Nghiên cứu mô phỏng đánh giá chất lượng dịch vụ trên mạng MPLS

Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ NGUYỄN HỒNG TRƢỜNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MPLS Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN KIM GIAO Hà Nội – 2009 Footer Page of 237 Header Page of 237 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC 1 1.1 Khái quát Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 11 1.1.1 Giới thiệu 11 1.1.2 Vấn đề mạng IP ATM 12 1.2 Công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) 14 1.2.1 Sự đời MPLS 14 1.2.2 Một số đặc điểm MPLS 15 1.2.3 Một số ưu điểm MPLS 17 1.3 Các thành phần Chuyển mạch nhãn Đa giao thức 19 1.3.1 Định tuyến Cơ 19 1.3.2 Các Khái niệm Cơ sở Error! Bookmark not defined 1.4 Các Thành phần điều khiển hoạt động Hệ thống MPLSError! Bookmark not defined 1.4.1 Thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn Error! Bookmark not defined 1.4.2 Các thiết bị MPLS Error! Bookmark not defined 1.4.3 Các Giao thức sử dụng MPLS Error! Bookmark not defined 1.5 Các ứng dụng Chuyển mạch nhãn Đa giao thức Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2:CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨ 2.1 Vấn đề Chất lượng dịch vụ (QoS) Error! Bookmark not defined 2.1.1 Chất lượng dịch vụ ? Error! Bookmark not defined 2.1.2 Những lợi ích QoS Error! Bookmark not defined 2.2 Các đặc tính QoS Error! Bookmark not defined 2.2.1 Băng thông (bandwidth) Error! Bookmark not defined 2.2.2 Độ trễ (delay) Error! Bookmark not defined 2.2.3 Độ trượt (Jitter) Error! Bookmark not defined 2.2.4 Mất gói (loss) Error! Bookmark not defined 2.2.5 Hoạt động QoS Error! Bookmark not defined 2.3 Các công nghệ QoS Error! Bookmark not defined 2.3.1 Cơ chế Xử lý Lưu thông Error! Bookmark not defined 2.3.2 Các chế cung cấp thiết lập Error! Bookmark not defined 2.3.3 Chất lượng Error! Bookmark not defined 2.4 Chất lượng dịch vụ MPLS Error! Bookmark not defined 2.4.1 Kỹ thuật lưu lượng trước MPLS Error! Bookmark not defined 2.4.2 Kỹ thuật lưu lượng với MPLS Error! Bookmark not defined 2.5 MPLS công nghệ định luồng Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ ĐỊNH LUỒNG (STREAMING) E 3.1 Tổng Quan Công nghệ Streaming Media Error! Bookmark not defined 3.1.1 Codecs – Nén liệu Error! Bookmark not defined 3.1.2 Luồng Video làm việc ? Error! Bookmark not defined 3.1.3 Các thiết bị Hệ thống Luồng Video Error! Bookmark not defined 3.1.4 Các Thông số mạng cần quan tâm Error! Bookmark not defined 3.2 Bộ Mã hoá/Giải mã chuẩn định luồng Media Error! Bookmark not defined 3.2.1 H.263 Error! Bookmark not defined 3.2.2 Tổng quan MPEG-1 Error! Bookmark not defined 3.2.3 Tổng quan MPEG-2 Error! Bookmark not defined 3.2.4 MPEG-4 Error! Bookmark not defined 3.3 Các giao thức Định luồng Video Error! Bookmark not defined 3.3.1 Tổng quan giao thức Error! Bookmark not defined 3.3.2 Real-Time Transport Protocol (RTP) Error! Bookmark not defined 3.3.3 Real-Time Control Protocol (RTCP) Error! Bookmark not defined 3.3.4 Resource Reservation Protocol (RSVP) Error! Bookmark not defined 3.3.5 Real-Time Streaming Protocol Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4:NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TRONG ĐỊNH LUỒ 4.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá chất lượng Định luồng Đa phương tiệnError! Bookmark not defin 4.1.1 Những Tiêu chuẩn Chất lượng Định luồng Error! Bookmark not defined 4.1.2 Thiết lập tiêu chí kiểm tra chất lượng định luồngError! Bookmark not defined 4.1.3 Lựa chọn tiêu chuẩn đánh giá chất lượng Định luồng Đa phương tiện sử dụng Chuyển mạch nhãn Đa giao thức Error! Bookmark not defined 4.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm mơ Công nghệ định luồng MPLSError! Bookmark 4.2.1 Phương pháp tiến hành Error! Bookmark not defined 4.2.