Nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS/VPN : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử - Viễn thông: 60 52 70

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ THỊ THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG MPLS/VPN Nghành: Công nghệ Điện tử- Viễn Thông Chuyên nghành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Trần Quang Vinh Hà Nội- 2009 - ii - LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chương trình cao học viết luận văn Trước hết, xin chân thành cảm ơn đến q thầy trường Đại học Cơng nghệ- Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt thầy tận tình dạy bảo cho tơi suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến sĩ Trần Quang Vinh dành nhiều thời gian tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Mặc dù tơi có nhiều cố gắng hồn thiện luận văn tất nhiệt tình lực mình, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp q báu q thầy cô bạn Hà Nội, tháng 12 năm 2009 Học viên Đỗ Thị Thanh Huyền - iii - MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT viiv DANH MỤC BẢNG BIỂU ixvii DANH MỤC HÌNH VẼ xviii MỞ ĐẦU CHƢƠNG Giới thiệu MPLS 1.1 Quá trình phát triển MPLS 1.2 Các khái niệm mạng MPLS 1.3 Các thành phần mạng MPLS 1.4 Phân biệt chuyển mạch nhãn chuyển mạch thông thường 1.5 Các giao thức MPLS 1.5.1 Giao thức phân phối nhãn 1.5.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protolcol ) 13 1.5.3 Giao thức MPLS-BGP 16 1.6 Hoạt động MPLS: 16 Mạng MPLS sở VPN 18 2.1 Giới thiệu VPN 18 2.2 Phân loại VPN 20 2.2.1 Kết nối VPN có hướng 20 2.2.2 Kết nối VPN vô hướng 25 2.3 Tổng quan MPLS/VPN 27 2.3.1 Các thiết bị mạng MPLS VPN 27 2.3.2 Truyền định tuyến MPLS VPN 28 2.3.3 Cấu hình định tuyến MPLS/VPN 29 2.3.4 Ưu điểm MPLS / VPN 30 Tổng kết chương 30 CHƢƠNG 31 Tổng quan QoS 31 1.1 Giới thiệu chung 31 1.2 Kiến trúc QoS 33 1.3 Các tham số QoS 34 1.4 Các mơ hình tổng quan QoS 36 1.4.1 Dịch vụ tích hợp IntServ 36 1.4.2 Lớp dịch vụ đảm bảo (Guaranteed Service) 38 1.4.3 Kiểm soát tải (Control load service) 38 1.4.4 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 38 1.4.5 Kiến trúc IntServ 39 1.4.6 Dịch vụ phân biệt DiffServ 41 1.4.7 Sự khác IntServ DiffServ 42 Các tập tính QoS 43 2.1 Phân loại 43 2.2 Đánh dấu 44 2.3 Kỹ thuật hàng đợi 45 Tổng kết chương 52 CHƢƠNG 53 QoS MPLS 53 1.1 Khái niệm trường IPP, DSCP, MPLS Exp 53 - iv 1.1.1 Trường IPP (IP Precedence) 53 1.1.2 Trường DSCP 54 1.1.3 Trường MPLS Exp 56 1.2 Các kiểu Diffserv tunneling mạng MPLS 57 1.2.1 Kiểu Pipe tunnel 57 1.2.2 Mơ hình short pipe 59 1.2.3 Mơ hình uniform 60 Thiết kế QoS MPLS VPN 61 2.1 Thiết lập QoS cho lưu lượng qua mạng MPLS/ VPN 62 2.1.1 QoS cho lưu lượng dạng voice 62 2.1.2 QoS cho lưu lượng dạng video 63 2.1.3 Yêu cầu QoS với lưu lượng kiểu Data 64 2.2 Các bước cấu hình QoS mạng