GIỚI THIỆU về kỹ THUẬT điều KHIỂN lưu LƯỢNG trong mạng internet

Chơng Giới Thiệu kỹ thuật điều khiển lu lợng mạng Internet Mạng Internet phát triển nhanh trở nên phổ biến thời gian vừa qua Hiện nay, trở thành phơng tiện thông tin hiệu tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thơng mại, giải trí, thông tin cộng đồng.v.v Khi mạng Internet ngày phát triển, nhu cầu lu lợng mạng nh chất lợng dịch vụ, tính bảo mật, độ tin cậy ngày tăng Để đáp ứng đòi hỏi trên, nhà cung cấp dịch vụ Internet cần phải quan tâm đến ba vấn đề kỹ thuật sau: - Kiến trúc mạng - Khả mở rộng mạng - Kỹ thuật điều khiển lu lợng (traffic engineering) Kiến trúc mạng đáp ứng yêu cầu chất lợng dịch vụ, độ tin cậy, nh tính bảo mật thông tin Khả mở rộng mạng giúp nhà cung cấp dịch vụ đáp ứng đòi hỏi lu lợng ngày tăng khách hàng Tuy vậy, hai khía cạnh kỹ thuật nêu không đủ để đáp ứng đòi hỏi chất lợng dịch vụ Internet trờng hợp Với điều khiển lu lợng, toán tối u hiệu suất hoạt động mạng đợc giải Nó bao gồm việc ứng dụng công nghệ nguyên tắc khoa học để đo lờng, mô hình hóa, phân tích điều khiển lu lợng mạng Internet Nó áp dụng tri thức kỹ thuật để đạt đợc mục đích hiệu suất: nh vận chuyển lu lợng nhanh tin cậy qua mạng, sử dụng hiệu nguồn tài nguyên mạng, hoạch định dung lợng mạng Vì vậy, làm tăng thêm giá trị mạng cho nhà cung cấp dịch vụ lẫn cộng đồng sử dụng Internet [1] Trong chơng này, mục xem xét khái niệm toán điều khiển lu lợng Tiếp theo, mục đề cập đến khó khăn hạn chế kỹ thuật điều khiển lu lợng mạng Internet Cuối cùng, mục giới thiệu u điểm kỹ thuật điều khiển lu lợng dùng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Các khái niệm Dới góc độ toán điều khiển lu lợng, mạng bao gồm hệ thống yêu cầu (chính lu lợng), hệ thống kết nối (kết nối phần tử mạng) hệ thống đáp ứng (các tiến trình giao thức mạng) Điều khiển lu lợng công cụ điều khiển điểm hoạt động tham số cho ba khía cạnh mạng để đạt đợc cân đối tính kinh tế chất lợng dịch vụ Điều khiển lu lợng bao gồm ba hoạt động hỗ trợ lẫn là: đo lờng lu lợng, mô hình hóa lu lợng, chọn lựa chế để điều khiển lu lợng [3] Phần giới thiệu mục đích trình điều khiển lu lợng 1.1 Mục đích điều khiển lu lợng Các mục tiêu mạng Internet thơng mại cung cấp chất lợng dịch vụ cao, tính hiệu suất cao, hoạt động tốt (tính survivability) tính kinh tế Các mục tiêu hiệu suất hớng tối u lu lợng tài nguyên mạng Các mục tiêu hiệu suất hớng lu lợng nhằm cải thiện chất lợng dịch vụ cung cấp cho lu lợng mạng Internet đảm bảo tính toàn vẹn thỏa thuận mức dịch vụ (SLA Service Level Agreement) với khách hàng Các tham số đánh giá hiệu suất hớng lu lợng tham số đánh giá chất lợng dịch vụ mạng: tổn thất gói liệu (packet loss), trễ (delay), trợt (jitter), thông lợng (throughput) Các tham số đợc xác định SLA Các mục mục tiêu hiệu suất hớng tài nguyên liên quan tới việc tối u việc sử dụng tài nguyên mạng Cấp phát tài nguyên hiệu cách tiếp cận mục tiêu hiệu suất hớng tài nguyên Một hệ thống xử lý lu lợng tốt vừa phải đảm bảo yêu cầu hiệu hớng lu lợng tức đảm bảo chất lợng dịch vụ, vừa phải đảm bảo sử dụng tài nguyên mạng có hiệu 1.2 Quy trình điều khiển lu lợng Hình vẽ 1.1 minh họa bốn bớc trình điều khiển lu lợng [1] Quy trình điều khiển lu lợng quy trình điều khiển trình cấp phát tài nguyên mạng để đáp ứng thay đổi lu lợng nên đợc lặp lặp lại Bớc trình xây dựng sách điều khiển Nói cách khác, bớc xác định mục tiêu trình điều khiển, tham số toán điều khiển nh cấu trúc giá cả, điều kiện hoạt động, tiêu chuẩn thành công, mô hình kinh tế v.v Xây dựng sách điều khiển Có Xem xét sách điều khiển Không Không Giám sát trạng thái mạng Giám sát hiệu suất, lỗi, mô hình phân tích Phân tích, mô hình hóa lưu lượng trạng thái mạng Quy hoạch dung lượng, thiết kế mạng, điều khiển hoạt động mạng Tối ưu hóa hiệu suất mạng Có Tối ưu hiệu suất mạng Tăng dung lượng Điều chỉnh cấu hình Hình 1.1 Quy trình điều khiển lu lợng Bớc thứ hai trình đo lờng lu lợng giám sát tình trạng mạng Bớc (1) định cần thu thập liệu từ hệ thống giám sát hiệu suất, lỗi