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm Error! Bookmark not defined 4.3 Xây dựng Phần mềm Đánh giá Chất lượng định luồng MPLSError! Bookmark not defined 4.3.1 Phân rã Chức Error! Bookmark not defined 4.3.2 Sơ đồ luồng liệu Error! Bookmark not defined 4.3.3 Lựa chọn Cơng cụ Lập trình Error! Bookmark not defined 4.3.4 Mô tả chi tiết Module Chương trình Error! Bookmark not defined 4.3.5 Kết xuất Tiêu chí thời gian Error! Bookmark not defined 4.3.6 Kết xuất Tiêu chí Chất lượng Hình ảnh, Âm thanhError! Bookmark not defined 4.4 Kết Đánh giá Error! Bookmark not defined 4.4.1 Các tiêu chí thời gian Error! Bookmark not defined 4.4.2 Độ mát gói tin Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 PHỤ LỤC A PHỤ LỤC B PHỤ LỤC C Footer Page of 237 E E E E Header Page of 237 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ATM BGP CoS CBR Asynchronous Transfer Mode CR-LDP Constraint-base routing LDP EGP FEC Exterior Gateway Protocol Forwarding Equivalence Class FTN GMPLS IETF FEC to NHLFE Map Generalized Multiprotocol Label Switching Internet Engineering Task Force IGP IML LDP LER LIB LSP LSR MPLambdaS Interior Gateway Protocol Incoming Label Map Label Distribution Protocol Label Edge Router Label Information Base Label Switching Path Label Switching Router Multiprotocol Lambda Switching MPLS MPEG Multiprotocol Label Switching Moving Picture Experts Group NHLFE NS Next Hop Label Forwarding Entry Network Simulation OSPF Open Shortest Path First PCM QoS RIP RSVP RTP Pulse Code Modulator Quality of Service Routing Information Protocol Resource Reservation Protocol Real-Time Protocol Footer Page of 237 Border Gateway Protocol Class of Service Constant Bit Rate Chế độ Truyền không đồng Giao thức Cổng biên Lớp dịch vụ Ứng dụng phát yêu cầu truyền có tốc độ bit khơng đổi Giao thức phân phối nhãn dùng định tuyến dựa vào ràng buộc Giao thức Cổng Lớp tương đương mặt chuyển tiếp Khái niệm MPLS để việc phân loại gói tin phương diện chuyển tiếp Ánh xạ từ FEC NHLFE Chuyển mạch nhãn Đa giao thức Tổng qt hố Nhóm làm việc cấu Internet Giao thức Cổng Nội Ánh xạ Nhãn đến Giao thức Phân phối nhãn Định tuyến Nhãn Biên Cơ sở thông tin nhãn Tuyến Chuyển mạch nhãn Định tuyến chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn Đa giao thức dựa vào Thông tin quang Chuyển mạch nhãn Đa giao thức Nhóm chun gia Hình ảnh chuyển động, đồng tgời tên chuẩn mã hoá liệu đa phương tiện mà nhóm đưa Mục Chuyển Nhãn cho điểm Mô Mạng - Sản phẩm mô Phòng thí nghiệm Lawrence Berkeley National Laboratory Phương pháp lựa chọn định tuyến dựa đường ngắn Bộ điều chế xung mã Chất lượng dịch vụ Giao thức Thông tin định tuyến Giao thức Đặt trước Tài nguyên Giao thức Thời gian thực – Giao thức vân chuyển Cơng nghệ Header Page of 237 RTCP RTSP Real-Time Control Protocol Real-Rime Streaming Protocol TE TTL Traffic Engineering Time-To-Live UDP VC Universal Datagram Protocol Virtual Chanel VCI Virtual Chanel Footer Page of 237 thời thực Giao thức Điều khiển Thời gian thực Giao thức định luồng thời gian thực Giao thức mức ứng dụng công nghệ định luồng Kỹ thuật điều khiển lưu lượng Thời gian sống Thường thời gian tồn gói tin đường truyền Giao thức Mơ hình liệu Tổng qt Kênh ảo Khái niệm ATM để tuyến liệu Định danh mạch ảo Header Page of 237 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Định tuyến mạng IP 12 Hình 1.2: Mơ hình chồng lấn mạng IP/ATM 14 Hình 1.3: Ví dụ chuyển mạch truyền thống 20 Hình 1.4: Ví dụ MPLS TE Error! Bookmark not defined Hình 1.5: Định dạng nhãn MPLS chung Error! Bookmark not defined Hình 1.6: Lớp liên kết liệu ATM Error! Bookmark not defined Hình 1.7: Ngăn xếp nhãn Error! Bookmark not defined Hình 1.8: Minh hoạ lớp chuyển tiếp tương đương Error! Bookmark not defined Hình 1.9: Giao thức LDP với giao thức khác Error! Bookmark not defined Hình 1.10: Thủ tục báo hiệu RSVP Error! Bookmark not defined Hình 1.11: Mạng Nhà cung cấp dich vụ Error! Bookmark not defined Hình 1.12: IP over ATM với vấn đề N(N-1)/2 Error! Bookmark not defined Hình 1.13: MPLS mạng ATM tồn Error! Bookmark not defined Hình 1.14: Ánh xạ MPLS/ATM QoS Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Ví dụ độ trượt Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Mất gói mạng Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Mối liên hệ Cơng nghệ định luồng MPLSError! defined Bookmark not Hình 3.1: Truyền liệu Video phương pháp Download file Video Error! Bookmark not defined Hình 3.2: Truyền Video theo phương pháp Luồng VideoError! defined Bookmark not Hình 3.3: Bộ đệm sử dụng để lưu trữ truyền đẳng thờiError! Bookmark not defined Hình 3.4: Máy chủ gửi luồng video riêng biệt đến điểmError! Bookmark not defined Hình 3.5: Multicast Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 Hình 3.6: Ethernet chuyển mạch cho truyền mạng LAN tín hiệu Video luồng Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Tín hiệu Video định luồng thơng qua InternetError! Bookmark not defined Hình 3.8: Thâm nhập Video định luồng thông qua mạng truyền thông công cộng Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Bộ mã hoá mã hoá H.263 Error! Bookmark not defined Hình 3.10: Quá trình giải mã H.263 Error! Bookmark not defined Hình 3.11: Mơ hình hệ thống MPEG-1 MPEG-2 Error! Bookmark not defined Hình 3.12: Kiến trúc Dựa vào đối tượng (Object-Based)Error! defined Bookmark not Hình 3.13: Truyền liệu định luồng Error! Bookmark not defined Hình 3.14: Các phiên MPEG-4 Error! Bookmark not defined Hình 3.15: Các Giao thức Định luồng ngăn xếp TCP/IPError! defined Bookmark not Hình 3.16: Đóng gói RTP Error! Bookmark not defined Hình 3.17: Khn dạng Header RTP Error! Bookmark not defined Hình 3.18: Gói tin RTCP Sender Report Error! Bookmark not defined Hình 3.19: Kết hợp yêu cầu RSVP Multicast Error! Bookmark not defined Hình 3.20: Quy trình Yêu cầu RSVP Error! Bookmark not defined Hình 3.21: Kết nối điều khiển RTSP Error! Bookmark not defined Hình 3.22: Kết nối RTSP Error! Bookmark not defined Hình 3.23: Các trạng thái RTSP[12] Error! Bookmark not defined Hình 4.1: Mơ hình thực nghiệm Error! Bookmark not defined Hình 4.2: Mơ hình mơ NS2 Error! Bookmark not defined Hình 4.3: Khn dạng file log Error! Bookmark not defined Hình 4.4: Quy trình tiến hành thực nghiệm Error! Bookmark not defined Hình 4.5: Phân rã Chức Chương trình Error! Bookmark not defined Hình 4.6: Sơ đồ luồng liệu Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 Hình 4.7: Lưu đồ Thuật tốn Mơ Máy trạm Định luồngError! Bookmark not defined Hình 4.8: Lưu đồ Thuật tốn Kết xuất Tiêu chí thời gianError! defined Bookmark not Hình 4.9: Lưu đồ Thuật tốn Kết xuất Tiêu chí Chất lượng Hình ảnh Âm Error! Bookmark not defined Hình 4.10: Độ mát gói tin tồn thể đoạn phimError! defined Bookmark not Hình 4.11: Độ mát gói tin Phim Cơng viên kỷ Jura ( khơng MPLS) Error! Bookmark not defined Hình 4.12: Độ mát gói tin Phim Ngài Bean ( khơng MPLS)Error! Bookmark not defined Hình 4.13: Độ mát gói tin Phim Aladdin đèn thần (không MPLS) Error! Bookmark not defined Hình 4.14: Độ mát gói tin Phim Cơng viên kỷ Jura (có MPLS) Error! Bookmark not defined Hình 4.15: Độ mát gói tin Phim Ngài Bean ( có MPLS)Error! Bookmark not defined Hình 4.16: Độ mát gói tin Aladdin đèn thần ( có MPLS) Error! Bookmark not defined Hình 4.17: So sánh độ mát gói tin trường hợp (có MPLS không MPLS) Phim Công viên kỷ Jura Error! Bookmark not defined Hình 4.18: So sánh độ mát gói tin trường hợp (có MPLS khơng MPLS) Phim Ngài Bean Error! Bookmark not defined Hình 4.19: So sánh độ mát gói tin trường hợp (có MPLS khơng MPLS) Aladdin đèn thần Error! Bookmark not defined Hình 4.20: So sánh Độ mát cực đại hệ thốngError! defined Hình 4.21: So sánh Độ mát trung bình hệ thốngError! defined Footer Page of 237 Bookmark Bookmark not not Header Page of 237 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các công nghệ chuyển mạch đa lớp 15 Bảng 2.1: Một số vấn đề gặp phải mạng không hỗ trợ QoSError! Bookmark not defined Bảng 4.1 Các tiêu chí lựa chọn để đánh giá chất lượng định luồngError! Bookmark not defined Bảng 4.2 Khuôn dạng file liệu mã hóa Error! Bookmark not defined Bảng 4.3 Các phim lựa chọn thể loại Error! Bookmark not defined Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật Phim Công viên kỷ JuraError! defined Bookmark not Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật Phim Ngài Bean Error! Bookmark not defined Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật Phim Aladin Cây đèn thầnError! Bookmark not defined Bảng 4.7 Các Tham số Mô hình thực nghiệm Error! Bookmark not defined Bảng 4.8 Các Module chức Chương trình Error! Bookmark not defined Bảng 4.9 Thống kê gói tin Cơng viên kỷ Jura Error! Bookmark not defined Bảng 4.10 Thống kê gói tin Ngài Bean Error! Bookmark not defined Bảng 4.11 Thống kê gói tin Aladdin đèn thầnError! defined Footer Page of 237 Bookmark not Header Page 10 of 237 MỞ ĐẦU Trong thời gian qua mạng Internet phát triển cách bùng nổ, với dịch vụ mạng phổ biến mạng xã hội, blog, chia sẻ video, đặc biệt dịch vụ điện toán đám mây Đằng sau thành công rực rỡ dịch vụ trực tuyến kể đến trợ giúp đắc lực công nghệ mạng lõi đặc biệt Công nghệ Chuyển mạch nhãn Đa giao thức (MPLS) Vậy với cơng nghệ vậy, bên cạnh việc tìm hiểu để làm chủ cơng nghệ việc đánh giá hiệu của cơng nghệ ứng dụng cụ thể việc làm có ý nghĩa lý thuyết lẫn thực tiễn Chính lý đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu mô phỏng, đánh giá chất lượng dịch vụ mạng MPLS” nhấn mạnh việc đánh giá hiệu công nghệ Chuyển mạch