Kết hợp DiffServ và MPLS trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ 3.doc

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin ngành viễn thông Kết hợp DiffServ và MPLS trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ

3.2 Sự kết hợp giữa MPLS và DiffServ

DiffServ hay MPLS có thể được sử dụng để đưa ra một số dịch vụ với QoSkhác nhau Bất kỳ sơ đồ định tuyến nào có thể được sử dụng trong mạng DiffServvà các cấp độ dịch vụ khác nhau tùy vào mỗi khách hàng, nó phụ thuộc vào cácđiểm mã (code point) khác nhau được gắn vào các gói tin tại các nút DiffServ Cácmạng MPLS có thể được cấu hình để đưa ra các chất lượng dịch vụ khác nhau đếncác đường dẫn khác nhau xuyên suốt qua mạng Nếu cả hai công nghệ được kếthợp, khi đó các đề xuất dịch vụ DiffServ chuẩn hóa được đưa ra và MPLS có thể dễdàng điều khiển theo cách mà các dịch vụ này thực thi Việc điều khiển này cónghĩa là các dịch vụ được đề xuất sẽ được phục vụ theo các thông số QoS đã đượcđịnh nghĩa trước đó [4]

3.2.1 DiffServ hỗ trợ MPLS

 MPLS chỉ phục vụ cho các dịch vụ lớp 3 và không định nghĩa một kiến trúcQoS mới Vì thế DiffServ có thể hỗ trợ cho MPLS bằng cách cung cấp kiếntrúc QoS cho các mạng MPLS [4].

 MPLS là cơ chế kết nối có hướng, khi được sử dụng trong các mạng đườngtrục, nó có thể được nâng cấp cho các vấn đề mở rộng, đặc biệt với RSVP-

TE Việc kết hợp MPLS và DiffServ nâng cấp các mạng không đảm bảo điềukiện trên mỗi luồng trong các router lõi Chỉ có điều kiện trên mỗi LSP mớiđược đảm bảo Nếu không sử dụng DiffServ mà sử dung IntServ trong mạngMPLS (khi được đề nghị trong bản dự thảo mới) thì chỉ tốn phí để đảm bảođiều kiện trên mỗi luồng và trên mỗi LSP Với việc tổ hợp LSP có thể làmgiảm số lượng LSP

 DiffServ có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau trên mỗi luồng lưu lượng. Lược đồ lưu lượng hợp nhất của DiffServ không chỉ làm giảm phí tổn điều

kiện luồng mà còn tăng khả năng thực thi của MPLS trong việc giảm bớt sốnhãn được quản lí.

3.2.2 MPLS hỗ trợ DiffServ

 Khi các lỗi kết nối xảy ra, đặc tính tái định tuyến nhanh của MPLS có thể hỗtrợ MPLS trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ Dĩ nhiên việc các đườngkết nối bị đứt liên kết thì không xảy ra thường xuyên hàng ngày trong cácmạng đường trục

 MPLS cung cấp kỹ thuật lưu lượng cho DiffServ Có thể hình dung cácđường dẫn khác nhau cho các nhóm PHBs khác nhau, lấn chiếm tài nguyênhay các cấp độ bảo vệ khác nhau cho các PHBs khác nhau…

 Khi muốn sử dụng DiffServ trong mạng không đồng nhất về các môi trườnglớp kết nối, ví dụ như trong các mạng ATM thì MPLS vẫn là sự lựa chọnhàng đầu.

3.2.3 Các đặc tính khác so với IP DiffServ

Khi so sánh với mạng IP DiffServ thì về cơ bản mạng MPLS-DiffServ vẫnkhông khác gì mấy Các thành phần chức năng như bảng thỏa thuận điều hòa lưulượng TCA, PHB vẫn không thay đổi Các router tại biên vẫn thực hiện các chứcnăng phân lớp (classification), đánh dấu (marking), chính sách (policing) và địnhdạng (shaping) Đồng thời các chức năng quản lý bộ đệm cũng như lập lịch gói tinđi trong mạng theo thực thi PHB vẫn giữ nguyên Điểm khác ở đây chính là cấu trúc

của node MPLS và việc chuyển tiếp gói tin , do đó nó kéo theo một số thực thiDiffServ khác so với mạng IP