MPLS 66 Tổng kết chương 67 CHƢƠNG 68 Thiết kế mơ hình mạng truyền số liệu 68 1.1 Mạng core 70 1.1.1 Mơ hình mạng core 70 1.1.2 Cấu hình giao diện truyền dẫn 70 1.1.3 Giao thức định tuyến 71 1.2 Lớp Distribution 72 1.3 Lớp Access 73 Thiết kế QoS cho mạng TSL 73 2.1 Vai trò QoS thiết bị mạng CPT 73 2.1.1 Các thiết bị biên 74 2.1.2 Thiết bị core 74 2.2 Phân loại lớp lưu lượng mạng CPT 75 2.3 Cơ chế thực QoS 76 2.3.1 Các thơng số cấu hình QoS 77 2.3.2 Cấu hình QoS thiết bị 78 Đo kiểm đánh giá chất lượng mạng 84 3.1 Nội dung, phương pháp thực phép đo 84 3.1.1 Nội dung 84 3.1.2 Phương pháp thực : 84 3.2 Kết đo 85 Tổng kết chương 89 KẾT LUẬN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 PHỤ LỤC 93 LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 11 Giới thiệu MPLS 11 1.1 Quá trình phát triển MPLS 11 1.2 Các khái niệm mạng MPLS 12 1.3 Các thành phần mạng MPLS 16 1.4 Phân biệt chuyển mạch nhãn chuyển mạch thông thường 17 -v1.5 Các giao thức MPLS 18 1.5.1 Giao thức phân phối nhãn 18 1.5.2 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP ( Resource Reservation Protolcol ) 22 1.5.3 Giao thức MPLS-BGP 25 1.6 Hoạt động MPLS: 25 Mạng MPLS sở VPN 27 2.1 Giới thiệu VPN 27 2.2 Phân loại VPN 29 2.2.1 Kết nối VPN có hướng 29 2.2.2 Kết nối VPN vô hướng 34 2.3 Tổng quan MPLS/VPN 36 2.3.1 Các thiết bị mạng MPLS VPN 36 2.3.2 Truyền định tuyến MPLS VPN 37 2.3.3 Cấu hình định tuyến MPLS/VPN 38 2.3.4 Ưu điểm MPLS / VPN 39 Tổng kết chương 39 CHƢƠNG 40 Tổng quan QoS 40 1.1 Giới thiệu chung 40 1.2 Kiến trúc QoS 42 1.3 Các tham số QoS 43 1.4 Các mơ hình tổng quan QoS 45 1.4.1 Dịch vụ tích hợp IntServ 45 1.4.2 Lớp dịch vụ đảm bảo (Guaranteed Service) 47 1.4.3 Kiểm soát tải (Control load service) 47 1.4.4 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 47 1.4.5 Kiến trúc IntServ 48 1.4.6 Dịch vụ phân biệt DiffServ 50 1.4.7 Sự khác IntServ DiffServ 51 Các tập tính QoS 52 2.1 Phân loại 52 2.2 Đánh dấu 53 2.3 Kỹ thuật hàng đợi 54 Tổng kết chương 61 CHƢƠNG 62 QoS MPLS 62 1.1 Khái niệm trường IPP, DSCP, MPLS Exp 62 1.1.1 Trường IPP (IP Precedence) 62 1.1.2 Trường DSCP 63 1.1.3 Trường MPLS Exp 65 1.2 Các kiểu Diffserv tunneling mạng MPLS 66 1.2.1 Kiểu Pipe tunnel 66 1.2.2 Mơ hình short pipe 68 1.2.3 Mơ hình uniform 69 Thiết kế QoS MPLS VPN 70 2.1 Thiết lập QoS cho lưu lượng qua mạng MPLS/ VPN 71 2.1.1 QoS cho lưu lượng dạng voice 71 2.1.2 QoS cho lưu lượng dạng video 72 2.1.3 Yêu cầu QoS với lưu lượng kiểu Data 73 2.2 Các bước cấu hình QoS mạng MPLS 75 Tổng kết chương 76 CHƢƠNG 77 - vi Thiết kế mơ hình mạng truyền số liệu 77 1.1 Mạng core 79 1.1.1 Mơ hình mạng core 79 1.1.2 Cấu hình giao diện truyền dẫn 79 1.1.3 Giao thức định tuyến 80 1.2 Lớp Distribution 81 1.3 Lớp Access 82 Thiết kế QoS cho mạng TSL 82 2.1 Vai trò QoS thiết bị mạng CPT 82 2.1.1 Các thiết