nhãn Đa giao thức ứng dụng cụ thể Công nghệ Định luồng (Streaming Media) - công nghệ thời gian thực phổ biến Internet Để báo cáo kết thực được, luận văn tổ chức thành chương: - Các chương 1, 2, tập trung vào sở lý thuyết, trình bày vấn đề Chuyển mạch nhãn Đa giao thức, chất lượng dịch vụ, công nghệ định luồng, mối liên hệ chúng - Chương sâu vào việc xây dựng phương pháp tiến hành thực nghiệm đánh giá hiệu phân tích số kết thu - Phần kết luận đưa số hướng nghiên cứu để làm rõ thêm hiệu Chuyển mạch nhãn Đa giao thức với Công nghệ định luồng - Đồng thời với việc thực luận văn này, tác giả mong muốn xây dựng mơ hình mơ thực nghiệm triển khai phòng LAB trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, để giúp sinh viên, học viên trường có công cụ phục vụ công việc học tập nghiên cứu Footer Page 10 of 237 Header Page 11 of 237 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC 1.1.Khái quát Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 1.1.1 Giới thiệu Trong năm gần đây, mạng Internet phát triển nhanh trở nên phổ biến Internet trở thành phương tiện thông tin vô hiệu tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương mại, giải trí, thơng tin cộng đồng Hiện nay, ứng dụng thương mại thị trường người tiêu dùng ngày phát triển Để ứng dụng vận hành đòi hỏi băng thơng rộng nhu cầu dải thông đảm bảo mạng đường trục Cùng với dịch vụ truyền thống cung cấp qua Internet, dịch vụ thoại đa phương tiện sử dụng phát triển mạnh mẽ Sự lựa chọn cho việc cung cấp tích hợp dịch vụ mong đợi Tuy nhiên, tốc độ dải thông nhu cầu dịch vụ ứng dụng toán nan giải với tài nguyên hạ tầng Internet Những nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng khơng có đủ thời gian để xây dựng sở hạ tầng Do đó, kết hợp sở hạ tầng cũ giải pháp đưa Kết hợp sở hạ tầng để truyền tín hiệu nhiều phương tiện cáp đồng, cáp quang, vô tuyến giải pháp tốt Mạng đòi hỏi việc truyền liệu thời gian thực, tính phổ biến cao với việc hỗ trợ “cắm chạy” (plug-and-play), dễ sử dụng, giảm thiểu trễ trình truyền tính khả dụng đạt 99,9% Ngồi ra, mạng cần phải có tính bảo mật cao, dễ dàng truy xuất, giá hợp lý khơng bị kiểm sốt tổ chức nào[6] Giao thức định tuyến Internet TCP/IP có khả định tuyến, truyền gói tin linh hoạt rộng khắp tồn cầu Nhưng IP khơng đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, cơng nghệ ATM có tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Hơn nữa, dịch vụ thông tin hệ sau chia thành hai xu hướng phát triển là: hoạt động kết nối định hướng (connection-oriented) hoạt động không kết nối (connectionless) Hai xu hướng phát triển dần tiệm cận hội tụ với tiến tới đời công nghệ ATM/IP (IP over ATM) Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS – Multiprotocol Label Switching) giải pháp linh hoạt cho việc giải vấn đề mà mạng ngày phải đối mặt, tốc độ, khả mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) kỹ thuật lưu lượng (Traffic Enginering) MPLS xuất để đáp ứng yêu cầu dịch vụ quản lý băng thông cho giao thức Internet hệ sau dựa mạng đường trục MPLS hỗ trợ giao thức lớp hai, triển khai hiệu dịch vụ IP mạng chuyển mạch IP MPLS hỗ trợ việc tạo tuyến khác Footer Page 11 of 237 Header Page 12 of 237 mạng đường trục Internet Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, ISP giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp hiệu dịch vụ mạng họ đạt hiệu cạnh tranh cao Tóm lại, chuyển mạch nhãn đa giao thức đóng vai trò quan trọng việc định tuyến (dựa thước đo QoS chất lượng dịch vụ), chuyển mạch chuyển tiếp gói qua mạng hệ sau giải quyểt vấn đề liên quan tới khả mở rộng mạng Ngồi ra, hoạt động với mạng Frame Relay chế độ truyền tải không đồng (ATM – Asyncronous Transfer Mode), đặc biệt mạng IP nay, để đáp ứng nhu cầu dịch vụ người sử dụng mạng 1.1.2 Vấn đề mạng IP ATM Mạng IP Mọi cơng nghệ có mặt mạnh mặt yếu Hoạt động không kết nối mang đến số lợi ích đáng kể tới mạng IP, tính mở rộng khả phục hồi tồn mạng Với hệ thống mạng hoa ̣t đô ̣ng theo cách thức đinh ̣ tuyế n IP truyề n thống, mỗi node ma ̣ng (router) phải thực hai chức : đinh ̣ tuyế n (routing) chuyển tiếp (switching hoặc forwarding) Quá trình định tuyến chuyển tiế p này gă ̣p phải ba ̣n chế lớn: - Phải dựa vào giao thức đinh ̣ tuyế n để phân bố thông tin đinh ̣ tuyế n - Viê ̣c thực hiê ̣n quá triǹ h chuyể n tiế p chỉ dựa điạ chỉ đić h của gói tin ; không thể dựa các tham số QoS (chấ t lươ ̣ng dich ̣ vu )̣ - Mỗi node ma ̣ng đề u phải thực hiê ̣n viê ̣c