Luận văn Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP

mạng ATM là công cộng, thì giao thức UNI dùng chung đƣợc sử dụng. Nếu UNI là giữa những ngƣời sử dụng đầu cuối và ngƣời sử dụng đầu cuối là nội bộ trong mạng ATM, giao thức riêng UNI sẽ đƣợc sử dụng. Giao thức đƣợc sử dụng giữa các nút ATM trong phạm vi một mạng ATM là giao thức NNI nội bộ, nó đƣợc biết đến nhƣ là các giao thức nội bộ NNI hoặc PNNI. Giữa các nút ATM trong hai mạng ATM khác nhau, giao thức dùng chung NNI đƣợc sử dụng. Giao thức dùng chung NNI đƣợc biết đến nhƣ là giao thức B-ICI 4.2 Giao thức ATM Hình 4.2 cho ta biết giao thức ngan xếp ATM là giống với mô hình giao thức ngăn xếp 7 lớp OSI. Nhƣ trong hình vẽ, Giao thức ATM nằm ở lớp 2 hay là lớp liên kết. Lớp ATM đƣợc chia thành các lớp con: lớp con thấp hơn là lớp tế bào ATM, lớp con cao hơn là lớp miêu tả ATM (AAL). AAL lại đƣợc chia thành hai lớp là lớp phân đoạn và tái hợp (CS). Vật lý Liê kết Mạng Giao vận Phiên Trình diễn Ứng dụng Vật lý Lớp tế bào ATM Lớp thích ứng ATM (AAL) Các lớp cao hơn (ngƣời dùng AAL) Lớp con hội tụ(CS) Phân đoạn và tập hợp lại Hình 4.2: Xếp chồng giao thức ATM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 4.2.1 Lớp tế bào ATM Hình 4.3 định nghĩa định dạng tế bào ATM của lớp tế bào ATM. Không giống với định dạng gói tin IP, các gói có chiều dài biến thiên, ATM sử dụng gói có chiều dài cố định đƣợc gọi là tế bào. Một tế bào ATM có chiều dài 53 octet: phần mào đầu gồm có 48 octet. Một trong những nhân tố chính trong việc lựa chọn kích thƣớc tế bào là 53 octet là để thực hiện tác vụ âm thanh. Nguyên nhân chính của độ chễ gói tin là thời gian để hình thành các tế bào ATM, các tế bào có kích thƣớc càng lớn thì độ chễ của các gói tin càng cao. Chiều dài 53 octet của tế bào ATM đƣợc hình thành sau một thời gian dài nghiên cứu. Nhƣ đã trình bày trong hình 4.3, định dạng tế bào ATM là không khác biệt nhiều giữa UNI và NNI. 4 bít dùng làm trƣờng điều khiển luồng (GFC) chỉ xuất hiện tại UNI và không xuất hiện tại NNI. Trƣờng GFC đƣợc sử dụng nhƣ là không gian lƣu trữ để cung cấp dung lƣợng mạng điều khiển luồng lƣu lƣợng từ mạng của ngƣời sử dụng. Một điểm khác nữa trong định dạng của tế bào ATM giữa UNI và NNI là chiều dài của trƣờng VPI, của NNI đƣợc cấp phát 16 bit. Lí do là NNI cần nhiều VPI hơn là UNI. Trƣờng VCI của NNI và UNI có chiều dài tƣơng tự nhau. GFC (4 bit) VPI (4 bit) VPI (4 bit) VCI (4 bit) VCI (8 bit) VCI (4 bit) PTI (3 bit) CLP (1 bit) HEC (8 bit) Trƣờng thông tin (48 bit) UNI (giao diện Ngƣời dùng – Mạng) VPI (8 bit) VPI (4 bit) VCI (4 bit) VCI (8 bit) VCI (4 bit) PTI (3 bit) CLP (1 bit) HEC (8 bit) Trƣờng thông tin (48 bit) UNI (giao diện Mạng – Mạng) Hình 4.3: Cấu trúc tế bào ATM Tám bit của trƣờng điều khiển lỗi mào đầu (HEC) chứa phần kiểm tra tính toán cho 32 bit thông tin mào đầu ATM. Tám bit của trƣờng PTI chỉ ra kiểu tải trọng của tế bào ATM. Ba bit của trƣờng PTI cung cấp 8 kiểu trọng tải. Có 4 mã PTI đƣợc sử Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 dụng cho ngƣời sử dụng thông tin tế bào, và còn 4 mã PTI đƣợc sử dụng cho hoạt động quản trị, và duy trì tế bào (OAM). Một bit của trƣờng CLP đƣợc sử dụng để đánh dấu các tế bào bị huỷ trong quá trình truyền thông tin. Các tế bào vói các bit CLP đƣợc đặt về 0 và là các tế bào bình thƣờng, các bit bị đặt giá trị là 1 là các tế bào bị huỷ. 4.2.2 Lớp tương thích ATM Nhƣ đã trình bày ở hình 4.2 lớp AAL đƣợc chia thành 2 lớp con: lớp CS và lóp SAR. Lớp con CS thực thi việc truyền các tế bào lỗi và bị mất, mối quan hệ thời gian giữa ngƣời gửi và ngƣời nhận, và độ biến thiên trễ các tế bào; lớp SAR thực hiiện việc phân đoạn các gói tin thành các tế bào khi gửi đi và gom các tế bào lại tại nơi nhận. Hình 4.4 thể hiện dữ liệu của ngƣời sử dụng đƣợc phân đoạn thành các tế bào ATM tại nơi gửi và đƣợc gom lại thành dữ liệu tại nơi nhận. Dữ liệu ngƣời dùng CS PDU SAR PDU SAR PDU SAR PDU ATM Cell ATM Cell ATM Cell Phân đoạn Tập hợp Đầu cuối phát Đầu cuối thu Hình 4.4. Tế bào ATM cắt và lắp ghép 4.3 Các kết nối ảo ATM Chìa khoá để hiểu đƣợc QoS trong mạng ATM là hiểu đƣợc các kết nối ảo đƣợc tạo ra trong mạng ATM nhƣ thế nào và băng thông đƣợc cấp phát và quản lý cho các kết nối ảo đó nhƣ thế nào. Trong phần này sẽ đề cập đến vấn đề đó. 4.3.1 Kênh ảo và đường ảo Kênh ảo và đƣờng dẫn ảo đƣợc định nghĩa trong ITUT I.11324. Kênh ảo là khái niệm đƣợc sử dụng để mô tả sự truyền theo một hƣớng duy nhất của các tế bào ATM bởi một giá trị đƣợc xác định duy nhất. Đƣờng dẫn ảo là khái niệm đƣợc sử dụng để mô tả sự truyền theo một hƣớng duy nhất của các tế bào ATM bởi một giá trị đƣợc xác định duy nhất. Một VC là tƣơng tự mạch đƣờng trục trong mạng chuyển mạch và một VP là một nhóm các dƣờng trục. VPI và VCI trong mào đầu ATM đƣợc dùng để xác định một VC và VP. Khi các VC sinh ra các nhóm VP, một VC không phải đƣợc xác định duy nhất bởi sự kết hợp gữa VPI và VCI. một VCI độc lập không thể định nghĩa hoàn chỉnh một VC. Cả VPI và VCI đều có ý nghĩa nội bộ, và vì vậy cả VC và VP đều có ý Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 nghĩa nội bộ. VC và VP nội bộ là những khái niệm để tổ chức các tế bào ATM trong các kênh và đƣờng đi. Những khái niệm trên giúp cho ta biết đƣợcc sự khác biệt giữa liên kết và kết nối. Kết nối bao hàm cả các thực thể đầu cuối, trong khi liên kết là các thành phần của kết nối, kết nối đƣợc tạo ra bởi các liên kết. 4.3.2 Liên kết ảo Có hai kiểu liên kết ảo: đó là liên kết kênh ảo (VCL) và liên kết đƣờng ảo (VPL). VCL có nghĩa là các tế bào ATM đƣợc vận chuyển theo một hƣớng giữa các điểm nơi mà giá trị của VCI đƣợc gán và điểm mà giá trị đó đƣợc chuyển tiếp hay huỷ bỏ. VPL là một nhóm các VCL đƣợc xác định bởi nhóm các giá trị VPI giữa điểm mà VPI đƣợc gán và điểm mà VPI đƣợc chuyển tiếp hay phá huỷ. Hình 4.5 minh hoạ một VCL. VCL trong hình mang các tế bào ATM với VPI=j và VCI=x từ nút ATM A đến nút ATM C. Tại điểm trung gian B, cặp VPI/VCI là không thay đổi và nút A, B, C có chung một VCL. tại nút C cặp VCI/VPI đƣợc chuyển từ j/x thành giá trị khác và