bị biên 83 2.1.2 Thiết bị core 83 2.2 Phân loại lớp lưu lượng mạng CPT 84 2.3 Cơ chế thực QoS 85 2.3.1 Các thơng số cấu hình QoS 86 2.3.2 Cấu hình QoS thiết bị 87 Đo kiểm đánh giá chất lượng mạng 93 3.1 Nội dung, phương pháp thực phép đo 93 3.1.1 Nội dung 93 3.1.2 Phương pháp thực : 93 3.2 Kết đo 94 Tổng kết chương 98 KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 - vii - THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải nghĩa tiếng Anh Giải nghĩa tiếng Việt AF ATM Chuyển tiếp bảo đảm Chế độ truyền dẫn không đồng BGP CBR CBWFQ CE CIR CoS CQ Assured Forwading Asynchoronous Transfer Mode Border Gateway Protocol Constant Bit Rate Class Base Weight Fair Queue Customer edge device Commited Information Rate Class of Service Custom Queuing CR-LDP DSCP EBGP EF FEC Constrained Routing-LDP Differentiated Service Code Point External Border Gateway Protocol Expedited Forwarding Forwarding Equivalence Class Giao thức định tuyến ràng buộc Điểm mã dịch vụ phân biệt Giao thức định tuyến cổng Chuyển tiếp nhanh Lớp chuyển tiếp tương đương FIFO First In First Out Hàng đợi FIFO GRE IBGP IGP IP IpoA IpoE IPOS Generic Routing Encapsulation Interior Border Gateway Protocol Interior Gateway Protocol Internet Protocol IP over ATM IP over Ethernet IP over SDH Mã hoá định tuyến chung Giao thức định tuyến cổng Giao thức cổng Giao thức Internet Giao thức IP ATM Giao thức IP Ethernet Giao thức IP SDH IPP IPSec ISDN L2TP LDP IP Precedence IP Security Intergrated Services Digital Network Layer Tunneling Protocol Label Distribution Protocol Trường IP Precedence Giao thức bảo mật qua Internet Mạng số tích hợp dịch vụ Giao thức đường hầm lớp Giao thức phân phối nhãn LER LFIB LIB Label Edge Router Lable Forwarding Information Base Label Information Base Bộ định tuyến biên nhãn Cơ sở thông tin định tuyến nhãn Cơ sở thông tin nhãn LLQ LSP LSR MPLS Low-latency Queueing Lable Switching Path Lable Switching Router MuliProtocol Label Switching Hàng đợi có độ trễ thấp Tuyến chuyển mạch nhãn Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn đa giao thức PE Provider edge devices Thiết bị phía nhà cung cấp dịch vụ Giao thức cổng đường biên Tốc độ bit không đổi Hàng đợi cân trọng số sở lớp Thiết bị phía khách hàng Tốc độ thơng tin cam kết Lớp dịch vụ Hàng đợi theo lớp - viii - PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm PPTP Point-to-Point Tunneling Protocol Giao thức đường hầm điểm-điểm PQ PVC QoS RD RED Rspec RSVP Priority Queue Permanent vitual circuit Quality of Service Route distinguisher Random Early Detection Required Specification Hàng đợi ưu tiên Kênh ảo cố định Chất lượng dịch vụ Định tuyến phân biệt Phương pháp phát sớm ngẫu nhiện Yêu cầu mức chất lượng dịch vụ Giao thức dành trước tài nguyên SAP Resource Reservation Protolcol Service Advertising