) 29

2.7 Tổng kết chương 30

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG 31

Trang 4

3.1 Giới thiệu 31

3.2 Các mục tiêu thực hiện kỹ thuật lưu lượng 33

3.3 Vấn đề nghẽn 33

3.4 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng 35

3.5 Sự xếp hàng lưu lượng 36

3.5.1 Hàng đợi FIFO 36

3.5.2 Hàng đợi WFQ 36

3.5.3 Hàng đợi CQ 37

3.5.4 Hàng đợi PQ 37

3.6 Thuật toán thùng rò và thuật toán thùng Token 38

3.6.1 Thuật toán thùng rò (Leaky Bucket) 38

3.6.2 Thuật toán thùng Token (Token Bucket) 39

3.7 MPLS và kỹ thuật lưu lượng 40

3.8 Các đặc tính và các thuộc tính của trung kế lưu lượng 41

3.8.1 Các đặc điểm của trung kế lưu lượng 41

3.8.2 Các hoạt động cơ bản trên các trung kế lưu lượng 41

3.8.3 Các thuộc tính kỹ thuật lưu lượng của trung kế lưu lượng 42

3.9 Các thuộc tính tài nguyên 45

3.9.1 Số nhân phân phối cực đại 45

3.9.2 Thuộc tính lớp tài nguyên 45

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH MẠNG MPLS THỰC TẾ 47

4.1 Cấu trúc mạng MPLS tại Việt Nam 47

4.1.1 Cấu trúc mạng đường trục (mạng lõi) 47

4.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập: 49

4.2 Các giao thức định tuyến sử dụng trong mạng MPLS 50

4.2.1 Tổng quan về định tuyến 50

4.2.2 Các giao thức định tuyến sử dụng trong mạng MPLS 52

4.2.3 Giao thức định tuyến OSPF 53

4.2.4 Giao thức định tuyến BGP (Border Gateway Protocol) 57

4.3 Các dịch vụ trên mạng Truyền số liệu 64

4.3.1 Khái quát hệ thống mạng riêng ảo (Virtual Private Network – VPN): 64

4.3.2 Dịch vụ cơ bản 66

4.3.3 Dịch vụ kết nối nâng cao 67

4.3.4 Các dịch vụ khác 68

CHƯƠNG 5: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MPLS 72

Trang 5

5.1 Định tuyến dựa trên QoS 72

5.1.1 Giới thiệu chung 72

5.1.2 Một số thuật toán dựa trên QoS 75

5.2 Định tuyến dựa trên lưu lượng 76

5.2.1 Thuật toán định tuyến nhiễu tối thiểu MIRA (Minimum Interference Routing Algorithm) 76

5.2.2 Thuật toán định tuyến động trực tuyến DORA (Dynamic Online Routing Algorithm) 80

5.2.3 Thuật toán cân bằng tải động, điều khiển tắc nghẽn (Dynamic load balancing algorithm) 82

5.3 Định tuyến trong mạng MPLS thực tế 87

5.3.1 Định tuyến dựa trên QoS: 88

5.3.2 Định tuyến dựa trên lưu lượng 90

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẾ 92

6.1 Sơ lược về Network Simulator 92

6.2 Mô phỏng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS 95

6.2.1 Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS 97

6.2.2 Mô phỏng cơ chế định tuyến cân bằng tải, chống tắc nghẽn trong mạng MPLS 99

6.2.3 Mô phỏng cơ chế ưu tiên gói tin 101

6.2.4 Mô phỏng quá trình hồi phục khi xảy ra lỗi trên đường truyền 103

6.3 Một số kết quả đo được trên thực tế của một mạng MPLS 106

6.3.1 Mô hình đo kiểm 106

6.3.2 Kết quả đo 107

6.4 Kết luận: 110

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 111

7.1 Kết Luận 111

7.2 Hướng phát triển đề tài 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

Trang 6

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng

bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên

CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức

CR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP CR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP CSPF Constrained SPF SPF cưỡng bức

EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài

ER Explicit Routing Định tuyến hiện

FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện phân bố sợi

FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương

FR Frame Relay Chuyển tiếp khung

FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức thông điệp điều khiển

Internet IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật

Internet

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng nội

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISPs Internet Service Providers Nhà cung cấp dịch vụ Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LER Label Edge Router Router biên nhãn

LSA Link State Advertisement Gói quảng cáo trạng thái liên

kết LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP Link State Packet Gói trạng thái đường

LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn

Trang 7

MAC Media Access Control Điều khiển truy xuất môi trường MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp theo

OSI Open Systems Interconnection Mô hình liên kết hệ thống đấu

nối mở OSPF Open Shortest Path First Giao thức ưu tiên đường đi ngắn

nhất PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm điểm

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ngược RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RIP-2 RIP version 2 RIP phiên bản 2

RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SPF Shortest Path First Thuật toán ưu tiên đường đi

ngắn nhất TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TLV Time To Live Thời gian sống