nút C là điểm kết thúc của VCL. Sự biến đổi của VCI/VPI tại điểm C có thể đƣợc tiến hành theo ba khả năng nhƣ trong hình 4.6. Trong trƣờng hợp đầu tiên một VCL mới tƣơng tự VPL đƣợc xác định bởi VPI=j. Trong trƣờng hợp thứ hai và thứ ba VCL mới là khác với VPL đƣợc xác định bởi VPL=k. Trong trƣờng hợp thứ hai, tại điểm biến đổi, khi VPI thay đổi từ j sang k, VCI không cần thiết thay đổi để định nghĩa một VC mới bởi vì cặp VPI/VCI xác định duy nhất một VCL. VPI=j VCI=x VPI=j VCI=x VPI=j VCI=x New VPI/VCI VCL1 VCL2 Chuyển đổi VPI/VCI Node ATM VPI/VCI Tiêu đề Cell ATM A B C D Hình 4.5: Kết nối kênh ảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 VPI=j VCI=x VPI=j VCI=z VPI=j VCI=x VPI=j VCI=y VCL1 VCL mới Chuyển đổi VPI/VCI C Hình 4.6: Biên dịch VPI/VCI Khi nhận dạng đƣợc một VPL, hoàn toàn có thể xác định đƣợc một VPI. Tất cả các tế bào ATM có chung VPI đều có chung một VPL. Hình 4.7 thể hiện một VPL. Tất cả các tế bào có VPI=j đều đặt vào VPL 1 từ nút A tới nút C. Tại nút D một VPL mới đƣợc xác định bởi biến đổi VPI từ j sang k. VPI=j VPI=j VPI=j VPI=k VPL1 VPL mới Chuyển đổi VPI Node ATM VPI Tiêu đề Cell ATM A B C D Hình 4.7: Liên kết đường ảo (VPL). VCL1 (VPI=1 VCI=1) VPL1 (VPI=1) VCL2 (VPI=1 VCI=2) VCL3 (VPI=1 VCI=3) Điểm kết cuối VCL Điểm kết cuối VPL Hình 4.8: Quan hệ giữa VCL và VPL Hình 4.8 thể hiện mối quan hệ giữa VCl và VPL. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 4.3.3 Kết nối ảo (Virtual Connection) Kết nối ảo đƣợc tạo ra bởi các liên kết ảo. Giống nhƣ liên kết ảo, có hai kiểu kết nối ảo: VPC và VCC 4.3.3.1 Các kết nối đường ảo (Virtual Path Connection-VPC) VPC đƣợc tạo ra bởi các VPL nhƣ ở trong hình 4.9. VPC đƣợc xác định bởi một cặp giá trị VPI tại cổng vào và cổng ra. Cho một cặp VPI tại lối ra và lối vào, tại nút trung gian tạo ra sự biến đổi thích hợp của VPI tại nối và và lói ra tạo ra VPC mong muốn giữa một cặp VPI. sử dụng VPC làm đơn giản cấu trúc mạng, làm tăng khả năng thực thi và độ tin cậy của mạng, tối thiểu hoá thời gian kết nối và cho phép mở rộng dung lƣợng. VPC VPL1 (VPI=1) VPL2 (VPI=2) VPL3 (VPI=3) Cổng vào Cổng ra Điểm kết cuối VPL Hình 4.9: Kết nối đường ảo (VPC) 4.3.3.2 Kết nối kênh ảo (Virtual Channel Connection -VCC) Một VCC đƣợc tạo ra bởi một chuỗi các liên kết của VCL. Một VCC đƣợc xác định bởi một cặp giá trị VPI/VCI tại lối ra và lối vào. Hình 4.10 thể hiện một VCC đƣợc tạo ra bởi một chuỗi các VCL với cùng một VPL. Hình 4.11 thể hiện VCC đƣợc tạo ra bởi một chuỗi các VCL từ các VPL khác nhau. Điểm kết cuối VCL Điểm kết cuối VPL VPL(VPI=1) VCL1 (VPI=1 VCI=1) Cổng vào Cổng ra VCL2 (VPI=1 VCI=2) VCL3 (VPI=1 VCI=3) VCC 1 Hình 4.10: Kết nối kênh ảo (VCC) trong một VPL Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 Điểm kết cuối VCL Điểm kết cuối VPL VPL(VPI=1) VCL1 (VPI=1 VCI=1) Cổng vào Cổng ra VCL2 (VPI=1 VCI=2) VCL3 (VPI=1 VCI=3) VCC 2 VPL 2 (VPI=2) VCL4 (VPI=2 VCI=1) VCL5 (VPI=2 VCI=2) Hình 4.11: VCC được tạo từ các VCL của các VPL khác nhau 4.3.4 Kết nối đường ảo cố định (Permanent Virtual Connection-PVC) Một PVC là một kết nối ảo VC cố định. Nó đƣợc thiết lập và xoá bỏ qua các tiến trình. Một PVC đƣợc thiết lập trƣớc khi kết nối đƣợc sử dụng. PVC đƣợc kích hoạt cho đến khi nó thực sự không đƣợc sử dụng nữa. 4.3.4 Kết nối chuyển mạch ảo (SVC) SVC là một kết nối ảo đƣợc thiết lập bởi quá trình chuyển mạch. SVC chỉ tồn tại cho đến hết cuộc gọi. Sau khi quá trình gọi hoàn thành, SVC bị huỷ bỏ. Không giống PVC, SVC đƣợc thiết lập trong khi có yêu cầu SVC. Chỉ có VCC đƣợc thiết lập bởi chuyển mạch. Có hai kiểu báo hiệu đáng chú ý đƣợc sử dụng cho việc thiết lập SVCC: B-ISDN và PNNI. SVCC đƣợc thiết lập cùng với VPC, có nghĩa là SVCC có thể đƣợc tạo ra bởi việc móc nối các VCL cùng với các VPC. Hình 4.12 thể hiện sự thiết lập SVCC trong quá trình chuyển mạch. Nút A tạo ra SVCC từ lối vào 1 tới lối ra 1 tại nút D. SVCC chỉ có thế hoạt động nếu có sự gán các VPC giữa lối vào 1 và lối ra 1. VPL 1 A B C D Cổng vào 1 Cổng ra 1 Cổng ra 2 VPL 2 VCL 1 VCL 2 VCL 3 VCL 4 VPL 3 VPC đƣợc gán trƣớc Hình 4.12: SVCC Việc gán các VPC trong hình giống nhƣ việc liên kết các VLP 1 và chuyển mạch VCL 2 tới VCL 4 trong VCL 3. SVCC từ lối vào 1 tại nút A tới lối ra 2 tại nút D là không khả thi bởi vì quá trình gán VPC không tồn tại giữa cổng vào và cổng ra. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 4.4 Các loại dịch vụ ATM 4.4.1 Các loại dịch vụ ATM Các loại dịch vụ ATM sau đƣợc định nghĩa bởi FTC (Forum Technical Committee): -Tốc độ bit không đổi (CBR) -Tốc độ bit thay đổi thời gian thực (rt- VBR) -Tốc độ bit thay đổi không thời gian thực ( nrt- VBR) -Tốc độ bit chƣa định rõ (UBR) -Tốc độ bit khả dụng (ABR) Dịch vụ tốc độ bit không đổi (CBR) cung cấp các kết nối yêu cầu một số lƣợng cố định băng thông liên tục qua một chu kỳ tổng thể của kết nối. Số lƣợng cố định của băng thông đƣợc yêu cầu là tốc độ cell đỉnh (PCR) của kết nối. Với dịch vụ CBR, phía nguồn có thể phát ra các cell tại PCR qua chu kỳ của kết nối. Do PCR là tốc độ cực đại có thể, nguồn có thể phát ra các cell dƣới PCR. Do các dịch vụ CBR hoạt động tại tốc độ cực đại, trong đó PCR, thống kê ghép các kết nối là không thể thực hiện đƣợc. Dịch vụ CBR có thể đƣợc sử dụng cho cả các VPC và VCC. Dịch vụ CBR đƣợc dành để hỗ trợ các ứng dụng thời gian thực nhƣ thoại, video, và hoạt động kênh. Dịch vụ CBR cung cấp đủ băng thông cho tất cả các kết nối chia sẻ một tuyến truyền dẫn vật lý tới các cell phát ra tại tốc độ riêng cực đại của chúng, là các PCR. Trễ và jitter đƣợc giữ tại một mức cực tiểu, ví dụ, có thể không có gói đệm trong mạng. Dịch vụ tốc độ bit thay đổi không thời gian thực (nrt- VBR) cung cấp các kết nối với băng thông yêu cầu đƣợc chỉ rõ bởi ba tham số: PCR, tốc độ cell xác định ( SCR), và kích cỡ cụm cực đại (MBS). Giống nhƣ dịch vụ CBR, rt- VBR cũng đƣợc dành cho các ứng dụng thời gian thực, ví dụ, những yêu cầu này bắt buộc trễ và jitter chặt chẽ, nhƣ các ứng dụng thoại, video; tuy nhiên, một cách khác là rt- VBR đó chỉ rõ băng thông đƣợc yêu cầu đƣa vào đề cập đến tràn lƣu lƣợng đƣợc tải bởi dịch vụ. Vì vậy, không giống nhƣ dịch vụ CBR, dịch vụ rt- VBR không thích hợp cho kênh hoạt động. Do các dịch vụ rt- VBR hoạt động trên toàn bộ thời gian tại một tốc độ thấp hơn, ví dụ SCR, các yêu cầu tốc độ cực đại, ghép kênh thống kê của các kết nối là có thể thực hiện đƣợc. Một vài ví dụ của các ứng dụng thích hợp cho dịch vụ rt- VBR đƣợc nén thoại, âm thanh, và thoại qua các mạng gói cùng với triệt tĩnh. Giống nhƣ dịch vụ rt-VBR, dịch vụ nrt-VBR cũng chỉ rõ băng thông yêu cầu đƣợc tính đến việc tràn lƣu lƣợng nguồn và chỉ rõ băng thông kết nối yêu cầu trong những điều kiện của ba tham số tƣơng tự: PCR, SCR, và MBS. Giống nhƣ rt- VBR, dịch vụ nrt VBR cũng cho phép ghép kênh thống kê các kết nối. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Tuy nhiên, không giống nhƣ dịch vụ rt-VBR, nrt VBR đƣợc đƣa ra cho các ứng dụng không phải thời gian thực. Vì thế, các kết nối cho nrt- VBR không cần đƣợc giới hạn bởi ràng buộc giữa trễ và jitter. Vì thế, để cân bằng những điều này, dịch vụ nrt-VBR sẽ cần ít băng thông cho mạng tránh lãng phí không gian bộ đệm. Hệ thống vận chuyển dành riêng và việc thực hiện giao dịch là một vài ví dụ của dịch vụ nrt VBR. Với dịch vụ nrt- VBR, trễ và jitter không quan trọng và mất gói là phép đo hiệu năng sơ cấp. Dịch vụ UBR đƣợc đƣa ra cho các ứng dụng không phải thời gian thực mà không có các yêu cầu trễ, mất gói và jitter xác định. Các ứng dụng truyền thông máy tính truyền thống nhƣ chuyển đổi file, email, và các ứng dụng dựa trên TCP là các ứng dụng thích hợp cho dịch vụ nrt- VBR. Dịch vụ UBR không hứa hẹn bất kỳ một sự bảo đảm QoS nào trong giới hạn trễ, jitter và mất gói. Dịch vụ UBR tƣơng tự nhƣ dịch vụ “best effort” của mạng IP đã trình bày trong chƣơng I. Giống nhƣ dịch vụ nrt- VBR và UBR, dịch vụ ABR cũng đƣợc đƣa ra cho các ứng dụng phi thời gian thực. Một cách khác đó là dịch vụ ABR yêu cầu phản hồi từ mạng tới hệ thống cuối và kết hợp bởi hệ thống cuối trong suốt chu kỳ kết nối. Trong dịch vụ ABR, sau khi thiết lập kết nối ban đầu, băng thông chuyển thành khả dụng tới nguồn có thể đƣợc cải thiện dựa trên các điều kiện tài nguyên dao động cùng với mạng ATM. Dịch vụ ABR cung cấp phản hồi tới nguồn sử dụng kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng và các cell quản lý tài nguyên. Dịch vụ ABR là ý tƣởng cho các ứng dụng mà đƣợc thiết kế để đáp ứng cho mạng phản hồi cho điều khiển lƣu lƣợng. Ví dụ, TCP/IP đã xây dựng một kỹ thuật cho việc đáp ứng sự tắc nghẽn mạng, nhờ đó, đáp ứng với mỗi một gói bị rơi, tốc độ phát gói của trạm TCP nguồn chậm xuống. Dịch vụ ABR không yêu cầu giới hạn trễ hay jitter. Trong suốt pha thiết lập kết nối, một kết nối ABR đƣợc chỉ rõ tỏng giới hạn của băng thông yêu cầu cực đại hay cực tiểu đƣợc thiết kế nhƣ PCR hay MCR, MCR có thể là 0. Dịch vụ ABR có thể thay đổi băng thông tạo khả dụng cho nguồn trong suốt chu kỳ kết nối nhƣng nó không thể giảm băng thông thấp hơn MCR. 4.4.2 Miêu tả lưu lượng Một lƣu lƣợng nguồn ATM đƣợc đặc trƣng bởi những mô tả lƣu lƣợng sau: Tốc độ cell đỉnh (PCR) Tốc độ cell đƣợc duy trì (SCR) Kích cỡ cụm cực đại (MBS) PCR là tốc độ cell cực đại của nguồn. SCR là một tốc độ cell trung bình giới hạn dài và vì thế, thấp hơn PCR. MBS chỉ rõ số các cell cực đại có thể đƣợc phát bởi nguồn tại PCR trong khi vẫn tuân theo SCR thoả thuận. MBS miêu tả nhân tố tràn của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 các kết nối. Lƣu lƣợng CBR đƣợc đặc trƣng bởi PCR. Lƣu lƣợng VBR đƣợc đặc trƣng bởi PCR, SCR, và MBS. Với lƣu lƣợng UBR, không có đặc trƣng lƣu lƣợng đƣợc cần đến. Bảng 4.1 chỉ ra các tham số QoS và lƣu lƣợng cho các loại dịch vụ ATM. Bảng 4.1 Các tham số QoS và mô tả lưu lượng cho các loại dịch vụ ATM Thuộc tính CBR Rt-VBR Nrt- VBR UBR ABR PCR,CDVT Đã xác định Đã xác định Đã xác định Đã xác định Đã xác định SCR, MBS,CDVT n/a Đã xác định Đã xác định n/a n/a MCR n/a n/a n/a n/a Đã xác định CDV đỉnh- đỉnh Đã xác định Đã xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định MaxCTD Đã xác định Đã xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định CLR Đã xác định Đã xác định Đã xác định Chƣa xác định Mạng riêng Phản hồi Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Chƣa xác định Đã xác định 4.4.3 Các kiểu AAL Các dịch vụ ATM đƣợc hỗ trợ bởi lớp AAL nhƣ sau: AAL loại 1: nguồn CBR, ví dụ nhƣ thoại qua ATM AAL loại 2: các ứng dụng VBR bao gồm các gói PDU mà kích thƣớc ngắn hơn một cell, ví dụ thoại qua ATM đã triệt khoảng lặng. AAL loại 3 và 4: hƣớng kết nối hoặc không hƣớng kết nối AAL loại 5: Các giao thức lớp cao hơn định hƣớng kết nối; Các ứng dụng VBR bao gồm các PDU dài hơn một cell, ví dụ IP/ATM, FR/ATM. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 Kết luận chƣơng: Chƣơng IV đã trình bầy khá chi tiết về giao thức truyền bất đồng bộ ATM. So với giao thức IP thì ATM có nhiều điểm khác biệt, thứ nhất ATM là giao thức lớp 2 nên hoạt động của các thiết bị ATM là chuyển mạch trong khi giao thức IP lại làm việc ở lớp 3 và hoạt động chính là định tuyến. ATM là giao thức hƣớng kết nối còn IP là giao thức không kết nối. So với giao thức IP thì ATM hỗ trợ QOS tốt hơn bởi những lý do sau: thứ nhất ATM là giao thức hoạt động khá giống với chuyển mạch kênh, trƣớc khi thực hiện truyền các tế bào thì mạng ATM đã thành lập trƣớc một đƣờng ảo pvc, khi các gói đi qua các nút mạng có chỉ kiểm tra các địa chỉ vpi/vci rồi tiến hành chuyển tiếp gói tin dựa vào địa chỉ đó; thứ hai kích thƣớc gói ATM nhỏ và đồng nhất nên việc lƣu thoát gói tin dễ dàng và nhanh chóng. ATM cũng có chức năng phân lớp các loại kênh truyền khác nhau để phục vụ cho các loại dịch vụ khác nhau nhƣ CBR, rt-VBR, nrt-VBR, UBR. ATM rất phù hợp với các giao thức thời gian thực nhƣ VOIP, truyền các dữ liệu đa phƣơng tiện. Giao thức ATM đƣợc ứng dụng rất rộng rãi hiện nay trong các mạng băng rộng nhƣ mạng xDSL, mạng backbone, nó đƣợc kết hợp với một số giao thức khác để ra đời những giao thức mới và đƣợc áp dụng trong những mục đích khác nhau cụ thể là: - IPoA (IP over ATM) – để truyền tải các gói IP qua