Khảo sát kỹ thuật điều khiển lưu lượng trong IP

Đó là sử dụng một trong các giao thức địnhtuyến IGP như RIP, OSPF, IS-IS…Với giải pháp này, các bộ định tuyến tự động xâydựng và cập nhật bảng định tuyến của mình bằng cách trao đổi, thu

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA SAU ĐẠI HỌC

*********

Bài tập nhóm môn Mạng thế hệ sau NGN

Khảo sát kỹ thuật điều khiển lưu lượng trong IP

Nhóm thực hiện: Cao Trung Thụ

Nguyễn Việt Hải Trịnh Thị Kim Liên Đinh Phương Nam Thắng

Lớp: Truyền dữ liệu và mạng máy tính - M12CQCT01-B

:

Hà Nội, tháng 5 - 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 3

1 Một số vấn đề lưu lượng trong mạng IP 4

2 Điều khiển lưu lượng dựa trên IP 9

3 Điều khiển lưu lượng dựa trên ATM 11

4 Điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS 14

4.1 Tổng quan điều khiển lưu lượng trong MPLS 14

4.2 Cơ chế điều khiển lưu lượng trong MPLS 16

4.3 Các giao thức phân bổ nhãn 19

4.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 20

4.3.2 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP 24

4.3.3 Giao thức BGP với việc phân bổ nhãn 30

4.4 Định tuyến trong mạng MPLS 31

4.4.1 Định tuyến dựa trên sự ràng buộc 32

4.4.2 Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên sự ràng buộc 35

4.5 Kĩ thuật điều khiển tắc nghẽn FATE 44

4.5.1 Phương pháp FATE 44

4.5.2 Giám sát luồng lưu lượng và phát hiện tắc nghẽn trong LSP 44

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

MỞ ĐẦU

Khi mạng Internet ngày càng phát triển, thì số lượng khách hàng sử dụngngày càng tăng lên một cách mạnh mẽ Hơn nữa, các nhu cầu đối với các dịch vụ đaphương tiện cũng tăng lên, yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong trễ gói, lỗi tốc

độ, và băng tần tối thiểu Mạng Internet truyền thống không thể đáp ứng các yêu cầu củakhách hàng vì nó dựa trên các dịch vụ IP “best – effort”, trong khi các dịch vụ này không

có bất cứ một cơ chế điều khiển lưu lượng nào

Cùng với sự phát triển của mạng IP, các nhà nghiên cứu cố gắng tìm ra mộtphương pháp điều khiển lưu lượng trong mạng một cách tối ưu để đáp ứng được nhucầu người sử dụng Các phương pháp điều khiển lưu lượng truyền thống như IP,ATM cũng phần nào giải quyết được bài toán lưu lượng trong mạng IP, tuy nhiêncác phương pháp này biểu lộ một số hạn chế nhất định

MPLS không thay thế cho định tuyến IP, nhưng nó sẽ hoạt động song song vớicác phương pháp định tuyến đang tồn tại và các công nghệ định tuyến trong tương laivới mục đích cung cấp tốc độ dữ liệu rất cao giữa các bộ định tuyến chuyển mạchnhãn LSP đồng thời với việc hạn chế băng tần của các luồng lưu lượng với các yêucầu chất lượng dịch vụ QoS khác nhau

Nhóm em chọn đề tài “Khảo sát kĩ thuật đ i ề u k h i ể n lưu lượng trong mạngIP” N h ằ m Khái quát về kĩ thuật lưu lượng và đặc điểm Trình bày các phương phápđiều khiển lưu lượng trong mạng IP bao gồm điều khiển lưu lượng dựa trên IP, điềukhiển lưu lượng dựa trên ATM và điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS Trong đó nhấnmạnh phương pháp điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS và ưu điểm vượt trội của nó sovới các phương pháp khác Kĩ thuật lưu lượng là một kĩ thuật tương đối khó, việc tìmhiểu về các vấn đề của kĩ thuật lưu lượng đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài

Do vậy đề tài không tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được lời nhận xét củathầy

1 Một số vấn đề lưu lượng trong mạng IP

tin đi trên nó Thứ hai, trước đây mạng viễn thông được xây dựng dựa trên các côngnghệ TDM, X25, FR, ATM, còn TCP/IP được coi là thuộc phía khách hàng Hay trướcđây mạng viễn thông chỉ tạo ra các dịch vụ mạng WAN để kết nỗi các trụ sở của các nhàquản trị mạng IP Thì từ khi mạng NGN, mạng hội tụ và mạng cộng hưởng ra đời thì cácnhà quản trị mạng viễn thông không chỉ đơn thuần coi TCP/IP thuộc về phía khách hàngnữa TCP/IP được coi là nền tảng của mạng Internet, nó có tính năng để đáp ứng yêu cầucủa mạng viễn thông công cộng.

