Nâng cao hiệu quả hoạt động mạng đô thị thành phố Đà Nẵng bằng kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHAN HỮU CAN NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG MẠNG ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG BẰNG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60.48.01.04 TĨM TẮT LUẬN VĂN HỆ THỐNG THƠNG TIN Đà Nẵng – Năm 2016 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hồng Hải Phản biện 1: TS Huỳnh Cơng Pháp Phản biện 2: GS.TS Nguyễn Thanh Thủy Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Hệ thống thông tin họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 31 tháng năm 2016 * Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nhân loại sống năm đầu kỷ 21, thời đại mà thông tin, tri thức trở thành lực lượng sản xuất trực tiếp, thời đại xã hội thông tin kinh tế tri thức hình thành sở phát triển ứng dụng rộng rãi công nghệ thông tin truyền thông Cuộc cách mạng thông tin ảnh hưởng sâu sắc đến lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội, đưa người chuyển nhanh từ xã hội công nghiệp sang xã hội thông tin, từ kinh tế công nghiệp sang kinh tế tri thức, lực cạnh tranh phụ thuộc chủ yếu vào lực sáng tạo, thu thập, lưu trữ, xử lý trao đổi thơng tin Xu hướng tồn cầu hố dẫn đến nhu cầu xử lý thông tin ngày tăng, nhu cầu kết nối xây dựng hệ thống mạng tối ưu, hoạt động hiệu cấp thiết tổ chức, doanh nghiệp quan nhà nước Trong năm gần đây, Công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) phát triển nhanh Nó trở thành cơng nghệ phổ biến nhờ tính ưu việt hẳn công nghệ truyền thống việc sử dụng gán nhãn vào gói liệu để chuyển tiếp chúng qua mạng Mạng MPLS dần thay công nghệ mạng truyền thống lạc hậu tiền đề tiến tới hệ thống mạng hệ NGN (Next Generation Network) Trong lộ trình xây dựng Chính quyền điện tử, Thành phố Đà Nẵng đầu tư xây dựng hạ tầng CNTT đại, đặc biệt Mạng thị (MAN – Metropolitan Area Network) Mạng đô thị thành phố có qui mơ lớn, kết nối, cung cấp dịch vụ phục vụ cho tất đơn vị quan nhà nước thuộc thành phố Ngồi ra, Mạng thị cung cấp dịch vụ CNTT cho tổ chức, cá nhân có nhu cầu Để bảo đảm nhiệm vụ cung cấp dịch vụ chất lượng, thông suốt, liên tục 24/7 cho quan nhà nước, doanh nghiệp người dân, Mạng đô thị thành phố Đà Nẵng cần phải tối ưu, đặc biệt kỹ thuật điều khiển đường truyền chứa lưu lượng qua mạng Mục đích cải thiện việc sử dụng tài nguyên mạng, tránh trường hợp phần tử mạng bị nghẽn phần tử khác chưa dùng hết Ngồi ra, phải xác định bảo đảm luồng lưu lượng quan trọng phải ưu tiên xảy tranh chấp tài nguyên Điều khiển lưu lượng để chống tắc nghẽn vấn đề phức tạp, mạng ngày phát triển rộng lớn, dịch vụ gia tăng nhanh, dịch vụ ngày nhiều, số người sử dụng tăng đột biến, kèm theo vấn đề lưu lượng tăng vọt biến đổi động… Vì điều khiển chống tắc nghẽn mạng ngày trở nên cấp thiết Với mong muốn nghiên cứu sâu kỹ thuật mạng cho tối ưu - kỹ thuật lưu lượng MPLS, mong muốn góp phần nhỏ cơng sức cơng xây dựng quyền điển tử thành phố, em chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp “Nâng cao hiệu hoạt động Mạng đô thị thành phố Đà Nẵng kỹ thuật lưu lượng MPLS” Mục tiêu nhiệm vụ đề tài 2.1 Mục tiêu Nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng MPLS để ứng dụng vào Mạng đô thị thành phố Đà Nẵng nhằm nâng cao hiệu hoạt động hệ thống, đặc biệt trọng vấn đề chống nghẽn mạng; thiết lập chế độ ưu tiên luồng liệu quan trọng Mạng đô thị thành phố sử dụng hiệu tài nguyên mạng 2.2 Nhiệm vụ Để đạt mục tiêu trên, nhiệm vụ đề tài nghiên cứu kỹ thuật, thuật toán chống nghẽn mạng, kỹ thuật thiết lập mức độ ưu tiên cho luồng liệu mạng MPLS đề kịch bản, giải pháp để áp dụng vào Mạng đô thị thành phố Đà Nẵng Ø Về lý thuyết: - Tìm hiểu Cơng nghệ MPLS - Tìm hiểu kỹ thuật lưu lượng MPLS - Tìm hiểu