Kỹ thuật lưu lượng MPLS và ứng dụng trong mạng VNPT

Header Page of 113 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG - TRẦN VĂN KHẢI KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MPLS VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG CỦA VNPT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Footer Page of 113 Header Page of 113 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ MẠNH QUYẾT Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Footer Page of 113 Header Page of 113 MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin, viễn thông thay đổi ngày góp phần đáp ứng nhu cầu ngày cao người dùng Một xu đời công nghệ chuyển mạch (chuyển mạch mềm) nhằm thay cho công nghệ chuyển mạch cũ (chuyển mạch kênh) Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS công nghệ phát triển nằm xu Vì chọn đề tài nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng MPLS áp dụng mạng VNPT Với mục đích muốn tìm hiểu nắm bắt công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thứ, kỹ thuật điều khiển lưu lượng, điều khiển tránh tắc nghẽn mạng mạng MPLS Nội dung tìm hiểu luận văn chia thành chương: CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Chương nghiên cứu tổng quan kỹ thuật lưu lượng MPLS, khái niệm bản, trình xử lý gói tin MPLS, kỹ thuật, chế điều khiển lưu lượng MPLS CHƢƠNG II: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG MẠNG MPLS Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng tìm hiểu toán tắc nghẽn mạng MPLS Áp dụng cáp phương pháp điều khiển nghẽn để giải tắc nghẽn mạng MPLS Từ đó, nhà cung cấp dịch vụ giải vấn đề tắc nghẽn mạng khả phục hồi nhanh giúp giảm thiểu gói xảy lỗi CHƢƠNG III: GIẢI PHÁP TRONG ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG ĐỂ TRÁNH NGHẼN MẠNG XẨY RA Đưa mô hình, cấu trúc mạng sử dụng nhà cung cấp dịch vụ Thực giám sát, quan trắc, đo kiểm lưu lương mạng thời điểm khác Từ đưa số giải pháp điều khiển lưu lương để trách tắc nghẽn xẩy mạng Do nhiều mặt hạn chế nên nội dung đề tài khó tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô bạn đọc Em xin chân thành cảm ơn TS Đỗ Mạnh Quyết tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn Hà Nội, Ngày 12 Tháng 09 Năm 2013 Học viên Trần Văn Khải Footer Page of 113 Header Page of 113 CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan MPLS 1.1.1 Khái niệm chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Việc hình thành phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế, nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng Sự thành công nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ có nhờ vào việc chuẩn hoá công nghệ Quá trình hình thành phát triển công nghệ, giải pháp ban đầu hãng Cisco, IBM, Toshiba… Những nỗ lực chuẩn hoá tổ chức tiêu chuẩn IETF việc ban hành tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấp cho nhận định ban đầu xu hướng phát triển MPLS MPLS đề xuất hãng Ipsilon hãng nhỏ công nghệ thông tin triển lãm công nghệ thông tin, viễn thông Texas Sau Cisco hàng loạt hãng khác IBM, Toshiba…công bố sản phẩm công nghệ chuyển mạch họ tên khác chung chất công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS thực số chức sau:  Hỗ trợ giải pháp mạng riêng ảo VPN  Định tuyến (điều khiển lưu lượng)  Hỗ trợ cục cho định tuyến IP tổng đài chuyển mạch ATM Có thể thấy MPLS phát triển nhanh chóng hiệu Điều chứng minh yêu cầu cấp bách công nghiệp cho công nghệ Hầu hết tiêu chuẩn MPLS ban hành dạng RFC Sau toàn RFC hoàn thiện, chúng tập hợp lại để xây dựng hệ thống tiêu chuẩn MPLS Các khái niệm chuyển mạch nhãn MPLS a Nhãn (Lable) b Ngăn xếp nhãn (Lable stack) c Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn d Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR-Lable Switching