BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
NGUYEN THỊ THU HIEN
NGHIEN CUU GIAI PHAP
MANG XEP CHONG DICH VU DAM BAO QoS CHO MANG IP
CHUYEN NGANH : KY THUAT DIEN TU
MA SO: 60.52.70
LUAN VAN THAC SY KHOA HOC.
Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Nhật Thăng
HÀ NỘI - 2009
Trang 2Luận văn được hoàn thành tại:
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam
Người hướng dẫn khoahọc: >
TS LÊ NHẬT THĂNG
Phản biện 1
Phản biện 2:
Phản biện 3:
HOC VIEN CONG NGHE BUU CHINH VIEN THONG
TRUNG TAM THONG TIN THU VIEN
N®: pile i)
Trang 3Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm
luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính
Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày thang
Có thê tim hiéu luận văn tai:
Thư viện Học viện Công nghệ Bưuchính Viên thông
MỞ DAU A Đặt vấn đề
Vào giữa những năm 1990, hai mạng điện thoại va IP bắt đầu hợp nhất ( hội tụ
thoại và dữ liệu”) Với ý tưởng này, các hãng
truyền thông bắt đầu lên kế hoạch hợp nhất
các mạng này thành mạng “hội tụ” để hoạt
động hiệu quả hơn và kinh tế hơn.
Tuy nhiên, với sự hội tụ này, thách
thức mới về kỹ thuật đã nảy sinh Trong
mạng hội tụ, cách thức hoạt động “nỗ lực tối
đa” của mạng IP trước đó không đủ để đáp
ứng các yêu cầu hiệu năng khác nhau Vì
vậy, QoS là công nghệ cung cấp các giải
pháp cho vấn đề kỹ thuật này Các kỹ thuật
hàng đầu kể đến là mô hình dịch vụ tích hợp
(IntServ) và mô hình dich vụ phân biệt
(DiffServ) Song việc triển khai các mô hình
kiến trúc này đã gặp phải một số trở ngại về
Trang 4khả năng mở rộng và sự không tương thích ngang cấp giữa các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau Do vậy, gần đây đã có nhiều nghiên cứu đề xuất sử dụng mô hình mạng xếp chồng dé thực hiện QoS từ đầu cuối đến
đầu cuối.
B Nội dung nghiên cứu
e Nghiên cứu về các giải pháp QoS
trong mạng IP như: IntServ, Diffserv,Diffserv/MPLS.
e Nghiên cứu về giải pháp mang xếp chồng dịch vụ (SON) đảm bảo QoS
bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện thời
gian thực trong mang IP.
D Cấu trúc của đề tài
- Khai niệm và các tham số đánh giá
QoS được đề cập chỉ tiết trong
chương 1.
- Cac giải pháp QoS trong mang IP
được đề cập trong chương 2.
- Chương 3 nghiên cứu về mạng SON
và các biện pháp thực hiện QoS trong
Theo khuyến nghị E 800 ITU-T, chất lượng dịch vụ là “7áp các khía cạnh về hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả
mãn của người sử dụng đối với dịch vụ được
Trang 5cưng cấp” Trong khi đó, IETF [ETSI
-TR102] định nghĩa QoS là khả năng của
mạng phân biệt luồng lưu lượng để có các ứng xử riêng biệt đối với các kiểu luồng lưu
lượng, QoS bao trùm cả phân loại dịch vụ và
hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại
dịch vụ.
Phân tích cụ thể về QoS từ hai quan
điểm: người sử dụng và nhà cung cấp mạng
được trình bày chỉ tiết trong trang 5 1.2 Các tham số đánh giá QoS
1.3 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ
Chỉ tiết ở trang 10 của luận văn.
1.4 Mô hình chức năng QoS của các thực
Mô hình chức năng QoS gồm ba mặt
phẳng: Mặt phẳng điều khiển (Control
plane), Mặt phẳng dữ liệu (Data plane), vàmặt phẳng quản lý (Management plane).Phân tích chỉ tiết về chức năng của nhữngmặt phẳng này trình bày ở các trang 11-16
của luận văn.