quy mô, đặc điểm, yêu cầu Mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng Ø Về thực tiễn: Tiến hành thực nghiệm mơ hình mơ để đánh giá giải pháp kỹ thuật Đề xuất áp dụng kỹ thuật điều khiển lưu lượng vào Mạng đô thị thành phố Đà Nẵng để tối ưu tài nguyên mạng bảo đảm luồng thông tin quan trọng ưu tiên bảo vệ Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Công nghệ mạng MPLS - Các kỹ thuật sử dụng để điều khiển lưu lượng mạng MPLS - Hệ thống Mạng đô thị thành phố Đà Nẵng - Các ứng dụng mô mạng 3.2 Phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn, giới hạn việc nghiên cứu kỹ thuật chống nghẽn mạng kỹ thuật thiết lập độ ưu tiên cho luồng liệu MPLS, đồng thời xây dựng kịch điều khiển lưu lượng mơ hình Mạng thị thành phố Đà Nẵng Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu, sử dụng hai phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm 4.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Các tài liệu sở lý thuyết: Công nghệ MPLS kỹ thuật lưu lượng MPLS - Các tài liệu mô tả công cụ mô - Tài liệu Mạng đô thị thành phố - Các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu 4.2 Phương pháp thực nghiệm - Thực tìm hiểu, thu thập yêu cầu Mạng đô thị Đà Nẵng để đề xuất giải pháp điều khiển lưu lượng - Phân tích yêu cầu phạm vi luận văn để từ xác định phải làm - Thiết lập mơ hình Mạng thị Thành phố Đà Nẵng môi trường mô để tiến hành kịch kiểm thử kỹ thuật lưu lượng Mục đích ý nghĩa đề tài 5.1 Mục đích Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS để ứng dụng vào Mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng nhằm nâng cao hiệu hoạt động hệ thống 5.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Về khoa học: Nghiên cứu Công nghệ MPLS kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS nhằm nâng cao hiệu hoạt động hệ thống mạng Về thực tiễn: Đề tài đưa giải pháp nâng cao hiệu hoạt động hệ thống Mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng, nhằm phục vụ công tác điều hành Lãnh đạo thành phố điều kiện nhu cầu sử dụng dịch vụ công cách tốt Tổ chức, cá nhân Cấu trúc luận văn Luận văn gồm chương, tổ chức sau: Chương 1: Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức Chương 2: Định tuyến MPLS Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng MPLS Chương 4: Các kịch mô kỹ thuật lưu lượng để nâng cao hiệu hoạt động mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 GIỚI THIỆU VỀ MPLS MPLS (MultiProtocol Label Switching) công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức Tính chất đa giao thức thể chỗ, MPLS tương thích với nhiều giao thức mạng IP, IPX hoạt động giao thức lớp liên kết Ý tưởng việc chuyển mạch nhãn tối ưu hóa q trình định danh FEC, thay lặp lại q trình xử lý thơng tin header IP giống nút mạng, MPLS thực lần nút vào Tại đây, LSR thực gán vào gói IP nhãn có chiều dài cố định, nút sau dựa vào nhãn để chuyển tiếp gói mà khơng cần phân tích chi tiết thông tin header IP Điểm bật công nghệ MPLS khả chuyển tiếp lưu lượng nhanh, đơn giản, điều khiển luồng, định tuyến linh hoạt tận dụng tài nguyên mạng 1.3 KHÁI NIỆM VÀ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN TRONG MPLS 1.3.1 Miền MPLS 1.3.2 Nhãn cấu trúc nhãn 1.3.3 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC: Forwarding Equivalence Class) 1.3.4 Mặt phẳng điều khiển mặt phẳng liệu 1.3.5 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB) 1.3.6 Hoạt động chuyển tiếp nhãn Khi gói khơng nhãn thuộc FEC vào miền MPLS, ingress-LER sử dụng entry LFIB loại FTN để chuyển tiếp gói khơng nhãn thành gói có nhãn Sau LSR sử dụng entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn cuối egress-LER sử dụng entry LFIB loại ILM để gỡ bỏ nhãn đến chuyển tiếp gói khơng nhãn đến router kế Gói IP Xác định Khơng Khơng hợp lệ Kiểm tra nhãn gói Có nhãn ILM FTN Nhãn NHLFE Khơng có đường Huỷ gói Hop kế Hình 1.5 Thuật tốn chuyển tiếp nhãn 1.3.7 Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói Hình 1.6 Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói LSR MPLS Hình 1.6 mơ tả ví dụ q trình chuyển tiếp gói miền MPLS Trong hình gồm LSP LSP_1: E1_S1_S4_E4 LSP_2 : E2_S1_S3_E3 Hoạt động chuyển tiếp gói LSP_1 LSP_2 sau: LSP_1: Gói đến có địa đích a.b.c.d, LER E1 kiểm tra bảng FIB xác định gói thuộc lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) a.b.c/24, LER E1 gán nhãn A, đưa giao tiếp số LSR S1 thấy có gói đến giao tiếp số gắn nhãn A, LFIB xác định giá trị nhãn thay D xuất giao tiếp số đến LSR S4 Do LSR S4 hop áp cuối nên Pop nhãn gởi giao tiếp số sau tra bảng LFIB Ở đích LER E4 entry FIB thao tác FEC a.b.c/24 chuyển phát gói đến hop kế giao tiếp số Hoạt động LSP_2 hoàn toàn ttương tự với LSP_1 Phân tích bảng LFIB LSR S1: theo chiều luồng gói đến S1, có giao tiếp interface interface Bảng LFIB S1 xác định: Nếu giao tiếp số có gói đến có nhãn A đưa giao tiếp số hoán đổi nhãn thành D Nếu giao tiếp số có gói đến có nhãn C đưa giao tiếp số hoán đổi nhãn thành B Quá trình hoạt động chuyển tiếp nhãn LSR S1 dựa vào bảng LFIB trình bày Các router khác mạng hoạt động dựa việc phân tích bảng LFIB hay FIB tương tự với LSR S1 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Công nghệ chuyển mạch nhãn cho phép thay chuyển tiếp gói truyền thống kỹ thuật chuyển tiếp hoán đổi nhãn Kỹ thuật dựa vào nhãn có độ dài cố định, cải thiện lực định tuyến lớp 3, đơn giản hóa việc chuyển tiếp gói, cho phép dễ dàng mở rộng đặc biệt hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN TRONG MPLS 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2.2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MPLS 2.2.1 Định tuyến ràng buộc Định tuyến ràng buộc dạng định tuyến MPLS dùng kỹ thuật lưu lượng, khắc phục hạn chế định tuyến theo đích Nó xác định đường đến đích khơng dựa vào số nút mạng qua băng thông định tuyến IP mà phải thỏa mãn giá trị đặc thù khác băng thông dự trữ, độ ưu tiên đường 2.2.2 Định tuyến tường minh Định tuyến tường minh tập định tuyến ràng buộc, ràng buộc đối tượng tuyến tường minh Tuyến tường minh (ER) danh sách nút mà đường chuyển mạch nhãn ràng buộc phải qua Nếu ER quy định nhóm số nút gọi tuyến tường minh thả lỏng (loose ER) Ngược lại, ER quy định tồn nút gọi tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER) 2.3 GIAO THỨC PHÂN PHỐI NHÃN (LDP: LABEL DISTRIBUTION PROTOCOL) Theo RFC 3036, LDP giao thức phân phối nhãn chuẩn mở, cài đặt tất router hỗ trợ chuyển mạch nhãn, bên cạnh LDP có giao thức TDP giao thức riêng hãng Cisco, hoạt động router Cisco.Giao thức LDP cung cấp kỹ thuật để LSR có kết nối trực tiếp nhận thiết lập liên kết chế khám phá lẫn 2.3.1 Hoạt động LDP LDP giúp cho việc thiết lập LSP nhờ việc dùng tập hợp thủ tục để phân phối nhãn LSR kết nối trực tiếp LDP cung cấp kỹ thuật khám phá cho phép LSR kết nối trực tiếp xác định vị trí với thiết lập thơng tin Nó định nghĩa bốn lớp thông điệp sau : - Thông điệp khám phá (Discovery message) - Thông điệp liền kề (Adjacency message) - Thông điệp quảng cáo nhãn (Label Advertisement message) - Thơng điệp thơng báo (Notification message) Q trình khám phá láng giềng trực tiếp sau: - Một LSR định kỳ gởi tin Hello tới tất LSR kết nối trực tiếp tsử dụng cổng UDP 646 - Tất LSR lắng nghe tin Hello cổng UDP Nhờ LSR biết địa tất LSR khác mà có kết nối trực tiếp - Khi LSR nhận biết địa LSR khác chế này, thiết lập kết nối TCP đến LSR Khi phiên LDP thiết lập LSR - Khi phiên LDP thiết lập LSR yêu cầu gởi liên kết nhãn 2.3.2 Các dạng tin LDP - Bản tin Hello: - Bản tin Initialization: - Bản tin KeepAlive - Bản tin Label Mapping: - Bản tin