VLSM Variable Length Subnet Mask Mặt nạ mạng con có chiều dài

biến đổi WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Miền MPLS 14

Hình 2.2 Định dạng cấu trúc nhãn 15

Hình 2.3 Định tuyến, chuyển mạch, chuyển tiếp 23

Hình 2.4 Đường nhanh và đường chậm 23

Hình 2.5 Lớp chèn MPLS 24

Hình 2.6 Mô hình chuyển mạch nhãn 25

Hình 2.7 Thiết lập đường đi RSVP-TE 27

Hình 3.1 Kỹ thuật lưu lượng 31

Hình 3.2 Các vấn đề nghẽn tiềm tàng 34

Hình 3.3 Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng 36

Hình 3.4 Hàng đợi CQ 37

Hình 3.5 Hàng đợi PQ 38

Hình 3.6 Thùng rò (leaky bucket) 38

Hình 3.7 (a)Thùng rò với nước, (b) Thùng rò với các gói 39

Hình 3.8 Thùng Token (Token Bucket) 39

Hình 4.1 Mô hình mạng đường trục 48

Hình 4.2 Mô hình mạng truy nhập . 49

Hình 4.3 Mô hình mạng truy nhập tại các thành phố lớn . . . 49

Hình 4.4 Minh họa về định tuyến ... 50

Hình 4.5 Phân vùng OSPF 52

Hình 4.6 Lớp mạng truy nhập 53

Hình 4.7 Mô hình mạng OSPF với các metric 54

Hình 4.8 Thiết kế phân cấp mạng OSPF 56

Hình 4.9 Minh họa thuộc tính next-hop 60

Hình 4.10 Minh họa thuộc tính next-hop trong môi trường Multiaccess . 60

Hình 4.11 Minh họa thuộc tính Local Preference 61

Hình 4.12 Minh họa thuộc tính Weight . 62

Hình 4.13 Minh họa về thuộc tính Multi_Exit_Disc (MED) 63

Hình 4.14 Mô hình VPN IP/MPLS 65

Hình 4.15 Mô hình L2 VPN 67

Hình 4.16 Mô hình L3 VPN 68

Hình 4.17 Dịch vụ IP Centrex 69

Hình 4.18 Mô hình hệ thống truyền hình Hội nghị 70

Hình 5.1 Minh họa phương pháp xác định Critical link .78

Trang 9

Hình 5.2 Minh họa thuật toán MIRA 79

Hình 5.3 Thuật toán cân bằng tải động 83

Hình 5.4 Cơ chế định tuyến lại của thuật toán cân bằng tải động 84

Hình 5.5 Mô phỏng thuật toán cân bằng tải động và thuật toán MIRA 85

Hình 5.6 Mô hình mạng lõi 90

Hình 6.1 Cách nhìn đơn giản về NS . 92

Hình 6.2 Tính hai mặt của C++ và OTcl . 93

Hình 6.3 Kiến trúc NS 94

Hình 6.4 Giao diện đồ thị trong Xgraph . 95

Hình 6.5 Mô hình mạng thực tế 96

Hình 6.6 Mô hình mô phỏng 96

Hình 6.7 Kết quả băng thông nhận được bài 1 98

Hình 6.8 Mô phỏng trực quan bài 1 trong cửa sổ NAM 98

Hình 6.9 Kết quả băng thông nhận được ở bài 2 . 100

Hình 6.11 Kết quả băng thông nhận được trong bài 3 102

Hình 6.13 Kết quả băng thông nhận được trong bài 4 104

Hình 6.14 Đường đi của các đường khi chưa xuất hiện lỗi . 105

Hình 6.15 Đường đi của các đường khi xuất hiện lỗi đường truyền 105

Hình 6.16 Mô hình đo lưu lượng, độ trễ của mạng MPLS . 106

Trang 10

Chương 1: Giới thiệu đề tài

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về đề tài

Các mạng máy tính trước đây vận chuyển các luồng bit liên tục trên các đường truyền vật lý thông qua kỹ thuật gọi là chuyển mạch mạch Điều này thích hợp cho việc truyền tín hiệu thoại hoặc dữ liệu thời gian thực từ một nơi gửi đến nơi nhận Đối với loại đường truyền này, chỉ cần xảy ra lỗi trên một đuờng truyền vật lý nào đó cũng sẽ dẫn đến những hậu quả khôn lường, làm gián đoạn tất cả các truyền thông mà có sử dụng đường truyền bị lỗi Ngày nay Internet là một mạng chuyển mạch gói mà giải quyết hạn chế trên bằng cách chia nhỏ dữ liệu thành những gói tin Các gói này được định tuyến qua mạng một cách riêng lẻ, vì vậy hai gói của cùng một đường truyền thông sẽ được quản lý một cách độc lập Do đó, nếu một đường truyền bị lỗi, các gói tin có thể được tái định tuyến để tránh đuờng truyền lỗi và truyền thông không bị gián đoạn Việc quản lý luồng dữ liệu trong một mạng chuyển mạch gói sẽ khó hơn trong mạng chuyển mạch mạch bởi vì mỗi gói được quản lý độc lập nhau

Những năm gần đây việc sử dụng Internet có tốc độ phát triển như vũ bão, các dịch vụ hướng kết nối thời gian thực mới, các dịch vụ hướng giao tác cũng như một số dịch vụ mới đang được nhúng vào Các dịch vụ này đang đáp ứng được nhiều nhu cầu quan trọng cho các công ty, doanh nghiệp, nhưng chúng lại đòi hỏi nhiều kỹ thuật xử lý phức tạp hơn so với các dịch vụ trước đây

Người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu về chất lượng dịch vụ (QoS) nhằm đưa ra các độ ưu tiên về lưu lượng trong một mạng Vấn đề ở đây là không phải tất cả các lưu lượng trong một mạng đều cần được xử lý giống nhau Một số lưu lượng có thể cần độ trễ ít hơn, trong khi các lưu lượng khác lại yêu cầu băng thông nhiều hơn, hạn chế tối đa việc mất gói tin Bằng cách phân loại lưu lượng thành những lớp phân biệt, các lớp lưu lượng này có thể được xử lý khác nhau bởi các bộ định tuyến

Các giao thức IP ngày nay được thiết kế đủ mạnh để có thể tái thiết lập kết nối sau khi có lỗi của bất kỳ thành phần mạng nào Tuy nhiên, nó có thể tiêu tốn nhiều thời gian và sẽ không thể chấp nhận đối với các dịch vụ cần độ ưu tiên cao

Trang 11

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là công nghệ đề xuất cho mạng lõi, 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 MPLS

Luận văn này sẽ tập trung phân tích các cơ chế, phương pháp định tuyến trong mạng MPLS, từ đó đưa ra phương pháp định tuyến hoàn chỉnh đã được thực hiện trên một mạng MPLS tại Việt Nam Việc thực hiện đề tài có ý nghĩa thiết thực, giúp các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông có thêm một tham khảo hữu ích khi tiến hành triển khai mạng MPLS và các dịch vụ ứng dụng trên mạng này

1.2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là đưa ra và phân tích hiệu năng một số phương pháp định tuyến trong mạng MPLS hiện nay

1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu, phân tích và xây dựng các mô hình định tuyến trong mạng MPLS và đưa ra một mô hình thực tế hiện nay tại Việt Nam Qua thực nghiệm mô phỏng dựa trên phần mềm NS-2 (Network Simulator version2.0) có bổ sung gói MNS-2 (MPLS Network Simulator version 2.0) sẽ rút ra những nhận xét và đánh giá phương pháp định tuyến tối ưu phương pháp định tuyến trong mạng MPLS

1.3 Bố cụ của đề tài

Đề tài gồm các phần chính sau:

PHẦN 1: Cơ sở lý thuyết

Phần này bao gồm các chương sau:

Chương này trình bày tổng quan, mục đích và yêu cầu của các phần được nghiên cứu trong luận văn

Trang 12

Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Giới thiệu tổng quan công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt động của MPLS

Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng

Một trong những mục đích của việc sử dụng MPLS là khả năng hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng của nó Trong phần này mô tả sơ lược một số chức năng cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trong một hệ thống tự trị thuộc mạng Internet hiện thời

PHẦN 2: Hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

Chương 4: Mô hình thực tế một mạng MPLS

Đưa ra một mô hình mạng MPLS tại Việt Nam cùng với những dịch vụ trên đó

Chương 5: Định tuyến trong mạng MPLS

Phân tích hoạt động định tuyến trong mạng một mạng MPLS và đưa ra phương pháp hoạt động định tuyến tối ưu đã được áp dụng trên thực tế

PHẦN 3: Kết quả mô phỏng và hướng phát triển

Chương 6: Kết quả mô phỏng và thực tế

Sử dụng phần mềm mô phỏng mạng NS-2 có bổ sung gói phần mềm MNS-2 để mô phỏng hoạt động định tuyến tối ưu trong mạng MPLS và đưa ra một

số kết quả đo được trong một mạng MPLS thực tế

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

Trang 13

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

2.1 Tổng quan về MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP, đây là công nghệ chuyển mạch được đưa ra bởi IETF và đã nhận được các quan tâm đặc biệt từ các nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP

MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phát gói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet Có thể định nghĩa MPLS là một tập các công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định

MPLS cho phép các ISP hợp nhất các mạng sử dụng các công nghệ khác nhau vào trong một mạng duy nhất, và đặc biệt quan trọng là cho các nhà ISP đạt được việc điều khiển lưu lượng một cách chính xác tại lớp IP MPLS sử dụng định tuyến cưỡng bức để xác định các đường mà luồng lưu lượng sẽ đi ngang qua đó và xác định đích tới của các gói chuyển mạch nhãn sử dụng các đường các đường được xác định trước đó

Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLS cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử dụng các nhãn và trao đổi nhãn MPLS bao gồm việc thực hiện các đường chuyển mạch nhãn LSP, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối các nhãn giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến

Nghiên cứu MPLS đang được thực hiện dưới sự bảo trợ của nhóm làm việc MPLS trong IETF MPLS vẫn là một sự phát triển tương đối mới, nó mới chỉ được tiêu chuẩn hoá theo Internet vào đầu năm 2001 Sử dụng MPLS để trao đổi khe thời gian TDM, chuyển mạch không gian và các bước sóng quang là những phát triển mới nhất Các nỗ lực này được gọi là GMPLS (Generalized MPLS)

Nhóm làm việc MPLS đưa ra danh sách với 8 bước yêu cầu để xác định MPLS, đó là:

9 MPLS phải làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu

Trang 14

9 MPLS phải thích ứng với các giao thức định tuyến lớp mạng và các công nghệ Internet có liên quan khác

9 MPLS cần hoạt động một cách độc lập với các giao thức định tuyến

9 MPLS phải hỗ trợ mọi khả năng chuyển tiếp của bất kỳ nhãn cho trước nào

9 MPLS phải hỗ trợ vận hành quản lý và bảo dưỡng (OA&M)

9 MPLS cần xác định và ngăn chặn chuyển tiếp vòng

9 MPLS cần hoạt động trong mạng phân cấp

9 MPLS phải có tính kế thừa

Các yêu cầu này chính là các nỗ lực phát triển cần tập trung Liên quan tới các yêu cầu này, nhóm làm việc cũng đưa ra 8 mục tiêu chính mà MPLS cần đạt được:

9 Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn

để hỗ trợ định tuyến dựa vào đích unicast mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng cách trao đổi nhãn (Định tuyến unicast chỉ ra một cách chính xác một giao diện, định tuyến dựa vào đích ngụ ý là định tuyến dựa vào địa chỉ đích cuối cùng của gói tin)

để hỗ trợ định tuyến dựa vào đích multicast mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng cách trao đổi nhãn

để hỗ trợ phân cấp định tuyến mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng cách trao đổi nhãn

để hỗ trợ các đường riêng dựa vào trao đổi nhãn Các đường này có thể khác so với các đường đã được tính toán trong định tuyến IP thông thường Các đường riêng rất quan trọng trong các ứng dụng TE

9 Chỉ ra các thủ tục được tiêu chuẩn hoá để mang thông tin về nhãn qua các công nghệ lớp 2

Trang 15

9 Chỉ ra một phương pháp tiêu chuẩn nhằm hoạt động cùng với ATM ở mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng

9 Phải hỗ trợ cho các công nghệ QoS

9 Chỉ ra các giao thức tiêu chuẩn cho phép các host sử dụng MPLS

2.2 Các khái niệm cơ bản trong mạng MPLS

Về nguyên tắc, mỗi nhãn với khuôn dạng cố định được gán vào phía trước mỗi gói dữ liệu trên đường vào trong mạng MPLS Tại mỗi vị trí Hop ngang qua mạng, gói tin được định tuyến dựa trên giá trị của giao diện đầu vào và nhãn, và được gửi đi tới giao diện bên trong với một giá trị nhãn mới Tại các bộ định tuyến, nơi xảy ra việc gán các nhãn cho các gói tin được gọi là các bộ định tuyến biên nhãn LERs, và đối với các bộ định tuyến thay đổi và hệ thống chuyển mạch mà sử dụng các nhãn đó để truyền lưu lượng đi được gọi là các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSRs Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường cụ thể mà gói tin hoặc luồng lưu lượng truyền qua mạng dựa vào các nhãn đã được gán cho các gói tin hoặc luồng trước đó MPLS mang lại những lợi ích to lớn hỗ trợ cho các phương pháp định tuyến đang tồn tại trong mạng được chỉ ra dưới đây:

9 Chuyển tiếp đơn giản: chuyển mạch nhãn cho phép chuyển tiếp gói tin một cách chính xác dựa trên sự tương hợp đối với từng nhãn có chiều dài

cố định hiệu quả hơn so với dựa trên sự tương hợp về thuật toán áp dụng cho địa chỉ như đã được sử dụng trong cơ chế chuyển tiếp dữ liệu thông thường

9 Khả năng định tuyến hiệu suất cao: MPLS cho phép bộ định tuyến hiện được thực hiện tại thời điểm mà đường chuyển tiếp nhãn được thiết lập

và không áp dụng cho từng gói tin riêng biệt

9 Điều khiển lưu lượng: MPLS có khả năng điều khiển tải dựa trên các đường truyền và các bộ định tuyến luôn cân bằng thông suốt trong mạng Đây là chức năng quan trọng trong mạng MPLS, nơi đường truyền luân phiên luôn luôn khả dụng

9 Sắp xếp các gói tin IP trong các lớp chuyển tiếp tương đương FEC:

Trang 16

MPLS cho phép sắp xếp các gói tin IP trong các FEC chỉ thực hiện tại đầu vào của MPLS Trong trường hợp định tuyến dữ liệu, các gói tin IP sẽ được sắp xếp theo mức dịch vụ và yêu cầu thâm nhập gói tin sẽ dựa trên địa chỉ nguồn và địa chỉ đích và giao diện phía đầu vào

2.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)

RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS” Một miền MPLS thường được quản lý và điều khiển bởi một nhà quản trị

Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên (edge) Các nút ở phần mạng lõi mạng MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) Các nút ở biên được gọi là Router biên nhãn LER (Label Edge Router)

Hình 2.1 Miền MPLS

2.2.1.1 Thiết bị LSR

Thành phần quan trọng nhất của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn

LSR là 1 thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của 1 mạng MPLS, nó tham

gia trong việc thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP bằng việc sử dụng giao thức báo hiệu nhãn thích ứng và thực hiện chuyển mạch tốc độ cao lưu lượng

số liệu dựa trên các đường dẫn được thiết lập

Trang 17

2.2.1.2 Thiết bị LER- Bộ định tuyến biên nhãn

LER là một thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS Các LER hỗ trợ các cổng được kết nối tới các mạng không giống nhau (như FR, ATM, và Ethernet ) và chuyển tiếp lưu lượng này vào mạng MPLS sau khi thiết lập LSP, bằng việc sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn tại lối vào và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập tại lối ra LER đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ định và huỷ nhãn, khi lưu lượng vào trong hay ra khỏi mạng MPLS LER là nơi xảy

ra việc gán nhãn cho các gói tin trước khi vào mạng MPLS Các thiết bị biên khác với các thiết bị lõi ở chỗ là: ngoài việc phải chuyển tiếp lưu lượng nó còn phải thực hiện việc giao tiếp với các mạng khác đó là chỉ định hay loại bỏ nhãn

2.2.2 Nhãn

Nhãn là một thực thể độ dài ngắn, cố định và không có cấu trúc bên trong Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó được ấn định

Thường thì một gói tin được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ đó

Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói

Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCI làm nhãn Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn

Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như sau:

Hình 2.2 Định dạng cấu trúc nhãn

Trang 18

MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit và được tạo nên tại LSR vào

Nó phải được đặt ngay sau tiêu đề lớp 2 bất kì và trước một tiêu đề lớp 3, ở đây là

IP và được sử dụng bởi LSR lối vào để xác định một FEC, lớp này sẽ được xét lại trong vấn đề tạo nhãn Sau đó các nhãn được sử lí bởi LSR chuyển tiếp