tìm kiế m thơng tin đinh ̣ tú n Hình 1.1: Định tuyến mạng IP Với COLL (Connection-Oriented Link Layer), mạng IP tạo tắc nghẽn mạng Router dùng OSPF để định tuyến dựa địa IP đích gói tin Điều dẫn đến tình trạng có nhánh dùng với mật độ cao (tắc nghẽn) có nhánh khơng dùng (Hình 1.1) Router khơng nhận thấy tắc nghẽn mạng, nên sử dụng tốt tất tài nguyên sẵn có Một số nhà Footer Page 12 of 237 Header Page 13 of 237 cung cấp ước tính họ tới 40% khả mạng họ việc sử dụng không hợp lý tài nguyên mạng hoạt động không kết nối mạng IP[5] Ngoài ra, việc định tuyến theo lược đồ định tuyến chặng (hop-by-hop) gặp khó khăn khác, việc lựa chọn đường mạng cho đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ Chẳng hạn hàng đợi cho chặng dài, gói tin bị trễ hay hàng đợi đầy, IP router cho phép hủy gói Việc tăng thời gian trễ liệu khơng thể dự đốn Một ví dụ dễ thấy, mạng IP, gọi thời gian thực hội nghị trực tuyến định tuyến tương tự cách gửi e-mail truyền file mạng, cộng với việc tắc nghẽn OSPF rõ ràng mạng IP khơng thể đảm bảo chất lượng gọi nói riêng dịch vụ thời gian thực nói chung Hơn nữa, với việc định tuyến này, Router luôn phải kiểm tra địa đích so sánh bảng định tuyến để xác định chặng Hoạt động làm tăng thời gian trễ gói tin Nói tóm lại, mạng IP công nghệ mạng mạnh tạo Sự đời thực làm thay đổi giới Tuy nhiên đứng khía cạnh nhà cung cấp dịch vụ mạng, định tuyến IP giới hạn khả nhà cung cấp dịch vụ cho việc quản lý lưu lượng mạng, hạn chế lớp dịch vụ họ mang đến cho khách hàng[6] Mạng ATM ATM sử dụng gói có kích thước nhỏ cố định (53 bytes) gọi tế bào ATM (ATM Cell) Các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn làm cho trễ truyền biến động trễ (delay jitter) giảm đủ nhỏ dịch vụ thời gian thực Ngồi ra, kích thước nhỏ tạo điều kiện cho việc hợp kênh tốc độ cao dễ dàng (theo lý thuyết tốc độ lên tới 1,2Gbit/s) ATM có đặc điểm quan trọng khả nhóm vài kênh ảo (virtual channel) thành đường ảo (virtual path), nhằm giúp cho việc định tuyến dễ dàng Chính để nâng cao hiệu mạng IP, người ta kết hợp ATM vào mạng họ, thường mạng đường trục Việc kết hợp làm tối ưu đáng kể hiệu mạng việc kết nối định hướng ATM có khả tạo việc phân chia lưu lượng ảo Điều tránh việc tắc nghẽn mạng tối ưu việc định tuyến lại trường hợp mạng gặp cố Tuy nhiên việc kết hợp IP ATM bất tiện Thứ gặp rắc rối với số lượng mạch ảo: Footer Page 13 of 237 Header Page 14 of 237 Hình 1.2: Mơ hình chồng lấn mạng IP/ATM Như hình (hình 1.2), thấy việc vận hành mạng đầy đủ kết nối (full mesh) gặp nhiều bất tiện muốn thêm router, phải cấu hình tồn số router mạng ATM (số lượng kết nối sấp sỉ N2, với N số router mạng – “n-square problem”) Thứ hai, nhà cung cấp dịch vụ, họ đòi hỏi phải dễ dàng chuyển đổi mạng họ cho thích hợp với nhiều dịch vụ khác ATM không linh hoạt việc này[10] 1.2.Công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) 1.2.1 Sự đời MPLS Công nghệ MPLS kết phát triển nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng chế hoán đổi nhãn ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà khơng cần thay đổi giao thức định tuyến IP Hơn tám năm trước, số công ty cố gắng hợp hoạt động tốc độ cao ATM (dựa tổng đài) với trình xử lý tuyến IP (dựa lớp mạng) Bảng liệt kê công nghệ chuyển mạch đa lớp: Công nghệ Nhà sản Mục đích xuất/Chuẩn Tổng quan Multiprotocol IETF over ATM (MPOA) LAN, WAN Công nghệ bao gồm chuẩn dựa việc tiếp cận việc định hướng gói tin lớp mạng mạng đường trục ATM MPOA giảm bớt tượng nghẽn cổ chai router lõi việc sử dụng tiện lợi chuyển mạch hiệu cao ATM IP Switching LAN, WAN Tổng đài IP Ipsilon đời năm 1996 ma trận chuyển mạch ATM điều khiển khối xử lý sử dụng cơng nghệ IP Mục đích tổng đài IP kết hợp tổng đài ATM tuyến IP cách đơn Footer Page 14 of 237 Nokia (Ipsilon) Header Page 15 of 237 giản có hiệu CellSwitched Routers Toshiba LAN, WAN Thiết bị CSR (bộ định tuyến chuyển mạch tế bào) Toshiba đời năm 1994 tổng đài ATM điều khiển giao thức IP thay cho báo hiệu ATM CSR thiết kế với chức định tuyến để kết nối mạng IP cục môi trường IP Aggregate Route-based IP Switching IBM WAN ARIS IBM gần giống với chuyển mạch thẻ, gán nhãn để tập hợp tuyến thiết kế với tiêu điểm ATM lựa chọn lớp liên kết liệu (nó cung cấp chế ngăn ngừa vòng mà ATM khơng có) Quá trình phân phối nhãn bắt đầu định tuyến lối truyền bá theo thứ tự phía định tuyế lối vào Cisco WAN Cách tiếp cận dựa độ dài cố định tag Tag switching xác định hỗ trợ đa giao thức tạo điều kiện cho việc: (ARIS) Tag Switching - Định tuyến rõ ràng - Quản lý lưu lượng - Dịch vụ linh động - Khả mở rộng mạng Bảng 1.1: Các công nghệ chuyển mạch đa lớp Do có nhiều giải pháp nên nhóm làm việc IETF hình thành họp nhóm tiến hành vào tháng tư năm 1997 Sau nhiều hội nghị, thuật ngữ Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) chọn cho tập tiêu chuẩn MPLS cung cấp chế tuỳ theo yêu cầu mạng[13] 1.2.2 Một số đặc điểm MPLS MPLS tách chức cuả IP thành hai phần riêng biệt: chức chuyển gói tin chức điều khiển Phần chức chuyển gói tin với nhiệm vụ gửi gói tin định tuyến IP, sử dụng chế hoán đổi nhãn tương tự ATM Trong MPLS nhãn thực thể có độ dài cố định khơng phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hốn đổi nhãn chất tìm nhãn gói tin bảng nhãn để xác định tuyến gói nhãn Việc đơn giản nhiều so với Footer Page 15 of 237 Header Page 16 of 237 việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, cải thiện hiệu thiết bị Các định tuyến sử dụng kỹ thuật gọi định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) Phần chức điều khiển MPLS bao gồm giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS hoạt động với giao thức định tuyến khác OSPF (Open Shortest Path First) BGP (Border Gateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ điều khiển lưu lượng cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo dịch vụ tuyến hoàn toàn khả thi Đây tính vượt trội MPLS so với giao thức định tuyến cổ điển Ngoài ra, MPLS có chế định tuyến lại nhanh Việc sử dụng chuyển mạch nhãn cho phép đảm bảo độ tin cậy cao, đồng thời hỗ trợ việc quản lý mạng dễ dàng hơn:  Do MPLS công nghệ chuyển mạch định hƣớng kết nối nên khả bị ảnh hƣởng lỗi đƣờng truyền thƣờng cao cơng nghệ khác Trong đó, dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu chất lƣợng cao, khả phục hồi MPLS đảm bảo khả cung cấp dịch vụ mạng không phụ thuộc vào cấu khôi phục lỗi lớp vật lý bên dƣới  Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS hỗ trợ việc quản lý mạng dễ dàng Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo luồng thơng tin, gói tin thuộc lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding Equivalence Class) xác định giá trị nhãn Do vậy, miền MPLS, thiết bị đo lưu lượng mạng dựa nhãn để phân loại gói tin Bằng cách giám sát lưu lượng định tuyến chuyển mạch nhãn LSR, nghẽn lưu lượng phát vị trí xảy nghẽn lưu lượng xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức khơng đưa tồn thơng tin chất lượng dịch vụ (ví dụ trễ xuyên suốt miền MPLS) Việc đo trễ thực giao thức lớp hai Để giám sát tốc độ luồng đảm bảo luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng định trước, hệ thống giám sát đảm bảo tn thủ đặc tính lưu lượng mà khơng cần thay đổi giao thức có MPLS cơng nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất cấu định tuyến mình, MPLS có khả nâng cao chất lượng dịch vụ mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thơng tin lưu lượng mạng cải thiện rõ rệt MPLS thực chức sau:  Xác định cấu quản lý khác luồng lưu lượng, luồng máy, phần cứng khác chí luồng ứng dụng khác  Duy trì độc lập giao thức lớp lớp Footer Page 16 of 237 Header Page 17 of 237  Cung cấp phương pháp ánh xạ địa IP với nhãn đơn giản, có độ dài cố định sử dụng công nghệ chuyển tiếp gói chuyển mạch gói khác  Giao diện với giao thức định tuyến có giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP-Resource Reservation Protocol) giao thức mở đường ngắn (OSPF)  Hỗ trợ IP, ATM giao thức lớp Frame Relay Trong MPLS, việc truyền liệu xảy đường chuyển mạch nhãn LSPs (Label Switching Path) tạo từ đầu vào đến đầu mạng MPLS LSPs thiết lập trước truyền liệu lúc phát luồng liệu Các nhãn phân bổ việc sử dụng giao thức phân bổ nhãn LDP (Label Distribution Protocol) RSVP đội lên giao thức định tuyến giao thức định tuyến cổng miền (BGP) OSPF Mỗi gói liệu bọc mang nhãn suốt hành trình chúng từ nguồn tới đích Bởi nhãn có độ dài cố định chèn đầu gói tế bào nên chuyển mạch gói nhanh liên kết phần cứng 1.2.3 Một số ƣu điểm MPLS Một ưu điểm MPLS chuẩn dựa ứng dụng kỹ thuật chuyển mạch nhãn Sự phát triển chuẩn dẫn tới mở môi trường mà sản phẩm nhiều nhà sản xuất hoạt động Sự cạnh tranh làm cho giá thấp dẫn tới nhiều thuộc tính đưa sớm có tác dụng, khách hàng có nhiều lựa chọn cho nhu cầu MPLS mong đợi để hỗ trợ công nghiệp thay giải pháp trước  Các mạng riêng ảo (VPN-Virtual Private Network): nhiều tổ chức thiết lập mạng riêng cách dùng đường thuê riêng Các VPN