Label Release: - Bản tin Label Withdrawal: - Bản tin Label Request: - Bản tin Label Request Abort 2.3.3 Ví dụ thiết lập LSP giao thức LDP Trong sơ đồ mạng thể hình 2.2, giả sử cần thiết lập LSP từ R1 qua R2 đến R3 cho FEC có prefix a.b/16 LDP thực sau: R1 bắt đầu cách yêu cầu nhãn cho FEC từ nút kế R2 R2 gởi yêu cầu cho R3 đồng thời trả ánh xạ nhãn cho R1 trước nhận ánh xạ nhãn từ R3 (vì điều khiển độc lập) Cả R2 R3 đáp ứng tin Label Mapping, kết LFIB R1 LFIB R2, R3 có entry gán kết nhãn hình thành nên đường chuyển mạch nhãn LSP Hình 2.2 Thiết lập LSP LDP Phân tích thơng tin bảng LFIB R2: giao tiếp số 10 Hình 2.4 Quá trình thiết lập đường dùng RSVP b Ví dụ thiết lập đườngchuyển mạch nhãn dùng RSVP 2.5.3 Duy trì đường 2.5.4 Hủy đường 2.5.5 Báo lỗi 2.5.6 Định dạng gói RSVP Định dạng gói RSVP đơn giản Mỗi thơng điệp RSVP gồm có tiêu đề chung (common header), theo sau nhiều đối tượng Số lượng đối tượng phụ thuộc vào thơng điệp cố hồn thành Hình 2.6 mơ tả định dạng phần tiêu đề gói tin RSVP: Hình 2.6 Định dạng tiêu đề gói RSVP 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG MPLS hỗ trợ tất giao thức định tuyến tĩnh động luận văn đề cập đến định tuyến ràng buộc định tuyến tường minh, 11 định tuyến dùng để điều khiển lưu lượng Chương trình bày giao thức thiết lập đường chuyển nhãn MPLS bao gồm LDP, CR-LDP RSVP LDP thiết lập đường thông thường dựa vào thông tin định tuyến truyền thống; CR-LDP RSVP sử dụng định tuyến tường minh dùng để điều khiển lưu lượng MPLS CHƯƠNG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 3.2 GIỚI THIỆU KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS 3.2.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng Sử dụng tài nguyên mạng, đặc biệt băng thông cách hiệu mục tiêu nhà cung cấp dịch vụ mạng Tính hiệu hiểu tận dụng tối đa băng thông rỗi đường liên kết lực thiết bị mạng Không để xảy tượng phần mạng bị nghẽn không đáp ứng dịch vụ, tồn phần mạng khác không sử dụng Mặt khác, mạng cần bảo đảm luồng lưu lượng đặc biệt phải ưu tiên chiếm giữ tài nguyên Kỹ thuật lưu lượng trình điều khiển cách thức luồng lưu lượng qua mạng cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên hiệu mạng nhằm đạt mục tiêu 3.2.2 Bài toán cá kỹ thuật lưu lượng MPLS a Bài toán cá mạng IP b Bài toán cá mạng ATM c Giải tốn cá MPLS TE Hình 3.1 Điều khiển lưu lượng mạng MPLS 12 Hình 3.3 minh họa mạng MPLS Để thực kỹ thuật lưu lượng, MPLS xây dựng trung kế lưu lượng (còn gọi đường hầm lưu lượng) tunnel1 tunnel2 Tuỳ thuộc vào thông số mà trung kế chuyển tiếp phần lưu lượng khác Việc cân tải để trung kế có chi phí MPLS dễ dàng Có ba điểm khác biệt kỹ thuật lưu lượng ATM MPLS: - MPLS TE chuyển tiếp gói (packet); ATM sử dụng tế bào (Cell) - ATM yêu cầu mạng lưới đầy đủ tuyến lân cận, MPLS không cần - Trong ATM, công nghệ lõi thấy router biên mạng; MPLS thấy nhờ giao thức định tuyến IP quảng cáo (advertise) thơng tin 3.3 SỰ PHÂN PHỐI THƠNG TIN 3.3.1 Các thơng tin phân phối 3.3.2 Làm tràn (flood) thông tin mạng 3.4 TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG 3.4.1 Khái niệm trung kế lưu lượng Trung kế lưu lượng (Traffic Trunk) tập hợp dòng liệu (được xác định năm thành phần tiêu đề IP địa IP nguồn; địa IP đích, giao thức lớp giao vận; địa cổng nguồn, địa cổng đích) thỏa mãn hai tính chất chuyển tiếp đường chung thông thường sử dụng loại dịch vụ, đặt bên LSP Để điều khiển lưu lượng, định tuyến ràng buộc thực Trung kế lưu lượng thay dòng liệu riêng rẽ Phương pháp có ích mạng phát triển, nhiều người truy cập vào mạng, số lượng dòng liệu tăng lớn số lượng Trung kế lưu lượng khơng tăng, khơng gây ảnh hưởng đến hiệu suất mạng Trung kế lưu lượng đơn hướng đối tượng định tuyến Hình 3.2 Minh hoạt trung kế lưu lượng 13 Một trung kế lưu lượng đặc trưng bởi: - Ingress-LSR