Bớc thứ ba phân tích, mô hình hóa lu lợng trạng thái mạng Dữ liệu thu thập đợc từ bớc (2) đợc phân tích mô hình hóa bớc Từ kết phân tích, hệ thống đa đánh giá hỗ trợ trình hoạch định dung lợng mạng, thiết kế mạng, định điều khiển hoạt động mạng Nếu cần phải tối u hiệu suất hệ thống chuyển sang bớc Trong bớc cuối cùng, định liên quan đến chế điều khiển lu lợng nh cấu hình mạng, bổ sung dung lợng v.v đợc thực để tối u hiệu suất mạng điều khiển lu lợng mạng Internet 2.1 Điều khiển lu lợng mạng IP Phần đề cập đến hạn chế IP trình điều khiển lu lợng Cơ chế định tuyến mạng Internet dựa vào địa IP đích để đa định định tuyến nút mạng; nghĩa router, gói liệu đợc chuyển tiếp dựa vào địa IP gói Quá trình tính toán đờng gói tin dựa vào thuật toán tìm đờng ngắn tức tối u theo tham số đơn giản Tham số thờng liên quan cấu trúc mạng (network topology), không liên quan đến lu lợng yêu cầu tài nguyên mạng có Vì vậy, tắc nghẽn mạng thờng xảy khi: (1) Một luồng lu lợng đợc định tuyến qua liên kết giao diện router mà dung lợng không đủ đáp ứng gây nên tình trạng tắc nghẽn (2) Đờng ngắn nhiều luồng lu lợng vào liên kết giao diện router, làm tài nguyên mạng không đủ để đáp ứng Trong đó, đờng khác (không phải ngắn nhất) cha đợc sử dụng hết tài nguyên [5] Ngoài ra, chế định tuyến gây tợng dịch chuyển lu lợng từ đờng đến đờng tốt tìm thấy đờng tốt Để hỗ trợ QoS điều không hẳn tốt nh đờng sử dụng đáp ứng đợc mức độ QoS mong muốn Việc dịch chuyển gây nhiều dao động định tuyến, định tuyến dựa theo tham số nêu (nh băng thông) Những dao động nh gây ảnh hởng xấu đến tham số nh delay, jitter Quá trình điều khiển tắc nghẽn mạng IP đợc thực việc thay đổi tham số định tuyến Kết mô tài liệu [3] đa đến kết luận: thay đổi nhỏ cục thể gây ảnh hởng lớn đến toàn mạng Nh vậy, việc thay đổi tham số định tuyến làm giảm tắc nghẽn phần mạng, nhng gây tắc nghẽn phần lại mạng tợng lu lợng dao động mạng Mặt khác, router, luồng đến đích đợc gom lại (route aggregation) dựa vào chế định tuyến Classless Interdomain Routing (CIDR RFC 1519) Cơ chế hoàn toàn có lợi cho việc định tuyến làm tăng khả mở rộng (scalability) trình định tuyến Nếu giữ thông tin tuyến dới dạng nguồn-đích hạn chế khả mở rộng trình định tuyến Tuy vậy, nhìn từ góc độ điều khiển lu lợng việc định tuyến nh cha tối u Quá trình cân tải lu lợng mạng cho trớc gặp khó khăn vài luồng liệu lớn so với nhiều luồng lu lợng nhỏ Việc điều chỉnh tham số định tuyến tác động đến luồng sau gom lại Định tuyến đa đờng với trọng số tơng đơng (ECMP Equal-Cost Multi-Paths) tạo số luồng liệu nhỏ nhng hiệu bị hạn chế hệ số chia sẻ tải cố định Để vấn đề này, cần phải thêm số chế điều khiển luồng IP Các chế có khả gom lu lợng thành luồng với kích cỡ thích hợp định tuyến luồng lu lợng qua mạng cách rõ ràng Nh vậy, thuật toán tìm đờng ngắn thờng gây tắc nghẽn đờng đợc chọn không đủ tài nguyên đáp ứng yêu cầu lu lợng phân bổ tài nguyên mạng không hiệu (dồn nhiều luồng qua liên kết nút) Ngoài ra, việc thay đổi tham số IGP gây ảnh hởng đến hoạt động toàn mạng không hiệu (vì tiếp cận vấn đề theo phơng pháp thử-sai) Một hạn chế kỹ thuật điều khiển lu lợng dựa vào IP thiếu chế điều khiển lu lợng nên khó giải toán cân tải lu lợng toàn mạng 2.2 Mô hình IP-over-ATM Vì kỹ thuật tầng (liên kết liệu) hỗ trợ điều khiển lu lợng xác nên cách tiếp cận với vấn đề điều khiển lu lợng IP tận dụng kỹ thuật để quản lý băng thông mạng đường PVC mạng ATM Hình vẽ 1.2 Mô hình IP-over-ATM (a) cấu trúc vật lý (b) cấu trúc logic Mô hình IP-over-ATM giải pháp nh ý tởng đa công nghệ ATM với khả quản lý lu lợng khái niệm kênh ảo (VCvirtual circuit) vào sở hạ tầng mạng IP để giải phần hạn chế liên quan đến kỹ thuật lu lợng IP Khái niệm kênh ảo VC tạo kết nối từ điểm tới điểm router Hình vẽ (1.2) minh họa cấu trúc mạng sử dụng mô hình IP-over-ATM Hình vẽ (1.2.a) minh họa cấu trúc kết nối vật lý mạng, hình vẽ (1.2.b) minh họa cấu trúc logic mạng Các router nằm xung quanh mạng chuyển mạch ATM, router đợc kết nối với tất router lại mạng kết nối ảo cố định (Permanent Virtual