mạng riêng qua phương tiện truyền tin theo cách thức mà khách hàng cảm thấy sử dụng mạng riêng Cơ sở hạ tầng kênh truyền ảo hoá để hỗ trợ cho mạng ảo độc lập MPLS giải pháp hợp thành trình xây dựng mạng, nhãn MPLS dùng để tách lưu lượng chí mạng riêng ảo  Định tuyến gián tiếp: thuộc tính MPLS hỗ trợ cho định tuyến gián tiếp Các đường chuyển mạch nhãn định tuyến gián tiếp có hiệu định tuyến nguồn IP Cung cấp chức cho kỹ thuật điều khiển lưu lượng Các đường định tuyến gián tiếp có sức hấp dẫn đường hầm ảo mang loại lưu lượng SNA, IPX  Hỗ trợ đa kết nối đa giao thức: thiết bị chuyển tiếp chuyển mạch nhãn dùng thực chuyển mạch nhãn với IP tốt với IPX Footer Page 17 of 237 Header Page 18 of 237 Chuyển mạch nhãn vận hành ảo giao thức lớp liên kết liệu  Khả mở rộng: chuyển mạch nhãn có ưu điểm tách chức điều khiển chuyển tiếp Mỗi phần phát triển không cần nén phần khác, tạo phát triển mạng dễ dàng hơn, giá thành thấp lỗi  Định tuyến liên vùng: chuyển mạch nhãn cung cấp khả tách hoàn thiện định tuyến liên vùng vùng Những khả cải tiến trình xử lý định tuyến thực tế tạo lại tuyến biết yêu cầu bên vùng Lợi ích ISP tải tin có lượng lớn lưu lượng truyền thông (cụ thể lưu lượng nguồn đích khơng mạng)  Hỗ trợ cho tất loại lƣu lƣợng: ưu điểm khác chuyển mạch nhãn hỗ trợ cho tất loại chuyển tiếp unicast, loại dịch vụ unicast gói multicast Chuyển mạch nhãn cải tiến dựa phương pháp tích hợp IP với ATM dựa mạng Vì thế, xố u cầu cho thủ tục phức tạp giao thức bất lực với chủ đề định địa phương pháp khác cho multicast giữ trước tài nguyên Chuyển mạch nhãn dùng với thuộc tính chất lượng dịch vụ, cho phép loại IP khác truy cập dịch vụ thiết lập[13] Điểm vƣợt trội MPLS so với mơ hình IP over ATM Khi hợp với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng thuận lợi tế bào ATM – chiều dài thích hợp chuyển với tốc độ cao Trong mạng đa dịch vụ chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụ ATM, Frame Relay IP Internet mặt phẳng đơn đường tốc độ cao Các mặt phẳng (Platform) công cộng hỗ trợ dịch vụ để tiết kiệm chi phí đơn giản hóa hoạt động cho nhà cung cấp đa dịch vụ ISP sử dụng chuyển mạch ATM mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp dòng Cisco, BPX8600, MGX8800, Router chuyển mạch đa dịch vụ 8540 chuyển mạch Cisco ATM giúp quản lý mạng hiệu xếp chồng lớp IP mạng ATM Chuyển mạch nhãn tránh rắc rối gây có nhiều router ngang hàng hỗ trợ cấu trúc phân cấp (hierarchical structure) mạng ISP - Sự tích hợp: MPLS xác nhập tính IP ATM không xếp chồng lớp IP ATM MPLS giúp cho sở hạ tầng ATM thấy định tuyến IP loại bỏ yêu cầu ánh xạ đặc tính IP ATM MPLS không cần địa ATM kỹ thuật định tuyến (như PNNI) Footer Page 18 of 237 Header Page 19 of 237 - Độ tin cậy cao hơn: Với sở hạ tầng ATM, MPLS kết hợp hiệu với nhiều giao thức định tuyến IP over ATM thiết lập mạng lưới dịch vụ công cộng giữ router xung quanh đám mây ATM Tuy nhiên có nhiều vấn đề xảy PCV link router xếp chồng mạng ATM Cấu trúc mạng ATM thấy định tuyến Một link ATM hỏng làm hỏng nhiều router-to-router link, gây khó khăn cho lượng cập nhật thông tin định tuyến nhiều tiến trình xử kéo theo - Trực tiếp thực thi loại dịch vụ: MPLS sử dụng hàng đợi đếm ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ khác Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP loại dịch vụ (Class of Service - CoS) chuyển mạch ATM mà không cần chuyển đổi phức tạp sang lớp ATM Forum Service - Hỗ trợ hiệu Multicast RSVP: Khác với MPLS, xếp lớp IP ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt việc hỗ trợ dịch vụ IP IP multicast RSVP MPLS hỗ trợ loại dịch vụ này, kế thừa thời gian công việc theo chuẩn khuyến khích tạo nên ánh xạ xấp xỉ đặc trưng IP&ATM - Sự đo lƣờng quản lý VPN: MPLS tính dịch vụ IP VPN dễ quản lý dịch vụ VPN quan trọng để cung cấp mạng IP riêng sở hạ tầng Khi ISP cung cấp dịch VPN hỗ trợ nhiều VPN riêng sở hạ tầng đơn Với đường trục MPLS, thông tin VPN xử lý điểm vào Các gói mang nhãn MPLS qua đường trục đến điểm Kết hợp MPLS với MP-BGP (Multiprotocol Border Gateway Protocol) tạo dịch vụ VPN dựa MPLS (MPLS-based VPN) dễ quản lý vớ điều hành chuyển tiếp để quản lý phía VPN thành viên VNP, dịch vụ MPLS-based VPN mở rộng để hỗ trợ hàng trăm nghìn VPN - Giảm tải mạng lõi: Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ thông tin định tuyến để phân cấp Hơn nữa, tách rời định tuyến Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ Giống liệu VPN, MPLS cho phép truy xuất bảng