Router) e Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC-Forward Equivalence Class) f Cơ sở thông tin nhãn (LIB-Lable Information Base) g Tuyến chuyển mạch nhãn (LSP-Lable Switching Path) Quá trình xử lý thông tin MPLS Footer Page of 113 Header Page of 113 Core LSR Edge LSR Edge LSR IP IP L1 Traditional IP forwarding IP L2 IP L3 IP Traditional IP forwarding Label forwarding Hình 1.4: Quá trình xử lý thông tin MPLS Quá trình xử lý thông tin MPLS nhƣ sau: Một LSP thiết lập LER LDP RSVP Khi gói tin IP đến LER đầu vào, router kiểm tra địa IP đích gán cho nhãn tương ứng Như gói gán nhãn MPLS trước chuyển Các router core LSR chuyển gói tin dựa nhãn ingress egress mà không cần quan tâm đến địa IP gói tin LER cuối gõ bỏ nhãn MPLS tìm đích gói tin bảng định tuyến IP đẩy gói tin port cần thiết 1.1.2 Cấu trúc thành phần của miền MPLS Mạng MPLS bao gồm nhiều nút có chức định tuyến chuyển tiếp nối với Mỗi nút tương ứng với thiết bị LSR ( Lable Switching Router) Mạng MPLS chia thành hai miền miền lõi MPLS( MPLS core) miền biên MPLS ( MPLS Edge).Tương ứng với miền ta có thiết bị tương đương LER IP LER LSR MPLS domain LSR LER LSP MPLS LSR LER Hình 1.5 Cấu trúc miền MPLS Footer Page of 113 Header Page of 113 1.1.3 Mô hình chuyển gói tin MPLS Gói tin đóng gói đích cần đến paris London Trước hết gói tin đẩy lên tới LSR ingress Ở Ingress LSR xác định FEC chia nhãn, Chuyển lưu lượng đến Paris LSP màu vàng, Chuyển lưu lượng đến London LSP màu đỏ, Traffic swap nhãn transit LSR Ingress LSR LSP Egress LSR Paris LSP London MPLS LER Hình 1.8: Mô hình chuyển gói tin MPLS Khi gói tin đến Egress LSR gỡ nhãn MPLS, Chuyển gói tiếp dựa địa đích chuyển đến đích cần đến 1.2 Hƣớng nghiên cứu luận văn 1.1.2 Những nghiên cứu điều khiển lƣu lƣợng MPLS Cùng với phát triển mạng IP, nhà nghiên cứu cố gắng tìm phương pháp điều khiển lưu lượng mạng cách tối ưu để đáp ứng nhu cầu người sử dụng Các phương pháp điều khiển lưu lượng truyền thống IP, ATM phần giải toán lưu lượng mạng IP Tuy nhiên phương pháp bộc lộ số hạn chế định Chuyển mạnh nhãn đa giao thức, công nghệ chuyển mạch nhãn định hướng kết nối cung cấp khả mạng IP, khả điều khiển lưu lượng đề cập đến cách cho phép thực chế điều khiển lưu lượng cách tinh xảo MPLS không thay cho định tuyến IP hoạt động song song với phương pháp định tuyến tồn công nghệ định tuyến tương lai với mục đích cung cấp tốc độ cao định tuyến chuyển mạch nhãn LSP, đồng thời với việc hạn chế băng tần luồng lưu lượng với yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS khác Hiện nay, có nhiều nghiên cứu vềphương pháp điều khiển lưu lượng Ví dụ tác giả Trần Công Hùng, vấn đề điều khiển lưu lượng trình bầy phương pháp sử dụng định tuyến ràng buộc Enhanced IGP [11] việc điều khiển lưu lượng MPLS thực hiệu Trong để giải vấn đề tác George Swallow trình bầy phương pháp sử dụng giao thức báo hiệu RSVP-TE điều khiển lưu lượng MPLS [8] Theo yêu cầu để làm cho Traffic Engineering đạt hiệu quả, IETF đưa kỹ thuật điều khiển lưu lượng sử dụng giao thức LDP cưỡng (CR-LDP)[2] cho phép Footer Page of 113 Header Page of 113 nhà quản lý mạng thiết lập đường chuyển mạch nhãn (LSP) cách rõ ràng CR-LDP mở rộng LDP Nó hoạt động độc lập với giao thức cổng đường biên bên (IGP) khác Nó sử dụng cho dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ mô mạng chuyển mạch kênh 1.2.2 Lựa chọn hƣớng nghiên cứu, giải điều khiển lƣu lƣợng MPLS luận văn Sau nghiên cứu giải pháp số tác giả nước nước gần thực tế mạng nhà khai thác Việt Nam, luận văn sâu vào giải vấn đề điều khiển lưu lượng IP/MPLS nhằm cân tốt cho lưu lượng vào cao điểm nút mạng lõi biên miền MPLS Nội dung nghiên cứu luận văn dự kiến tập trung, sâu vào nghiên cứu hai lĩnh vực Thứ nhất, luận văn sâu vào tìm hiểu phương pháp điều khiển lưu lượng