Với xu hướng phát triển nói trên, một trong vấn đề cần được quan tâm với mạng IP

đó là vấn đề về lưu lượng Cụ thể là cần phải xem xét các kĩ thuật lưu lượng trongmạng IP Không phải bây giờ mạng IP mới cần giải quyết vấn đề lưu lượng Cùng với sựphát triển của giao thức định tuyến, với chức năng chính là định tuyến đường đi tốt nhấtcho các gói tin IP Bên cạnh đó, định tuyến cũng để lại vấn đề lưu lượng Tuy nhiên,người ta cũng đã chứng minh được rằng có thể sử dụng định tuyến như một kĩ thuật đểđiều khiển lưu lượng trong mạng IP Chúng ta sẽ xem xét bài toán lưu lượng bằngchính nhược điểm của định tuyến IP

1.2 Bài toán lưu lượng

Chúng ta xem xét một mạng đơn giản như hình 1 Mạng bao gồm các bộ định tuyếnR1, R2, R3, R4, R5 cùng thuộc một miền quản trị Các bộ định tuyến được kết nối vớinhau như hình vẽ Xét hai luồng lưu lượng I-I’, II-II’ vào R1 và ra R5

Theo hình vẽ dễ thấy có hai đường đi có thể lựa chọn cho hai luồng lưu lượng trên:

 R1-R2-R3-R5

 R1-R4-R5

Hình 1 Mô hình mạng đơn giản

Với cấu hình này, nhà quản trị có thể sử dụng một trong các giải pháp định tuyến sau đây:

Thứ nhất là sử dụng định tuyến tĩnh Với giải pháp này, một đường đi sẽ được lựa chọn một cách nhân công

Hình 2 Lựa chọn đường sử dụng phương pháp định tuyến tĩnh

Thứ hai là sử dụng định tuyến động Đó là sử dụng một trong các giao thức địnhtuyến IGP như RIP, OSPF, IS-IS…Với giải pháp này, các bộ định tuyến tự động xâydựng và cập nhật bảng định tuyến của mình bằng cách trao đổi, thu thập thông tin địnhtuyến, tìm ra đường đi ngắn nhất Hai phương pháp này có những ưu nhược điểm riêng.Định tuyến tĩnh không đòi hỏi việc trao đổi thông tin định tuyến nhưng có nhược điểm làkhông thích ứng với sự thay đổi cấu hình mạng Sử dụng các giao thức định tuyến IGPcho phép thích ứng nhanh với sự thay đổi cấu hình mạng nhưng lại tốn một lượng băngthông cho việc trao đổi thông tin định tuyến Thường thì định tuyến động được áp dụngcho mạng IP cỡ lớn

Việc lựa chọn định tuyến động cho mạng IP cỡ lớn đồng nghĩa với việc sử dụng mộttrong các giao thức định tuyến Giao thức định tuyến có chức năng là tìm ra đường đingắn nhất cho các gói tin IP từ một bộ định tuyến tới đích Đoạn đường từ mỗi bộ địnhtuyến tới các mạng đích được đo bằng tham số metric Metric có thể dựa trên một đặctính đơn của đường hay có thể tính toán dựa trên một vài đặc tính Metric có thể tính toántheo các tham số sau:

 Bandwidth: băng thông của các liên kết

 Delay: độ trễ (độ dài thời gian yêu cầu để chuyển một gói tin trên toàn liên kết

từ nguồn tới đích Độ trễ phụ thuộc vào băng thông của các liên kết trung gian,hàng cổng tại mỗi bộ định tuyến, tắc nghẽn mạng, khoảng cách vật lý)

 Load: tải

 Rebility: độ khả dụng (thường cho phép tỉ lệ lỗi của mỗi liên kết)

 Hop count: số trạm trung gian Số các bộ định tuyến mà một gói tin phải điqua trước khi tới đích Khi dữ liệu đi qua một bộ định tuyến, đó là một hop

Nếu có nhiều đường cùng tới một đích, bộ định tuyến chọn đường với số hop

là ít nhất

 Cost: thường dựa trên băng thông được gán bởi nhà quản trị mạng

Tuy nhiên, đối với mỗi giao thức định tuyến cụ thể, việc tính toán metric thường chỉ dựavào một vài tham số hoặc chỉ dựa trên một tham số Như với giao thức định tuyến RIP,việc tính toán quãng đường dựa trên tham số hop count Giao thức định tuyến OSPF,thường áp dụng trong miền quản trị đơn, tính toán đường dựa trên tham số bandwidth.Điều này có nghĩa là khoảng cách ngắn nhất được giao thức định tuyến tính toán chỉmang tính tương đối

Trong hình 1 nếu áp dụng giao thức định tuyến RIP thì cả hai luồng I-I’, II-II’ đitheo đường R1-R4-R5, nếu áp dụng giao thức định tuyến OSPF thì cả hai luồng lưulượng này đi theo đường R1-R2-R3-R5 Với thuộc tính này có thể nói rằng giao thứcđịnh tuyến OSPF có ưu điểm hơn các giao thức định tuyến khác nếu đứng trên quan điểmphân bổ lưu lượng

Cho dù OSPF là một giao thức định tuyến đơn miền quản trị vượt trội nhất nhưngluôn tồn tại một vấn đề cần xem xét mà nhà quản trị phải tìm cách giải quyết Đó là vấn

đề lưu lượng tập trung qua cao trên đường R1-R2-R3-R5 Kể cả khi đường này cóbăng thông lớn hơn đường còn lại nhưng sự tập trung quá cao các luồng lưu lượng khiếnđường này bị nghẽn cục bộ trong khi các tuyến đường khác vẫn còn dư thừa băng thông.Đây chính là bài toán đặt ra đối với kĩ thuật lưu lượng traffic engineering của mạng IP