Protocol SMDS SVC ToS Tspec TTL Switch Multimedia Data Service Switched virtual circuit Type of Service Traffic Specification Time to live UDP VBR-NRT VBR-RT VC VoIP VPI/VCI VPN User Data Protocol Variable Bit Rate- Non Realtime Variable Bit Rate- Realtime Vitual circuit Voice over IP Virtual Path/ Channel Identifier VRF WAN WDM WFQ Virtual Private Network VPN Routing and Forwarding Wide Area Network Giao thức quảng cáo dịch vụ Dịch vụ liệu chuyển mạch đa phương tiện Kênh ảo chuyển mạch Loại dịch vụ Đặc tính lưu lượng Thời gian sống Giao thức liệu người sử dụng Tốc độ bit thay đổi phi thời gian thực Tốc độ bit thay đổi theo thời gian thực Kênh ảo Thoại IP Nhận dạng kênh ảo / đường ảo Mạng riêng ảo Wavelength Division Multiplexing Bảng định tuyến mạng VPN Mạng diện rộng Ghép kênh phân chia theo bước sóng Weighted Fair Queue Hàng đợi cân có trọng số - ix - DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Nhãn gói tin MPLS Frame mode Bảng 1.2 : Phân biệt chuyển mạch nhãn IP Bảng 2.1 : Sự khác DiffServ IntServ 42 Bảng 2.2 : Một số trƣờng dùng để đánh dấu gói tin 45 Bảng 3.1: Các giá trị IPP 53 Bảng 3.2: Các giá trị trƣờng DSCP 54 Bảng 3.3: Các lớp AF 56 Bảng 3.4: Template cấu hình hỗ trợ lƣu lƣợng voice router 63 Bảng 3.5: Template cấu hình lƣu lƣợng video router 64 Bảng 3.6: Template cấu hình lƣu lƣợng kiểu data Router 65 Bảng 4.1: Template Cấu hình giao diện Gigabit Ethernet 70 Bảng 4.2: Template Cấu hình giao diện POS 70 Bảng 4.3: Template cấu hình giao thức ldp cho giao diện 71 Bảng 4.4: Băng thông dành riêng cho loại lƣu lƣợng 77 Bảng 4.5: Giới hạn hàng đợi cho loại lƣu lƣợng 77 Bảng 4.6: Các loại hàng đợi mức ngƣỡng cho lớp dịch vụ 78 Bảng 4.7: Cấu hình WRED cho thiết bị WS6724-SFP, WS-X6148A-GE-TX 79 Bảng 4.8: Template cấu hình băng thơng dành riêng tối đa cổng WAN 80 Bảng 4.9: Template cấu hình QoS card SIP 200 81 Bảng 4.10: Cấu hình đánh dấu gói tin lƣu lƣợng thời gian thực độ ƣu tiên cao 83 Bảng 4.11: logfile cho gói kích thƣớc 64 byte 85 Bảng 4.12: log file cho gói kích thƣớc 1500 byte 86 Bảng 1.1: Nhãn gói tin MPLS Frame mode 12 Bảng 1.2 : Phân biệt chuyển mạch nhãn IP 17 Bảng 2.1 : Sự khác DiffServ IntServ 51 Bảng 2.2 : Một số trƣờng dùng để đánh dấu gói tin 54 Bảng 3.1: Các giá trị IPP 62 Bảng 3.2: Các giá trị trƣờng DSCP 63 Bảng 3.3: Các lớp AF 65 Bảng 3.4: Template cấu hình hỗ trợ lƣu lƣợng voice router 72 Bảng 3.5: Template cấu hình lƣu lƣợng video router 73 Bảng 3.6: Template cấu hình lƣu lƣợng kiểu data Router 74 Bảng 4.1: Template Cấu hình giao diện Gigabit Ethernet 79 Bảng 4.2: Template Cấu hình giao diện POS 79 Bảng 4.3: Template cấu hình giao thức ldp cho giao diện 80 Bảng 4.4: Băng thông dành riêng cho loại lƣu lƣợng 86 Bảng 4.5: Giới hạn hàng đợi cho loại lƣu lƣợng 86 Bảng 4.6: Các loại hàng đợi mức ngƣỡng cho lớp