Connections) Mô hình tạo cấu trúc mạng ảo nối router với Nó xây dựng ma trận lu lợng thống kê dựa vào PVC, từ di chuyển bớt lu lợng kết nối bị tắc nghẽn sang kết nối tài nguyên cha đợc sử dụng Mặc dù mô hình hỗ trợ điều khiển lu lợng xác qua mạng nhng gặp phải số hạn chế Hạn chế mô hình IP-over-ATM cần phải xây dựng quản trị hai mạng với công nghệ khác nên tạo thêm độ phức tạp kiến trúc mạng, thiết kế mạng, chi phí Ngoài ra, có nhiều thành phần mạng tham gia vấn đề độ tin cậy cần đợc quan tâm Khả mở rộng vấn đề mô hình Nếu mạng có n router số lợng PVC mạng n2, dẫn đến yêu cầu tài nguyên mạng tăng nhanh mở rộng mạng Ngoài số vấn đề liên quan đến cấu trúc gói tin nh chi phí phần tiêu đề tế bào đáng kể, hạn chế tốc độ giao diện SAR Vì vậy, xu hớng mạng lõi (core) IP chuyển từ giải pháp xếp chồng (overlay) sang giải pháp tích hợp Phần trình bày khái quát giải pháp tích hợp sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MutliProtocol Label Switching) u điểm điều khiển lu lợng với MPLS Phần giới thiệu khái quát u điểm kỹ thuật điều khiển lu lợng sử dụng MPLS MPLS có nhiều u để điều khiển lu lợng mạng IP cung cấp hầu hết chức có mô hình IP-over-ATM theo cách tích hợp với chi phí thấp mô hình xếp chồng Ngoài ra, MPLS với số kỹ thuật khác tự động hóa chức điều khiển lu lợng MPLS đa hai khái niệm quan trọng kỹ thuật lu lợng trung kế lu lợng (traffic trunk) đờng chuyển mạch nhãn (LSP-Label Switched Path) Trung kế lu lợng nhóm luồng lu lợng thuộc loại đợc đặt đờng chuyển mạch nhãn LSP Một luồng lu lợng IP từ nguồn đến đích (có thể thông tin đơn điểm đa điểm) gắn liền với thông tin QoS thông tin kiểu liệu chứa gói tin (higher level demultiplexing) Một đờng chuyển mạch nhãn LSP mô tả đờng luồng lu lợng qua mạng MPLS MPLS có số u điểm hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng nh sau [5]: (1) Đờng LSP xác định trớc (explicit LSP) đợc thiết lập nhà quản trị mạng tự động thiết lập theo giao thức mà không phụ thuộc vào chế chuyển tiếp gói liệu dựa vào địa IP đích (2) Các LSP đợc trì hiệu (3) Các traffic trunk đợc ánh xạ lên LSP (4) Một tập hợp thuộc tính gắn liền với traffic trunk cho phép thay đổi đặc điểm hoạt động (5) Một nhóm thuộc tính gắn liền với tài nguyên ràng buộc có cấp phát tài nguyên cho traffic trunk LSP hay không (6) MPLS hỗ trợ việc gom luồng lu lợng lại tách luồng lu lợng ra, IP hỗ trợ việc gom luồng lu lợng lại với (7) MPLS dễ dàng tích hợp với chế định tuyến ràng buộc (constraint-based routing) (8) MPLS đa giải pháp với chi phí thấp giải pháp khác thực kỹ thuật điều khiển lu lợng Tóm tắt Kỹ thuật điều khiển lu lợng trình điều khiển luồng liệu qua mạng để tối u hệ số sử dụng tài nguyên nh hiệu suất mạng Giống nh toán điều khiển khác, kỹ thuật điều khiển lu lợng đợc lặp lặp lại gồm bốn giai đoạn: (1) xây dựng sách, tiêu, tham số điều khiển; (2) đo lờng, thu thập liệu lu lợng tài nguyên mạng; (3) mô hình hóa lu lợng tài nguyên mạng từ liệu thu thập đợc; (4) đa định điều khiển để đạt đợc mục đích xác định sách điều khiển Kỹ thuật điều khiển lu lợng dựa IP thờng gây tợng tắc nghẽn mạng thuật toán định tuyến tối u theo tham số đơn giản Bên cạnh đó, việc thay đổi tham số IGP để giảm tắc nghẽn phần mạng ảnh hởng đến toàn mạng không hiệu Một vấn kỹ thuật điều khiển lu lợng IP không giải đợc toán cân lu lợng Các công nghệ tầng hai có kỹ thuật điều khiển lu lợng hiệu Vì vậy, tiếp cận vấn đề điều khiển lu lợng mạng IP hai cách: đặt giao thức tầng chạy giao thức tầng hai mô hình xếp chồng (IP-over-ATM); tích hợp tầng tầng giải pháp kỹ thuật điều khiển lu lợng sử dụng MPLS Mô hình xếp chồng IP-over-ATM giải đợc hạn chế IP nhng gặp phải vấn đề chi phí, khả 10 Nếu cha có ma trận lu lợng end-to-end, băng thông LSP thờng cha biết cần phải dự đoán lần triển khai Sau đó, tốc độ LSP đợc đo sử dụng nh yêu cầu băng thông LSP Các đờng LSP đợc cấu hình (bằng tay) đợc tính toán động Việc cấu hình đờng khó khăn, dùng định tuyến ràng buộc đợc tính toán mạng Vì vậy, đờng LSP thờng đợc tính toán trực tuyến router Đối với LSP quan