Hình 3 Lựa chọn đường sử dụng phương pháp định tuyến OSPF

Hình 4 Lựa chọn đường sử dụng phương pháp định tuyến RIP

Nhận xét:

 Trong mạng IP thông thông thưòng, các router hướng (forward) các gói tin dựa trên địa IP chỉ đích

 Mỗi giao thức định tuyến đưa ra các tiêu trí riêng để tìm ra “quãng đường

đi ngắn nhất”, các tham số lựa chọn để tính quãng đường là rất ít

 Trong mạng, một tuyến (liên kết và nút) có lưu lượng đi qua là rất lớn thậmtrí có thể gây ra nghẽn cục bộ Trong khi một số tuyến có rất ít lưu lượng

đi qua nó

Có thể nói ngắn gọn, kĩ thuật lưu lượng trong mạng IP là tổng hợp nhiều kế hoạch

và chính sách của nhà quản trị mạng để sao cho các liên kết được sử dụng một cáchhiệu quả nhất, tránh hiện tượng tắc nghẽn cục bộ trên một vài liên kết trong khi cácliên kết khác vẫn còn dư thừa

Có rất nhiều phương pháp điều khiển lưu lượng khác nhau, nếu căn cứ vào mức

xử lý các gói tin tại các nút, có thể phân thành 3 phương pháp kĩ thuật lưu lượng, đó là:

2 Điều khiển lưu lượng dựa trên IP

Đây là một phương pháp được sử dụng đầu tiên để điều khiển lưu lượng trong mạng IP Phương pháp này phần nào khắc phục được tồn tại mà kế hoạch địnhtuyến để lại

Kĩ thuật lưu lượng dựa trên chính sách định tuyến IP vẫn là phương pháp khá phổbiến, nhưng đây không phải là phương pháp tối ưu Phương thức chủ yếu để điều

khiển hướng lưu lượng IP đi qua mạng là sự thay đổi cost trên một liên kết riêng

biệt Không có cách hợp lí để điều khiển hướng mà lưu lượng chấp nhận trên cơ sở nơi

mà lưu lượng đến từ đâu – mà chỉ là lưu lượng sẽ đi tới đâu Sử dụng kĩ thuật lưu lượng

IP phù hợp với nhiều mạng mạng lớn, tuy nhiên vẫn còn có một số vấn đề mà kĩ thuậtlưu lượng IP không giải quyết được

Các phần tử trong mạng IP ứng xử với các gói tin bằng các phân tích thông tinmào đầu của gói tin IP (điều khiển hướng gói)

Nếu mạng như hình 1 sử dụng phương pháp định tuyến tĩnh, việc chia lưu lượngđều trên hai đường đi có thể được thực hiện một cách dễ dàng bởi nhà quản trị Ví dụluồng lưu lượng I-I’ được áp đặt sử dụng đường R1-R2-R3-R5 còn luồng lưu lượng II-II’được áp đặt đi trên đường còn lại R1-R4-R5

Hoặc cũng với ví dụ này, có thể chia mỗi luồng lưu lượng thành hai phần, mỗi phẫn sẽ được hướng tới một đường khác nhau

Rõ ràng việc thiết lập các tuyến tĩnh cũng có thể giúp cho mạng phân chi được tải Tuy nhiên:

 Không cho phép thích ứng khi topo mạng thay đổi

 Việc chia tải chỉ dựa trên địa chỉ đích nên chỉ mang tính hình thức

 Không cân bằng được tải trên các tuyến

 Phương pháp này rất ít được sử dụng

Dễ dàng thấy, với một cấu hình mạng cho trước như giả thiết, nếu sử dụng chínhsách định tuyến này sẽ xuất hiện một vấn đề mới đó là tính chủ quan trong việc phântải Việc phân chia luồng lưu lượng đi trên các hướng chưa chắc đã triệt để Có hai lí do.Thứ nhất, việc phân chia luồng lưu lượng trên các tuyến được thực hiện một cách cảmtính thiếu chính xác Thứ hai, giả sử việc phân chia luồng lưu lượng một cách cảm tính làchính xác thì cũng chỉ chính xác tại một thời điểm nhất định chứ không phải là mãi mãi

Chúng ta tiếp tục xem xét trường hợp sử dụng một trong các giao thức định tuyến(như OSPF) Sẽ có hai giải pháp có thể áp dụng Thứ nhất, kích hoạt tính năng chọn

đa đường của giao thức định tuyến Khi đó giao thức định tuyến không chỉ tìm ra mộtđường đi ngắn nhất mà là một tập các đường đi ngắn nhất Trong trường hợp cụ thể này,chọn số đường đi ngắn nhất là 2 Nếu vậy, bộ định tuyến R1 sẽ sử dụng cùng một lúc haiđường đi cho các luồng lưu lượng Cần chú ý rằng giao thức định tuyến OSPF không hỗ

trợ cân bằng tải không đều mà chỉ hỗ trợ cân bằng tải đều Muốn cân bằng tải kiểu khôngđều thì phải sử dụng giao thức định tuyến EIGRP Thứ hai, có thể kết hợp giao thức địnhtuyến với ‘điều kiện mở rộng’ khi quyết định hướng các gói tin theo các tuyến tới đích.Thông thường, để đưa ra ứng xử của mình với các gói tin, các bộ định tuyến chỉ cần phântích thông tin về địa chỉ đích của gói tin IP đó Khi áp dụng các ‘điều kiện mở rộng’ tạicác bộ định tuyến, ngoài địa chỉ đích ra còn một số thông tin sau có thể xem xét khi đưa

ra quyết định ứng xử:

 Địa chỉ nguồn

 Kích cỡ gói

 Loại ứng dụng (căn cứ vào địa chỉ cổng ứng dụng)

Một khi sử dụng phương pháp này không chỉ giải quyết vấn đề cân bằng tải mà còn giảiquyết được phần nào vấn đề QoS

Khi đó, các phần tử của mạng được kích hoạt giao thức định tuyến và tính năngmultipath để đảm bảo trong router bảng định tuyến mô tả nhiều đường đi tới mạng đích.Các tham số về địa chỉ nguồn, chiều dài gói, ToS được phân tích trước khi địa chỉ đíchcủa gói tin IP được so sánh với các thực thể trong bảng định tuyến

Ngoài ra có thể sử dụng phương pháp áp đặt (thay đổi) tham số cost của các liên kết

Hình 5 Phân loại lưu lượng dựa trên địa chỉ nguồn

Hình 6 Phân loại lưu lượng dựa trên ToS hoặc kích cỡ gói PS

3 Điều khiển lưu lượng dựa trên ATM

Có thể nói ATM là một công nghệ lớp 2 có ưu điểm vượt trội so với X25 và FR mặc dù độ dài của từ tỉ lệ với mào đầu là 5/53 ATM không những được triển khai bởi các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông mà còn được chính các doanh nghiệp sở hữu mạng

IP Khi sử dụng ATM, việc phối luồng trở lên linh hoạt hơn Để thực hiện điều này, các node của mạng giờ đây không đơn thuần thực hiện chức năng đơn (hoặc chức năng của bộ định tuyến, hoặc chức năng chuyển mạch ATM) mà chúng kiêm cả hai chức năngnày

Điều khiển lưu lượng dựa trên thiết lập PVC-ATM thực chất là quá trình đa dạng hoá ma trận PVC dựa trên một sộ hữu hạn kết nối vật lý Điều này cho phép các liên kết logic trên một liên kết vật lý được ghép kênh thích ứng

Hình 7 The fish problem

Xét một mạng như hình vẽ, bài toán đặt ra là tìm đường đi từ bộ định tuyến R2 đến R6

Để cân bằng tải có thể thay đổi trọng số của các liên kết để sao cho ‘chiều dài’ R5-R6 bằng chiều dài R1-R2-R3-R6

R2-Trong hình này, có hai đường để đi từ R2 đến R6:

 R2-R5-R6

 R2-R3-R4-R6

Vì tất cả các liên kết cùng có giá trị cost như nhau, với hướng đi cơ sở đích thông

thường, tất cả các gói từ R1 hay R7 mà đích tới là R6 được cùng hướng theo đường R5-R6 Vì tổng cost của tuyến đường này là thấp hơn so với đường R2- R3-R4-R6 Tuynhiên, sẽ xảy ra vấn đề sau đây Giả sử rằng băng thông của tất cả các liên kết tronghình là 150 Mbps Nếu R1 gửi lưu lượng có băng thông 90Mbps và R7 gửi lưu lượng

R2-có băng thông 100 Mbps cùng tới R6 Vậy điều gì sẽ xảy ra? R2 cố gắng chuyển tổnglưu lượng với băng thông 190 Mbps vào đường hầm có băng thông 150 Mbps Điềunày có nghĩa là R2 sẽ giảm bớt phần lưu lượng 40 Mbps và không cho chúng vàođường hầm Tại giá trị trung bình, giá trị giảm thực đối với R7 tới 21 Mbps và R1 là 19Mbps (do R7 đang gửi nhiều lưu lượng hơn so với R1)

Làm thế nào để giải quyết bài toán này? Với hướng đích cở sở, điều này thật khó Nếuchọn đường dài hơn R2R3R4R6 cost thông thường so với đường ngắn hơn, tất cả lưulượng đi theo đường ngắn hơn

Nếu R3, R4, R5 là chuyển mạch ATM, mạng sẽ giống như hình 8

Nếu sử dụng kĩ thuật lưu lượng dựa trên ATM khi đó các R3, R4, R5 thực hiệnchức năng như một chuyển mạch ATM Công việc tiếp theo là tạo ra hai PVC từ R2đến R6, gán trọng số cho hai PVC này có giá trị như nhau Như vậy lưu lượng từ R2 đếnR6 đã được chia thành hai hướng và các luồng lưu lượng sẽ được phân bổ trên hai PVCnày.

Nhận xét:

 Việc điều khiển lưu lượng đã được đẩy xuống lớp 2

 Các nút trung gian không thực hiện phân tích tiêu đề của gói tin IP mà thayvào đó chỉ cần phân tích tiêu đề của tế bào ATM

 Các sản phẩm thương mại thường kết hợp cả hai chức năng IP (router) vàATM (switch)

 Phải tạo ra topo logíc theo kiểu full-mesh dựa trên PVC Áp đặt các tham số

cost theo yêu cầu đặt ra.

 Vẫn phải áp dụng các giao thức định tuyến để cân bằng tải trên các PVC

Ưu điểm của ATM-TE (so với IP-TE):

 Việc áp đặt cost của các PVC không làm thay đổi bài toán định tuyến các các Router còn lại

 Cho phép chuyển tiếp các gói tin nhanh hơn tại các router trung gian

 Có thể định trước thông lượng cho các luồng lưu lượng dựa trên tính năngcủa CBR

 Việc áp đặt chính sách lưu lượng trên mạng vẫn dựa trên cảm tính

 Chưa có tính ràng buộc giữa lưu lượng thực trên các PVC và thông lượng cấpphát cho các PVC đó Hay nói các khác tham số CBR của PVC chỉ mang tính chất cố định, chưa mang tính động

4 Điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS

4.1 Tổng quan điều khiển lưu lượng trong MPLS

Multi-Protocol Label Switching (MPLS) được phát triển từ các giải pháp chuyểnmạch IP nhanh (Fast IP) đã được đưa ra từ giữa những năm 1990 Trong bộ định tuyếnmạng truyền thống, khi một bộ định tuyến nhận một gói nó tạo ra một quyết định chuyểntiếp độc lập tiếp theo cho gói đó Mỗi một bộ định tuyến sẽ phân tích mào đầu của gói vàthực hiện việc tra cứu bảng định tuyến đã được xắp xếp một cách tốt nhất để tìm ra mộtquyết định độc lập cho bước truyền kế tiếp mà gói nên đi

MPLS mang lại những lợi ích rất khả quan cho các gói dữ liệu được địnhtuyến qua mạng:

Simplified Forwarding: Chuyển mạch nhãn cho phép gói tin được chuyển đi

dựa trên một sự xắp xếp chính xác của một nhãn ngắn có độ dài cố định, đúng hơn làmột thuật toán phù hợp được ứng dụng cho một địa chỉ dài hơn mà thường được sử dụngtrong định tuyến gói dữ liệu thông thường

Efficient Routing: MPLS cho phép định tuyến rõ ràng được thực hiện vào thời

điểm mà đường chuyển mạch nhãn được thiết lập, và không chỉ với mỗi gói Ngược lạivới việc định tuyến gói dữ liệu, định tuyến rõ ràng được thực hiện trong mỗi gói và điềunày gây ra một mào đầu lớn.

Traffic Engineering: Cho phép tải trọng trên các kết nối và các bộ định

tuyến được cân bằng về thông lượng mạng Đây là một khái niệm quan trọng trong cácmạng, bởi vì các đường dẫn được chọn để thay thế là sẵn có Kỹ thuật lượng có thể đượcđạt được đến mức điều chỉnh được từng metric kết hợp với các kết nối mạng ở trongđịnh tuyến gói dữ liệu Tuy nhiên, ở trong một mạng với một số lớn các đường dẫn khácnhau ở giữa 2 điểm bất kỳ, thì việc cân bằng các mức lưu lượng trên tất cả các kết nối làquá khó để đạt được một cách đồng nhất bằng cách điều chỉnh từng metric để sử dụngvới định tuyến gói dữ liệu hop - by - hop

Mapping IP packet to Forwarding Equivalence Classes: MPLS cho phép ánh

xạ của các gói tin IP đến những FEC chỉ xảy ra một lần ở lối vào miền MPLS Trongtrường hợp định tuyến gói dữ liệu, gói tin IP có thể được ánh xạ tới một mức dịch vụ để

có thể yêu cầu gói được lọc dựa trên các địa chỉ nguồn, địa chỉ đích và giao diện đến.Ngoài ra, một vài thông tin như là giao diện đến thì chỉ có sẵn ở node vào của mạng.Điều này ngụ ý rằng, cách thích hợp hơn để cung cấp QoS là ánh xạ các gói ở đầu vàotới mức QoS thích hợp

Simple Forwarding Paradigm: MPLS đưa ra một mô hình chuyển tiếp đơn giản

mà cho phép cung cấp nhiều kiểu dịch vụ ở trong cùng một mạng, bất chấp các giao thứcđiều khiển đã sử dụng tính toán để đưa ra bảng chuyển tiếp MPLS có thể bị phá huỷtrong phạm vi chuyển mạch mà không có khả năng phân tích tiêu đề lớp mạng, nhưng lại

có thể đưa ra một sự tìm kiếm nhãn và sự thay thế Trong mỗi nhãn có chiều dài ngắn

cố định, việc tìm kiếm và mã hoá nhãn vào gói dữ liệu có thể được thực hiện hiệuquả trong phần cứng

Trong bộ định tuyến lớp mạng truyền thống, khi một bộ định tuyến nhận một gói,

nó thực hiện một quyết định chuyển tiếp độc lập cho gói đó Mỗi bộ định tuyến sẽ phân tích tiêu đề của các gói và thực hiện sự tra cứu trong bảng định tuyến để đưa ra một quyết định độc lập như là việc bước truyền kế tiếp nào thì nên sử dụng cho gói đó

Trong MPLS, các gói được chỉ định tới một lớp chuyển tiếp tương đương FEC ở

bộ định tuyến đầu vào mà được đặt ở biên của miền MPLS FEC mà gói được gắnvào có thể phụ thuộc vào số lượng thuộc tính bao gồm tiền tố địa chỉ trong tiêu đềgói, hoặc cổng mà gói đến Tuy nhiên, việc gắn một gói tới một FEC là chỉ làm mộtlần, khi gói đi vào miền MPLS FEC mà gói được gắn vào là được mã hoá như là mộtnhãn, và nó được gửi đi theo cùng với gói khi mà nó được chuyển tiếp đến bướctruyền kế tiếp cùng với tất cả các gói trong phạm vi luồng đó Mỗi luồng trong phạm vimiền MPLS được định nghĩa như là một dòng chảy của các gói thuộc về một ứng dụng

nhất định Ngay lúc các bộ định tuyến nhận được gói này, nó sẽ không kiểm tra tiêu đềlớp mạng Nhãn này được sử dụng như một chỉ số ở trong bảng được lưu trong bộ địnhtuyến chỉ rõ bước truyền kế tiếp và một nhãn mới mà thay thế nhãn cũ đến, như đượcminh hoạ như trên hình 9.