CHƯƠNG 2: MỘT SÓ GIẢI PHÁP QoS
TRONG MẠNG IP
2.1 Giới thiệu chung
Trong vài năm gần đây, bốn côngnghệ đã nổi lên như là các giải pháp cho
phép đảm bao QoS trong mạng IP Các kiến
Trang 6trúc và các cơ chế phát triển trong những công nghệ này tập trung vào thực hiện hai
vấn đề cơ bản của QoS, đó là: (1) vấn đề gan
tài nguyên mạng: IntServ & DiffServ và (2) vấn đề tối ưu hoá hiệu năng mạng: MPLS
2.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ)
Kiến trúc IntServ dựa trên việc đặt
trước tài nguyên (qua giao thức RSVP) cho
từng luồng Điều đó có nghĩa là IntServ áp
dụng các biện pháp đảm bảo QoS cho từng
luồng IP.
Chi tiết về hoạt động của mô hình
kiến trúc này được trình bày ở các trang
18-21 của luận văn.
Nói tóm lại, cấu trúc IntServ có ưu
điểm là đảm bảo chặt chẽ các yêu cầu QoS cho từng luồng IP Song lại có nhược điểm là
tính mở rộng không cao Chính vì vậy,
IntServ chỉ phù hợp với các mạng nhỏ.
2.3 Dịch vụ phân biệt (Diffserv)
Kiến trúc DiffServ được phát triển
như là cơ chế gán tài nguyên cho mạng của
các nhà cung cấp Diffserv được xem như
một giải pháp có tính khả thi cao hơn, khác
cơ bản so với IntServ Thay vì thực hiện đặttrước từng luồng IP ở các bộ định tuyến lõi
và biên như trong IntServ, kiến trúc Diffserv
sử dụng kết hợp chức năng xử lý luồng IP
với lập lịch ở các bộ định
Chi tiết về hoạt động của Diffserv
được mô tả ở các trang 21-24 của luận văn.
2.4 Diffserv trên nền MPLS
Chi tiết về giải pháp Diffserv/MPLS
được mô tả ở các trang 24-26 của luận văn.
CHƯƠNG 3: MẠNG XÉP CHÒNG
DỊCH VỤ
Trang 7cung cấp được bằng các phương thức truyền
thống tới người sử dụng đầu cuối Nhìn chung, các kiến trúc xếp chồng bao gồm 2
1) Lớp xếp chồng: gồm các nút xếp
chồng và các liên kết ảo.
2) Lớp tự nhiên (native layer): là lớp
IP (mạng IP) mà mạng xếp chồng được xây
dựng bên trên.
Mạng xếp chồng dịch vụ (SON), là
mạng lớp ứng dụng được xây dựng bên trên
các mạng IP truyền thống, được khai thác bởi ISP thứ ba, sở hữu một tập các nút nằm
trong các miền ISP phía dưới Những nút xếp
chồng này được kết nối bởi các liên kết xếp chồng ảo tương ứng với một hoặc nhiều liên kết IP.
Các mạng SON được phân loại thành
mạng xếp chồng người sử dụng đầu cuối
(End-user Overlay Network) và mạng xếp
chồng QoS đường trục (Backbone QoS
Overlay Network).
3.3 Thực hiện QoS trong mạng SON [21]
Để thực hiện được các đảm bảo QoS
trong mạng xếp chồng, cần thiết có sự hỗ trợ
của mạng phía dưới Xếp chồng QoS đượcthực hiện trên các liên kết mạng dành riêng
đặt trước để đảm bảo cho các ứng dụng
không vượt quá các tài nguyên mạng có sẵn.
Chỉ tiết được đề cập ở trang 35-39
trong luận văn.
3.4 Đánh giá giải pháp SON
Trang 83.4.1 Ưu điểm
Khái niệm cung cấp QoS từ đầu cuối
đến đầu cuối mở ra các đặc tính hấp dẫn qua
khái niệm đồng đẳng:
- Ít nâng cấp hạ tầng.
- Tránh được các vấn đề không đồng
nhất, đảm bảo cung cấp được QoS ngay cả
trong trường hợp dịch vụ đa mạng.- Khung làm việc QoS chung.
- Mức độ tự do xử lý lưu lượng.
3.4.2 Nhược điểm - Vốn đầu tư.
- Các tác động ảnh hưởng của các cơ
chế xếp chồng lên mạng phía dưới [17, 12].