mạng ATM - IPoEoA (IP over Ethernet over ATM) – để truyền tải các khung Ethernet qua mạng AMT - PPPOA (Point-to-Point over ATM) – để truyền tải các khung point to point qua mạng ATM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 CHƢƠNG 5: QOS TRONG GIAO THỨC CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS Đặt vấn đề: Lƣợng lƣu lƣợng trên mạng IP đang phát triển một cách bùng nổ, cứ vài tháng là nó lại tăng gấp đôi. Và vào lúc này, mạng IP ngày nay không thay đổi đủ nhanh để phù hợp với yêu cầu. Trong mạng hƣớng liên kết nhƣ là mạng chuyển mạch ghép kênh phân chia theo thời gian TDM, nơi các kênh đƣợc tổ chức trong các nhóm trung kế và thiết bị chuyển mạch có thể đƣợc sử dụng để lựa chọn định tuyến theo thời gian thực, kỹ thuật lƣu lƣợng có thể đƣợc sử dụng để cân bằng lƣu lƣợng qua mạng. Trong hầu hết các mạng IP thƣơng mại, định tuyến là tĩnh, và tất cả lƣu lƣợng IP tự động chiếm lấy đƣờng “ngắn nhất”. Vì lý do này, băng thông trong các mạng IP không đƣợc phân bố một cách tối ƣu. Trong khi một phần của mạng IP bị tắc nghẽn thì các phần khác vẫn có dƣ thừa băng thông. Không giống nhƣ mạng chuyển mạch kênh, mạng IP không dễ dàng hiện kỹ thuật lƣu lƣợng cho chính nó. Chuyến mạch nhãn đa giao thức MPLS là một giải pháp cho vấn đề gặp phải trong mạng IP và một số trƣờng hợp mở rộng trong mạng ATM. MPLS cung cấp 1 cơ chế kỹ thuật lƣu lƣợng cho mạng chuyển mạch gói nhƣ mạng IP hay ATM. Trong trƣờng hợp này, MPLS có thể hỗ trợ IP DiffServ, và có thể đƣợc sử dụng kết hợp với IP DiffServ. Mạng ATM có một cơ sở hạ tầng mạng hƣớng liên kết dựa trên các liên kết ảo và phù hợp ý tƣởng với MPLS. Cụm từ “multiprotocol” trong MPLS nghĩa là MPLS có thể tích hợp với bất kỳ giao thức lớp mạng nào, điều đó nghĩa là nó độc lập với các giao thức lớp cao hơn trên lớp MPLS. 5.1 Cơ sở lý thuyết của MPLS 5.1.1 Sự chuyển tiếp gói IP thông thường Để hiểu rõ những giá trị của MPLS, trƣớc hết chúng ta tìm hiểu xem các router IP chuyển tiếp gói tin nhƣ thế nào. Hình 5.1 thể hiện cách định tuyến IP thông thƣờng. Tại mỗi router trong mạng IP, một gói đƣợc chuyển tiếp tới router tiếp theo dựa trên 1 bảng định tuyến. Một bảng định tuyến đƣợc lập trình trong router và còn tồn tại cố định cho tới khi nó bị thay đổi bằng tay bởi ngƣời quản trị mạng Tại mỗi router, có một số hạn chế port output mà một gói có thể đƣợc định tuyến. Các gói đến trƣớc tiên đƣợc ánh xạ đến “các lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng” (Forwarding Equivalence Classes - FEC). Tất cả các gói trong một lớp FEC đƣợc định tuyến tới cùng một cổng ra. Theo quan điểm của định tuyến, tất cả các gói đƣợc nhóm trong cùng một FEC là giống nhau và đƣợc chuyển tiếp theo cùng một đƣờng. Nhƣ trong hình 5.1, khi một gói đến router, router trƣớc tiên kiểm tra header của gói Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 và dựa trên các thông tin có trong header, ánh xạ gói vào một FEC. Mỗi lần gói đƣợc ánh xạ vào môt FEC, bảng định tuyến chỉ ra cổng ra nào mà gói của FEC đó có thể đƣợc chuyển tiếp đến. Gói IP router Hop router kế tiếp Gói đến FEC Địa chỉ hop kế tiếp Phân chia gán Các chức năng IP router thông thƣờng Hình 5.1: Chức năng định tuyến IP chuẩn Các router IP thông thƣờng chỉ hỗ trợ rất giới hạn số các FEC, ví dụ theo địa chỉ IP đích. Sự phân chia FEC đa chiều là khó khăn vì việc xử lý gói mạng và vấn đề mở rộng. Tại mỗi router, quá trình này đƣợc lập lại: header gói tin đƣợc kiểm tra lại, và việc ánh xạ gói tin vào một FEC và ánh xạ tới cổng ra đƣợc lập lại. Quá trình kiểm tra header của gói chiếm dụng nhiều tài nguyên và tốn nhiều thời gian. 5.1.2 Các cải tiến của MPLS MPLS không bỏ qua chuyển tiếp gói. Vậy thì ƣu điểm của sử dụng MPLS là gì? Bằng cách sử dụng nhãn hơn là sử dụng thông tin chứa trong header IP, quá trình xử lý phức tạp trong chuyển tiếp gói đƣợc đơn giản hóa và nhanh gọn. Ƣu điểm này tƣơng tự nhƣ ƣu điểm của hệ thống “zip code” đựoc sử dụng trong dịch vụ thƣ tín của Mỹ. Sử dụng các zip code thay vì các điạ chỉ thông thƣờng làm cho việc chuyển phát nhanh hơn. Còn nhiều lợi ích khác khi sử dụng MPLS. MPLS cung cấp một định nghĩa kỹ thuật lƣu lƣợng của mạng chuyển mạch gói. Bằng việc sử dụng các nhãn trên đỉnh các header có sẵn của mỗi gói, MPLS có thể hƣớng dẫn các gói lƣu lƣợng tới các đƣờng dẫn đã đƣợc tính trƣớc, mà nó có thể khác với các đƣờng dẫn các gói có thể sẽ tự động nhận lấy. Các đƣờng lƣu lƣợng có thể dễ dàng đƣợc vẽ lại 1 cách đơn giản bằng cách sử dụng các nhãn khác nhau mà không cần sự thay đổi nội dung của các header của gói. Kể từ đây, với MPLS, chuyển tiếp gói đƣợc dựa trên việc xử lý nhãn đơn giản và không còn dựa trên việc xử lý các header có sẵn của gói tin, chuyển tiếp trong MPLS có thể đƣợc thực hiện tại các thiết bị không có khả năng chuyển tiếp gói nguyên bản. Trong thực tế, cụm từ “multi-protocol” có nghĩa là MPLS có khả năng độc lập với các giao thức gói ban đầu. Trong MPLS, các nhãn có thể đƣợc xác định cho các gói dựa trên các yếu tố khác hơn là dựa trên nội dung header gói ban đầu, ví dụ, xác định cổng đến, xác định router biên vào… Việc nhóm các lớp lƣu lƣợng cho Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 việc đánh nhãn rất linh hoạt và có thể đƣợc thực hiện không phụ thuộc vào các cấu trúc định tuyến gói ban đầu. 5.1.3 Kiến trúc MPLS Kiến trúc MPLS đƣợc định nghĩa trong văn bản RFC 3031. Liên hệ với hình 5.1, một node MPLS là một node có khả năng chuyển tiếp gói dựa trên nhãn. Một vùng MPLS là một tập hợp liền kề các node MPLS và là một vùng định tuyến, quản lý đƣợc, ví dụ, một ISP (Internet Service Provider). Gói Node vào Node ra LSR LSP Miền MPLS LSR LER LER Hình 5.2: Khiến trúc của MPLS Các node ingress, egress MPLS là các node biên mà lƣu lƣợng khi đi vào hoặc đi ra khỏi miền MPLS phải thông qua nó. Một router chuyển mạch nhãn (LSR) là một node MPLS có khả năng chuyển tiếp các gói lớp 3 truyền thống. Một router chuyển mạch nhãn biên (LER) là 1 LSR tại biên vào hay biên ra. Một chặng đƣờng chuyển mạch nhãn là một chặng giữa 2 node MPLS, mà ở đó chuyển tiếp gói sử dụng các nhãn. Một đƣờng chuyển mạch nhãn (LSP) là một đƣờng đƣợc định tuyến qua một hay nhiều LSR theo mức độ phân cấp của các gói trong phần FEC. Trong MPLS, mỗi gói đƣợc gán một nhãn. Các gói thuộc cùng một FEC đƣợc gán cùng một nhãn. Một nhãn chỉ có giá trị nội bộ, và có thể đƣợc ánh xạ tới các nhãn khác khi một gói đi qua mạng. 5.2 Mã hóa nhãn Có hai kiểu kỹ thuật mã hóa nhãn trong MPLS: Sử dụng một nhãn mới cho MPLS ví dụ nhƣ Shim header Sử dụng thông tin có sẵn trong liên kết dữ liệu hoặc trong các nhãn của lớp mạng nhƣ VCI hay VPI trong ATM header. 