trọng (truyền tải nhiều lu lợng đòi hỏi QoS) đợc gán quyền u tiên cao LSP khác Vì thế, đờng LSP có nhiều hội để chọn đờng tối u Việc gán quyền u tiên làm cho trình định tuyến ổn định sử dụng tài nguyên mạng tốt Nhiều LSP song song đợc cấu hình cặp router vào mạng Các LSP đợc đặt lên đờng vật lý khác để cân tải từ nguồn tới đích Hơn nữa, việc sử dụng nhiều LSP song song làm cho kích cỡ LSP nhỏ hơn, định tuyến LSP linh hoạt Thông thờng LSP đợc giữ kích cỡ nhỏ 40 Mbps Trọng số (affinity, color) đợc gán cho LSP liên kết để thiết lập đờng LSP mong muốn Ví dụ, nhà quản trị mạng muốn LSP vùng không di khỏi vùng gán cho liên kết vùng màu xanh, liên kết vùng màu đỏ Đồng thời, LSP vùng bị ràng buộc đợc chọn đờng gán màu xanh Nh vậy, đờng màu đỏ không đợc chọn LSP không đợc vùng quản trị Quá trình gán trọng số cho LSP liên kết phải dựa vào sách quản trị mạng Phụ thuộc vào mức độ ổn định mạng mà nhà quản trị cho phép chuyển LSP sang đờng tối u đờng diện Việc chuyển đờng LSP sang đờng tối u đợc gọi tối u lại LSP 87 Quá trình gây bất ổn định trình định tuyến, đợc sử dụng không nên sử dụng thờng xuyên Nếu xác định thuộc tính đàn hồi, LSP đợc định tuyến lại trờng hợp có cố xảy đờng LSP Định tuyến lại đợc thực mà không cần quan tâm đến băng thông nh ràng buộc khác Triển khai hệ thống MPLS hỗ trợ kỹ thuật lu lợng Phần trình bày số bớc để triển khai hệ thống MPLS hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng Thông thờng, vùng không quan trọng đợc triển khai trớc để có kinh nghiệm đối phó với cố xảy triển khai khu vực quan trọng (1) Bớc 1: thu thập số liệu sử dụng đờng LSP Bớc triển khai LSP mà rõ yêu cầu băng thông Mục đích bớc thu thập số liệu thống kê lu lợng vùng đợc quan tâm, đặc biệt lu lợng cặp router Việc thu thập số liệu mạng IP thờng cho biết lu lợng vào giao diện mạng; mà không cho biết đích cuối lu lợng Hình vẽ 4.15 minh họa lu lợng từ A đến B, từ B đến C Nhng rõ lu lợng từ A đến B, từ A đến C Vì vậy, ma trận lu lợng từ đầu đến cuối phải dự đoán Do vậy, tính không xác dự đoán Mbps Router A Mbps Router B Router C làm giảm tính hiệu cản trở kỹ thuật điều khiển lu lợng 88 Hình vẽ 4.15 Thu thập số liệu Nếu có hai LSP đợc cấu hình từ A đến B, từ A đến C lu lợng từ A đến C không vào LSP từ A đến B Vì vậy, số liệu thống kê hai LSP cho nhà quản trị biết xác lu lợng từ A đến B, từ A đến C Bằng cách này, ma trận lu lợng end-to-end đợc thiết lập Mỗi hàng ma trận xác định router nằm mạng (tạo lu lợng đến đích) Mỗi cột (tơng ứng với đích lu lợng) router nằm mạng tiền tố địa IP Mỗi phần tử ma trận xác định lợng lu lợng từ router hàng đến router tiền tố địa cột tơng ứng Hầu hết chế điều khiển lu lợng có hiệu ma trận lu lợng đợc xây dựng (2) Bớc 2: Triển khai LSP với ràng buộc băng thông Sau bớc trên, dựa vào số liệu thống kê đo đợc, ngời ta phải lựa chọn giá trị băng thông cho LSP Bớc triển khai LSP với yêu cầu băng thông đợc xác định Việc tính toán đờng trực tuyến thực cho LSP với liên kết mạng, băng thông dành đợc tối đa liên kết lớn tổng băng thông tất LSP qua liên kết Hệ số sử dụng liên kết cao hay thấp phụ thuộc vào mức độ phù hợp tốc độ thực tế tất LSP tổng băng thông đợc định Có thể điều chỉnh hệ số sử dụng băng thông liên kết tất liên kết mạng Để điều chỉnh hệ số sử dụng liên kết cụ thể, băng thông tối đa dành đợc cấu hình dung lợng liên kết nhân với hệ số sử dụng (60%) Để điều chỉnh hệ số sử dụng liên kết, ngời ta nhân băng thông yêu 89 cầu LSP với hệ số (=1/hệ số sử dụng băng thông) Ví dụ, hệ số sử dụng băng thông mong muốn 60%, hệ số nhân nghịch đảo hệ số sử dụng băng thông = 1/0.6 = 1.67 Yêu cầu băng thông LSP đợc tính băng thông đo đợc nhân với hệ số Nếu hệ số sử dụng băng thông cao hiệu lớn nhng khả tắc nghẽn cao Nếu hệ số sử dụng băng thông thấp hiệu giảm nhng nguy tắc nghẽn giảm theo (3) Bớc 3: cập nhật định kỳ băng thông LSP Bớc đợc lặp lại để liên tục thu thập số liệu điều chỉnh băng thông LSP cần Quá trình cần thiết lu lợng tăng lên phân phối lu lợng thay đổi theo thời gian Bớc đợc thực định kỳ hàng ngày hàng tuần