sử dụng hai phương pháp: định tuyến ràng buộc Enhanced IGP sử dụng giao thức báo hiệu RSVP-TE điều khiển lưu lượng MPLS Thứ hai, luận văn nghiên cứu toán lưu lượng điều khiển tránh tắc nghẽn mạng Cụ thể, luân văn tìm hiều phương pháp điều khiển nghẽn mạng phương pháp DECbit, Điều khiển chống tắc nghẽn TCP, FATE, EWA FEWA [12] Đồng thời, để điều khiển tránh tắc nghẽn mạng xẩy ra, phương pháp nêu trên, luận văn nghiên cứu tìm hiểu để kết hợp với phương pháp quan trắc, đo thử, thực nghiệm lưu lượng mạng rút giải pháp phù hợp để áp dụng cho nút mạng khác nhà cung cấp 1.3 Kết luận chƣơng Nội dung chương trình bày tổng quan MPLS Quá trình hình thành phát triển MPLS, khái niệm mạng MPLS như: nhãn, ngăn xếp nhãn, bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn, định tuyến chuyển mạch nhãn(LSR-Lable Switching Router), lớp chuyển tiếp tương đương (FEC-Forward Equivalence Class), tuyến chuyển mạch nhãn (LSP-Lable Switching Path) Bài toán dự kiến nghiên cứu đề cập đến nội dung nghiên cứu chương CHƢƠNG II: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG MẠNG MPLS 2.1 MPLS kỹ thuật lƣu lƣợng 2.1.1 Khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng Kỹ thuật lưu lượng (TE- Traffic Engineering) kỹ thuật điều khiển đường truyền chứa lưu lượng qua mạng Mục đích để cải thiện việc sử dụng tài nguyên mạng, tránh trường hợp phần tử mạng bị nghẽn phần tử khác chưa dùng hết Ngoài ra, để đảm bảo đường truyền có thuộc tính định, tài nguyên truyền dẫn có sẵn đường truyền cụ thể hay xác định luồng lưu lượng ưu tiên lúc xảy tranh chấp tài nguyên Mạng chuyển mạch đa nhãn giao thức (MPLS - MultiProtocol Label Switching) xây dựng đường truyền chuyển nhãn (LSP - Label Switched Path) mạng nhằm giảm lưu lượng chuyển tiếp.MPLS-TE Footer Page of 113 Header Page of 113 dùng đường hầm TE (TE tunnel) hay đường hầm điều khiển lưu lượng để kiểm soát lưu lượng đường truyền đến đích cụ thể MPLS-TE dùng định tuyến động (autoroute) để tạo bảng định tuyến LSP mà không cần thông tin đầy đủ tuyến lân cận (neighbor).MPLS-TE có khả dự trữ băng thông xây dựng LSP Nói chung, phương pháp linh hoạt kỹ thuật lưu lượng chuyển tiếp dựa vào địa đích Kỹ thuật lưu lượng môi trường MPLS thiết lập mục tiêu hướng tới chức hoạt động : (a) Định hướng lưu lượng (b) định hướng tài nguyên MPLS có ý nghĩa chiến lược kỹ thuật lưu lượng cung cấp hầu hết chức có mô hình chồng phủ theo cách tích hợp với chi phí thấp Điều quan trọng MPLS đề xuất khả tự động hóa chức kỹ thuật lưu lượng 2.1.2 Bài toán lƣu lƣợng Chúng ta xemxét mạng đơn giản hình 2.1 Mạng bao gồm định tuyến R1,R2,R3,R4,R5 thuộc miền quản trị.Các định tuyến kết nối với hình vẽ Xét hai luồng lưu lượng I-I‟,II-II‟ vào R1 R5 Theo hình vẽ dễ thấy có hai đường lựa chọn hai luồng lưu lượng trên: - R1-R2-R3-R5 - R1-R4- R5 Hình 2.1 Mô hình mạng đơn giản Với cấu hình này, nhà quản trị sử dụng giải pháp định tuyến sau đây: - Thứ sử dụng định tuyến tĩnh Với giải pháp này, đường lựa chọn cách nhân công Footer Page of 113 Header Page of 113 Hình 2.2 Lựa chọn đƣờng sử dụng Phƣơng pháp định tuyến tĩnh - Thứ hai sử dụng định tuyến động Đó sử dụng giao thức định tuyến IGP RIP, OSPF, IS-IS…Với giải pháp này, định tuyến tự động xây dựng cập nhật bảng định tuyến cách trao đổi, thu thập thông tin định tuyến, tìm đường ngắn Hai phương pháp có ưu nhược điểm riêng Định tuyến tĩnh không đòi hỏi việc trao đổi thông tin định tuyến có nhược điểm không thích ứng với thay đổi cấu hình mạng Sử dụng giao thức định tuyến IGP cho phép thích ứng nhanh với thay đổi cấu hình mạng lại tốn lượng băng thông cho việc trao đổi thông tin định tuyến Thường định tuyến động áp dụng cho mạng IP cỡ lớn Trong hình 2.1 áp dụng giao thức định tuyến RIP hai luồng I-I‟,II-II‟ theo đường R1R4-R5, áp dụng giao thức