Kỹ thuật lưu lượng là quá trình kiểm soát luồng lưu lượng qua mạng như thế nào

để tối ưu sử dụng tài nguyên mạng và tính thực thi của mạng

Hình 9 So sánh giữa chuyển tiếp MPLS và chuyển tiếp IP

4.2 Cơ chế điều khiển lưu lượng trong MPLS

Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng một mô hình kế tiếp cơ bản trong việc quétnhãn để có thể chứa đựng sự sắp xếp của các kiểu điều khiển khác nhau Mỗi một kiểuđiều khiển phải chịu trách nhiệm trong việc gán và phân phối cách thiết lập một nhãn,phải tốt như là việc duy trì thông tin điều khiển khác có liên quan đến nhau Ví dụ, bộđịnh tuyến MPLS có thể bao gồm:

 Kiểu Unicast Routing, xây dựng bảng định tuyến sử dụng quy ước của giao thứcđịnh tuyến IP, việc gán các nhãn tới các bộ định tuyến, phân phối các nhãn sử dụnggiao thức phân phối nhãn (LDP)…

 Kiểu traffic engineering, cho phép các đường dẫn tường minh đặc trưng switched được thiết lập qua một mạng cho các giả thiết điều khiển lưu lượng

label- Kiểu virtual private network (VPN), xây dựng các bảng định tuyến đặc trưngVPN sử dụng Border Gateway Protocol (BGP) và phân phối các nhãn cho đúngvới các giao thức

Vì MPLS cho phép các kiểu khác nhau gán các nhãn cho các gói sử dụng các tiêu chuẩn

đa dạng, nó tách các gói kế tiếp từ các chỉ số của mào đầu các gói IP

Traffic Engineering

Traffic Engineering đề cập đến khả năng điều khiển của những luồng lưu lượngtrong mạng, với mục đích giảm thiểu tắc nghẽn và tạo ra mức sử dụng hiệu quả nhất chocác phương tiện sẵn có Lưu lượng IP truyền thống định tuyến theo Hop by Hop cơbản và theo IGP luôn sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất để truyền lưu lượng Lưulượng đường dẫn IP có thể không đạt tối ưu vì nó phụ thuộc vào thông tin Link Metrictĩnh không cùng với bất kỳ một hiểu biết nào của tài nguyên mạng sẵn có hoặc các yêucầu của lưu lượng cần thiết để mang trên đường dẫn đó Sử dụng kỹ thuật đường dẫnngắn nhất có thể gây ra các vấn đề sau :

 Đường dẫn ngắn nhất từ các tài nguyên khác nhau chồng lẫn lên một số link,gây ra tắc nghẽn trên các link đó

 Lưu lượng từ một nguồn đi tới một đích có thể vượt quá dung lượng của kỹ thuậtđường dẫn ngắn nhất, trong khi một đường dẫn dài hơn giữa hai Router đó đượcđược sử dụng không đúng mức

Kỹ thuật lưu lượng trong phạm vi MPLS phát sinh từ nhu cầu khai thác mạng đểcung cấp một cơ sở hạ tầng mạng đáng tin cậy và đưa ra sự thực hiện nhất quán chomạng Kỹ thuật lưu lượng cho phép người khai thác mạng khả năng định tuyến lại luồnglưu lượng từ đường dẫn cost thấp nhất “least cost” được tính toán bởi các giao thứcđịnh tuyến và những đường dẫn vật lý ít bị tắc nghẽn trong mạng đó Và kết quả là có sựgia tăng rất mạnh mẽ trong nhu cầu về tài nguyên mạng và sự cạnh tranh giữa các nhàcung cấp Kỹ thuật lưu lượng đã trở thành ứng dụng hàng đầu cho MPLS Mục đíchcủa kỹ thuật lưu lượng là phải sử dụng hiệu quả vào tài nguyên mạng giới hạn

Trong hình 10., có hai đường dẫn từ Router C tới Router E được biểu thị bởicác đường dẫn 1 và 2, nếu một Router chọn một trong các đường dẫn theo kỹ thuậtđường dẫn ngắn nhất từ C tới E ( C-D-E), thì sau đó nó sẽ mang tất cả lưu lượng củađích cho E thông qua đường dẫn Dung lượng lưu lượng cuối cùng trên đường dẫn đó cóthể gây ra tắc nghẽn, trong khi một đường dẫn khác (C-F-G-H-E) không được sử dụng

Để toàn thể mạng hoạt động hiệu quả nhất nó có thể thiết kế nhằm thay đổi một vài phân

số (fraction) của lưu lượng từ link này tới link khác Trong khi ta có cost đường dẫn D-E ngang bằng với cost đường dẫn C-F-G-H-E như là việc tiến lại gần hơn với sự cânbằng tải sẽ gây cản trở, nếu không thể có được một Topo mạng chặt chẽ Các đườngdẫn của định tuyến tường minh, được thực hiện sử dụng MPLS, có thể được sử dụng