- Ma trận lưu lượng của các mạng
phía dưới trở nên động hơn và dé bi thay đổi
hơn, làm giảm hiệu quả của các hoạt độngTE của các ISP phía dưới Thậm chí làm sai
trong những nỗ lực đầu tiên thực hiện kết nói
các miền multicast với nhau Kỹ thuật đường
hầm IP được sử dụng để truyền tải dữ liệu
qua các bộ định tuyến không có khả năng
nhận biết multicast MBONE cung cấp kết
nối theo yêu cầu nhưng lại được đòi hỏi các
vấn đề về không tin cậy, mất mát lớn, thông
lượng thấp, quản lý khó khăn Hoạt động của xếp chồng multicast được chỉ ra ở hình 3.4,
trang 42 của luận văn.3.5.2 Đảm bảo QoS
Trang 9Mô hình triển khai SON [7] đã được
chấp nhận bởi nhiều tác giả trong việc tạo ra các kiến trúc dịch vụ cho các ứng dụng khác nhau Kiến trúc Internet hướng dịch vụ là
một trường hợp của xếp chồng SON như hạ
tầng hoạt động dé cung cấp VoIP Một ví dụ
khác được xem là sự thực thi dựa trên mô
hình SON là QRON [24].
Trong QRON, các tác giả đề xuất việc tạo ra mạng xếp chồng cung cấp băng thông
giống như SON Như với SON, QRON có
thể cung cấp đường xếp chồng đảm bảo QoS
cho ứng dụng.
Nói chung, QoS là ứng dụng khó có
thể thực hiện nếu không có sự hỗ trợ cụ thể
của các ISP phía dưới Tuy nhiên, OverQoS
cung cấp một khía cạnh khác mà không có
Nội dung của chương này lần lượt đi
vào khảo sát các vấn đề liên quan đến bài
toán thiết kế tôpô xuất phát từ mô hình SON
được đề xuất trong [7] qua các vấn đề như:
lựa chọn liên kết xếp chồng tốt nhát, liên kết
các hệ thống đầu cuối đến các nút truy nhập
xếp chồng [22]; vị trí đặt các nút xếp chồng
[6], [10], chọn nút xếp chồng thích hợp [6].
Ngoài ra, trong quá trình thiết kế tôpô
mạng việc chọn tôpô thích hợp có ảnh hưởng
nhiều đến hiệu năng mạng Vì vậy, trong
chương này của luận văn tôi thực hiện khảo
sát một số tôpô mạng xếp chồng.
4.2 Lựa chọn liên kết xếp chồng và liên kết
các hệ thống đầu cuối đến nút truy nhập
xếp chồng [22]
Trang 10Trong nghiên cứu [22], tác giả đã xem
xét đến bài toán thiết kế tôpô của mạng xếp chồng dịch vụ với cấu trúc chỉ phí cụ thể, các
thuật toán thích hợp có thể được sử dụng cho
lời giải hiệu quả với chi phí tính toán tương
đối nhỏ Đồng thời, tác giả đề xuất các
phương pháp chỉ đạo việc thiết kế tôpô SON
ở phạm vi rộng.
Tác giả nhằm mục tiêu tối thiểu chỉ
phí kết hợp với việc kết nối các nút xếp chồng qua nhiều miền ISP trong khi cung cấp truy nhập tốt nhất tới người sử dụng đầu cuối.
Bài toán thiết kế tôpô được giải quyếtdưới dạng bài toán tối ưu Qua việc xem xétcác dữ kiện đầu vào là các kết nối giữa cáchệ thống đầu cuối (khách hàng), nút nhàcung cấp và các ISP Tôpô kết quả tối thiểuhoá bộ tham số chỉ phí đã cho được tạo ra.
Ệ 15
Bộ tham số được chọn này phản ánh chi phí
đối với mạng nhà cung cấp.
4.3 Số nút xếp chồng, vị trí nút xếp chồng và dung lượng đặt trước trên các liên kết
xếp chồng [6]
Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất
hai mô hình thiết kế lý thuyết về mạng xếp
chồng với tiêu chí lựa chọn tối ưu số nút và
vị trí nút xếp chồng cũng như dung lượng đặt
trước đối với mỗi liên kết xếp chồng có xem
xét đến vấn đề định tuyến lưu lượng.
Phương pháp tiếp cận chung đối với thiết kế mạng là xem xét đến các vị trí khả
thi của các điểm tập trung lưu lượng trong
vùng phục vụ, tạo lưu lượng hướng đến các nút đích, các điểm khả thi này là các điểm
mà các nút xếp chồng được lắp đặt Vi trí đặt
các điểm này phụ thuộc vào sự phân bố lưu
lượng và tôpô mạng phía dưới Tuỳ theo vị
Trang 11trí đặt của các điểm, tôpô mạng phía dưới để
tính toán các tham số kết nói.