định tuyến OSPF hai luồng lưu lượng theo đường R1-R2-R3-R5 Với thuộc tính nói giao thức định tuyến OSPF có ưu điểm giao thức định tuyến khác đứng quan điểm phân bổ lưu lượng Hình 2.3 Lựa chọn đƣờng sử dụng phƣơng pháp định tuyến OSPF Footer Page of 113 Header Page 10 of 113 Hình 2.4 Lựa chọn đƣờng sử dụng Phƣơng pháp định tuyến RIP 2.1.3 Thiết lập đƣờng truyền thiết kế lƣu lƣợng sử dụng MPLS-TE a Thuộc tính ƣu tiên (priority) chiếm trƣớc (preemption) LSP Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priorty/Preemption)MPLS-TE dùng độ ưu tiên LSP để đánh dấu LSP quan trọng cho phép chúng giành tài nguyên từ LSP khác (hay chiếm trước LSP khác).MPLS-TE đưa tám mức độ ưu tiên, tốt xấu b Phân phối thông tin – IGP mở rộng (extensions) Trong việc thiết lập đường truyền thiết kế lưu lượng yêu cầu cần thiết tìm đường truyền mạng đáp ứng điều kiện (thông tin) ràng buộc Các điều kiện đưa vào để tính toán đường truyền khả thi đến đích Các điều kiện ràng buộc như:  Băng thông yêu cầu cho LSP cụ thể  Các thuộc ính (như màu sắc) liên kết cho phép lưu lượng qua  Giá trị metic gán cho liên kết  Số chặng mà lưu lượng phép truyền qua  Độ ưu tiên thiết lập LSP c Tính toán đƣờng truyền – CSPF: Như thuật toán đường ngắn (SPF - Shortest Path First), SPF ràng buộc (CSPF- Constrained SPF) tính đường ngắn dựa vào việc quản lý metric CSPFchỉ tính đường mà thỏa mãn điền kiện ràng buộc cách loại bớt liên kết không thỏa Ví dụ điều kiện băng thông, CSPF bỏ bớt liên kết đủ băng thông để dùng Footer Page 10 of 113 Header Page 13 of 113 11 Traffic Engineering đề cập đến khả điều khiển luồng lưu lượng mạng, với mục đích giảm thiểu tắc nghẽn tạo mức sử dụng hiệu cho phương tiện sẵn có Lưu lượng IP truyền thống định tuyến theo Hop by Hop theo IGP sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn để truyền lưu lượng Lưu lượng đường dẫn IP không đạt tối ưu phụ thuộc vào thông tin Link Metric tĩnh không với hiểu biết tài nguyên mạng sẵn có yêu cầu lưu lượng cần thiết để mang đường dẫn Sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn gây vấn đề sau : - Đường dẫn ngắn từ tài nguyên khác chồng lẫn lên sốlink, gây tắcnghẽntrên link - Lưu lượng từ nguồn tới đích vượt dung lượng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất, đường dẫn dài hai Router được sử dụng không mức Trong hình 2.8, có hai đường dẫn từ Router C tới Router E biểu thị đường dẫn 2,nếu Router chọn đường dẫn theo kỹ thuật đường dẫn ngắn từ C tới E(C-D-E), sau mang tất lưu lượng đích cho E thông qua đường dẫn Dung lượng lưu lượng cuối đường dẫn gây tắc nghẽn, đường dẫn khác (C-F-G-H-E) không sử dụng Để toàn thể mạng hoạt động hiệu thiết kế nhằm thay đổi vài phân số (fraction) lưu lượng từ link tới link khác Trong ta có cost đường dẫn C-D-E ngang với cost đường dẫn CF-G-H-E làviệc tiến lại gần với cân tải gây cản trở, có Topo mạng chặt chẽ Các đường dẫn định tuyến tường minh, thực sử dụng MPLS, sử dụng dẽ hiểu mềm dẻo việc đánh địa vấn đề Để giải vấn đề điều khiển lưu lượng dựa vào thực tế nhãn đường dẫn Labelswitched thiết lập cách đa dạng cách kiểu điều khiển khác Ví dụ, kiểu điều khiển lưu lượng thiết lập đường dẫn Label-switched từ B tới C tới F tới G tới H tới E (đường dẫn 1) đường dẫn khác từ A tới C tới D tới E (đường dẫn 2) hình 2.9 Hình 2.8 Tắc nghẽn gây kỹ thuật chon đƣờng ngắn Footer Page 13 of 113 Header Page 14 of 113 12 Hình 2.9 Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lƣu lƣợng 2.2.3 Các giao thức phân bổ nhãn MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vài giao thức định tuyến sử dụng OSPF hỗ trợ phân bổ nhãn Tuy nhiên, IETF phát triển giao thức để bổ sung cho MPLS Được gọi giao thức phân bổ nhãn LDP Một giao thức khác, LDP cưỡng (CR-LDP), cho phép nhà quản lý mạng thiết lập đường