dịch vụ 87 Bảng 4.7: Cấu hình WRED cho thiết bị WS6724-SFP, WS-X6148A-GE-TX 88 Bảng 4.8: Template cấu hình băng thông dành riêng tối đa cổng WAN 89 Bảng 4.9: Template cấu hình QoS card SIP 200 89 Bảng 4.10: Cấu hình đánh dấu gói tin lƣu lƣợng thời gian thực độ ƣu tiên cao 92 Bảng 4.11: logfile cho gói kích thƣớc 64 byte 94 Bảng 4.12: log file cho gói kích thƣớc 1500 byte 95 -x- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Lớp liên kết liệu ATM Hình 1.2: Lớp liên kết liệu Frame-relay Hình 1.3: Nhãn Shim-giữa lớp lớp Hình 1.4: Cơ cấu báo hiệu Hình 1.5: Mơ hình mạng MPLS Hình 1.7: Tiêu đề tin LDP 11 Hình 1.8: Khn dạng tin LDP 11 Hình 1.9: Mạng MPLS hoạt động chế độ khung 18 Hình 1.10: Ví dụ mơ hình mạng VPN 19 Hình 1.11: Mơ hình kết nối VPN có hƣớng 20 Hình 1.12: Mơ hình kết nối vật lý VPN leased line 21 Hình 1.13: Kiến trúc vật lý mơ hình VPN Frame Relay 22 Hình 1.14: Mơ hình kiến trúc vật lý VPN ATM 23 Hình 1.15: Mơ hình VPN kiểu đƣờng hầm IPSec GRE 24 Hình 1.16: Mơ hình mạng VPN vơ hƣớng 25 Hình 1.17: Mạng VPN sở IP truyền thống 26 Hình 1.18: Mơ hình mạng MPLS VPN 26 Hình 1.19: Ví dụ mơ hình mạng MPLS VPN 27 Hình 1.20: Ví dụ mơ hình mạng MPLS VPN 28 Hình 1.21: Mơ hình đa VPN 29 Hình 2.1: Mơ hình tổng quan QoS 32 Hình 2.2: Mơ hình mạng IntServ 37 Hình 2.3: Mơ hình dịch vụ IntServ 39 Hình 2.4: Trao đổi thơng tin với IntServ 40 Hình 2.5: Mơ hình mạng DiffServ 41 Hình 2.6: Mơ hình DiffServ biên mạng lõi 42 Hình 2.7: Mơ hình phân loại gói tin 44 Hình 2.8: Hàng đợi router 45 Hình 2.9: Hàng đợi FIFO 46 Hình 2.10: Tiến trình gởi gói tin hàng đợi ƣu tiên (PQ) 47 Hình 2.11: Tiến trình gửi gói tin hàng đợi CQ 48 Hình 2.12: Cách lấy gói tin WFQ 49 Hình 2.13: Tiến trình gửi gói tin WFQ 50 Hình 2.14: Tiến trình gởi gói tin CBWFQ 51 Hình 2.15: Tiến trình gửi gói tin hàng đợi LLQ 51 Hình 3.1: kiến trúc tiêu đề gói tin IP 53 Hình 3.2: Các byte trƣờng TOS 53 Hình 3.3: Các byte DSCP 54 Hình 3.4: Các byte TOS IP header định nghĩa DSCP 55 Hình 3.5: MPLS header 56 Hình 3.6: Kiểu đƣờng ống - pipe model 58 Hình 3.7: Mơ hình short pipe 60 Hình 3.8: Mơ hình uniform 61 Hình 3.9: Mơ hình sách QoS mạng MPLS VPN 61 Hình 3.10: Các lớp dịch vụ QoS 62 Hình 4.1: Cấu trúc phân lớp mạng CPT 68 Hình 4.2: Mơ hình tổng quan mạng TSLCD 69 Hình 4.3: Mơ hình tổng quan mạng Core 71 Hình 4.4: Mơ hình lớp distribution 72 Hình 4.5: Mơ hình lớp distribution/ access mạng TSL 73 Hình 4.6: Mơ hình lớp access mạng TSL 73 - 84 ip access-list extended data permit ip 10.10.20.0 0.0.0.255 any ! ip access-list extended internet permit ip 10.10.30.0 0.0.0.255 any ! policy-map INPUT class Realtime-IN set-mpls-exp-imposition-transmit class High-Priority-IN set-mpls-exp-imposition-transmit class Internet-IN set-mpls-exp-imposition-transmit ! ! customer facing port ! interface x/y no mls qos trust