Prec/DSCP được ánh xạ đến trường

Hình 3.1 Minh họa ánh xạ trường Prec/DSCP đến EXP

Các router LSR chuyển tiếp chỉ dựa vào header MPLS và trường mở rộngEXP, do đó LSR không nhìn thấy trực tiếp trường Prec/DSCP trên header IP Vì thếcác thông tin DiffServ phải được chuyển vào trong MPLS header được mô tả như

Assured Fowarding (AF1)

Best effort (BE)

DSCP 6 bitsEXP 3bits

Bảng 3.1 Mô tả việc ánh xạ giữa trường DSCP và EXP

3.2.4 Các dạng đường dẫn LSP trong MPLS-DiffServ

MPLS-DiffServ định nghĩa 2 dạng LSP với các đặc tính và cách thức hoạtđộng khác nhau Dạng thứ nhất là đường dẫn chuyển mạch nhãn có lớp được suy ratừ trường mở rộng E-LSP (EXP-inferred-class LSP) có thể vận chuyển nhiều lớplưu lượng đồng thời Dạng thứ 2 là LSP có lớp được suy ra từ nhãn L-LSP (Label-inferred-class LSP) chỉ vận chuyển duy nhất 1 lớp lưu lượng Chúng phụ thuộc vàonhiều cơ chế khác nhau để mã hóa, đánh dấu DiffServ cho các gói tin Các dạngLSP này yêu cầu các cách thức báo hiệu khác nhau và việc mã hóa DSCP cũng khácnhau, đây là 2 lĩnh vực quan trọng làm cho MPLS DiffServ khác với các đặc tínhban đầu.

3.2.4.1 E-LSP

MPLS DiffServ định nghĩa E-LSP như một dạng của LSP mà có thể mangnhiều lớp lưu lượng đồng thời Các router chuyển mạch nhãn LSR sử dụng trườngEXP trong header chèn để suy ra PHB mà gói tin yêu cầu Như hình 3.1 trườngEXP chứa 3 bit, do đó một đường E-LSP có thể hỗ trợ 8 lớp dịch vụ, nó có thểmang nhiều hơn nếu các lớp sử dụng nhiều lớp con (ví dụ AF1 có thể sử dụng 2 hay3 lớp con) Hơn thế nữa, chúng cũng không định nghĩa bất kỳ cấu trúc nào trêntrường 3 bit Các LSR có thể thiết lập E-LSP với việc dự trữ băng thông [7].

Hình 3.2 Ánh xạ giữa IP header với MPLS shim header cho đường E-LSP

MPLS DiffServ định nghĩa các cơ chế báo hiệu ánh xạ cho E-LSP giữa cácgiá trị EXP và PHBs Một LSR kết hợp các ánh xạ từ EXP đến PHB cho các nhãnđầu vào và các ánh xạ PHB đến EXP cho các nhãn đầu ra Việc báo hiệu là ngẫunhiên và chiếm giữ vị trí khi thiết lập LSP, khi đó việc ánh xạ giữa các giá trị EXPvà PHB sẽ được sử dụng

3.2.4.2 L-LSP

MPLS DiffServ định nghĩa L-LSP là một dạng LPS mà chỉ có thể vậnchuyển duy nhất 1 lớp lưu lượng Các router LSR suy ra lớp dịch vụ được kết hợpcùng với nhãn của gói tin từ đó xác định chính xác PHB Các LSR sẽ cập nhật sựkết hợp giữa các nhãn L-LSP và các lớp trong suốt quá trình thiết lập LSP Việc báohiệu sẽ chỉ định đường LSP như một L-LSP và định rõ lớp dịch vụ mà L-LSP sẽvận chuyển Giống như E-LSP, các LSR sẽ thiết lập L-LSP bởi việc dự trữ băngthông [6]

Hình 3.4 Ánh xạ giữa IP header và MPLS shim header cho đường L-LSP

Hình 3.4 minh họa một mạng MPLS sử dụng các đường L-LSPs Trongtrường hợp này sẽ có 4 đường L-LSP giữa node A và D Mạng sử dụng 3 lớp dịchvụ EF, AF1 và AF2 Đường L-LSP đầu tiên sẽ mang lưu lượng AF2, đường 2 và 3mang lưu lượng EF và đường cuối cùng mang lưu lượng AF1 Chú ý rằng node Ađã chia nhỏ lưu lượng EF trên 2 đường L-LSP Node C sẽ nhận ra dạng lưu lượngEF bằng cách sử dụng các nhãn và phục vụ lưu lượng này mà không cần phải xemxét LSP nào đã mang nó ( có nghĩa là node sẽ không cung cấp PHB trên mỗi L-LSPmà trên mỗi lớp dịch vụ)

Hình 3.5 minh họa một mạng MPLS sử dụng đồng thời cả L-LSP và E-LSP.

Trong ví dụ này, sẽ có 2 đường E-LSP giữa 2 node D và E và 2 đường L-LSP giữa2 node A và D Với mạng sử dụng 3 lớp dịch vụ:EF, AF1 và AF2 Node C sẽ vậnchuyển cả 2 đường E-LSP và L-LSP Node này sử dụng nội dung của nhãn DiffServđể xác định dạng đường dẫn LSP và ánh xạ chính xác đến PHB từ gói tin Cácrouter LSR sẽ phục vụ đúng theo PHB mà không cần quan tâm đến dạng LSP Ởđây, node A và E mỗi chúng chỉ sử dụng một loại đường dẫn LSP, nhưng chúng vẫncó thể sử dụng luân phiên cả 2 dạng LSP để đi đến node D.

Hình 3.6 Mạng MPLS sử dụng đồng thời cả 2 E-LSP và L-LSP

3.3 Kiểu chuyển tiếp nhãn trong các Router LSR DiffServ

Trên đường L-LSP các tập hợp có thứ bậc được gán chung một nhãn FEC vàđược chuyển tiếp trên các đường LSP khác nhau, quyết định hoán đổi nhãn choDiffServ LSR rõ ràng phụ thuộc vào tập hợp các đối xử BA của các gói tin Cũng vìthế mà trường DSCP trong IP không thể áp dụng cho các router LSR được, mộtrouter MPLS DiffServ hoạt động khác với một router DiffServ không MPLS Việcchuyển tiếp nhãn của DiffServ LSR gồm 4 giai đoạn sau

3.3.1 Xác định PHB đi vào

Đối với đường E-LSP quá trình ánh xạ EXP-PHB có thể được cấu hình banđầu hay được báo hiệu tường minh trong suốt quá trình thiết lập E-LSP Khi đó việcánh xạ này sẽ được LSR sử dụng để xác định đối xử PHB được gán trên các gói tinđi vào.

Đối với đường L-LSP, PHB được thiết lập trong suốt quá trình thiết lập củaLSP Do đó các PSC được LSR nhận biết trên cơ sở nhãn và sau đó xác định quyền

ưu tiên loại bỏ gói bằng cách nhìn vào giá trị của trường EXP trong ánh xạ PHB.

EXP-3.3.2 Xác định PHB đi ra

Một router DiffServ LSR có thể thực hiện việc đánh dấu, chính sách và địnhdạng trên các dòng lưu lượng đi vào, có khả năng thay đổi các PHB đi ra kết hợpvới các gói không thích hợp trong các dòng lưu lượng đi vào Do đó các PHB đi vàocó thể khác với các PHB đi ra.

3.3.4 Việc đóng gói của thông tin miền DiffServ DS

Đối với E-LSP, việc ánh xạ EXP-PHB có thể được cấu hình sẵn hay đượcbáo hiệu tường minh trong suốt quá trình thiết lập E-LSP Router xác định giá trịcủa EXP được gán vào trong nhãn của gói tin từ việc ánh xạ PHB-EXP

Đối với đường L-LSP, thông tin lớp lập lịch PSC (PHB Scheduling Class) đượcnhãn mang đi và được đưa ra trong suốt quá trình thiết lập tuyến Giá trị EXP đượcgán là được xác định bởi việc tra cứu ánh xạ PHB-EXP

Để tăng cường các dịch vụ khác nhau, các LSR phải áp dụng các đối xửchuyển tiếp tương ứng đến các PHB được hỗ trợ

3.4 Các kiểu thực thi

MPLS không phải là kiểu đường hầm IP, nên khi đóng gói, header có nhãmMPLS chứ không phải là IP header Tuy nhiên MPLS vẫn là một dạng đường hầmvà có những điểm tương đồng với các đường hầm IP như:

 Các node trung chuyển dọc theo đường LSP hoạt động chỉ dựa trên cơ sở cácthông tin của router DiffServ

 Các LSP đều theo một hướng duy nhất

Hai định nghĩa có thể áp dụng được cho MPLS DiffServ với 1 số thay đổinhỏ đó là kiểu đường ống (pipe) và kiểu chuẩn (uniform).