Cần lu ý không nên thực thay đổi với LSP đồng thời; mà nên thực quan sát thay đổi quan trọng trình điều chỉnh băng thông (4) Bớc 4: tính toán theo định tuyến ràng buộc mạng (offline) Để tối u hiệu sử dụng liên kết, định tuyến ràng buộc mạng đợc thực để tối u hiệu suất toàn mạng Quá trình đợc tính toán định kỳ nạp thông tin đờng LSP vào router Một thuật toán đơn giản đợc thực nh sau Tính toán đợc thực cho LSP từ LSP có quyền u tiên cao Với LSP có mức u tiên, tính đờng đợc thực theo thứ tự yêu cầu băng thông giảm dần Mục đích thuật toán tối thiểu hóa tổng hệ số (băng thông dành đợc x chiều dài đờng đi) tất LSP Cụ thể hơn, mục tiêu 90 đặt đờng LSP có yêu cầu băng thông lớn vào đờng vật lý tối u nhất, đờng có mức độ tối u thấp hơn, tiếp tục hết đờng LSP nằm mức u tiên Thuật toán đợc mô tả sơ lợc nh sau: (1) Sắp xếp LSP theo thứ tự u tiên giảm dần (2) Với LSP, loại bỏ liên kết không sử dụng đợc băng thông dành đợc không đủ cho yêu cầu thuộc tính quản trị (3) Dựa vào đồ thị giản lợc, tính toán đờng tối u cho LSP (4) Với liên kết đợc sử dụng LSP, giảm tài nguyên liên kết lợng LSP sử dụng (5) Lặp lại bớc 2-4 cho tất LSP Tóm tắt Chơng đề cập đến vấn đề toán điều khiển lu lợng IP Do IP thiếu chế điều khiển lu lợng nên gây vấn đề tắc nghẽn mạng không đủ tài nguyên đáp ứng yêu cầu lu lợng, có nhiều lu lợng đổ dồn vào đờng ngắn Hơn nữa, chất chế vận chuyển gói liệu IP dựa vào hop nên gây tợng dao động lu lợng mạng thay đổi tham số IGP Nh vậy, kỹ thuật điều khiển lu lợng cần phải giải vấn đề cân tải lu lợng 91 nhằm mục đích đáp ứng yêu cầu QoS lu lợng đồng thời làm tăng hệ số sử dụng tài nguyên mạng MPLS đa ba khái niệm quan trọng FEC, trung kế lu lợng LSP hỗ trợ hiệu cho kỹ thuật điều khiển lu lợng Các vấn đề kỹ thuật điều khiển lu lợng mạng MPLS ánh xạ gói tin vào FEC, FEC vào trung kế lu lợng trung kế lu lợng vào LSP Các khái niệm cho phép gom luồng IP nhỏ thành luồng trung kế lu lợng với kích cỡ thích hợp; đủ lớn để đảm bảo khả mở rộng mạng, đủ nhỏ để dễ thực cân tải với thuật toán định tuyến Chơng chủ yếu tập trung vào vấn đề ánh xạ trung kế lu lợng thành đờng LSP Giải pháp dựa MPLS gồm ba thành phần định tuyến ràng buộc, chế báo hiệu hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng MPLS , giao thức định tuyến IGP mở rộng để cung cấp thông tin liên quan Giao thức định tuyến IGP mở rộng chức cung cấp thông tin liên quan đến cấu trúc mạng hỗ trợ thêm thông tin phục vụ kỹ thuật lu lợng (nh băng thông có, loại tài nguyên) Định tuyến ràng buộc dựa vào thông tin để tìm đờng đáp ứng yêu cầu QoS nh sách quản trị mạng Nhờ vậy, định tuyến ràng buộc giảm đợc tắc nghẽn mạng không đủ tài nguyên nhiều lu lợng đổ dồn vào đờng Sau tìm đợc đờng thỏa mãn ràng buộc, chế báo hiệu MPLS thiết lập đờng CR-LSP với tham số hỗ trợ kỹ thuật lu lợng qua mạng để đảm bảo tài nguyên đợc dành cho lu lợng yêu cầu Các đờng đợc xác định không thay đổi cố nên tránh đợc tợng dao động lu lợng mạng Các đờng LSP đợc thiết lập với tham số hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng nên giúp cân tải lu lợng toàn mạng Sau đờng LSP đợc thiết lập, tài nguyên mạng bị thay đổi thay đổi lại đợc giao thức IGP mở rộng thông báo cho thuật toán định tuyến ràng buộc 92 Định tuyến ràng buộc tìm đờng thỏa mãn ràng buộc Trong mạng MPLS, định tuyến ràng buộc đợc sử dụng để phục vụ cho mục đích sau: (1) định tuyến động, (2) tối u lại LSP (3) phục hồi đờng LSP Định tuyến ràng buộc đợc triển khai mạng (online) mạng (offline) Định tuyến ràng buộc mạng hỗ trợ tối u hệ số sử dụng tài nguyên toàn mạng, định tuyến ràng buộc mạng đáp ứng yêu cầu định tuyến động Để hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng, MPLS sử dụng hai giao thức báo hiệu RSVP mở rộng CR-LDP Việc so sánh hai giao thức đa đến định lựa chọn giao thức báo hiệu hỗ trợ điều khiển lu lợng mạng MPLS RSVP giao thức trạng thái mềm, dựa chế vận chuyển IP không tin cậy, vốn đợc thiết kế để hỗ trợ mô hình dịch vụ IntServ CR-LDP giao thức trạng thái cứng, dựa chế vận chuyển tin cậy TCP Giao thức CR-LDP