Khuôn dạng và tiêu đề MPLS được chỉ ra trong hình 2.2 Nó bao gồm các trường sau:

9 Nhãn: Giá trị 20 bit, giá trị này chứa nhãn MPLS

9 S: bit ngăn xếp, sử dụng để xắp xếp đa nhãn

9 TTL: Thời gian sống, 8bit, đặt ra một giới hạn mà các gói MPLS có thể

đi qua

Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc Ethertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast

2.2.3 Ngăn xếp nhãn

Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều FEC mà gói nằm trong đó để nói về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP

Chuyển mạch nhãn được thiết kế để co dãn các mạng lớn và MPLS hỗ trợ chuyển mạch nhãn với hoạt động phân cấp, hoạt động phân cấp này dựa trên khả năng của MPLS có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói Ngăn xếp nhãn cho phép thiết kế các LSR trao đổi thông tin với nhau và hành động này giống như việc tạo đường viền node để tạo ra một miền mạng rộng lớn và các LSR khác Có thể nói rằng các LSR này là các node bên trong một miền và không liên quan đến đường viền node Sự xử lí một gói nhãn được hoàn thành độc lập với từng mức của sự phân cấp

2.2.4 FEC Lớp chuyển tiếp tương đương

Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau qua

Trang 19

mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào đầu lớp mạng

Thuật ngữ FEC được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn FEC được dùng để miêu tả sự kết hợp của các gói riêng biệt với một địa chỉ đích thường

là điểm nhận lưu lượng cuối cùng chẳng hạn như một tổng đài host FEC cũng có thể liên kết một giá trị FEC với một địa chỉ đích và một lớp lưu lượng Lớp lưu lượng được liên kết với một chỉ số cổng đích

Tại sao phải dùng FEC? Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp

Từ nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý các gói FEC cũng có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS Ví dụ, FEC có thể liên kết với độ ưu tiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực, lưu lượng nhóm mới ưu tiên thấp…

Sự kết hợp một FEC với một gói được thực hiện bởi việc dùng một nhãn để định danh một FEC đặc trưng Với các lớp dịch vụ khác nhau, phải dùng các FEC khác nhau và các nhãn liên kết khác nhau Đối với lưu lượng Internet, các định danh

sử dụng là các tham số ứng cử cho việc thiết lập một FEC Trong một vài hệ thống, chỉ địa chỉ đích IP được sử dụng

FEC là một sự biểu diễn của nhóm các gói, các nhóm này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự vận chuyển của chúng Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng một cách chọn đường tới đích Ngược với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể được thực hiện chỉ một lần khi các gói vào trong mạng Các FEC dựa trên các yêu cầu dịch vụ đối với một tập các gói cho trước hay đơn giản chỉ là đối với địa chỉ cho trước Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem gói được chuyển tiếp như thế nào Bảng này được gọi là bảng thông tin nhãn cơ bản LIB, nó là tổ hợp ràng buộc FEC với nhãn (FEC- to- label)

2.2.5 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn

Label Switching Forwarding Table, là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo

Trang 20

2.2.6 Đường chuyển mạch nhãn LSP

Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label-swapping forwarding)

Đường đi qua một mạng chuyển mạch nhãn được quyết định bởi một trong hai cách Thứ nhất, các giao thức định tuyến truyền thống (như OSPF hay BGP) được sử dụng để phát hiện các địa chỉ IP Thông tin này, từ nút tiếp theo đến địa chỉ

là tương đương với một nhãn, một đường chuyển mạch nhãn mềm dẻo Thứ hai, LSP có thể được thiết lập dựa trên ý tưởng của định tuyến cưỡng bức Cách này có thể dùng một giao thức định tuyến để hỗ trợ việc thiết lập LSP nhưng LSP cũng bị cưỡng bức bởi một số nhân tố khác như sự cần thiết phải cung cấp một mức độ QoS tốt Thực vậy, lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiên của định tuyến cưỡng bức

2.2.7 Cơ sở dữ liệu nhãn LIB

Là bảng kết nối trong LSR có chứa các giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng

ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền

2.2.8 Gói tin dán nhãn

Một gói tin dán nhãn là một gói tin mà nhãn được mã hoá Trong một vài trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng được cho mục đích dãn nhãn Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn

và thực thể giải mã nhãn

2.2.9 Ấn định phân phối nhãn

Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F

cụ thể là do LSR phía trước thực hiện LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR phía sau về kết hợp đó Do vậy các nhãn được LSR phía trước ấn định và kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau

Trang 21

2.3 Phương thức hoạt động của MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP, được chuẩn hoá bởi IETF Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như là kỹ thuật chuyển tiếp nằm

ở bên dưới Sự sử dụng từ “đa giao thức” trong tên của nó có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng, không chỉ riêng IP Ngoài ra, các nhà cung cấp mạng

có thể cấu hình và chạy MPLS trên các công nghệ lớp 2 khác nhau như PPP, Fram Relay … không chỉ riêng ATM Về mặt kiến trúc điều này là đúng, nhưng trong thực tế MPLS thường tập trung vào việc vận chuyển các dịch vụ IP trên ATM

Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN), hay là IP đạt thành công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tại nhược điểm khó khắc phục được Sự xuất hiện của MPLS - kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạng thông tin tương lai Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến Hiện nay, càng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương án

lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lai

MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãn thành một giải pháp đơn nhất để đạt được các mục tiêu sau:

9 Cải thiện hiệu năng định tuyến

9 Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền thống

9 Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới

Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử

lý từng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP, trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ

Trang 22

MPLS chia tách chức năng bộ định tuyến IP thành hai phần riêng biệt:

9 Chức năng chuyển gói tin

9 Chức năng điều khiển

Phần chức năng chuyển gói tin: Với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định

tuyến, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM Trong MPLS, nhãn là một

số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và tìm nhãn mới của nó Hay nói cách khác kỹ thuật hoán đổi nhãn là việc tìm chặng kế tiếp của gói tin trong một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồi chuyển ra cổng ra của bộ định tuyến Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR

Phần chức năng điều khiển của MPLS: Bao gồm các giao thức định tuyến

lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch nhãn MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF và BGP Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển

Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không thực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớp tương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC Một giao thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Khi LDP hoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng từ lối vào tới lối ra Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu đề gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì LSR lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diện đầu ra tương ứng Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi

Trang 23

nó đến LSR lối ra, lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3 Hiệu năng đạt được ở đây là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3 tới biên của mạng và chỉ thực hiện

1 lần tại đó thay cho việc xử lý tại từng node trung gian như của IP Tại các node trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói và thực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi nhãn - quá trình này thực hiện bằng phần cứng

Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không phải là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp Trong mắt của những nhà cung cấp các mạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trả giá về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt

Ngoài ra MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (Fast rerouting) Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn LSP được giám sát một cách

dễ dàng dùng RTFM (Real Time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS)

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch

vụ của mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển

Trang 24

khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại

MPLS là kỹ thuật chuyển tiếp và trao đổi nhãn, nhưng có kết hợp trao đổi nhãn với định tuyến lớp mạng Việc trao đổi nhãn nghĩa là thay đổi giá trị nhãn trong mào đầu gói khi gói di chuyển từ một nút tới nút khác