5.2.1 MPLS shim header MPSL shim header đƣợc định nghĩa theo chuẩn RFC 3032. Hình 5.3 mô tả MPLS shim header. Shim header đƣợc chèn vào header lớp 2 và lớp 3. Nó có độ dài 32 bit trong đó 20 bit đƣợc sử dụng để xác định nhãn. 3 bit trong trƣờng EXP đƣợc dành riêng cho mục đích thử nghiệm. Trƣờng EXP sẽ đƣợc thảo luận sau trong phần Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 MPLS hỗ trợ DiffServ liên quan tới nhƣ E-LSP. Một bit trong trƣờng stack đƣợc sử dụng để tạo một ngăn xếp nhãn, và chỉ ra sự hiện diện của một ngăn xếp nhãn. Tám bít trƣờng Time to Live tƣơng tự nhƣ trƣờng TTL của các giao thức khác, ví dụ, IP header, và nó bị giảm đi tại mỗi LSR. Tiêu đề lớp 2 Nhãn 20bit EXP 3bit S 1 bit TTL 8 bit Tiêu đề lớp 3 Dữ liệu Chèn tiêu đề MPLS (32 bit) Hình 5.3: Đầu mào MPLS Tiêu đề L2 Lm Lm-1 . . . . L1 Tiêu đề lớp 3 Tải trọng M nhãn Hình 5.4: Xếp chồng nhãn độ sâu m Các nhãn đƣợc tổ chức một cách có thứ tự trong ngăn xếp nhãn (stack). Hình 5.4 cho thấy tất cả m Shim header MPLS đƣợc xếp chồng lên nhau và ở trên header lớp 3 nhƣ 1 ngăn xếp. Mỗi shim header xác định một nhãn riêng biệt. Nhãn ở dƣới cùng của ngăn xếp hay là nhãn gần header lớp 3 nhất là nhãn level 1, và nhãn ở trên đỉnh ngăn xếp là nhãn level m. Một ngăn xếp nhãn có độ dài 0 là một ngăn xếp rỗng và nó liên kết với 1 gói không gán nhãn. Một ngăn xếp nhãn đƣợc sử dụng để tạo ra một thứ tự các đƣờng hầm MPLS, nhƣ một đƣờng hầm trong một đƣờng hầm khác nhà cứ nhƣ thế. 5.2.2 Mã hóa nhãn qua mạng ATM 5.2.2.1 Mã hóa ATM SVC Từ khi ATM là 1 mạng chuyển mạch gói hƣớng liên kết, nó cung cấp 1 cơ sở hạ tầng rất dễ dàng thích ứng với việc triển khai MPLS. Các trƣờng VPI và VCI trong ATM đƣa ra một định nghĩa thích nghi với việc đánh nhãn MPLS. Hình 5.5 thể hiện một LSP đƣợc tạo ra bằng việc sử dụng một SVC. Nhãn MPLS trong trƣờng hợp này là sự kết hợp của VPI và VCI. IP Packet Switch ATM Switch ATM SVC VPI=3 VCI=7 Các cell ATM VPI=3 VCI=7 Gói đến Hình 5.5: MPLS LSP sử dụng ATM SVC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 5.2.2.2 Mã hóa ATM SVP Hình 5.6 thể hiện 1 LSP với 1 ngăn xếp nhãn có độ dài 2 đƣợc tạo ra bằng việc sử dụng 2 trƣờng VPI và VCI. Trong ví dụ này, trƣờng VPI đƣợc sử dụng nhƣ là nhãn level 2 và VCI là nhãn level 1. VPI xác định 1 đƣờng hầm LSP và VCI xác định 1 đƣờng hầm khác bên trong đƣờng hầm VPI. SVP Các cell ATM VPI=3 VCI=7 IP Packet Gói đến Switch ATM Switch ATM LSP mức 2 VPI=3 VCI=7 LSP mức 1 VPI=3 Hình 5.6: MPLS LSP sử dụng ATM SVP 5.2.2.3 Mã hóa đa điểm ATM SVC Hình 5.7 là sự hòa trộn của 2 ví dụ đã đề cập ở trên. Trong trƣờng hợp này, trƣờng VPI đƣợc sử dụng nhƣ là nhãn level 2 nhƣ trong ví dụ hình 5.6. Tuy nhiên, trong ví dụ ở hình 5.7 này, chỉ 1 phần của trƣờng VCI đƣợc sử dụng nhƣ là nhãn level 1. Phần còn lại của trƣờng VCI đƣợc sử dụng để nhận diện đầu vào LSP. Trong ví dụ này, các tế bào ATM từ các gói khác nhau có thể mang các giá trị VCI khác nhau. SVP Các cell ATM VPI=3 VCI=7 IP Packet Gói đến Switch ATM Switch ATM LSP mức 2 VPI=3 VCI=7 LSP mức 1 VPI=3 ID LSP đầu vào VCI=59 Hình 5.7: MPLS LSP sử dụng ATM SVP mã hóa đa điểm 5.3 Hoạt động của MPLS 5.3.1 Ánh xạ nhãn 5.3.1.1 Ánh xạ nhãn vào (ILM) Ánh xạ nhãn vào là 1 bảng chuyển mạch nhãn tƣơng tự nhƣ bảng định tuyến IP trong các router IP. Nó thƣờng đƣợc MPLS dùng để chuyển tiếp các gói đã đƣợc dán nhãn. Hình 5.8 trình bày về ILM. ILM ánh xạ nhãn của 1 gói đến tới NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Trong các lối ra trong NHLFE là Hop tiếp theo và 1 ngăn xếp nhãn đƣợc thực hiện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 Gói đã dán nhãn Gói LSR Hop kế tiếp LSR Ánh xạ nhãn vào (ILM) Hình 5.8: Ánh xạ nhãn vào 5.3.1.2 Ánh xạ FEC tới NHLFE (FTN) Phép ánh xạ từ FEC tới NHLFE (FTN) tƣơng tự nhƣ ILM. Sự khác biệt cơ bản là ánh xạ FTN đƣợc sử dụng cho việc chuyển tiếp các gói không dán nhãn mà nó cần phải đƣợc dãn nhãn trƣớc khi đƣợc chuyển tiếp. Hình 5.9 trình bày ánh xạ FTN. Gói không gán nhãn Gói LSR Hop kế tiếp Map FTN LSR Hình 5.9: Ánh xạ FTN 5.3.1.3 Sự tráo đổi nhãn Hình 5.10 trình bày quá trình tráo đổi nhãn MPLS cho 1 gói đã đƣợc dán nhãn sử dụng ILM. Một gói đã dán nhãn đến đƣớc xử lý bằng cách ánh xạ nhãn của nó tới FEC tƣơng ứng và sau đó tới NHLFE. Lối ra NHLFE chỉ ra chặng tiếp theo cho gói. Nó cũng trình bày hoạt động của ngăn xếp nhãn để trình diễn. Ví dụ, nhãn đến đã đƣợc bóc ra (nhãn 1) và 1 nhãn mới (nhãn 2) đƣợc dán vào. Gói đã n nhãn đến L1 IP IP L2 LSR ILM Hop kế tiếp “Gói đã gán nhãn mới” đầu ra “Đổi nhãn” Hình 5.10: Trao đổi nhãn Dựa trên FEC và thông tin về chặng tới thu đƣợc từ ILM, và dựa trên sự liên kết nhãn giữa LSR hiện thời và LSR chặng tiếp theo, 1 nhãn mới đƣợc dán lên gói. gói đƣợc dán nhãn mới sau đó đƣợc chuyển tiếp tới LSR chặng tiếp theo. Hình 5.11 trình bày sự chuyển tiếp của các gói không đƣợc dán nhãn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 Tráo đổi nhãn đƣợc thực hiện cho các gói đến đã đƣợc dán nhãn. Để chuyển tiếp 1 gói không đƣợc gán nhãn, sự khác nhau là trong việc xác định FEC. Khi 1 gói không đƣợc dán nhãn đến 1 LSR, LSR trƣớc tiên phải xác định FEC của nó không phải từ nhãn vì không có nhãn nào trong header lớp 3 của gói. Một FEC cho gói không dán nhãn đƣợc xác định, sự ngừng lại của quá trình tƣơng tự nhƣ quá trình tráo đổi nhãn đã đƣợc thảo luận trƣớc đây không kể ánh xạ FTN đƣợc sử dụng thay vì ánh xạ ILM. Trong trƣờng hợp này, không có nhãn nào để bóc. Một nhãn mới đƣợc dán vào gói và gói đã dán nhãn đƣợc chuyển tiếp