chuyển mạch nhãn (LSP) cách rõ ràng CR-LDP mở rộng LDP Nó hoạt động độc lập với giao thức cổng đường biên bên (IGP) khác Nó sử dụng cho dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ mô mạng chuyển mạch kênh.RSVPcó thể sử dụng để phân phối nhãnbằng việc sử dụng tin Reservation PATH, hỗ trợ hoạt động ràng buộc phân bổ nhãn Hình 2.10 Vị trí giao thức LDP giao thức MPLS Footer Page 14 of 113 Header Page 15 of 113 13 2.2.4 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP Một số đặc điểm giao thức RSVP - RSVP giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng mạng MPLS, sử dụng để dành trước tài nguyên cho phiên truyền mạng Internet - RSVP thiết kế để thiết lập đường truyền bảo vệ giải thông đường truyền giao thức IP giao thức không kết nối không hỗ trợ việc thiết lập đường cho luồng lưu lượng - RSVP yêu cầu máy nhận lưu lượng yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS cho luồng liệu Các ứng dụng máy nhận phải giải thuộc tính QoS truyền tới RSVP Sau phân tích yêu cầu này, RSVP sử dụng để gửi tin tới tất nút nằm tuyến đường gói tin Hình 2.9 ví dụ giao thức dành sẵn tài nguyên RSVP Route RSVP = {R1, R4, R8, R9} Ingress LSR R1 R4 R8 Egress LSR R9 Hình 2.14: Ví dụ giao thức dành sãn tài nguyên - RSVP thiết lập giao thức dành sãn tài nguyên theo đường xác định theo tuyến từ R1 đến R9 lựa chọn theo IGP Và sau phân phối nhãn ngược trở lại để thiết lập đường truyền vận chuyển lưu lượng Thiết lập đƣờng sử dụng RSVP RSVP đóng vai trò quan trọng việc thiết lập đường LSP hỗ trợ ứng dụng unicast multicast RSVP thích ứng với thay đổi nhóm multicast bảng định tuyến Việc trì thực thông qua việc gửi tin làm tươi định kì gửi theo LSP để trì trạng thái Trong kỹ thuật lưu lượng , phiên RSVP xảy router điểm đầu cuối trung kế Các tin sử dụng trình thiết lập đường bao gồm: PATH, RESV, PATH_TEAR, PATH_ERR, RESV_ERR Điều khiển lƣu lƣợng với RSVP Nhu cầu sử dụng RSVP việc sử dụng mạng IP để vận chuyển lưu lượng thời gian thực thoại, hội nghị truyền hình vốn yêu cầu chặt chẽ ràng buộc thời gian Để đảm bảo yêu cầu, ứng dụng đặt trước tài nguyên, tức tài nguyên dành riêng cho ứng dụng RSVP định nghĩa cách thức đặt trước tài nguyên Khi với ứng dụng ví dụ truyền file, truyền video, RSVP thực cho phép ứng dụng đặt trước tài nguyên mà ứng dụng cần thiết router từ chối tài nguyên đặt trước sẵn Footer Page 15 of 113 Header Page 16 of 113 14 Nơi nhận thực đặt trước tài nguyên điều hợp lý biết rõ tài nguyên mà ứng dụng cần Hơn người dùng dễ dàng tham gia không tham gia mà không gây ảnh hưởng đến phía gửi Hình thể dòng lưu lượng mạng, việc điều khiển lưu lượng để tối ưu hóa tài nguyên sử dụng Nó chuyển lưu lượng từ đường học từ IGP sang đường LSP nghẽn Destination Source Lưu lượng IP Layer3 Lưu lượng điều khiển Hình 2.17: Điều khiển lƣu lƣợng với RSVP 2.3 Giải tắc nghẽn mạng MPLS 2.3.1 Các khái niệm tắc nghẽn Tắc nghẽn tượng quen thuộc mạng mà nguyên nhân nói chung tài nguyên mạng giới hạn nhu cầu truyền thông tin người lại giới hạn, ngày tăng nhanh Vì vậy, tượng tắc nghẽn mạng khó tránh khỏi Nguyên nhân chất tự nhiên liệu người dùng đưa vào mạng Khi mạng không kịp đối phó với gia tăng đột ngột lưu lượng tắc ngẽn xẩy 2.3.2 Hiện tƣợng tắc nghẽn Khi lưu lượng mạng đến điểm đó, tắc nghẽn nhẹ bắt đầu xảy ra, với giảm sút thông lượng Hình 2.19 vấn đề này.Nếu điều tiếp diễn đường tuyến tính, vấn đề phức tạp Tuy nhiên, thời điểm hoạt động mạng đạt đến cấp độ thông lượng tụt xuống theo đường thẳng tắc nghẽn nghiêm trọng tích tụ lại gói hàng đợi Do đó, mạng phải cung cấp vài kỹ thuật để thông báo node mắc phải mạng tắc nghẽn xảy cung cấp kỹ thuật điều khiển luồng thiết bị người dùng bên mạng Tắc nghẽn tối thiểu mục đích hoạt động định hướng tài nguyên lưu lượng quan trọng nhất.Hình 2.19 