Ý tưởng này của MPLS cải thiện hoạt động của định tuyến lớp mạng và độ đáp ứng của lớp mạng Một mục đích hơn nữa là cung cấp độ linh hoạt lớn hơn trong việc phân phối dịch vụ định tuyến (bởi việc cho phép thêm vào các dịch vụ định tuyến mới mà không thay đổi mô hình chuyển tiếp) MPLS không tạo ra một quyết định chuyển tiếp với mỗi dữ liệu đồ lớp 3 nhưng dùng một khái niệm là lớp tương đương chức năng (FEC) Một FEC được kết hợp với một lớp dữ liệu đồ, lớp này phụ thuộc vào một số nhân tố như địa chỉ đích và loại lưu lượng trong dữ liệu

đồ (voice, data, fax…) Dựa vào FEC, một nhãn khi ấy sẽ thương lượng với các LSR lân cận nhau từ lối vào đến lối ra của miền định tuyến Nhãn cũng được dùng

để chuyển lưu lượng qua mạng

Tư tưởng nền tảng không giới hạn MPLS với bất cứ kĩ thuật lớp liên kết đặc biệt nào, giống như ATM hoặc Frame Relay Cho đến nay, mọi nỗ lực đã được thi hành để kết hợp MPLS và ATM nhưng trong tương lai MPLS có thể hoạt động trực tiếp với IP thông qua lớp vật lý mà không cần dùng ATM chút nào

Thêm vào đó, MPLS không yêu cầu một giao thức phân phối nhãn riêng biệt (chấp nhận việc dùng của các giá trị nhãn giữa các LSR cạnh nhau) Các giao thức

đó là RSVP, BGP, LDP Trong đó LDP được chú ý nhất ngay từ khi nó được thiết

kế để cho mạng MPLS, các giao thức còn lại cũng là các phương thức tốt cho việc phân bổ nhãn

MPLS là công nghệ chuyển mạch cho phép các nhà cung cấp dịch vụ hợp nhất các mạng sử dụng các công nghệ khác nhau vào trong một mạng duy nhất để phân phát gói tin từ nguồn tới đích một cách hiệu quả và có thể điều khiển được MPLS sử dụng các đường chuyển mạch nhãn LSP để chuyển tiếp ở lớp 2 mà đã được thiết lập báo hiệu bởi các giao thức định tuyến lớp 3 Tìm hiểu rõ về chuyển tiếp, chuyển mạch và định tuyến là các vấn đề quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào, do vậy cần phải xem xét kĩ các khái niệm này

Trang 25

Mỗi bộ định tuyến đều có chức năng chuyển gói tin từ nguồn tới đích bằng cách thu hoặc nhận, chuyển mạch và chuyển tiếp nó tới thiết bị mạng khác cho tới khi nó tới được đích cuối cùng

Hình 2.3 sau đây mô tả mô hình chung Mặt bằng điều khiển quản lý tập các tuyến mà một gói có thể sử dụng, trong mô hình này một gói đi vào thiết bị mạng qua giao diện đầu vào, được xử lý bởi một thiết bị mà nó chỉ xử lý thông tin về gói

để đưa ra quyết định logic Quyết định logic này có thông tin được cung cấp từ mặt bằng điều khiển chứa các tuyến, cho các thông tin về gói được cập nhật tới thiết bị khác để chuyển tiếp gói thông qua giao diện đầu ra để tới đích của gói tin đó

Hình 2.3 Định tuyến, chuyển mạch, chuyển tiếp

Đây là mô hình đơn giản nhất trong các công nghệ mạng, nhưng nó là sự bắt đầu cho sự thảo luận về MPLS được thực hiện như thế nào Các công nghệ MPLS đưa ra mô hình mới cho việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp để chuyển các gói tin trong mạng Internet

Hình 2.4 Đường nhanh và đường chậm

Trang 26

Một mô hình khác thường gặp mô tả luồng các gói tin giữa các thiết bị mạng (ví dụ như là các bộ định tuyến) được trình bày trên hình 2.4

Lưu lượng trong mạng bao gồm hai loại: Lưu lượng điều khiển và Lưu lượng

dữ liệu Lưu lượng điều khiển bao gồm các thông tin về quản lý định tuyến Lưu lượng dữ liệu thì đi theo “đường nhanh” và được xử lý bởi các thiết bị mạng Trong hầu hết các thiết bị mạng hiện đại, đường nhanh được thực hiện bởi phần cứng Bất

cứ thiết bị mạng nào nhận một gói tin không phải là dữ liệu thì nó được xem như tiêu đề của gói, thông tin về gói được gửi lên đường điều khiển để xử lý Các gói điều khiển bao gồm các thông tin yêu cầu cho việc định tuyến gói, bất cứ một gói nào đều có thể chứa thông tin điều khiển, ví như các gói dữ liệu ưu tiên và các gói điều khiển được xử lý chậm, bởi vì chúng cần được kiểm tra bởi phần mềm Vì

lý do này đường xử lý thường được gọi là “đường chậm”

Mô hình này rất quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào bởi vì nó chỉ ra đường điều khiển và đường chuyển tiếp là riêng biệt MPLS có thể phân biệt các chức năng quan trọng này để tạo ra một phương pháp mới làm thay đổi phương thức truyền các gói dữ liệu qua mạng Internet

MPLS chủ yếu làm việc với các giao thức lớp 2 và lớp 3, và cũng hoạt động trong nhiều kiểu thiết bị mạng khác “Công nghệ lớp 2.5” là một khía cạnh khác, thường được dùng để mô tả MPLS thực ra là gì? Hình 2.5 trình bày MPLS được xem như là một lớp trung gian mà nó được chèn vào giữa lớp mạng và lớp liên kết

dữ liệu

Hình 2.5 Lớp chèn MPLS

Trang 27

Mô hình này ban đầu xuất hiện như là một mô hình không đồng nhất với OSI, mô hình này chỉ ra rằng MPLS không phải là một lớp mới riêng, mà nó là một phần ảo của mặt phẳng điều khiển ở dưới lớp mạng với mặt phẳng chuyển tiếp ở đỉnh của lớp liên kết dữ liệu MPLS không phải là một giao thức tầng mạng mới bởi vì nó không có khả năng tự định tuyến hoặc có sơ đồ địa chỉ, mà yêu cầu phải có trong giao thức lớp 3 MPLS sử dụng các giao thức định tuyến và cách đánh địa chỉ của

IP (với sự điều chỉnh và mở rộng cần thiết), MPLS cũng không phải là một giao thức tầng liên kết dữ liệu bởi vì nó được thiết kế để hoạt động trong nhiều công nghệ liên kết dữ liệu phổ biến mà cung cấp yêu cầu chức năng và địa chỉ lớp

2.4 Mô hình chuyển mạch nhãn

Mô hình chuyển mạch nhãn là cơ chế chủ yếu được triển khai trong mặt phẳng chuyển tiếp dữ liệu từ nguồn tới đích Mạng MPLS chủ yếu dựa vào mô hình ATM, Frame Relay và kĩ thuật nhãn, các nhãn được gán cho mỗi gói khi chúng vào mạng, được trao đổi nhãn khi chúng qua mạng và sau đó được chuyển tới cổng đầu

ra của mạng Hình 2.6 chỉ ra mô hình trao đổi nhãn Trong một mạng có một cổng vào, một nút trung gian được gọi là nút chuyển tiếp, và một cổng ra Tập hợp các nút tham gia vào quá trình trao đổi nhãn được gọi là miền trao đổi nhãn