Trong kiểu đường ống, các đường hầm MPLS đi qua các node MPLS trungchuyển và mang nội dung của DiffServ Và có 2 loại thông tin DiffServ cần các góitin trong đường hầm chuyển đi: một là thông tin có ích cho các node trung chuyểntrong đường LSP (LSP DiffServ), thứ 2 là thông tin có ý nghĩa nằm ngoài LSP( tunneled DiffServ)

Đối với kiểu đường ống, thông tin DiffServ cần được chuyển đến LSP đầura, vì thế nó có thể áp dụng đối xử chuyển tiếp cùng với thông tin tunneled DiffServnhưng thông tin tunneled DiffServ không đến node đầu ra

Router LSR thực hiện việc xác định PHB đi vào và mã hóa thông tinDiffServ theo cách dưới đây:

 Khi nhận được gói tin chưa được gán nhãn, LSR thực hiện xác định PHB đivào nằm trên IP header nhận được

 Khi nhận được gói tin đã được gán nhãn, LSR thực hiện xác định PHB đivào trên trường nhãn của ngăn chứa nhãn nhận được Cụ thể là khi hoạt độngtháo nhãn được thực hiện đối với LSP đã xét đến, thì LSR thực hiện xác địnhPHB đi vào trước khi tháo nhãn.

 Khi thực hiện hoạt động gắn nhãn cho đường LSP, LSR sẽ:

 Mã hóa thông tin DiffServ phù hợp với PHB đi ra trong trường nhãnchuyển tiếp tương ứng với nhãn được gắn vào

 Mã hóa thông tin DiffServ phù hợp với PHB đi vào trong header đượcđóng gói (trường nhãn hoán đổi hay IP header)

 Khi thực hiện họat động hoán đổi nhãn trong LSP, LSR sẽ mã hóa thông tinDiffServ trong trường nhãn chuyển tiếp bao gồm cả nhãn được hoán đổi Khi thực hiện hoạt động tháo nhãn trong LSP, LSR không thực hiện mã hóa

thông tin DiffServ

3.5 Ví dụ

Khảo sát mạng MPLS-DiffServ dưới đây: giả sử luồng lưu lượng ứng vớidịch vụ EF sẽ đi từ S1 đến D1 và luồng lưu lượng với dịch vụ AF1 sẽ đi từ S2 đếnD2 Quá trình hoạt động được mô tả như sau

 Dựa vào thông tin DiffServ trên header IP, ban đầu các LSR sẽ xác địnhthông tin PHB và từ đó thiết lập các đường E-LSP và L-LSP Ở trong ví dụnày luồng lưu lượng EF sẽ đi trên đường E-LSP và AF1 sẽ đi trên đường L-LSP

 Khi các gói tin đi đến các router biên LSR, chúng sẽ được phân lớp phù hợpvới các trường trong header được thực hiện bởi bộ phân lớp

 Bộ đánh dấu DS sẽ thiết lập 6 bit trong trường DS lên tương ứng với lớp BAcủa gói tin, ví dụ như với PHB là EF sẽ được thiết lập là 101110, AF1 là001010 Đồng thời tại router LSR2 sẽ thực hiện hoạt động gán nhãn cho góitin và thực hiện sao chép 6 bit của trường DSCP vào 3 bit của trường EXP Ởđây gói tin từ S1 đến D1 sẽ được gán nhãn vào là A và ánh xạ EF thành 101và gói tin từ S2 đến D2 sẽ được gán nhãn vào là C, ánh xạ AF1 thành 001.Việc ánh xạ này được tra trong bảng PHB-EXP

 Sau khi được đánh dấu, các gói tin sẽ được bộ lập lịch xếp hàng và gởi đitrong mạng, đồng thời thực hiện hoán đổi nhãn, nhãn A sẽ được hoán đổithành B và C sẽ thành D, việc chuyển tiếp gói tin thực hiện chỉ dựa trênnhãn Tại đây các gói tin có thể bị loại bỏ nếu gói tin nằm ngoài hiện trạngcủa lưu lượng (đối với EF) hoặc có thể được đánh dấu lại (đối với AF)

 Khi các gói tin đi đến router Egress LSR4 hoạt động tháo gỡ nhãn xảy rađồng thời có nhiệm vụ phân loại các gói tin theo, ánh xạ EXP thành PHB,thực hiện các cơ chế hàng đợi tưong ứng với mỗi lưu lượng sau đó đẩy góiđi đến đúng địa chỉ đích

E-LSPL-LSP