hỗ trợ đầy đủ chế độ hoạt động MPLS; đợc xây dựng theo mô hình dịch vụ DiffServ nên dễ dàng kết hợp với mạng khác mức dịch vụ Vì vậy, CR-LDP có nhiều u điểm so với RSVP Phần đầu chơng đề cập đến thành phần hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng mạng MPLS Phần đề cập chi tiết số trờng hợp thực kỹ thuật điều khiển lu lợng Kỹ thuật điều khiển lu lợng đợc thực để giảm cố tắc nghẽn ngắn hạn, cân tải toàn mạng chia sẻ tải nhiều đờng vật lý hai nút Phần cuối chơng trình bày cách tiếp cận để thiết kế mạng MPLS, tham số liên quan đến việc cấu hình điều khiển lu lợng triển khai hệ thống MPLS hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng 93 Chơng Kết luận Trong đồ án này, tìm hiểu vấn đề mà kỹ thuật điều khiển lu lợng với MPLS giải đợc Để đáp ứng yêu cầu mạng hỗ trợ QoS tơng lai nh giải hạn chế mạng IP nay, kỹ thuật điều khiển lu lợng với MPLS đợc xem giải pháp đợc quan tâm Kỹ thuật điều khiển lu lợng đợc thực mạng để làm tăng thêm giá trị mạng: góc độ ngời dùng, yêu 94 cầu ngời dùng đợc đáp ứng với chất lợng tốt hơn; góc độ nhà cung cấp dịch vụ, mạng đợc sử dụng với hiệu suất cao đem lại nhiều lợi nhuận Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Chuyển mạch nhãn vận chuyển gói liệu qua mạng dựa vào khái niệm nhãn thay khái niệm địa nguồn đích nh mạng IP Do khác biệt mà chuyển mạch nhãn có số u điểm so với chế vận chuyển gói liệu IP nh sau: tốc độ nhanh hơn, khả mở rộng, đơn giản, tốn tài nguyên cho thông tin điều khiển điều khiển đờng gói liệu Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS MultiProtocol Label Switching) chế ánh xạ địa lớp vào nhãn lớp chuyển tiếp (forwarding) gói liệu, tích hợp với chế định tuyến tầng mạng Vì vậy, MPLS có đặc điểm nh khả mở rộng, tính linh hoạt chế định tuyến nh khả quản lý lu lợng, hỗ trợ QoS, hiệu suất cao chế chuyển mạch Một đặc điểm bật kiến trúc chuyển mạch MPLS tách rời mặt phẳng điều khiển mặt phẳng vận chuyển liệu MPLS đa ba khái niệm FEC, trung kế lu lợng đờng chuyển mạch nhãn LSP hỗ trợ tốt cho kỹ thuật điều khiển lu lợng mạng MPLS FEC cho phép gom gói liệu theo số tiêu chuẩn (nh LSR đầu ra, QoS) với kích cỡ luồng thích hợp Trung kế lu lợng có thuộc tính mô tả đặc điểm lu lợng nhóm FEC đợc gom lại Dựa vào đặc điểm này, đờng LSP đợc thiết lập với tham số phù hợp 95 để vận chuyển luồng liệu qua mạng (dựa vào nhãn) theo đờng định mà đảm bảo yêu cầu QoS Các chế định tuyến IP đợc sử dụng để tìm đờng cho FEC Dựa vào đờng tìm đợc, giao thức phân phối nhãn đảm nhận vai trò báo hiệu để thiết lập đờng LSP qua mạng Định tuyến ràng buộc Định tuyến IP sử dụng thuật toán tìm đờng ngắn nên dễ gây tợng tắc nghẽn tài nguyên mạng đờng không đủ đáp ứng yêu cầu lu lợng; nhiều lu lợng đổ dồn đờng Định tuyến ràng buộc kết hợp với giao thức định tuyến IGP mở rộng nhằm giải hạn chế chế định tuyến Các giao thức định tuyến IGP mở rộng thu thập thêm thông tin tài nguyên có mạng nh băng thông Dựa vào thông tin kết hợp với yêu cầu lu lợng, định tuyến ràng buộc tính toán đờng thỏa mãn yêu cầu QoS lu lợng Thuật toán định tuyến ràng buộc phải tính toán tối u theo nhiều tham số nên phức tạp làm tăng thêm chi phí xử lý, truyền tin, lu trữ thông tin Chi phí định tuyến ràng buộc phụ thuộc chủ yếu vào tần suất cập nhật thông tin trạng thái mạng tần suất thực tính toán đờng Để điều khiển chi phí mức độ chấp nhận đợc, ngời ta đa khái niệm ngỡng để đánh giá mức độ thay đổi tài nguyên đáng kể hay không định thời phép thay đổi tính toán đợc thực khoảng thời gian Kết nghiên cứu gần cho thấy thực định tuyến ràng buộc có chi phí chấp nhận đợc 96 Kỹ thuật điều khiển lu lợng với MPLS Kỹ thuật điều khiển lu lợng với MPLS gồm thành phần nêu trên: định tuyến ràng buộc, giao thức định tuyến IGP mở rộng chuyển mạch nhãn đa giao thức Nó kết hợp u điểm thành phần phép điều khiển lu lợng vào mạng, việc sử dụng tài nguyên mạng Do vậy, đáp ứng yêu cầu QoS lu lợng đồng thời đảm bảo tài nguyên mạng đợc sử dụng theo cách hiệu Định tuyến ràng buộc đợc sử dụng để tính toán trực tuyến mạng Định tuyến ràng