việc tắc nghẽn diễn thời gian dài Với giả sử này, tắc nghẽn miêu tả cách Cách thứ nhất, đơn giản đủ tài nguyên để cung cấp cho lưu lượng người dùng.Cách thứ 2, phức tạp hơn, có đủ tài nguyên mạng để hỗ trợ QoS người dùng dòng lưu lượng không xếp hợp lý vào mạng Do đó, vài phần mạng không dùng đến phần khác bị chất đầy lưu lượng người dùng Footer Page 16 of 113 Header Page 17 of 113 15 Thông lượng Ít tắc nghẽn Tắc nghẽn nghiêm trọng Yêu cầu sửa chữa Hình 2.19 Các vấn đề tắc nghẽn tiềm tàng 2.3.3 Phƣơng pháp giải tắc nghẽn a Một số phƣơng pháp điều khiển chống tắc nghẽn truyền thống Phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn DECbit [12] Điều khiển chống tắc nghẽn TCP [12] b Một số phƣơng pháp điều khiển chống tắc nghẽn Kĩ thuật điều khiển tắc nghẽn FATE [12] Trong mạng IP hoạt động, khó khăn việc kết hợp chặt chẽ trình điều khiển lưu lượng cách có hiệu dựa vào khả công nghệ IP.Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đề xuất khả chế điều khiển lưu lượng Phương thức FATE cho phép giải vấn đề liên quan đến việc quản lí luồng lưu lượng động qua mạng cách tái cân luồng lưu lượng khoảng thời gian mạng bị tắc nghẽn Kĩ thuật điều khiển tắc nghẽn EWA FEWA [12] Phương pháp EWA (Explicit Window Adaptation) dùng thông báo cách rõ ràng đến phía gửi băng thông khả dụng đường cách sử dụng chế điều khiển lưu lượng giống TCP để truyền thông tin phản hồi từ định tuyến đến phía gửi Bên định tuyến EWA thông tin phản hồi tính toán định kỳ dựa đánh giá dung lượng rỗi hàng đợi định tuyến nhân với biến α α tuỳ thuộc vào giá trị khởi tạo kích thước hàng đợi Nó điều khiển theo thuật toán AIMD EWA cho thấy kết hoạt động tốt định tuyến có tải lớn, có số vấn đề định tuyến hoạt động mức tải hầu hết thời gian Lý nằm việc tính toán α, đặt nhiềuvào trọng tải trước định tuyến, phản ứng lại đủ nhanh thay đổi lớn điều kiện tải Chính hạn chế EWA mờ (FEWA- Fuzzy EWA) phát triển, khác với EWA cũ chủ yếu việc tính toán α FEWA sử dụng điều khiển mờ để tính α dựa theo giá trị giá trị gần Footer Page 17 of 113 Header Page 18 of 113 16 đệm định tuyến Với thay đổi việc tính toán phản hồi bên định tuyến, hiệu suất từ đầu cuối đến đầu cuối đạt lớn so với EWA 2.3 Kết luận chƣơng Nội dung chương trình bày kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS điều khiển tắc nghẽn mạng MPLS Các giao thức định tuyến đưa lưu lượng qua mạng theo đường ngắn mà không quan tâm đến tham số khác dẫn đến việc sử dụng không hiệu băng thông sẵn có mạng Giao thức chiếm dụng tài nguyên RSVP, với khả hỗ trợ, chế điều khiển lưu lượng mạng dễ dàng, giải vấn đề tắc nghẽn mạng Một ưu điểm khả hồi phục nhanh, giúp giảm thiểu tỉ lệ gói xảy lỗi liên kết nút chuyển mạch nhãn Trong thực tế, RSVP giao thức thông dụng nhất, lựa chọn cho trình điều khiển lưu lượng mạng CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP TRONG ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG ĐỂ TRÁNH NGHẼN MẠNG XẨY RA Trong phần luận văn trình bày kiến trúc mạng IP/MPLS nhà khai thác điển hình Việt Nam giải pháp điều khiển lưu lượng để giải tránh tắc nghẽn mạng xảy Các số liệu topo mạng, lưu lượng đo theo thời gian thực xử lý phương pháp thống kê Tuy nhiên để đảm bảo bí mật thông tin luận văn xin phép bỏ thông tin gắn liền với tên thết bị tên nhà khai thác 3.1 Cấu hình mạng MPLS VNPT Mạng IP/MPLS core nhà khai thác mạng đám mây thực chức lớp transport mạng NGN, coi nhà chung toàn mạng nhà cung cấp dịch vụ, chứa đựng tất mạng MAN, Internet tốc độ cao phân bổ mạng Core mở mạng core mạng hệ sau NGN Mạng xây dựng mở rộng để cung cấp tất dịch vụ tồn hỗ trợ đưa số dịch vụ IPTV video-on-demand thực việc cân mạng quốc gia backbone NGN với khả phân chia dịch vụ mô tả mạng nhà cung cấp: - Internet tốc độ cao (truy nhập Broadband ) - Voice