định tuyến Internet điểm vào mạng Với MPLS, kỹ thuật lưu lượng truyền biên AS gắn nhãn để liên kết với điểm tương ứng Sự tách rời định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ giúp hạn chế lỗi, ổn định tăng tính bảo mật - Khả điều khiển lƣu lƣợng: MPLS cung cấp khả điều khiển lưu lượng để sử dụng hiệu tài nguyên mạng Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển tải từ phần tải sang phần rỗi mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, thời gian,… 1.3.Các thành phần Chuyển mạch nhãn Đa giao thức 1.3.1 Định tuyến Cơ Định tuyến truyền thống Footer Page 19 of 237 Header Page 20 of 237 Trong mơi trường định tuyến truyền thống, gói tin chuyển thông qua mạng sở hop-by-hop sử dụng giao thức cổng nội (IGP), giao thức Thông tin Chuyển mạch (Routing Information Protocol – RIP) Cơ sở Đường dẫn Ngắn Mở (Open Shortest Path First – OSPF), giao thức Cổng (EGP), Giao thức Cổng Biên (Border Gateway Protocol – BGP) Điều thực đến địa đích Lớp bảng bảng định tuyến cho điểm đến (hop) Để lọc điểm đến, định tuyến mà gói tin qua cần phải thực việc tìm kiếm định tuyến, dựa vào địa đích Lớp mào đầu IP Điều cần phải thực để định điểm gói tin đường để chuyển đến điểm cuối Các địa đích Lớp sau thay với địa Lớp điểm tiếp theo, địa Lớp nguồn thay địa Lớp định tuyến tại, để lại địa Lớp nguồn đích cho điểm để thực việc tìm kiếm định tuyến gói tin Q trình phải lặp lại điểm để chuyển gói tin đến điểm cuối Hình 1.3: Ví dụ chuyển mạch truyền thống Tại hình 1.3, để chuyển gói tin đến Định tuyến F, Định tuyến C tham khảo địa đích Định tuyến F Định tuyến C định tuyến tốt dựa vào thuộc tính định nghĩa cho IGP cụ thể Nếu định tuyến sử dụng RIP, tuyến có tổng nhỏ điểm chuyển tiếp đến đích ưu tiên coi tuyến tốt nhất, tổng số điểm chuyển tiếp không vượt 15 Nếu IGP OSPF, tổng giá trị tích TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quang Hưng (2001), ―Nghiên cứu công cụ mơ phân tích đánh giá hiệu suất hệ thống mạng thơng tin máy tính NS‖ [2] Nguyễn Thị Đoan Trang (2008), “Kết hợp DiffServ MPLS việc đảm bảo chất lượng dịch vụ”, đồ án tốt nghiệp, ĐH Bách Khoa Đà Nẵng [3] Trần Thị Tố Uyên, “Chuyển mạch nhãn đa giao thức”, Truy cập ngày 14 tháng 05 năm 2009, từ http://www.ebook.edu.vn/?page=1.6&view=10204 [4] “[Giới thiệu & Hướng dẫn] NS2 mô MPLS”, Truy cập ngày 14 tháng 10 năm 2009, từ http://hoangtrongminh.info/diendan/showthread.php?t=181 Footer Page 20 of 237 Header Page 21 of 237 [5] D Adami, C Callegari, S Giordano, F Mustacchio, M Pagano, F Vitucci (2002), “Overview of the RSVP-TE Network Simulator: Design and Implementation‖, Dept of Information Engineering, University of Pisa, ITALY [6] Charnvithya Sresthadatta (2002), “Multi-protocol label switching : building MPLS based virtual private networks and services for service”, Project Report (MSTM) Assumption University [7] Gregory J Conklin, Gary S Greenbaum, Karl O Lillevold,Alan F Lippman,Yuriy A Reznik (2000), ―Video Coding for Streaming Media Delivery on the Internet‖ [8] Kevin Fall, Kannan Varadhan (2009), “The ns Manual”, The VINT Project, December 13 [9] Frank H.P Fitzek, Martin Reisslein (2000), “MPEG-4 and H.263 Video Traces for Network Performance Evulation”, Technical University Berlin [10] F Paul, H Geoff (1998), “Quality of service : delivering QoS on the Internet and in corporate networks” [11] E Rosen, A Viswanathan, R Callon (2001), “Multiprotocol Label Switching Architecture‖, IETF RFC3031 [12] Chuck Semeria (2002), “RSVP Signaling Extensions for MPLS Traffic Engineering‖ White Page, Juniper Networks, Inc [13] Black, Uyless (2002), “MPLS & label switching networks‖, Prentice Hall PTR [14] Nortel Networks (2001), “MPLS—An introduction to multiprotocol label switching‖ White Page, Nortel Networks Marketing Publications Footer Page 21 of 237  ... thuyết lẫn thực tiễn Chính lý đó, tác giả chọn đề tài Nghiên cứu mơ phỏng, đánh giá chất lượng dịch vụ mạng MPLS nhấn mạnh việc đánh giá hiệu công nghệ Chuyển mạch nhãn Đa giao thức ứng dụng... CHƢƠNG 4:NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TRONG ĐỊNH LUỒ 4.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá chất lượng Định luồng Đa phương tiệnError! Bookmark not defin 4.1.1 Những Tiêu chuẩn Chất lượng Định... tin chất lượng dịch vụ (ví dụ trễ xuyên suốt miền MPLS) Việc đo trễ thực giao thức lớp hai Để giám sát tốc độ luồng đảm bảo luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng định trước, hệ thống giám