egress-LSR trung kế lưu lượng - Tập FEC ánh xạ vào trung kế lưu lượng -Một tập thuộc tính nhằm xác định đặc trưng hành vi trung kế 3.4.2 Các hoạt động trung kế lưu lượng Là tiến trình khác xảy thời gian sống trung kế lưu lượng, bao gồm: Establish: Tạo trung kế lưu lượng cách định LSP, gán nhãn MPLS quan trọng gán tài nguyên cho trung kế Activate: Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển liệu cách dùng số chức định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế Deactivate: Làm cho trung kế lưu lượng ngưng chuyển liệu cách dùng chức định tuyến để dừng việc đưa lưu lượng vào trung kế Modify Attributes: Thay đổi đặc trưng trung kế lưu lượng, chẳng hạn băng thông khả dụng Reroute: Chọn đường cho trung kế lưu lượng (thường số cố mạng khôi phục xong cố) Destroy: Loại bỏ hoàn toàn trung kế lưu lượng khỏi mạng thu hồi tất tài nguyên cấp phát cho 3.4.3 Các thuộc tính trung kế lưu lượng a Thuộc tính tham số lưu lượng b Thuộc tính lựa chọn quản lý đường - Đường tường minh đặc tả quản trị: - Phân cấp luật ưu tiên cho đa đường - Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource Class Affinity): - Thuộc tính thích ứng - Thuộc tính ưu tiên /lấn chiếm (Priority/ Preemption): - Thuộc tính đàn hồi (Resilience): -Thuộc tính khống chế (Policing): 3.5 ĐỊNH TUYẾN RÀNG BUỘC VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG RÀNG BUỘC CHO TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG 3.5.1 Tiến trình tính tốn giải thuật chọn đường Giải thuật chọn đường: Việc chọn đường cho trung kế 14 lưu lượng sử dụng trọng số quản trị (TE cost) link riêng biệt Trọng số quản trị metric IGP link Giải thuật chọn đường ràng buộc theo bước sau: - Cắt bỏ link phép tính Affinity khỏi topo - Cắt bỏ link khơng có đủ băng thông dự trữ theo yêu cầu trung kế - Chạy giải thuật Dijktra để tìm đường có tổng số TE-cost nhỏ phần topo lại Sau thực bước mà nhiều đường ứng cử cho LSP (nhiều đường có tổng TE metric) tiêu chuẩn thứ tự chọn lựa sau: - Đường có băng thơng tối thiểu cao nhất; - Đường có số hop nhỏ - Chọn lựa ngẫu nhiên 3.5.2 Định tuyến ràng buộc Lưu đồ thực định tuyến ràng buộc với giao thức định tuyến Link-State sau: Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn tính tốn đường ràng buộc Khi đường LSP tính xong, giao thức chiếm dụng tài nguyên (RSVP) dùng để dành trước băng thông thực sự, để phân phối nhãn cho đường hoàn thành việc thiết lập đường LSP Cấu trúc thuật toán thiết lập đường chuyển mạch nhãn giao thức RSVP trình bày chi tiết chương 15 3.6 CHUYỂN TIẾP LƯU LƯỢNG XUỐNG TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG Việc chuyển tiếp lưu lượng xuống trung kế lưu lượng có cách là: - Sử dụng định tuyến tĩnh: - Định tuyến dựa sách: - Định tuyến tự động: Sau trình chuyển tiếp, router xây dựng lại bảng định tuyến đưa trung kế lưu lượng vào bảng định tuyến tuyến lưu lượng chuyển tiếp đến nhờ trung kế lưu lượng 3.7 TÁI TỐI ƯU HOÁ (RE-OPTIMIZATION) CHO TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG Tái tối ưu hoá thực tuỳ thuộc mục đích người quản trị Có cách thực : - Tính lại định kỳ (periodic reoptimization) - Tính lại thủ cơng (manual reoptimization) - Tính lại hướng theo kiện (Event-driven reoptimization) Sau trình kiểm tra đường tối ưu cho đường hầm LSP Nếu xuất đường cho LSP tốt đường dùng thì: - Trước tiên, router đầu nguồn cố gắng báo hiệu thiết lập LSP tốt - Nếu thành công , thay đường LSP cũ LSP tốt Q trình tái tối ưu hố cho trung kế lưu lượng không thực ta thiết lập lockdown trung kế 3.9 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày vấn đề xoay quanh kỹ thuật lưu lượng, chi tiết trung kế lưu lượng thông số mạng liên quan đến trung kế lưu lượng, cách cấp phát tài nguyên mạng 16 CHƯƠNG CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG MẠNG ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.1 GIỚI THIỆU MẠNG ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN) thành phố Đà Nẵng xây dựng đưa vào sử dụng từ tháng năm 2013 Về quy mô, Mạng MAN triển khai hạ tầng cáp quang có tổng chiều dài gần 300km, kết nối 85 quan: 17 sở, ban, ngành; UBND quận, huyện; đơn vị trực thuộc; 56 UBND xã phường thuộc Ủy ban Nhân dân Thành phố Đà Nẵng Hình 4.1 Sơ đồ mạng Đơ thi thành phố Đà nẵng Mạng MAN thành phố Đà Nẵng tổ chức theo mơ hình lớp: Lớp mạng lõi (Backbone), lớp phân phối (Distribution) lớp truy cập (Access) Mạng MAN thiết kế thành vòng Ring để bảo đảm dự phòng Mạng MAN Đà Nẵng xây dựng để làm hạ tầng phục vụ cho Chính quyền điện tử Thành phố Mạng MAN kết nối Sở ban ngành quận huyện xã phường UBND Thành phố Chức mạng MAN: - Là hạ tầng truyền dẫn kết nối quan cơng quyền thuộc Thành phố Đà Nẵng nhằm phục vụ phục vụ công tác đạo, điều hành lãnh đạo Thành phố cách nhanh chóng kịp thời - Mạng MAN thành phố Đà Nẵng điểm kết nối Internet tập trung quan Nhà nước thuộc Thành phố Đà Nẵng, luồng liệu vào kiểm sốt chặt chẽ nhằm bảo đảm an tồn tuyệt liệu Thành phố 17 - Các ứng dụng hạ tầng mạng triển khai tập trung cung cấp đến quan nhà nước dịch vụ Fax IP, dịch vụ Hội nghị trực tuyến, dịch Video Phone 4.2 MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG ĐÔ THỊ THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.2.1 Giới thiệu trình ứng dụng mô GNS3 4.2.2 Các kịch điều khiển lưu lượng mơ hình Mạng MAN thành phố Đà Nẵng a Mơ hình mạng Hình 4.2 Mơ hình mạng lõi MPLS Mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng Sơ đồ mạng thiết kế mô theo sơ đồ mạng MAN thành phố Đà Nẵng với Router mạng lõi MPLS, đấu nối vòng tròn cổng GigabitEthernet Ba Router CVPMDN-P01, THHC-P02, HAICHAU-P03 đóng vai trò router lõi (Provider-P) 03 Router CVPMDN-PE1, THHC-PE2, HACHAU-PE3 router biên (Egde Provider- PE) đặt Công viên Phần mềm Đà Nẵng số 02 Quang Trung, Trung tâm hành thành phố Quận Hải Châu thành phố Đà Nẵng R7 router đặt UBND Huyện Hòa Vang cung cấp mạng cho UBND Huyện xã thuộc huyện Hòa Vang Router CVPMDN-P01 gồm: - Cổng Loopback có địa IP: 10.10.10.103 - Cổng GigaEthernet 0/0, có địa IP 10.10.10.1 - Cổng GigaEthernet 1/0, có địa IP 10.10.10.13 - Cổng GigaEthernet 2/0, có địa IP 10.10.10.5 - Cổng GigaEthernet 3/0, có địa IP 10.10.10.17 18 Router THHC-P02 gồm: - Cổng Loopback có địa IP: 10.10.10.101 - Cổng GigaEthernet 0/0, có địa IP 10.10.10.21 - Cổng GigaEthernet 1/0, có địa IP 10.10.10.24 - Cổng GigaEthernet 2/0, có địa IP 10.10.10.2 - Cổng GigaEthernet 3/0, có địa IP 10.10.10.9 Router HAICHAU-P03 gồm: - Cổng Loopback có địa IP: 10.10.10.102 - Cổng GigaEthernet 0/0, có địa IP 10.10.10.33 - Cổng GigaEthernet 1/0, có địa IP 10.10.10.10 - Cổng GigaEthernet 2/0, có địa IP 10.10.10.29 - Cổng GigaEthernet 3/0, có địa IP 10.10.10.6 Router CVPMDN-PE1 gồm: - Cổng Loopback có địa IP: 10.10.10.105 - Cổng GigaEthernet 0/0, có địa IP 10.10.10.26 - Cổng GigaEthernet 1/0, có địa IP 10.10.10.14 Router THHC-PE2 gồm: - Cổng Loopback có địa IP: 10.10.10.104 - Cổng GigaEthernet 0/0, có địa IP 10.10.10.22 - Cổng GigaEthernet 1/0, có địa IP 10.10.10.34 Router HACHAU-PE3 gồm: - Cổng Loopback có địa IP: 10.10.10.106 - Cổng GigaEthernet 0/0, có địa IP 10.10.10.30 - Cổng GigaEthernet 1/0, có địa IP 10.10.10.18 - Cổng GigaEthernet 2/0, có địa IP 10.10.20.1 Router HOAVANG gồm: - Cổng GigaEthernet 0/0, có địa IP 10.10.21.2 Trên tất đường link thiết lập giá trị mặc định: TE metric = 1; Băng thông dự trữ 1000Kbps Các kịch mô việc điều khiển lưu lượng từ Router CVMP Đà Nẵng (CVPMDN-PE1) đến Quận Hải Châu (HAICHAU-PE2) để cung cấp mạng cho Huyện Hòa Vang b Các bước cấu hình Cấu hình MPLS-TE gồm bước bản: Ø Bước 1: Bật CEF chức MPLS-TE