IP (VoIP) - Những dịch vụ Multicast Video (ví dụ IP TV, Video Conferencing) - Những dịch vụ Unicast (ví dụ Video on Demand) - Dịch vụ IP-VPN lớp - Dịch vụ VPN lớp 2(VPLS&Pseudo-wire/VPWS) 3.1.2 Mô hình mạng thành phần cấu thành lên mạng IP/MPLS Xây dựng mô hình mạng áp dụng công nghệ IP/MPLS Mô hình mạngdựa kế hoạch thiết kế với dual LSR core với vùng Đó HNI, HCM, HPG, DNG CTO Nhà cung cấp LSR biên với vùng kết nối đến vị trí router trung tâm vùng Footer Page 18 of 113 Header Page 19 of 113 17 Hình 3.1 Mô hình mạng áp dụng công nghệ IP/MPLS 3.1.3 Định tuyến IP mạng IP/MPLS Topo logic mạng IP/MPLS bao gồm tên thiết bị interface, link, địa ảo giao thức định tuyến điều khiển, bao gồm phạm vi cá nhân mối quan hệ khác, sử dụng để tổ chức ràng buộc với thiết bị bên để mạng hoạt động Mạng MPLS sử dụng kết hợp giao thức để định tuyến điều khiển chuyển tiếp lựa chọn sử dụng mạng IP/MPLS core Đó là: Đa giao thức MP-BGP; IS-IS; LDP; RSVP 3.1.4 Các dạng lƣu lƣợng mạng MPLS Trong năm gần đây, với phát triển nhanh chóng dịch vụ IP bùng nổ Internet dẫn đến loạt thay đổi nhận thức kinh doanh nhà khai thác Lưu lượng lớn mạng trục lưu lượng IP Giao thức IP thống trị toàn giao thức tất xu hướng phát triển công nghệ lớp hỗ trợ cho IP lớp mạng, hệ 3.1.5 Một số dịch vụ IP mạng IP/MPLS Footer Page 19 of 113 Header Page 20 of 113 18 3.2 Đề xuất giải pháp xử lý tắc nghẽn mạng IP/MPLS VNPT 3.2.1 Đo lƣờng giám sát lƣu lƣợng mạng Mạng IP/MPLS có nhiều dịch vụ chạy lưu lượng đổ vào mạng Core vô lớn Phần luận văn trình bầy thống kê lưu lượng chạy qua nút mạng địa phương( Cao Bằng) Hình 3.5 : Mô hình mạng tỉnh Cao Bằng với link kết nối Kết đo thể hình Footer Page 20 of 113 Header Page 21 of 113 19 Hình 3.6: Lƣu lƣợng PE1/ CBG P2 / HNI giờ, ngày, 30 ngày Một số đánh giá nhận xét số liệu thu đƣợc Số liệu thu phù hợp với yêu cầu luận văn chế điều khiển lưu lượng(TE) nhằm xử lý tắc nghẽn mạng MPLS nhà cung cấp dịch vụ.Băng thông tham số quan trọng giúp ISP biết mạng lưới quản lý thông suốt hay có xảy tắc nghẽn Footer Page 21 of 113 Header Page 22 of 113 20 Nhờ giám sát băng thông kết nối mạng Core kết nối xuống ManE mà nhà cung cấp dịch vụcó thể phát thời điểm xảy nghẽn, lưu lượng cao điểm; để từ đưa phương án điều chỉnh kịp thời giúp cân lưu lượng mạng quản lý 3.2.2 Điều khiển lƣu lƣợng mạng Core-MPLS VNPT Trường hợp trình theo dõi phân tích lưu lượng từ mạng lõi MPLS đến nút mạng địa phương Từ topo mạng tỉnh Phú Thọ ta thấy hướng kết nối sau: - Từ PE1-PTO có link 2,5G kết nối đến HNI-P1 link 2,5G đến HNI-P2 Lưu lượng dịch vụ đổ PE-PTO theo hướng này: HNI-P1 MANE1-Việt Trì 2.5 GE x 10GE & x 1GE PTO-PE1 GE GE 2.5 MANE Phú Thọ 2.5 GE PTO-PE2 x 10GE & x 1GE 2.5 GE MANE02 Phú Thọ HNI-P2 Hình 3.12: Topo mạng IP VNPT Phú Thọ Các kết đo kiểm lưu lượng chưa có can thiệp sau: Footer Page 22 of 113 Header Page 23 of 113 21 Hình 3.14: Lƣu lƣợng HNI-P2-VTN PTO-PE1 ngày Trên hình trên, ta thấy lưu lượng từ HNI-P1 HNI-P2 PTO-PE không băng thông Cụ thể, băng thông max HNI-P1 PTO-PE~1.8Gbs, băng thông max HNI-P2-> PTO-PE~1Gbs Chúng ta điều chỉnh lưu lượng MPLS TE cách: HNI-P1 tạo thêm LSP trỏ PTO-PE theo hướng HNI-P2 để san bớt lưu lượng qua HNI-P2 cân tải link HNI-P1 PTO-PE HNI-P2 PTO-PE Sau cấu hình chế MPLS-TE, lưu lượng link HNI-P1 PTO-PE1 HNI-P2 PTO-PE1 tương đối hình vẽ: Footer Page 23 of 113 Header Page 24 of 113 22 Hình 3.15: Lƣu lƣợng HNI-P1-VTN PTO-PE1 ngày sau điều khiển Hình 3.16: Lƣu lƣợng HNI-P1-VTN PTO-PE1 ngày sau điều khiển Footer Page 24 of 113 Header Page 25 of 113 23 3.3.3 Cơ chế để điều khiển nghẽn mạng Hình 3.17 minh họa bốn bước trình điều khiển lưu lượng.Quy trình điều khiển lưu lượng quy trình điều khiển trình cấp phát tài nguyên để đáp ứng thay đổi lưu lượng nên đc lặp lặp lại Hình 3.17: Quy