4.4 Khảo sát một số tôpô mạng xếp chồng hiện có
Chỉ tiết về các tôpô được trình bày ở
các trang 53-57 trong luận văn.
4.4 Đánh giá ảnh hưởng của các tôpô quatỉ lệ khôi phục lỗi [14]
Kết luận chung trong nghiên cứu [14]:
(1) Hiệu năng của dịch vụ định tuyến xếp
chồng phụ thuộc nhiều vào việc xây dựng tôpô xếp chồng.
(2) Tôpô xếp chồng dựa trên việc nhận biết tôpô lớp IP có thể có hiệu năng tốt hơn trong
việc cung cấp dịch vụ định tuyến khôi phục
Kết luận chung trong nghiên cứu [1]:
MT có hiệu năng kém nhất so với các tôpô xếp chồng khác Hơn nữa, khi kích
thước của mạng lớp IP theo mô hình “flat”
lớn và số nút xếp chồng nhỏ thì KSPT là tuỳ
chọn có giá trị Thay vào đó, khi mạng lớp IP
theo mô hình phân cấp, tôpô AC có hiệu
năng tốt nhất so với các tôpô khác, bởi nó nhận biết được tôpô mạng phía dưới.
Từ đây, có thể rút ra một số nhận xét:
(1) Bài toán thiết kế mạng SON là bài toán
khó Tất cả các bài toán thiết kế tôpô SON
đều quy về bài toán tối ưu NP-hard với độ phức tạp đa thức Với kiểu bài toán này chỉ
có thể sử dụng phương pháp heuristic.
(2) Tôpô xếp chồng có ảnh hưởng đáng ké
đến hiệu năng định tuyến xếp chồng Hiệu
Trang 12năng định tuyến sẽ khác khi mạng dịch vụ xếp chồng nhận các tôpô khác nhau Ngoài
ra, thông tin về tôpô của mạng lớp IP phía
dưới rất hữu ích trong việc xây dựng hiệu
quả các tôpô xếp chồng.
(3) Qua các kết quả mô phỏng đánh giá ở
trên đều có đánh giá chung về tôpô MT:
không phải là tôpô tốt khi chọn làm tôpô
mạng xếp chồng dịch vụ Các tôpô AC và
tôpô K cây khung nhận biết tôpô có thể cung
cấp hiệu năng tốt hơn các tôpô khác KET LUẬN
Luận văn đã nghiên cứu các giải pháp
QoS cho mang IP được đề xuất từ trước đến
nay, đặc biệt là giải pháp mạng SƠN Qua
nghiên cứu về mạng SON, tôi nhận thấy đây
là một giải pháp có những mặt mạnh riêng
như: cho phép triển khai dịch vụ mới tương
đối nhanh trên hạ tầng mạng hiện có, chỉ phí
đầu tư không lớn, không cần thiết việc tiêu chuẩn hoá, khắc phục được những hạn chế của kiến trúc mạng IP về bảo mật, QoS, tính
di động, multicast,
Hiện nay xu hướng tiến tới cung cấp
mọi loại hình dịch vụ ở mọi nơi, mọi lúc, cho
mọi đối tượng đòi hỏi sự phát triển và tích
hợp hợp lý của tất cả các mạng Vì vậy, đảmbảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối làm nảysinh câu hỏi nên áp dụng mô hình hoạt động
vĩ mô nào: phối hợp hoạt động của các ISP
hay dựa vào mô hình mạng xếp chồng đối
tác thứ ba (mạng SON) Vì vậy, nghiên cứu
về mảng đề tài này có giá trị thực tiễn cao KIÊN NGHỊ
Qua nghiên cứu giải pháp công nghệmạng xếp chồng dịch vụ, tôi nhận thấy đây
là một trong những giải pháp hứa hẹn hướng
phát triển tiếp theo của mạng trong tương lai
Trang 13gần Song công trình nghiên cứu về thiết kế
tôpô mạng SƠN chưa nhiều, vì vậy đây chính là tiềm năng để người nghiên cứu thoả
sức sáng tạo và cống hiến Kiến nghị mong
muốn là đề xuất được tôpô cụ thể cho mạng
SON thoả mãn mục tiêu thiết kế Chứng
minh được tính ưu việt về hiệu năng của tôpô
này so với các tôpô hiện có.