tới LSR chặng tiếp theo. LSR FTN Hop kế tiếp “Gói đã gán nhãn mới” đầu ra Gói đã gá nhãn đến IP L IP “đẩy” Hình 5.11: Đẩy nhãn 5.3.2 Một ví dụ về các đường hầm phân cấp MPLS Tiêu chuẩn RFC 3031 đƣa ra 1 ví dụ về 2 cấp đƣờng hầm. Hình 5.12 minh họa ví dụ bằng hình ảnh theo từng bƣớc một. Trong hình minh họa, các khóa sự kiện đƣợc đánh số. 1 gói IP chƣa dán nhãn “P” đến router R1. Gói này nhận lấy 1 LSP level 1, LSP 1, từ R1 đến R4. Bƣớc 1 trong hình minh họa là dán 1 nhãn level 1 L1-1 trên gói P. Gói đã đƣợc dán nhãn L1-1 đƣợc chuyển tiếp đến R2. Tại R2, bƣớc 2 là thực hiện việc tráo đổi nhãn trên L1-1 và dán 1 nhãn level 1 mới L1-2 lên gói P. R2 cũng nhận ra rằng gói P phải nhận lấy 1 đƣờng hầm LSP level 2, LSP 2, từ R2 đến R3. Bƣớc 3 là dán 1 nhãn level 2 L2-2 lên trên L1-2. Gói có độ dài nhãn là 2 này sau đó đƣợc chuyển tiếp đến R21. Từ R21 đến R23, việc tráo đổi nhãn level 2 đƣợc thực hiện. Đến R23 là LSR áp chót của LSP 2, bƣớc 4 ở R23 là bóc nhãn level 2 ra, và chuyển tiếp gói với nhãn level 1, L1-2, tới R3. Tại R3, LSR áp chót của LSP 1, bƣớc 5 là bóc nhãn level 1, L1-1, và chuyển tiêp gói tin P không có nhãn tới R4. Ở bƣớc 6, gói lớp 3 không dán nhãn P ban đầu đến điểm kết thúc của LSP 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 88 IP L1-1 IP IP IP IP IP IP IP IPIPIP IP L1-1 L1-2 L1-1 L1-2 L1-2 L1-2 L2-21 L2-22 L1-2 L1-2 L1-2 L2-2 L2-22 L2-2 Gói IP không gán nhãn (1) Gán nhãn lớp 1 (2) Trao đổi nhãn lớp 1 (5) Nhãn lớp 2 “POP ” (6) Gói IP không gán nhãn (3) Gán nhãn lớp 2 LSP 1 ( LSP lớp 1) LSP 2 ( LSP lớp 2) (4) Nhãn lớp 2 “ POP” Trao đổi nhãn lớp 2 R1 R2 R3 R4 R21 R22 R23 Trao đổi nhãn lớp 2 Hình 5.12: Một ví dụ về LSP phân cấp 5.4 MPLS hỗ trợ DiffServ Ý tƣởng cơ bản của MPLS là sử dụng một nhãn và bỏ qua việc xử lý IP header. Vì lý do đó, MPLS không biết dữ liệu gì đƣợc chuyển trong gói tin, mà điều này có trong header của các gói IP. MPLS làm thế nào để hỗ trợ DiffServ? Khó khăn cơ bản là DiffServ sử dụng DSCP và DSCP nằm trong IP header. DSCP làm thế nào để có ý nghĩa với lớp MPLS? Tiêu chuẩn RFC 3270 cung cấp 1 giải pháp cho việc hỗ trợ DiffServ trong mạng MPLS. Có 2 cách cơ bản để trình bày vấn đề này. Một cách là sử dụng 1 trƣờng trong shim header của MPLS để ánh xạ các PHB DiffServ tới DSCP tƣơng ứng trong IP header; cách khác là tạo 1 LSP riêng biệt trên mỗi PHB đƣợc miêu tả bởi các DSCP. Cách đầu tiên LSP đƣợc gọi là E-LSP, ở cách sau là L-LSP. 5.4.1 E-LSP Shim header của MPLS chứa 3 bit dành riêng cho mục đích thử nghiệm. Trƣờng 3 bit này đƣợc biết đến là trƣờng EXP. Trƣờng EXP có thể đƣợc sử dụng để hỗ trợ DiffServ bởi MPLS. Một LSP có khả năng hỗ trợ các DiffServ PHB đƣợc tạo ra bằng cách sử dụng trƣờng EXP nhƣ là E-LSP. E-LSP giúp cho EXP suy luận ra danh mục lớp PHB trong các LSP. Trong E- LSP, có tới 8 DiffServ PHB có thể đƣợc phân biệt trong 1 LSP vật lý bằng cách sử dụng 23 hoán vị các bit trong trƣờng EXP. Hình 5.13 trình bày phép ánh xạ của các DiffServ PHB tới trƣờng EXP trong shim header của MPLS. Cú ý rằng nhiều DSCP có thể đƣợc nhóm vào 1 PHB. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 Tiêu đề lớp 2 EXP 111 DSCP 101 110 Tải trọng IP Sắp xếp từ PHB đến EXP Chèn tiêu đề MPLS (32 bit) Tiêu đề IP Hình 5.13: Ánh xạ giữa DiffServ PBH với các bit MPLS EXP Bảng 5.1 là một ví dụ của việc ánh xạ EF, 4 lớp AF và lớp best-effort tới EXP. Hình 5.14 trình bày 1 E-LSP với 7 PHB khác nhau. Tại mỗi LSR, 7 PHB có thể đƣợc sắp xếp trong 7 hàng đợi riêng biệt. Bảng 5.1: Ánh xạ DiffServ với EXP Lớp PHB Lớp con PHB DSCP EXP EF 101110 111 AF4 AF41 100100 110 AF42 100100 AF43 100110 AF3 AF31 011010 101 AF32 011100 AF33 011110 AF2 AF21 010010 100 AF22 101000 AF23 010110 AF1 AF11 001010 011 AF12 001100 AF13 001110 BE 000000 010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 90 Các hàng đợi Các hàng đợi Các hàng đợi LSR đầu vào LSR đầu ra Phân lớp gói Các lƣu lƣợng gói đến Điều khiển mạng Cổng ra Lập biểu gói EF AF4 AF3 AF2 AF1 BE Hình 5.14: E-LSP 5.4.2 L-LSP Một phƣơng pháp khác hỗ trợ DiffServ PHB là L-LSP. L-LSP chỉ giúp cho nhãn suy luận ra danh muc lớp PHB trong các LSP. Trong phƣơng thức L-LSP, nhiều LSP đƣợc thiết lập giữa 1 LSR biên vào và 1 LSR biên ra. Mỗi LSP truyền tải lƣu lƣợng thuộc về 1 lớp yêu cầu 1 PHB cụ thể. Các LSP đƣợc cấu hình trƣớc theo cách nhãn chỉ định ra 1 lớp PHB cụ thể. Các gói EF Các gói AF Các gói BE Hình 5.15: L-LSP Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 91 Kết luận chƣơng Chƣơng V trình bầy về giao thức chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Đây là một giao thức mới hoạt động ở lớp 2,5 tức là giữa lớp 3 và lớp 2. Giao thức này là sự kết hợp giữa kỹ thuật định tuyến lớp 2 và chuyển mạch lớp 2. Các thiết bị chuyển mạch nhãn chỉ quan tâm tới địa chỉ IP ở các LSR biên, còn tại các LSR lõi sẽ chỉ thực hiện chuyển mạch nhãn dựa trên các nhãn của gói tin. Việc hình thành các LSP sẽ giúp gói tin đến đích nhanh hơn do các đƣờng này đã đƣợc thiết lập sẵn và các LSR không phải thực hiện quá trình định tuyến nhiều lần nhƣ các router trong mạng IP. MPLS là giao thức rất phổ biến hiện nay trong việc triển khai các mạng IP lõi hay còn gọi là mạng Core IP/MPLS do nó có hỗ trợ các kỹ thuật lƣu luợng và dịch vụ DifServ. Việc triển khai hạ tầng mạng IP trên nền mạng MPLS sẽ nâng cao đáng kể hiệu năng mạng IP và qua đó góp phần năng cao chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP. Ngòai ra do đặc tính hỗ trợ đa giao thức nên MPLS thích hợp với nhiều cấu trúc mạng đã có nhƣ ATM, Frame Relay, Ethernet và IP nên nó đặc biệt phù hợp trong việc triển khai các mạng tích hợp đa dịch vụ trên nền công nghệ chuyển mạch gói, điển hình là mạng thế hệ mới NGN hay mạng MAN. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 92 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN Kết luận về luận văn Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã tìm hiểu về chất lƣợng dịch vụ, các yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ đối với các dịch vụ khác nhau, các các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch vụ, đặc biệt là tìm hiểu sâu về cách đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP với hai mô hình IntServ và DiffServ. Trong luận văn cũng mở rộng vấn đề khi trình bầy về hai giao thức ATM và MPLS ở khía cạnh hỗ trợ giao thức IP trong việc năng cao chất lƣợng dịch vụ trong các mạng lõi. Luận văn trình bầy đã đƣa ra nhiều ví dụ thực tế để làm rõ vấn đề cần trình bầy. Đã xây dựng một cấu trúc mạng thực tế để triển khai QOS trên nền mạng IP/MPLS, đã xây dựng đƣợc một chƣơng trình mô phỏng một số kỹ thuật áp dụng trong VOIP. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo Tìm hiểu sâu hơn nữa về các kỹ thuật quản lý lƣu lƣợng trong mạng MPLS. Tìm hiểu kỹ hơn các kỹ thuật đảm bảo chất lƣợng dịch vụ đối với các mạng truyền thông đa phƣơng tiện Multi-media. Tìm hiểu về các vấn đề chất lƣợng dịch vụ đối với mạng sử dụng IP version 6. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Kun I.Park, The MITRE Corporation USA: “QoS IN PACKET NETWORK”. 2. Michael E.Flannagan, “Cisco QoS in IP NETWORKS”, www.syngress.com 3. “Computer Networking: A Top-down Approach Featuring Internet” 4. Sybex - JNCIE - “Juniper Networks Certified Internet Expert (2003)”, www.sybex.com Report, CAIDA, December 2003, 5. Harry G. Perros, “Connection-Oriented NETWORKS Sonet/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks”. John Wiley & Sons, Ltd. 6. Santiago Alvaez, Cisco Press :“QoS for IP/MPLS Network”, June 02, 2006. 7. Vinod Joseph and Brett Chapman, Elsevier Inc “Deploying Qos for Cisco Ip and Next Generation Networks” 2009 8. Cisco System, “Enterprise QoS Solution Reference Network Design Guide” Version 3.3 November 2005 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 94 PHỤ LỤC 1. Triển khai QoS cho mạng băng rộng của VNPT Thái Nguyên Với những nghiên cứu ở trên, tôi đã sử dụng những kiến thức và hiển biết về chất lƣợng dịch vụ trong mạng IP để thiết kế nên mô hình triển khai QoS trên mạng băng rộng của VNTP Thái Nguyên. Hiện nay, VNPT Thái Nguyên đang khai thác nhiều dịch vụ trên nền mạng IP nhƣ dịch vụ Internet ADSL, dịch vụ Internet tốc độ cao FTTH, dịch vụ IPTV, VOD, VPN, ….Việc khai thác nhiều loại hình dịch vụ trên cùng một hạ tầng mạng đòi hỏi vấn đề QoS phải đƣợc quan tâm trong quá trình thiết kế mạng. Hình phụ lục 1: Cấu trúc chung mạng MANE và mô hình kết nối Mạng MANE là mạng truyền tải Core cho các lƣu lƣợng băng rộng trong nội bộ một tỉnh, thành phố. Mạng MANE sẽ đƣợc kết nối với mạng IP core ở lớp trên và mạng truy nhập ở lớp dƣới. Và dƣới đây là cấu trúc mạng MANE Thái Nguyên: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 95 Đán Phú Lương Định Hóa Sông Công Phổ Yên Phú Bình Đồng Hỷ Lưu Xá 5Km 43Km 9Km 18Km 5Km 31Km 23Km 35Km 15Km 60Km Hệ thống quản lý IP/MPLS BackBone 26 Km 0.0 5K m Đại Từ La Hiên 30Km Ring 2 1Gb Ring 5 1Gb*2 Ring 4 1GB*2 Ring 3 1Gb*2 35Km 26Km 10Km Trại Cau Bắc Sơn 31Km CORE 1Gb Thái Nguyên Thái Nguyên Đại Từ Ring 1 10Gb 36Km BRAS PE 35 Km Hình phụ lục 2: Cấu trúc mạng MANE Viễn thông Thái Nguyên Chức năng của mạng MANE là để thu gom toàn bộ lƣu lƣợng Ethernet của khách hàng trong nội tỉnh lên trên thiết bị BRAS và PE qua đó cung cấp các dịch vụ khác nhau cho khách hàng. MANE đƣợc xây dựng trên nền tảng công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS. Các thiết bị truy nhập nhƣ thiết bị IPDSLAM/MSAN sẽ đƣợc kết nối thẳng lên MANE. Những thiết kế QoS trên mạng MANE Thái Nguyên: - Cài đặt MPLS TE: để đảm bảo độ tin cậy của mạng và khả năng tối ƣu hóa lƣu lƣợng: Đối với mạng IP cổ điển, khi mạng xẩy ra mất kết nối ở một tuyến nào đó các router phải tiến hành cập nhật lại bảng định tuyến và chuyển tiếp các gói tin theo hƣớng khác. Nhƣ vậy thời gian hội tụ mạng sẽ lâu khi đó các dịch vụ thời gian thực nhƣ VOIP, Streaming, … sẽ bị gián đoạn cho tới khi mạng hội tụ trở lại. Vấn đề thứ hai là nguyên tắc định tuyến gói tin tại các router, các router luôn định truyến gói tin theo đƣờng tốt nhất mà nó biết. Tuy nhiên khi mọi gói tin đều đi theo đƣờng này thì chính đƣờng tốt nhất đó trở nên tắc nghẽn. Và MPLS TE sẽ giải quyết các vấn đề này thông qua việc sử dụng giao thức RSVP-TE để thiết lập các đƣờng hầm LSP để xác định một đƣờng trƣớc. Điền này sẽ giúp cho mạng không tắc nghẽn và cân bằng tải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 96 8 Thái Nguyên Đại Từ Sông Công Tunne l 1 Phổ Yên Bắc Sơn Lưu Xá BRAS PE Lo:123.29.22.151/32 IPDSLAM Bình Sơn Lo:123.29.22.150/32 Lo:123.29.22.152/32 Lo:123.29.22.153/32 Lo:123.29.22.128/32 Lo:123.29.22.129/32 10.23.0.58/30 10.23.0.57/30 10.23.0.54/30 10.23.0.53/30 10.23.0.50/30 10.23.0.49/30 10.23.0.46/30 10.23.0.45/30 10.23.0.42/30 10.23.0.41/30 Tunnel 2 Hình phụ lục 3: Đường hầm MPLS TE Cấu hình tại UPE Sông Công: mpls lsr-id 123.29.22.151 mpls mpls te mpls rsvp-te mpls te cspf mpls l2vpn mpls ldp remote-peer 1 remote-ip 123.29.22.128 interface LoopBack 0 ip address 123.29.22.151 255.255.255.255 isis enable 1 interface GigabitEthernet 3/0/0.1 vlan-type dot1q 1 mpls l2vc 123.29.22.128 1 tunnel-policy tunnel0/0/0 interface GigabitEthernet1/0/0 ip address 10.23.0.50 255.255.255.252 isis enable 1 mpls mpls te mpls rsvp-te interface GigabitEthernet2/0/0 ip address 10.23.0.53 255.255.255.252 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 97 isis enable 1 mpls mpls te mpls rsvp-te isis 1 is-level level-1 cost-style wide network-entity 49.0090.0101.0111.00 traffic-eng level-1 interface Tunnel0/0/0 ip address unnumbered interface LoopBack0 tunnel-protocol mpls te destination 123.29.22.128 mpls te tunnel-id 1 mpls te path explicit-path 123.29.22.128_primary mpls te path explicit-path 123.29.22.128_ secondary secondary mpls te backup hot-standby mpls te reserved-for-binding mpls te commit tunnel-policy tunnel0/0/0 tunnel binding destination 123.29.22.128te Tunnel0/0/0 explicit-path 123.29.22.128_primary next hop 10.23.0.54 next hop 10.23.0.58 next hop 123.29.22.128 explicit-path 123.29.22.128_secondary next hop 10.23.0.49 next hop 10.23.0.45 next hop 10.23.0.41 next hop 123.29.22.129 next hop 123.29.22.128 