Chú ý rằng các giá trị của nhãn có thể được gán và phân bố trước khi bất cứ quá trình trao đổi nhãn của dữ liệu xảy ra hoặc các nhãn có thể được tạo ra khi các

gói thuộc về một luồng đặc biệt Hai kiểu gán nhãn được gọi là “control driven” và

“traffic driven” Sau khi vùng chuyển mạch nhãn được cấu hình để xử lý lưu lượng

gói được chuyển tiếp bởi trao đổi nhãn, tất cả các gói được xử lý theo cùng một cách đơn giản và trực tiếp

Hình 2.6 Mô hình chuyển mạch nhãn

Trang 28

Một nhãn ngắn, chiều dài cố định được mang trong tiêu đề của gói Nhãn nhận dạng đường chuyển tiếp nào mà một gói sẽ đi qua, dựa vào tập các tham số đầu vào (địa chỉ đích, tiền tố, QoS,…) Quá trình xử lý ở đầu vào xác định bất cứ một giá trị nhãn của gói tới dựa vào thông tin về gói để ánh xạ nó tới đường chuyển tiếp của nó Nút ở cổng đầu vào gán giá trị nhãn ban đầu cho mỗi gói sau đó gửi nó vào trong mạng Các nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ và giá trị thực tế của một nhãn chỉ được hiểu giữa hai nút thông tin với nhau Sau khi một nhãn được thêm vào bởi nút cổng và được trao đổi ở nút chuyển tiếp dựa vào bảng nhãn đã được cấu hình của nó tới khi nào gói tới được đích Chú ý rằng bảng nhãn-Label Table hướng dẫn gói qua LSP đã được thiết lập trước khi gói bắt đầu hành trình

Do đó, các đường nhãn tương đương với một kênh ảo (VC) Các đường nhãn luôn luôn không đồng nhất Nếu muốn lưu lượng gói đi theo hướng ngược lại của cùng một tuyến thì phải thiết lập hai đường nhãn

Trao đổi nhãn có nhiều ưu điểm so với định tuyến “từng chặng” đã được triển khai trong mạng IP thông thường Nó đơn giản và hiệu quả hơn Việc phân tích gói chỉ được thực hiện ở nút cổng Trao đổi nhãn trong vùng trao đổi nhãn nhanh hơn bởi vì việc hoạt động đơn giản là nhận ra nhãn và ánh xạ nó vào giá trị nhãn tiếp theo Nút đầu ra nhận ra rằng gói đã đến biên sau đó nó thực hiện xoá nhãn và chuyển tiếp gói tin dựa vào các thông tin khác như là header ở tầng mạng

và đưa vào vùng đích Trao đổi nhãn là quá trình chủ yếu của MPLS và nó thể hiện nhiều khái niệm cần thiết để hiểu công nghệ này hoàn chỉnh hơn và để biết tại sao

MPLS không chỉ là sự trao đổi nhãn

2.5 Các giao thức báo hiệu trong MPLS

Báo hiệu là cách thức để các bộ định tuyến trao đổi những thông tin liên quan Đối với mạng MPLS, kiểu thông tin trao đổi giữa các bộ định tuyến phụ thuộc vào giao thức báo hiệu được sử dụng Tại mức nền, các nhãn phải được phân phối đến các bộ định tuyến để chuyển tiếp dữ liệu cho một FEC (Forward Equivalence Class) và các LSP (Label Switch Path) được tạo

Có bốn phương pháp được sử dụng cho việc phân phối nhãn:

• Giao thức phân phối nhãn LDP

Trang 29

• Định tuyến bắt buộc với LDP CR-LDP

• Sự mở rộng giao thức dành tài nguyên cho MPLS RSVP-TE

• Phân phối nhãn với BGP-4

2.5.1 Giao thức phân phối nhãn LDP

LDP được thiết kế với mục đích dùng cho việc phân phối nhãn tường minh trong MPLS, không hỗ trợ TE Ngày nay, nó không được dùng nhiều cho việc phân phối nhãn Tuy nhiên, nó được bổ sung và mở rộng chức năng qua giao thức CR-LDP

2.5.2 Giao thức phân phối nhãn định tuyến bắt buộc CR-LDP

Đây là giao thức mở rộng của LDP để hỗ trợ cho các LSP (Label Switch Path) được định tuyến dựa trên sự bắt buộc Sự bắt buộc ở đây có nghĩa là trong một mạng và đối với mỗi tập hợp các nút mạng có sự tồn tại một sự bắt buộc mà phải thỏa mãn cho đường kết nối giữa hai nút được chọn cho các LSP

2.5.3 Giao thức RSVP-TE

RSVP-TE là sự mở rộng của RSVP sử dụng cơ chế RSVP để thiết lập các LSP, phân phối nhãn và tiến hành các tác vụ liên quan đến nhãn khác, thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật lưu lượng RSVP-TE hỗ trợ cả các LSP được định tuyến chặt và lỏng Khi một đường đi được thiết lập bởi RSVP-TE, nó phải được cập nhật liên tục

để giữ phần tài nguyên dành riêng RSVP-TE là một giao thức hướng phía thu, nghĩa là các yêu cầu về dành riêng băng thông được thực hiện bởi đầu cuối phía thu của đường đi

Hình 2.7 Thiết lập đường đi RSVP-TE

RSVP-TE bổ sung một số đối tượng mới so với RSVP, như:

Trang 30

• ERO (Explicit Route Object): đối tượng định tuyến tường minh

• RRO (Recors Route Object): ghi nhận mỗi LSP và thứ tự mà mỗi LSP được ghé qua

• Session Attribute Object: định danh các thao tác và mô tả những đặc tính cho LSP

2.5.4 Giao thức BGP-4

Giao thức BGP (Border Gateway Protocol) cũng được sử dụng cho việc phân phối nhãn Nó là một giao thức định tuyến giữa các hệ thống tự trị khác nhau để trao đổi các thông tin định tuyến

Các thông điệp cập nhật trong BGP-4 được sử dụng để phân phối các lộ trình BGP, có thể thêm các nhãn MPLS thích hợp mà được ánh xạ tới cùng lộ trình BGP

2.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS

2.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp

MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố định nên quyết định chuyển tiếp có thể xác định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục trong LFIB Cơ chế này đơn giản và nhanh hơn nhiều so với giải thuật “longest prefix match” dùng trong chuyển tiếp gói datagram thông thường

2.6.2 Kỹ thuật lưu lượng

Ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng (TE: Traffic Engineering), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng theo một các thức đáng tin cậy và hiệu quả nhất Kỹ thuật lưu lượng cho phép các ISP định tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách hàng

ở khía cạnh thông lượng và độ trễ MPLS-TE cho phép lưu lượng được phân bố hợp

lý qua toàn bộ hạ tầng mạng, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng

2.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn

Định tuyến QoS từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR được xác định trước ở nút nguồn (LSR ngõ vào) dựa vào một số thông tin về độ khả dụng tài nguyên trong mạng cũng như yêu cầu QoS của luồng lưu lượng Nói cách khác, nó

Trang 31

là một giao thức định tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn đường để bao gồm các tham

số như băng thông khả dụng, việc sử dụng link và đường dẫn end-to-end, độ chiếm dụng tài nguyên của node, độ trễ và biến động trễ