buộc trực tuyến đợc sử dụng để tìm đờng đáp ứng yêu cầu lu lợng Định tuyến ràng buộc nằm mạng hỗ trợ việc tối u hóa hiệu suất sử dụng tài nguyên toàn mạng MPLS đa công cụ điều khiển lu lợng khả thiết lập đờng CR-LSP với ràng buộc lu lợng Có hai chế báo hiệu để thiết lập đờng mạng MPLS với tham số hỗ trợ kỹ thuật điều khiển lu lợng RSVP mở rộng CR-LDP CR-LDP thờng đợc chọn hỗ trợ đầy đủ chế độ hoạt động MPLS mà dễ dàng liên kết với mạng khác mức dịch vụ Ngoài ra, MPLS thực trình định tuyến lại để khắc phục cố đờng truyền đồng thời đảm bảo địch vụ cung cấp đợc liên tục Kỹ thuật điều khiển lu lợng với MPLS đợc trình bày cụ thể với số trờng hợp gây tắc nghẽn mạng ngắn hạn, giải toán cân lu lợng mạng phân phối lu lợng qua nhiều đờng vật lý khác với tỷ lệ xác định trớc cặp điểm Cuối cùng, đồ án giới thiệu cách tiếp cận với vấn đề thiết kế mạng MPLS tham số cần quan tâm cấu hình hệ thống điều khiển lu lợng 97 Hớng nghiên cứu Đồ án trình bày số vấn đề toán điều khiển lu lợng mạng IP đề cập chi tiết giải pháp điều khiển lu lợng với công nghệ MPLS Hớng phát triển đồ án định lợng hiệu kỹ thuật điều khiển lu lợng với MPLS Từ đó, tìm tham số tối u phục vụ cho việc cấu hình hoạt động hệ thống điều khiển lu lợng Nh vậy, bớc nhằm phát huy tối đa khả MPLS để giải toán điều khiển lu lợng Tài liệu tham khảo [1] Daniel O.Awduche, MPLS and Traffic Engineering in IP Networks, IEEE Communication Magazine, 12-1999 [2] George Swallow, MPLS Advantages for Traffic Engineering, IEEE Communication Magazine, 12-1999 [3] Anja Feldmann, NetScope: Traffic Engineering for IP Networks, IEEE Network Magazine, 4-2000 98 [4] Chuck Semeria, Traffic Engineering for the New Public Network, Juniper Networks - white paper 2000, http://www.juniper.net [5] D Awduche, Requirements for Traffic Engineering over MPLS, IETF RFC 2702, 9-1999 [6] Uyless Black, MPLS and Label Switching Networks, Prentice Hall 2001 [7] R Callon, A Framework for Multiprotocol Label Switching, IETF draft, 9-1999, [8] E Rosen, Multiprotocol Label Switching Architecture, IETF RFC 3031, 1-2001 [9] E Crawley, A Framework for QoS-based Routing in the Internet, IETF RFC 2386, 8/1998 [10] Shigang Chen, An Overview of QoS Routing for the Next Generation High-Speed Networks: Problems and Solutions, 12/1998 IEEE Network Magazine [11] Wei Sun, Constraint Based Routing, 1/1999, www.cis.ohiostate.edu/~jain/cis/788-99/qos_routing/index.html [12] George Apostolopoulos, Intradomain QoS Routing in IP Networks: A Feasibility and Cost/Benefit Analysis, 9/1999, IEEE Network Interactive 99 [13] G Apostolopoulos, QoS Routing Mechanisms and OSPF Extensions, IETF RFC 2676, 8-1999 [14] Yoram Bernet, Networking Quality of Service and Windows Operating Systems, New Riders publishing, 2001 [15] Xipeng Xiao, Traffic Engineering with MPLS in the Internet, IEEE Network magazine, 3-4/2000 [16] Grenville Armitage, MPLS: The Magic Behind the Myths, IEEE Communication magazine, 1/2000 [17] Anoop Ghanwani, Traffic engineering standards in IP networks using MPLS, IEEE Communication magazine, 12/1999 [18] Osama Aboul-Magd, QoS and Service Internetworking using Constraint-Route Label Distribution Protocol, IEEE Communication magazine, 5/2001 [19] L Andersson, LDP Specification, IETF RFC 3036, 1/2001 [20] B Jamoussi, Constraint-Based LSP Setup using LDP, IETF RFC 3212, 1/2002 [21] J Ash, LSP Modification using CR-LDP, IETF RFC 3214, 1/2002 100 [22] Thomas M.Chen, Reliable Services in MPLS, IEEE Communication Magazine, 12/1999 [23] Li Li, IP Traffic Engineering using MPLS explicit routing in carrier networks, www.nortelnetworks.com, 2000 [24] Chuck Semeria, Traffic engineering for the new public network, www.juniper.net, 1999 [25] Xipeng Xiao, Internet QoS: A Big Picture, IEEE Network magazine, 3-4/1999 [26] Jeremy Lawrence, Designing Multiprotocol Label Switching Networks, IEEE Communication magazine, 7/2001 101 [...]