C-dẽ hiểu hơn và mềm dẻo hơn của việc đánh địa chỉ vấn đề này

Để giải quyết vấn đề điều khiển lưu lượng dựa vào một thực tế là các nhãn vàcác đường dẫn Label-switched có thể được thiết lập một cách đa dạng của cách kiểu điềukhiển khác nhau Ví dụ, kiểu điều khiển lưu lượng có thể thiết lậpmột đường dẫn Label-

switched từ B tới C tới F tới G tới H tới E (đường dẫn 1) và một đường dẫn khác từ A tới

C tới D tới E (đường dẫn 2) như được chỉ ra ở hình 11

Hình 10 Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chon đường ngắn nhất

Hình 11 Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng

Nhờ việc thực hiện các chính sách chọn lọc các gói nào đó để theo sau các đườngdẫn đó, luồng lưu lượng qua mạng mới có thể được quản lý Theo yêu cầu để làm choTraffic Engineering đạt hiệu quả, IETF đã đưa ra kỹ thuật Constraint-based routing vàEnhanced link-state IGP Theo yêu cầu để điều khiển đường dẫn LSP đạt hiệu quả, mỗiLSP có thể được gán một hoặc nhiều hơn các thuộc tính Những thuộc tính này sẽxem xét trong đường dẫn máy tính để cho LSP Các thuộc tính này và ý nghĩa của chúngđược tổng kết như sau:

 Bandwidth: Độ rộng băng thông dự trữ tối thiểu của đường dẫn cho LSP được

thiết lập dọc theo đường dẫn đó.

 Path Attribute: Một thuộc tính được quyết định là đường dẫn của LSP có thể làManually specified hoặc Dynamically hay không thì được tính bởi Constraint-Based routing

 Setup Priority: Thuộc tính này sẽ quyết định là LSP nào sẽ tạo ra tài nguyên khinhiều LSP hoàn thành cho nó

 Holding Priority: Thuộc tính này sẽ quyết định là một tài nguyên được giữ bởimột thiết lập LSP thì sẽ được ưu tiên trước bởi một LSP mới hay không

 Affinity (Color): Việc quản lý đặc trưng đặc tính của một LSP

 Adaptability: Có hay không việc chuyển mạch LSP tới một đường dẫn tối ưuhơn khi nó trở nên có sẵn

 Resilience: Thuộc tính sẽ được quyết định hay không để định tuyến lại LSP khiđường dẫn có ảnh hưởng do lỗi

Khả năng của MPLS là cung cấp việc định tuyến rõ ràng, hoạt động qua bất kỳ mộtphương tiện nào và có thể tập hợp số liệu thống kê những LSP, để đề nghị nó là thíchhợp cho cung cấp khả năng kỹ thuật lưu lượng

IETF đưa ra giả thiết về 2 giao thức khác nhau cho việc dành riêng tàinguyên trong phạm vi cụ thể là MPLS, định tuyến dựa trên sự ràng buộc Constraint-Based Routing, đang sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP (CR-LDP), và giao thứcdành riêng tài nguyên RSVP để cung cấp cho kỹ thuật lưu lượng trong phạm vi miềnMPLS

4.3 Các giao thức phân bổ nhãn

MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vì một vài giao thứcđịnh tuyến đang được sử dụng OSPF có thể hỗ trợ phân bổ nhãn Tuy nhiên, IETF đãphát triển một giao thức mới để bổ sung cho MPLS Được gọi là giao thức phân bổ nhãnLDP

Một giao thức khác, LDP cưỡng bức (CR-LDP), cho phép các nhà quản lý mạngthiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn (LSP) một cách rõ ràng CR-LDP là một sự mởrộng của LDP Nó hoạt động độc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong (IGP)khác Nó được sử dụng cho các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mô phỏng mạngchuyển mạch kênh

RSVP cũng có thể được sử dụng để phân phối nhãn bằng việc sử dụng các bảntin Reservation và PATH (mở rộng), nó hỗ trợ các hoạt động ràng buộc và phân bổ nhãn

BGP cũng là một sự lựa chọn tốt cho giao thức phân bổ nhãn Nếu cần phải ràng

buộc nhãn với prefix địa chỉ, thì BGP có thể được sử dụng Một bộ phản hồi (reflector)BGP có thể được sử dụng để phân bổ nhãn.

4.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP

Giao thức phân phối nhãn được IETF đưa ra trong RFC 3036 Vị trí của giao thứcLDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các giao thức khác thể hiện trênhình 12

Hình 12 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS

Giao thức phân bố nhãn là một thiết lập các thủ tục bởi một LSR cho biết mộtLSR khác nhãn sử dụng để chuyển hướng lưu lượng giữa và qua chúng

LDP có thể hoạt động giữa các LSR kết nối trực tiếp hay không được kết nối trực tiếp.Các LSR sử dụng LDP để hoán đổi thông tin ràng buộc FEC và nhãn được gọi làcác thực thể đồng cấp LDP, chúng hoán đổi thông tin này bằng việc xây dựng các phiênLDP

Các loại bản tin LDP

LDP định nghĩa 4 loại bản tin đó là: Bản tin thăm dò, Bản tin phiên, Bản tin phát hành,Bản tin thông báo Bốn loại bản tin này cũng nói lên chức năng mà nó thực hiện

 Bản tin thăm dò (Discovery): dùng để thông báo và duy trì sự có mặt của 1

LSR trong mạng Theo định kỳ, LSR gửi bản tin Hello qua cổng UDP với địa

chỉ multicast của tất cả các router trên mạng con.