Cấu hình tại PE-AGG Thái Nguyên: mpls lsr-id 123.29.22.128 mpls mpls te mpls rsvp-te mpls te cspf mpls l2vpn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 98 mpls ldp remote-peer 1 remote-ip 123.29.22.151 interface LoopBack 0 ip address 123.29.22.128 255.255.255.255 isis enable 1 interface GigabitEthernet 3/0/0.1 vlan-type dot1q 1 mpls l2vc 123.29.22.151 1 tunnel-policy tunnel0/0/0 interface GigabitEthernet1/0/0 ip address 10.23.0.28 255.255.255.252 isis enable 1 mpls mpls te mpls rsvp-te interface GigabitEthernet2/0/0 ip address 10.23.0.1 255.255.255.252 isis enable 1 mpls mpls te mpls rsvp-te isis 1 is-level level-1 cost-style wide network-entity 49.0090.0101.0112.00 traffic-eng level-1 interface Tunnel0/0/0 ip address unnumbered interface LoopBack0 tunnel-protocol mpls te destination 1.1.1.1 mpls te tunnel-id 1 mpls te path explicit-path 123.29.22.151_primary mpls te path explicit-path 123.29.22.151_ secondary secondary mpls te backup hot-standby mpls te reserved-for-binding mpls te commit tunnel-policy tunnel0/0/0 tunnel binding destination 1.1.1.1 te Tunnel0/0/0 explicit-path 123.29.22.151_primary Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 99 next hop 10.23.0.57 next hop 10.23.0.53 next hop 123.29.22.151 explicit-path 123.29.22.151_secondary next hop 10.23.0.2 next hop 10.23.0.42 next hop 10.23.0.46 next hop 10.23.0.50 next hop 123.29.22.151 - Thiết kế QoS trong mạng IP/MPLS của MANE: MPLS DiffServ đƣợc đƣa ra để đảm bảo QoS cho mỗi loại lƣu lƣợng gồm có lƣu lƣợng về quản trị và lƣu lƣợng dịch vụ. Phân lớp lƣu lƣợng và đánh dấu gói có thể thực hiện ở các hệ thống cuối, tƣờng lửa, node thu gom lớp 2, PE router, do vậy lập lịch có thể đƣợc thực hiện tại mỗi giao tiếp đầu vào của router. Bảng dƣới đây là các ví dụ về chính sách dịch vụ và định nghĩa PBH cho mỗi lớp dịch vụ. Bảng phụ lục 1: Các loại dịch vụ 802.1P IP-precedence EXP QoS Queue Network Protocol and Signal 6 6 6 CS6 (PQ) VoIP 5 5 5 EF (PQ) BTV 4 4 4 AF4 (WFQ) VoD 4 4 4 AF4 (WFQ) Network Management(DSLAM) 3 3 3 AF3 (WFQ) Enterprise 1-2 1-2 1-2 AF1-2 (WFQ) HIS (High Speed Internet) 0 0 0 BE (WFQ) Cấu hình: 1. PIPE [TNN01TNN] VSI VoIP_TNN01TNN static [TNN01TNN-VSI-_TNN01TNN] diffserv-mode pipe AF4 green #Cấu hình Pipe cho VPLS [TNN01TNN-VSI-_TNN01TNN] quit [TNN01TNN] interface gigabitethernet 4/0/2.1700 [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/2.1700] diffserv-mode pipe AF4 green #Cấu hình Pipe cho VLL Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 100 2. Hàng đợi khách hàng [TNN01TNN] interface gigabitethernet 4/0/2.700 [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/2.700] vlan-type dot1q 700 [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/2.700] l2 binding vsi EP_VNPT [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/2.700] user-queue cir 10000 pir 20000 inbound #Cấu hình SQ [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/2.700] user-queue cir 10000 pir 20000 outbound 3. Lập lịch [TNN01TNN] interface gigabitethernet 4/0/0 [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/0] port-queue af1 wfq weight 10 outbound [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/0] port-queue af2 wfq weight 20 outbound [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/0] port-queue af3 wfq weight 30 outbound [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/0] port-queue af4 wfq weight 10 outbound [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/0] port-queue EF pq shaping shaping-percentage 70 [TNN01TNN-gigabitethernet4/0/0] trust upsteam default - Thiết lập QoS trên lớp truy nhập: Trên các thiết bị truy nhập nhƣ IPDSLAM, MSAN, Switch L2 sẽ định nghĩa từng kênh dịch vụ khách với những mức ƣu tiên khác nhau tuân theo Bảng phụ lục 1. Cấu hình: + Tạo profile cho dịch vụ thuê bao ADSL tốc độ download/upload 4.096/1.024Kbps: TNN.TNN.H21(config)#adsl line-profile add 100 Start adding profile > Do you want to name the profile (y/n) [n]:y > Please input profile name:ADSL4M > Please choose default value type 0-adsl 1-adsl2+ (0~1) [0]:1 > Will you set basic configuration for modem? (y/n)[n]: > Please select channel mode 0-interleaved 1-fast (0~1) [0]: > Will you set interleaved delay? (y/n)[n]: > Please select form of transmit rate adaptation in downstream: > 0-fixed 1-adaptAtStartup 2-adaptAtRuntime (0~2) [1]: > Will you set SNR margin for modem? (y/n)[n]: > Will you set parameters for rate? (y/n)[n]:y > Minimum transmit rate in downstream (32~32000 Kbps) [32]:32 > Maximum transmit rate in downstream (32~32000 Kbps) [24544]:4096 > Minimum transmit rate in upstream (32~6000 Kbps) [32]:32 > Maximum transmit rate in upstream (32~6000 Kbps) [1024]:1024 Add profile 100 successfully TNN.TNN.H21(config)# Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 101 + Tạo traffic table cho lƣu lƣợng Internet: TNN.TNN.H21(config)#traffic table index 100 ip car 4096 priority 0 priority- policy pvc-Setting Create traffic descriptor record successfully ----------------------------------------------------------------------------- TD Index : 100 Priority : 0 Priority policy : pvc-pri CAR : 4096 kbps TD Type : NoClpNoScr Service category : ubr Referenced Status: not used EnPPDISC : on EnEPDISC : on Clp01Pcr : 4096 kbps ----------------------------------------------------------------------------- + Khai báo thuê bao ADSL TNN.TNN.H21(config)# service-port vlan 100 adsl 0/0/2 vpi 0 vc 35 rx-cttr 100 tx- cttr 100 2. Xây dựng chƣơng trình mô phỏng thuật toán FEC, Interleaving và Insert: Chƣơng trình mô phỏng thuật toán FEC, Interleaving và Insert đƣợc viết bằng ngôn ngữ Visual C để làm rõ hoạt động của các thuật toán này trong mô hình triển khai dịch vụ VOIP. Chƣơng trình mô phỏng đƣợc thiết kế đơn giản và dễ sử dụng. Hình phụ lục 4: Giao diện mô phỏng iFEC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 102 Hình phụ lục 5: Giao diện mô phỏng sFEC Hình phụ lục 6: Giao diện mô phỏng Interleaving Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 103 Hình phụ lục 7: Giao diện mô phỏng Insert