2.6.4 Mạng riêng ảo VPN

VPN là cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng giống như thuê kênh riêng nhưng với chi phí thấp hơn bằng cách sử dụng hạ tầng mạng công cộng dùng chung Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết để hỗ trợ VPN bằng cách thiết lập các đường hầm LSP sử dụng định tuyến tường minh Do đó, MPLS sử dụng các đường hầm LSP cho phép nhà khai thác cung cấp dịch vụ VPN theo cách thích hợp trên cùng hạ tầng mà họ cung cấp dịch vụ Internet Hơn nữa, cơ chế xếp chồng nhãn cho phép cấu hình nhiều VPN lồng nhau trên hạ tầng mạng

2.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding)

Thay đổi đáng kể nhất được MPLS đưa ra không phải ở kiến trúc định tuyến

mà là kiến trúc chuyển tiếp Sự cải tiến trong kiến trúc chuyển tiếp có tác động đáng

kể đến khả năng cung cấp chuyển tiếp phân cấp Chuyển tiếp phân cấp cho phép lồng một LSP vào trong một LSP khác (xếp chồng nhãn hay còn gọi là điều khiển gói đa cấp) Thực ra chuyển tiếp phân cấp không phải là kỹ thuật mới; ATM đã cung cấp cơ chế chuyển tiếp 2 mức với khái niệm đường ảo (VP) và kênh ảo (VC) Tuy nhiên MPLS cho phép các LSP được lồng vào nhau một cách tùy ý, cung cấp điều khiển gói đa cấp cho việc chuyển tiếp

2.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability)

Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt toàn diện hơn giữa định tuyến liên miền (inter-domain) và định tuyến nội miền (intra-domain), điều này cải thiện đáng kể khả năng mở rộng các tiến trình định tuyến Hơn nữa, khả năng mở rộng của MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng), và xếp chồng nhãn để hợp nhất (merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP Ngoài ra, nhiều LSP liên kết với các FEC khác nhau có thể được trộn vào cùng một LSP Sử dụng các LSP lồng nhau cũng cải thiện khả năng mở rộng của MPLS

Trang 32

2.7 Tổng kết chương

Trong các giao thức lớp mạng truyền thống, khi một gói đi từ một router đến hop kế tiếp thì quyết định chuyển tiếp phải được đưa ra độc lập ở mỗi hop Việc chọn hop kế tiếp dựa trên việc phân tích header của gói và kết quả chạy giải thuật định tuyến Một router xem hai gói là thuộc cùng một luồng nếu chúng có cùng prefix địa chỉ mạng bằng cách áp dụng luật “longest prefix match” cho địa chỉ đích của từng gói Khi gói di chuyển qua mạng, ở mỗi hop đến lượt mình sẽ lại kiểm tra gói và gán lại cho luồng

Công nghệ chuyển mạch nhãn cho phép thay thế chuyển tiếp gói truyền thống theo kiểu hop-by-hop dựa trên địa chỉ đích bằng kỹ thuật chuyển tiếp hoán đổi nhãn Kỹ thuật này dựa vào các nhãn có độ dài cố định, cải thiện được năng lực định tuyến lớp 3, đơn giản hóa việc chuyển gói, cho phép dễ dàng mở rộng và đặc biệt là hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng

Trang 33

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG

và gửi qua cùng một đường đi Vì vậy, một đường truyền có thể bị nghẽn trong mạng Và các lưu lượng nhạy với độ trễ như các cuộc gọi thoại qua IP (VoIP – Voice-over-IP) có thể di chuyển trên một đường đi có độ trễ truyền sóng cao bởi

vì đó là đường đi ngắn nhất trong khi lại có sẵn những lộ trình có độ trì hoãn thấp khác

Hình 3.1 Kỹ thuật lưu lượng

Hình trên mô tả đường đi ngắn nhất từ router 1 đến router 5 là đường đi 3-5) Tất cả các lưu lượng đi qua router 1 có đích đến là router 5 sẽ di chuyển qua đường đi ngắn nhất này nếu như giải thuật tìm đường đi ngắn nhất được sử

Trang 34

(1-Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng

dụng cho việc chuyển tiếp mạng này Mặc dù có một lộ trình khác (1-2-4-5) sẵn sàng được sử dụng cho việc phân phối lưu lượng thậm chí hiệu quả hơn trong mạng này

Kỹ thuật lưu lượng là quá trình kiểm soát cách thức một lưu lượng truyền qua một mạng để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu suất mạng

Kỹ thuật lưu lượng tựu trung cơ bản hai vấn đề mà xảy ra từ các giao thức định tuyến mà chỉ sử dụng đường đi ngắn nhất như một sự bắt buộc khi chúng xây dựng bảng định tuyến

Các lộ trình ngắn nhất từ các nguồn khác nhau sẽ chồng lấp tại một số đường kết nối, gây ra nghẽn trên các đường nối đó

Lưu lượng từ một nguồn đến một đích vượt quá khả năng dung lượng của đường đi ngắn nhất, trong khi một đường đi dài hơn giữa hai bộ định tuyến lại không được sử dụng

Như chúng ta sẽ thấy sau đây, MPLS có thể được sử dụng như là một công

cụ kỹ thuật lưu lượng để định hướng lưu lượng trong một mạng theo một cách thức hiệu quả hơn so với việc định tuyến đường đi ngắn nhất trong mạng IP nguyên thủy MPLS có thể được dùng để kiểm soát những lộ trình mà lưu lượng

di chuyển qua mạng và do đó có thể đạt được một phương cách sử dụng tài nguyên mạng một cách hiệu quả hơn Các đường đi trong mạng có thể được dành riêng cho lưu lượng nhạy cảm, và các đường kết nối và bộ định tuyến an toàn có thể được sử dụng cho loại lưu lượng này

“Kỹ thuật lưu lượng (TE)” liên quan tới việc tối ưu hóa hoạt động của mạng trên cơ sở điều hành lưu lượng (traffic) hay nói một cách khác là điều hành lưu lượng cho phù hợp với topology của mạng Khái niệm này được dùng để phân biệt với khái niệm “thiết kế mạng (network design)”, thiết kế mạng liên quan đến việc xây dựng topology của mạng sao cho phù hợp với lưu lượng

Một trong những mục đích của việc sử dụng MPLS là khả năng hỗ trợ

kỹ thuật lưu lượng của nó

Trang 35

Các mục tiêu thực hiện kỹ thuật lưu lượng có thể được phân thành hai loại:

o Theo định hướng lưu lượng (traffic oriented)

o Theo định hướng tài nguyên (resource oriented)

Sự thực hiện theo định hướng lưu lượng hỗ trợ cho hoạt động QoS của lưu lượng người dùng Trong một lớp đơn mô hình dịch vụ Internet tổng lực, mục tiêu thực hiện theo định hướng lưu lượng bao gồm: sự tối thiểu hóa mất mát lưu lượng, tối thiểu hóa độ trễ, tối đa hóa thông lượng đưa vào (throughput), và

sự bắt buộc phải tuân thủ các hợp đồng cấp dịch vụ

Mục tiêu thực hiện theo định hướng tài nguyên liên quan đến các tài nguyên mạng như: các liên kết thông tin (communication links), các router và các server, tất cả các thực thể đóng góp vào sự thực hiện các mục tiêu theo định hướng lưu lượng Sự quản lý tốt các tài nguyên này là hết sức quan trọng để đạt được các mục tiêu thực hiện theo định hướng tài nguyên Băng thông là một tài nguyên cốt yếu trong các mạng hiện tại, do đó một chức năng trọng tâm của kỹ thuật lưu lượng là quản lý hiệu quả tài nguyên băng thông