 Bản tin phiên (Session): dùng để thiết lập, duy trì, và xoá các phiên giữa các

LSR Hoạt động này yêu cầu gửi các bản tin Initialization trên TCP Sau khi hoạt động này hoàn thành các LSR trở thành các đối tượng ngang cấp LDP

 Bản tin phát hành (Advertisement): dùng để tạo, thay đổi và xoá các ràng buộc

nhãn với các FEC Những bản tin này cũng mang trên TCP Một LSR có thể yêu cầu 1 ánh xạ nhãn từ LSR lân cận bất cứ khi nào nó cần Nó cũng phát hành các ánh xạ nhãn bất cứ khi nào nó muốn một đối tượng ngang cấp LDP nào đó sử dụng ràng buộc nhãn

 Bản tin thông báo (Notification): dùng để cung cấp các thông báo lỗi, thông tin

chẩn đoán, và thông tin trạng thái Những bản tin này cũng mang trên TCP

Hình 13 Thủ tục phát hiện LSR lân cận

Các bản tin LDP

Tiêu đề bản tin LDP

Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầu bằng tiêu

đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP như đã trình bày trên đây Hình 14 chỉ ra các trường chức năng của tiêu đề LDP và các trường này thực hiện các chức năng sau:

Hình 14 Tiêu đề LDP

 Phiên bản: Số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1.

 Độ dài PDU: Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không tính trường phiên

bản và trường độ dài

 Nhận dạng LDP: Nhận dạng không gian nhãn của LSR gửi bản tin này Bốn

octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR: nhận dạng bộ định tuyến Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bên trong LSR.Với LSR có không giannhãn lớn, trường này có giá trị bằng 0

Khuôn dạng bản tin LDP

Tất cả các bản tin LDP có khuôn dạng sau:

Hình 15 Khuôn dạng các bản tin LDP

 Bit U: bit bản tin chưa biết Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể được thông

dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi

 Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì.

 Chiều dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản tin, các thông số

bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn

 Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin Trường này có thể

được sử dụng để kết hợp các bản tin Thông báo với một bản tin khác

 Thông số bắt buộc, và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP.

4.3.2 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP

RSVP cổ điển cho phép các bộ định tuyến hoạt động mềm dẻo để lưu giữ lại trạngthái truyền dẫn kết nối của chúng, tất nhiên RSVP sẽ tăng sự phân phát khi số lượng cácphiên tăng dần trong mạng Để làm cho RSVP có thể triển khai trong phạm vi môitrường MPLS, giao thức hiện nay cần phải tăng thêm

Các bản tin giao thức RSVP được tăng lên với một đối tượng mới để cung cấp

sự cấp phát nhãn, sự phân phối và sự ràng buộc, dọc theo các bộ định tuyến rõ ràng Sự thay đổi đáng kể được giới thiệu tới cơ sở giao thức RSVP hiện nay là bao gồm việc làm

giảm đi cơ cấu “soft state”, trong đó các bản tin được gửi đi một cách định kỳ để duy trì đường dẫn và làm mới cơ cấu giữa các cơ cấu khác để cho phép RSVP có thể cung cấp ER-LSP Hình 16 mô tả luồng của bản tin RSVP trong việc thiết lập một LSP.

Hình 16 Sự mở rộng cho RSVP để thiết lập một ER-LDP

Như tên gọi của nó, giao thức dành trước tài nguyên RSVP dùng để dành trướccác tài nguyên cho một phiên làm việc (dòng lưu lượng) trong mạng Internet Khía cạnhnày của Internet là khác so với dự định thiết kế hệ thống nằm bên dưới ban đầu là chỉdùng để hỗ trợ các dịch vụ nỗ lực tối đa mà không xem xét đến các yêu cầu được xácđịnh trước về chất lượng dịch vụ hay đặc tính lưu lương của người sử dụng

RSVP được dự tính để đảm bảo hiệu năng bằng việc dành trước các tài nguyêncần thiết tại mỗi node tham gia trong việc hỗ trợ dòng lưu lượng (chẳng hạn như hộinghị video hay audio) Cần nhớ rằng IP là giao thức không hướng kết nối, nó khôngthiết lập trước đường đi cho các dòng lưu lượng, trong khi đó RSVP thiết lập trướcnhững đường đi này và đảm bảo cung cấp đủ băng tần cho đường đi đó

RSVP không cung cấp các hoạt động định tuyến mà sử dụng IPv4 hay IPv6 như

là cơ chế truyền tải giống như cách mà giao thức bản tin điều khiển Internet (ICMP) vàgiao thức bản tin nhóm Internet (IGMP) hoạt động

RSVP yêu cầu phía thu đưa ra tham số QoS cho dòng lưu lượng Các ứng dụngphía thu phải xác định bản ghi QoS và chuyển tới RSVP Sau khi phân tích các yêucầu này, RSVP gửi các yêu cầu tới tất cả các node tham gia trong việc vận chuyển dònglưu lượng