router Ø Bước 2: Bật chức MPLS-TE giao tiếp cấu hình RSVP 19 Ø Bước 3: Cấu hình giao thức định tuyến IGP bật chức hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng giao thức, gán router-ID Ø Bước 4: Tạo trung kế lưu lượng thông số cho trung kế c Các kịch mô Kịch 1: Điều khiển lưu lượng mạng MAN giá trị TE-metric Trên Router CVPMDN-PE1, tạo Tunnel 10 với đích HAICHAU-PE3 (IP 10.10.10.106) Thực lệnh show mpls traffic-eng tunnels tunnel 10 ta có kết sau: Hình 4.3 Đường Tunnel 10 chưa thay đổi TE metric Kết hình 4.3 cho thấy: Lưu lượng từ Router CVPNDNPE1 qua cổng có IP 10.10.10.14 à10.10.10.13 à10.10.10.117 à10.10.10.18 à10.10.10.106 ứng với Router CVPNDN-PE1 CVPNDN-P01 HAICHAU-PE3 tuyến đường có metric nhỏ (bằng 2) tuyến đường từ CVPNDN-PE1 đến HAICHAU-PE3 Thực thay đổi TE-Metric cổng g3/0 Router CVPNDN-P01 từ giá trị lên lên giá trị Kết chọn đường từ CVPMDN-PE1 đến HAICHAUPE3 thay đổi sau: Hình 4.4 Đường Tunnel 10 sau thay đổi TE metric Kết hình 4.4 cho thấy: Lưu lượng từ Router CVPNDNPE1 qua cổng có IP 10.10.10.14 à10.10.10.13 à10.10.10.5 20 à10.10.10.6 à10.10.10.29 à10.10.10.30 à10.10.10.106, ứng với Router CVPNDN-PE1 CVPNDN-P01 HAICHAU-P03 HAICHAU-PE3 tuyến đường có metric nhỏ (bằng 3) tuyến đường từ CVPNDN-PE1 đến HAICHAU-PE3 Kết luận: Từ kết cho ta thấy kỹ thuật thay đổi tham số TE - metric Cổng giao tiếp giúp cho Mạng MAN hoạt động an toàn, an ninh mạng chủ động luồng liệu qua mạng Kịch 2: Điều khiển lưu lượng giá trị băng thông dự trữ Trên Router CVPNDN-PE1, thiết lập băng thông dự trữ tối thiểu Tunnel 10 100Kbps Tiếp tục thiết lập băng thông dự trữ công g1/0 50Kbps, Kết chọn đường đến đích Tunnel 10 thay đổi sau: Hình 4.5 Đường Tunnel 10 sau thay đổi băng thơng dự trữ Kết hình 4.5 cho thấy: Lưu lượng từ Router CVPNDNPE1 qua cổng có IP 10.10.10.25 à10.10.10.2 à10.10.10.1 à10.10.10.17 à10.10.10.18 à10.10.10.106, ứng với Router CVPNDN-PE1 TTHC-P02 CVPMDN-P01 HAICHAUPE3 Việc thay đổi tuyến đường Tunnel 10 băng thông dự trữ cổng g/10 50 Kbps không đáp ứng điều kiện băng thông dự trữ tối thiểu Tunnel 10 (100 Kbps) Tunnel 10 chọn qua cổng g0/0 với băng thông dự trữ 100Kbps Kết luận: Với phương pháp cấu hình băng thơng dự trữ cho 21 trung kế (tunnel) băng thông dự trữ cổng, ta bảo đảm luồng liệu từ Hòa Vang đến Cơng viên phần mềm Đà Nẵng trì trường hợp đường định tuyến ban đầu bị ứng dụng khác chiếm cạn băng thông Kích 3: Điều khiển lưu lượng bit quan hệ (Affinity bit): Trên router CVPNDN-PE1, Thực cấu hình giá trị Affinity Tunnel 10 0x0 mask 0x0 Tiếp tục cấu hình thay đổi giá trị cờ thuộc tính cổng: - Trên router CVPMDN-PE1, đổi cờ thuộc tính cổng g1/0 từ giá trị 0x0 thành 0x1 - Trên router THHC-P02, đổi cờ thuộc tính cổng g2/0 g3/0 từ giá trị 0x0 thành 0x1 Ta có kết chọn đường Tunnel 10 theo hình dưới: - Hình 4.6 Đường Tunnel 10 sau thay đổi giá trị thuộc tính quan hệ Kết hình 4.6 cho thấy: Lưu lượng từ Router CVPNDNPE1 qua cổng có IP 10.10.10.25 à10.10.10.21 à10.10.10.22 à10.10.10.34 à10.10.10.33 à10.10.10.29 à10.10.10.30 à10.10.10.106, ứng với Router CVPNDN-PE1 TTHC-P02 HAICHAU-P03 HAICHAU-PE3 Việc thay đổi tuyến đường Tunnel 10 giá trị thuộc tính quan hệ Tunnel 10 có mask 0x0, Tunnel 10 chọn tuyến có giá trị thỏa mãn điều kiện này, cổng g1/0 CVMPDN-PE1 hay g3/0 TTHC-P02 khơng chọn giá trị thuộc tính thay đổi thành 0x1 22 Kết luận: Với kết trên, cho thấy luồng dữu liệu mạng MAN chủ động điều khiển qua làm tăng hiệu mạng bảo đảm mặt an tồn, an ninh thơng tin mạng Kịch Điều khiển lưu lượng thuộc tính ưu tiên Để làm rõ ảnh hưởng giá trị ưu tiên lên việc điều khiển lưu lượng, trước hết cấu hình tham số cổng với giá trị mặc định: - Băng thơng lưu trữ: 1000Kbps - Thuộc tính quan hệ: 0x0 - TE- Metric: Khi Tunnel 10 lựa chọn với đường với metric nhỏ CVPNDN-PE1 CVPNDN-P01 