...mở rộng mạng, và độ tin cậy Trong khi đó, giải pháp sử dụng MPLS vừa giải quyết đợc bài toán điều khiển lu lợng trong IP, vừa khắc phục đợc những hạn chế của mô hình IP-over-ATM Các chơng tiếp theo sẽ đề cập sâu hơn đến kỹ thuật điều khiển lu lợng với MPLS Chơng 2 11 Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS Chơng này giới thiệu các đặc điểm của MPLS cũng nh hoạt động của nó Trớc... là sự tách biệt giữa mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển nh đợc đề cập trong mục 4 Mặt phẳng dữ liệu thực hiện chức năng chuyển dữ liệu đến nút tiếp theo thuật toán khá đơn giản nên hiệu suất chuyển mạch là rất cao Mặt phẳng điều khiển cho phép nhiều module điều khiển thao tác trên các nhãn của một gói dữ liệu nên sự kết hợp của các module điều khiển hõ trợ mạng MPLS cung cấp nhiều dịch vụ và 30... liệu rất đơn giản: gửi gói dữ liệu đến dựa và nhãn của nó nhãn có chiều dài cố định và ngắn Cơ chế điều khiển có thể phức tạp nhng không làm ảnh hởng đến các luồng lu lợng của ngời sử dụng Thao tác chuyển mạch nhãn có thể đợc thực hiện trong các bộ vi xử lý riêng biệt, trong ASIC Các cơ chế điều khiển trong mạng chuyển mạch nhãn nói chung là không tiêu tốn quá nhiều tài nguyên mạng Mạng chuyển mạch... việc sử dụng tài nguyên mạng trở nên không hiệu quả Hơn nữa, trong mạng IP không có cơ chế điều khiển đờng đi hiệu quả Mạng chuyển mạch nhãn có thể điều khiển đờng đi của lu lợng tốt hơn bằng các cơ chế định tuyến ràng buộc, theo chính sách của nhà quản trị và thiết lập các đờng đi buộc lu lợng của ngời dùng phải đi theo đờng đó 2 Các khái niệm trong MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS MultiProtocol... tráo đổi nhãn và gửi gói tin đến nút tiếp theo dựa vào thông tin trong bảng LFIB Mặt phẳng điều khiển của MPLS có nhiệm vụ xây dựng và duy trì thông tin trong các bảng phục vụ quá trình forwarding Tất cả các nút MPLS phải chạy các giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến với nhau Trong MPLS, bảng định tuyến cung cấp thông tin về mạng đích và các phần địa chỉ mạng (prefix) hỗ trợ việc liên... đơn giản (4) tiêu tốn ít tài nguyên cho thông tin điều khiển (5) điều khiển đờng đi Cơ chế vận chuyển gói dữ liệu trong mạng IP vốn dựa trên phần mềm để thực hiện các thao tác phức tạp (nh luật địa chỉ phù hợp tối đa longest prefix matching rule) với một khối lợng dữ liệu lớn, nên tốc độ rất chậm và khó có thể quản lý đợc một lợng lớn tải lu lợng mạng Internet Vì vậy, có thể gây ra hiện tợng tổn thất... Vì vậy, có thể gây ra hiện tợng tổn thất lu lợng, kết nối và làm giảm hiệu suất toàn mạng Trong chuyển mạch nhãn, giá trị nhãn đợc đặt trong phần tiêu đề của gói tin đến, và đợc dùng để làm chỉ mục tìm kiếm trong bảng dữ liệu Cơ chế này có thể đợc thực hiện trong phần cứng Chính vì vậy, gói tin đợc vận chuyển trong mạng chuyển mạch nhãn sẽ nhanh hơn rất nhiều so với IP, nên thời gian trễ và đáp ứng... hiểu biết về cấu trúc mạng và từ đó xây dựng nên bảng định tuyến hoặc bảng thông tin nhãn mà quá trình forwarding dựa vào đó để ra quyết định MPLS đợc xây dựng dựa trên các công nghệ tầng 2 nên nó không phụ thuộc vào công nghệ tầng 2 cụ thể nào Vì vậy mà MPLS đợc gọi là đa giao thức Ngoài ra, không yêu cầu một giao thức phân bổ nhãn cụ thể nào MPLS có một số ứng dụng quan trọng nh kỹ thuật điều khiển lu... nhãn có thể là duy nhất trong một giao diện (per-interface) hoặc duy nhất trong tất cả các giao diện của LSR (per-platform) Sau đó, downstream LSR thông báo cho upstream LSR về liên kết mới đợc tạo (L, F) Quá trình gán nhãn tự động thực hiện bởi 17 downstream LSR đợc gọi là unsolicited-downstream; hoặc đợc thực hiện khi có yêu cầu của một LSR - đợc gọi là downstream-on-demand Điều khiển gán nhãn (Label... downstream-on-demand Điều khiển gán nhãn (Label Control) MPLS hỗ trợ hai cách gán nhãn cho một FEC: độc lập và theo thứ tự Điều khiển độc lập đợc minh họa trong hình vẽ (2.2.a), khi một LSR nhận đợc thông báo, nó sẽ tự động liên kết một nhãn với FEC này rồi thông báo liên kết này cho các LSR lân cận Điều khiển tuần tự (hình vẽ 2.2.b) thực hiện quá trình liên kết nhãn và thông báo theo trình tự từ LSR đầu vào hoặc