trình điều khiển lƣu lƣợng Footer Page 25 of 113 Header Page 26 of 113 24 V.KẾT LUẬN 4.1 Những đóng góp luận văn Với thách thức ngày tăng giảm chi phí, tăng doanh thu đòi hỏi chất lượng dịch vụ ngày cao, nhà khai thác tập trung nghiên cứu để xử lý tốt lưu lượng mạng IP/MPLS Luận văn đề cập đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS kỹ thuật giám sát, điều khiển lưu lượng điều khiển trách tránh tắc nghẽn mạng IP/MPLS Sau trình nghiên cứu lý thuyết sử dụng kỹ thuật giám sát, đo, thống kê lưu lượng thực tế mạng IP/MPLS nhà khai thác Việt Nam, luận văn đưa minh chứng về: Một là, kỹ thuật điều khiển lưu lượng đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS mạng IP/MPLS vấn đề cần quan tâm nhà khai thác cung cấp dịch vụ mạng Đồng thời, luận văn cung cấp thông tin cho người đọc cách nhìn kỹ thuật điều khiển lưu lượng mạng thực tế nhằm nâng cao hiệu với chất lượng mạng Hai là, kỹ thuật điều khiển tắc nghẽn mạng nhà khai thác cần thiết để đảm bảo chất lượng dịch vụ việc sử dụng băng thông cho có hiệu Hiện nay, có nhiều phương pháp điều khiển tắc nghẽn mạng Do vậy, nhà khai thác cung cấp dịch vụ phải tìm hiểu nghiên cứu để áp dụng phương pháp có hiệu quan trọng 4.2 Hƣớng nghiên cứu Luận văn tìm hiểu tổng quan công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức giao thức ứng dụng xây dựng mạng đường trục nhà cung cấp dịch vụ hướng phát triển tìm hiểu phần lại mạng riêng ảo(MPLS mạng VPN) kết hợp chúng thành đề tài hoàn chỉnh cho MPLS, phần tách rời triển khai MPLS thực tế Trong tương lai MPLS giải pháp mạng đường trục cho mạng hệ mới, xu hướng phát triển MPLS ATOM(Any traffic Over MPLS), nghĩa có khả đáp ứng loại dịch vụ nào: thoại, video, fax, data Công nghệ MPLS thị trường đầy tiềm hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho người dùng nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Footer Page 26 of 113 Header Page 27 of 113 25 V DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO Cisco Press: ICND CCNA 2007 IETF, “RFC 3031 - Multiprotocol Label Switching Architecture” Sybex CCNA study guide Routing TCP/IP MC Milan 1998 McGraw Hill Advanced IP Routing in Cisco Networks Junipter Network Product Traning, introduction to Juniper Networks routers BGP32SG_Vol1, BGP32SG_Vol2 George Swallow, “MPLSAdvantages for Traffic Engineering”, IEEE Communication Magazine, 12-1999 Anja Feldmann, “NetScope: Traffic Engineering for IP Networks”, IEEE Network Magazine, 4-2000 10 Chuck Semeria, “Traffic Engineering for the New Public Network”, Juniper Networks - white paper 2000, http://www.juniper.net 11 Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS tác giả TS.Trần Công Hùng 12.Điều khiển chống tắc nghẽn mạng NGN – toàn IP tác giả Cao Huy Phương, Hoàng Đăng Hải 13.TS Phùng Văn Vận, KS Đỗ Mạnh Quyết, “Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS”, Nhà xuất Bưu Điện, 2003 14 Đề tài “Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS đề xuất kiến nghị áp dụng công nghệ MPLS mạng hệ NGN Tổng Công ty”, chủ đề tài: TS Đỗ Mạnh Quyết- Viện kỹ thuật Bưu Điện- Học viện CN Bưu Viễn thông Footer Page 27 of 113 ... quan kỹ thuật lưu lượng MPLS, khái niệm bản, trình xử lý gói tin MPLS, kỹ thuật, chế điều khiển lưu lượng MPLS CHƢƠNG II: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG MẠNG MPLS Nghiên... CHƢƠNG II: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG MẠNG MPLS 2.1 MPLS kỹ thuật lƣu lƣợng 2.1.1 Khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng Kỹ thuật lưu lượng (TE- Traffic Engineering) kỹ thuật. .. cứu kỹ thuật lưu lượng MPLS áp dụng mạng VNPT Với mục đích muốn tìm hiểu nắm bắt công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thứ, kỹ thuật điều khiển lưu lượng, điều khiển tránh tắc nghẽn mạng mạng MPLS