HAICHAU-PE3 hình bên dưới: Hình 4.7 Đường Tunnel 10 cấu hình cổng tham số mặc định Tiếp theo, tạo Tunnel 11 có tham số giống Tunnel 10, thay đổi giá trị Priority từ xuống Hold Priority từ xuồng giá trị Khi Tunnel 11 chiếm đường Tunnel 10 có đọ ưu tiên cao hơn, chi tiết thể hình sau: Hình 4.8 Kết Tunnel 11 chiếm đường ưu tiên Tunnel 10 23 Từ kết hiển thị hình 4.7 hình 4.8 cho thấy: Trước cấu hình Tunnel 11, Tunnel 10 chọn đường đến đích 10.10.10.14 à10.10.10.13 à10.10.10.117 à10.10.10.18 à10.10.10.106 ứng với router CVMPDN-PE1 CVPMDNP01 HAICHAU-PE3 Khi cấu hình Tunnel 11 với độ ưu tiên cao hơn, Tunnel 11 chiếm đường Tunnel 10; Tunnel 10 bị đẩy sang đường 10.10.10.25 à10.10.10.21 à10.10.10.22 à10.10.10.34 à10.10.10.33 à10.10.10.29 à10.10.10.30 à10.10.10.106, ứng với Router CVPNDN-PE1 TTHC-P02 HAICHAU-P03 HAICHAU-PE3 Kết luận: Bằng phương pháp thay đổi giá trị ưu tiên Tunnel, cho phép chủ động thiết lập độ ưu tiên theo loại liệu treong mạng MAN nhằm bảo đảm luồng liệu quan trọng định tuyến theo đường tối ưu Kịch Bảo vệ đường luồng liệu quan trọng Tạo đường tường minh BackupLink từ Router CVPNDNPE1 TTHC-P02 HAICHAU-P03à HAICHAU-PE3 để làm đường dự phòng cho Tunnel 11 Cấu hình bảo vệ đường cho Tunnel 11 Khi đường luồng liệu từ CVPMDN đến HAICHAU tạo dụng phòng để bảo vệ, chi tiết hình dưới: Hình 4.9 Kết đường link bảo vệ Kết luận: Bằng kỹ thuật bảo vệ đường, cho phép thiết lập đường dự phòng luồng liệu quan trọng, trường hợp đường bị lỗi, đường bảo vệ thay để tiếp tục trao đổi luồng liệu, bảo đảm mạng hoạt động liên tục, thông suốt 24 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Nội dung chương trình bày kết cấu hình điều khiển lưu lượng mơ hình mạng MPLS dựa sơ đồ mạng Đô thị thành phố Đà Nẵng Phần cấu hình hồn thành việc điều khiển lưu lượng mạng MPLS, giúp làm rõ thông số mà kỹ thuật lưu lượng MPLS định nghĩa cho mục tiêu điều khiển lưu lượng Qua đó, ứng dụng vào mạng Đô thị thành phố Đà Nẵng để tối ưu mặt sử dụng tài nguyên, bảo đảm luồng liệu quan trọng ưu tiên xử lý bảo vệ sựu cố xảy KẾT LUẬN Tầm quan trọng MPLS lớn nhà cung cấp dịch vụ ưu điểm mà mang lại như: tốc độ chuyển tiếp nhanh, hỗ trợ quản lý QoS, điều khiển lưu lượng, VPN, mở rộng mạng, kết hợp ưu điểm định tuyến lớp chuyển mạch lớp 2… Hiện không nhà cung cấp dịch vụ sử dụng MPLS mà quan nhà nước, công ty lớn triển khai hệ thống này, điều làm cho MPLS ngày phổ biến việc tìm hiểu quan trọng Đề tài trình bày chi tiết sở chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS khả kỹ thuật lưu lượng Cụ thể đề tài tập trung vào khía cạnh sau: Vấn đề chuyển tiếp nhãn miền MPLS, hỗ trợ giao thức báo hiệu nhãn điều khiển lưu lượng Vấn đề ánh xạ trung kế lưu lượng lên LSP để chuyển tiếp lưu lượng Cấu hình thành cơng mơ hình mạng MPLS hỗ trợ chức điều khiển lưu lượng mô theo Mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng Tuy nhiên, hạn chế thời gian kiến thức, đề tài nhiều hạn chế Vấn đề kỹ thuật lưu lượng phần mơ hình đa dịch vụ mà MPLS hỗ trợ Nghiên cứu khía cạnh dịch vụ khác VPN, Diffserv, QoS, hoạt động MPLS mơ hình IP/ATM hướng phát triển mở rộng đề tài ... thuật lưu lượng MPLS a Bài toán cá mạng IP b Bài toán cá mạng ATM c Giải toán cá MPLS TE Hình 3.1 Điều khiển lưu lượng mạng MPLS 12 Hình 3.3 minh họa mạng MPLS Để thực kỹ thuật lưu lượng, MPLS. .. nghệ MPLS kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS nhằm nâng cao hiệu hoạt động hệ thống mạng Về thực tiễn: Đề tài đưa giải pháp nâng cao hiệu hoạt động hệ thống Mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng, nhằm... nhãn đa giao thức Chương 2: Định tuyến MPLS Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng MPLS Chương 4: Các kịch mô kỹ thuật lưu lượng để nâng cao hiệu hoạt động mạng đô thị Thành phố Đà Nẵng Kết luận hướng