Bất kỳ mạng nào mà nó chấp nhận lưu lượng và yêu cầu của người dùng (như là Internet) đều phải đương đầu với vấn đề nghẽn Sự quản lý lưu lượng của tất cả người dùng để ngăn ngừa nghẽn là một phần quan trọng của bức tranh QoS (QoS picture) Sự tắc nghẽn đã làm giảm thông lượng đưa vào (throughput) và làm tăng độ trễ

Hầu hết các mạng đều cung cấp các luật truyền cho người dùng của họ, bao gồm các hợp đồng về bao nhiêu lưu lượng có thể gửi tới mạng trước khi luồng lưu lượng được điều chỉnh (luồng được điều khiển) Điều khiển luồng (flow control) là một thành phần cần thiết để ngăn ngừa nghẽn trong mạng

Nghẽn là nguyên nhân gây ra sự giảm sút nghiêm trọng trong hoạt động của mạng, cả về thông lượng đưa vào và thời gian đáp ứng Khi lưu lượng trong mạng đạt đến một điểm nào đó, nghẽn nhẹ (mild congestion) bắt đầu xuất hiện,

Trang 36

gây ra hiện tượng rớt (drop) ở thông lượng đưa vào Nếu quá trình cứ tiếp diễn

sẽ dẫn tới tình trạng thông lượng đưa vào rớt theo dốc đứng do nghẽn nặng và do

sự tích lũy gói tại các hàng đợi của các server Hình 3.2 miêu tả vấn đề này

Hình 3.2 Các vấn đề nghẽn tiềm tàng

Tối thiểu hóa nghẽn là một trong những mục tiêu thực hiện theo định hướng tài nguyên và lưu lượng quan trọng nhất Vấn đề nghẽn được xem xét ở đây là nghẽn kéo dài (không phải là nghẽn ngắn – nghẽn chuyển tiếp do các cụm (bursts) tức thì gây ra) Nghẽn được chia thành hai dạng phụ thuộc vào hai sự kiện sau:

• Khi không có đủ tài nguyên để đáp ứng cho lưu lượng người dùng

• Khi có đủ tài nguyên trong mạng để hỗ trợ cho nhu cầu QoS của người dùng nhưng các dòng lưu lượng không được “chuyển” vào các tài nguyên rỗi thích hợp Do đó, một số phần của mạng trở nên quá mức sử dụng (quá tải) trong khi các phần khác là dưới mức sử dụng

Dạng thứ nhất của nghẽn có thể được giải quyết bằng cách xây dựng các mạng với băng thông được mở rộng hơn hoặc (và) áp dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn Các kỹ thuật điều khiển nghẽn truyền thống bao gồm: sự giới hạn tốc độ (rate limitting), điều khiển luồng cửa sổ, quản trị hàng đợi router, điều khiển dựa trên lịch trình

Dạng thứ hai của nghẽn, sự phân bổ tài nguyên không hiệu quả, có thể được giải quyết nhờ vào kỹ thuật lưu lượng Một cách tổng quát, nghẽn do sự phân

bố tài nguyên không hiệu quả có thể được làm giảm bằng cách chọn các chính sách cân bằng tải (load-balancing policies), có nghĩa là sự phân phối lưu lượng

Trang 37

tới các liên kết và các node rãnh

Lưu lượng có thể được tổ chức xoay quanh một khái niệm gọi là các lớp dịch vụ (service classes), chúng được tóm tắt ở Bảng 3.1 Các lớp lưu lượng này tương tự như các lớp được sử dụng trong mạng ATM Các lớp được định nghĩa cho những hoạt động sau :

• Định thời giữa bộ phát và thu (có hoặc không)

• Tốc độ bit (thay đổi hay cố định)

• Không kết nối hay định hướng kết nối giữa bộ phát và bộ thu

• Các hoạt động điều khiển luồng

• Số thứ tự cho thông tin người sử dụng

• Phân đoạn và tái hợp các PDU (Protocol Data Unit) của người dùng

Bảng 3.1 Các lớp dịch vụ kỹ thuật lưu lượng

Định hướng kết nối (connection-oriented) Cần có sợ quan hệ về thời gian giữa phát và thu Cho phép một ít mất mát

Định hướng kết nối Cần có quan hệ về thời gian giữa phát và thu Cho phép một ít mất mát

Định hướng kết nối Không đòi hỏi sự quan hệ đồng về thời gian giữa phát và thu Không cho phép mất mát

Không kết nối (connectionless) Không đòi hỏi sự quan hệ về thời gian giữa phát và thu Không cho phép mất mát

Trang 38

Ngày nay nhiều hệ thống (đặc biệt là các router) hỗ trợ vài dạng hàng đợi Sau đây là vài dạng hàng đợi thông thường:

• FIFO (First-in, First-out)

• WFQ (Weighted Fair Queuing)

ở các trọng số khác chỉ có một luồng

Hình 3.3 Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng

Trang 39

Khi đó mỗi luồng có trọng số 5 sẽ nhận được 5/55 băng thông, luồng có trọng số thấp nhất (trọng số 1) sẽ nhận được 1/55 băng thông và luồng có trọng

số cao nhất (trọng số 8) nhận được 8/55 băng thông Tương tự cho các luồng có trọng số khác

3.5.3 Hàng đợi CQ

CQ cho phép các user chỉ ra phần trăm băng thông khả dụng cho một giao thức đặc biệt nào đó Ta có thể định nghĩa tối đa đến 16 hàng đợi Mỗi hàng đợi được phục vụ một cách tuần tự theo phương thức round-robin, truyền phần trăm lưu lượng trên mỗi hàng đợi trước khi chuyển đến hàng đợi kế Hình 3.4

mô tả ý tưởng của hàng đợi CQ

Hình 3.4 Hàng đợi CQ

3.5.4 Hàng đợi PQ

Tất cả các gói thuộc lớp có mức ưu tiên cao hơn sẽ được truyền trước bất kỳ gói nào thuộc lớp có mức ưu tiên thấp hơn PQ cho phép người quản lý mạng cấu hình bốn thuộc tính lưu lượng – cao (high), thông thường (normal), trung bình (medium) và thấp (low) Lưu lượng đến được gán vào một trong 4 hàng đợi

Trang 40

Hình 3.5 Hàng đợi PQ

3.6 Thuật toán thùng rò và thuật toán thùng Token

3.6.1 Thuật toán thùng rò (Leaky Bucket)

Hình 3.6 Thùng rò (leaky bucket)

Mô hình thùng rò có thể được diễn tả như sau: bất chấp tốc độ nước được đổ vào thùng là bao nhiêu, tốc độ dòng nước chảy ra là không đổi miễn là trong thùng còn nước Một khi thùng đầy, lượng nước được đổ thêm vào sẽ bị tràn và đổ mất Các thông số cần chú ý trong mô hình thùng rò là kích thước của thùng (b) và tốc độ dòng chảy ra (r)

Mô hình trên có thể áp dụng cho gói Bất kể lưu lượng tới có tốc độ như

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	2,36 MB