Qos trong mạng ip core vinaphone (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG - LÊ HOÀNG LONG QOS TRONG MẠNG IP-CORE VINAPHONE TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ VŨ ANH Phản biện 1: ………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông LỜI MỞ ĐẦU Mạng IP/MPLS Vinaphone mạng hội tụ, triển khai sử dụng để chạy dịch vụ mạng di động liệu IP, thoại, di động dịch vụ video tương ứng với nhu cầu đa dạng khách hàng Trong trình phát triển mạng, dịch vụ liên tục đưa ra, kèm với tăng trưởng lưu lượng chạy mạng backbone truyền dẫn IP/MPLS, điều lý giải cần thiết phải đánh giá lại sở hạ tầng mạng lưới Vinaphone QoS (Quality of Service) thuật ngữ dùng để chất lượng dịch vụ, mạng viễn thông di động, dịch vụ thoại, video, ứng dụng multicast có tiêu chuẩn định để hoạt động tốt, vậy, việc triển khai QoS mạng IP/MPLS Vinaphone điều bắt buộc để hỗ trợ tốt dịch vụ triển khai mạng Bản luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề QoS mạng di động, mơ hình QoS Diffserv IETF, chuẩn QoS mạng di động 3GPP, hỗ trợ QoS thiết bị Cisco sử dụng mạng lưới Ngồi cịn đưa mơ hình triển khai cụ thể áp dụng mạng Vinaphone Về nội dung, luận văn chia làm ba chương: Chương 1: Trình bày trạng mạng IP-Core Vinaphone, cần thiết phải triển khai QoS mạng IP-Core Vinaphone Trình bày mơ hình Diffserv IETF, khuyến nghị 3GPP QoS cho mạng IP/MPLS mạng di động Chương 2: Trình bày thiết kế QoS mạng, hỗ trợ cấu hình QoS thiết bị Cisco Chương 3: Trình bày phương pháp đánh giá đo kiểm kết triển khai QoS Trình bày kết đạt sau triển khai QoS thực tiễn mạng IP/MPLS Vinaphone CHƢƠNG - MẠNG IP/MPLS VÀ VẤN ĐỀ QOS TRONG MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan trạng mạng Vinaphone: Hiện mạng IP/ MPLS hệ thống mạng lõi quan trọng việc cung cấp dịch vụ mạng 2G 3G mạng Vinaphone Mạng bao gồm thiết bị định tuyến bậc cao Cisco CRS-1 , 7609 , 6509 trung tâm VNP1, VNP2, VNP3 thiết bị Huawei tỉnh thành có hệ thống RNC Các thiết bị Router có tính dự phòng, xử lý trung tâm, nguồn điện hệ thống làm mát 1.2 Tổng quan vai trò QoS 1.2.1 Định nghĩa QoS Chất lượng dịch vụ QoS khái niệm rộng tiếp cận theo nhiều hướng khác Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ “Một tập khía cạnh hiệu dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn người sử dụng dịch vụ” ISO 9000 định nghĩa chất lượng “cấp độ tập đặc tính vốn có đáp ứng đầy đủ yêu cầu” Trong IETF [ETSI – TR102] nhìn nhận QoS khả phân biệt luồng lưu lượng để mạng có ứng xử phân biệt kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm phân loại hoá dịch vụ hiệu tổng thể mạng cho loại dịch vụ 1.2.2 Vai trò QoS Với xu hướng phát triển ạt dịch vụ thương mại điện tử (e-commerce), vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng mạng Internet trở nên cần thiết hết 1.2.3 Các thông số QoS Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải biểu thị theo tham số QoS đo Các tham số thông thường thường biết đến tham số: Băng thông, độ trễ, trượt, giá xác suất gói Các tham số sử dụng để tính tốn QoS tuỳ thuộc vào kiểu mạng: Băng thơng, độ trễ, giá độ tin cậy tham số thường sử dụng mạng IP; biến đổi tốc độ tế bào, tỉ lệ tế bào trễ chuyển giao tham số thường sử dụng mạng ATM; Trong mạng không dây, tham số đo thường sử dụng băng thông, nhiễu, suy hao độ tin cậy 1.3 Mơ hình Diffserv chuẩn RFC phân chia loại dịch vụ mạng thông tin di động: Differentiated Services (DiffServ) mơ hình ba mơ hình QoS việc phát triển nhằm mục đích giải giới hạn mơ hình trước DiffServ khơng phải mơ hình đảm bảo hồn tồn QoS cho ứng dụng, mơ hình có khả mở rộng cao Trong IntServ gọi mơ hình “Hard QoS” DiffServ gọi mơ hình “Soft QoS” Sau ba điểm yếu mơ hình DiffServ:  Traffic mạng phân lớp  Các sách QoS áp đặt cách ứng xử phân biệt lên lớp traffic định nghĩa từ trước  Các lớp traffic sách định nghĩa dựa yêu cầu kinh doanh; người quản trị lựa chọn cấp độ dịch vụ cho lớp traffic 1.4 Chuẩn 3GPP cho QoS mạng IP/MPLS phục vụ cho di động: Mạng IP/MPLS Vinaphone sử dụng chủ yếu để vận chuyển lưu lượng IP cho dịch vụ di động, việc bảo đảm đặc tính ứng dụng thiết bị di động cần thiết Từ quan điểm QoS, nhà khai thác di động thường sử dụng tiêu chuẩn công nghiệp tẳng khuyến cáo tài liệu tham khảo xây dựng đồ lưu lượng để phân lớp dịch vụ Tiêu chuẩn sử dụng tiêu chuẩn 3GPP Chương trình hợp tác hệ thứ (3GPP) tăng cường khả truy cập vô tuyến gói chung (GPRS) để kết hợp hỗ trợ QoS Để đáp ứng tiêu chuẩn 3GPP cho thông tin di động GSM, kiến trúc DiffServ cần phải đơn giản dễ dàng quản lý sử dụng Số lớp định nghĩa tối thiểu để đảm bảo phân mảnh nguồn tài nguyên đệm khơng làm cho gói tin nhận trật tự 1.5 Phân loại lớp dịch vụ mạng thông tin di động Vinaphone: Bảng 1.1: Các lớp lưu lượng mạng IP/MPLS Vinaphone Traffic Classes Queue Network Control System Priority Conversation al Priority Streaming Low Example Usage Control network protocols (RSVP, OSPF, BGP…) VoIP Traffic of UMTS Conversational Class Mobile Signaling/Synch /Control, IEEE1588 Video DSCP PHB DSC P Giá trị EXP 802.1p CoS CS6 48 6 EF 46 5 CS5 40 AF41 34 4 Delay Interactive Low Loss Background Default Conference, Video phone 3G, Traffic of UMTS Streaming Class Traffic of UMTS Interactive Class Best-effort traffic AF21 18 2 BE 0 Bảng 1.2: Chi tiết đánh dấu CoS mạng Vinaphone Traffic Description Conversational Streaming Interactive Background Example Usage Mobile Voice, Mobile Video Call, Mobile VoIP Mobile TV, Mobile Camera, Music/Video On Demand (in future), O&M Mobile Game (In future) Mobile Internet, Mobile Broadband, MMS, etc … DHCP PHB DHCP 802.1p CoS EF 46 AF41 34 AF21 18 BE 0 10 biên mạng Thiết bị lõi thực điều cách kết hợp giá trị ToS Experimental nhãn gói tin với hàng đợi khác trình truyền tải, cung cấp lớp thích hợp dịch vụ 2.1.2 Phân loại đánh dấu gói tin: Phân loại trình phân loại lưu lượng vào lớp xác định từ trước mạng Phân loại gói tin dựa vào thông số sau:  IP-Precedence  IP DSCP  MPLS Experimental  CoS 2.1.3 Giới hạn tốc độ tối ƣu hóa lƣu lƣợng: 2.1.3.1 Giới hạn tốc độ (Policing): Chính sách lưu lượng ln theo dõi, điều chỉnh lưu lượng truy cập mạng cho phù hợp với hợp đồng lưu lượng, yêu cầu, làm giảm chí 11 vứt bỏ lưu lượng vượt ngưỡng nhằm mục đích thực thi sách phù hợp đường truyền 2.1.3.2 Tối ƣu hóa luồng lƣu lƣợng (Shaping): Các cơng cụ định hình lưu lượng (traffic-shaping TS) làm chậm gói tin gói khỏi router cho tốc độ truyền tổng thể không vượt giới hạn định nghĩa 2.1.4 Tắc nghẽn quản lý tránh tắc nghẽn: 2.1.4.1 Weighted Random Early Detection (WRED): WRED cung cấp khả tránh tắc nghẽn Kỹ thuật theo dõi tải lưu lượng mạng nhằm dự đoán tránh tắc nghẽn mạng, trái ngược với kỹ thuật quản lý tránh tắc nghẽn thường hoạt động để kiểm soát tắc nghẽn xảy 12 2.1.4.2 Class-based Weighted Fair Queuing (CBWFQ): CBWFQ chế quản lý chống tắc nghẽn phổ biến sử dụng ngày IOS Cisco CBWFQ cung cấp khả xếp lại gói tin, kiểm sốt độ trễ biên lõi mạng Bằng cách định trọng số khác cho lớp dịch vụ khác nhau, thiết bị switch router quản lý đệm băng thông cho lớp dịch vụ 2.1.4.3 Modified Deficit Round Robin (MDRR): Thiết bị router CRS-1, 12000 cung cấp chế xếp hàng gọi “Modified Deficit Round Robin” số line card Trên engine line card, chế xếp hàng “Deficit Round Robin” Sự khác biệt DRR MDRR vắng mặt hàng đợi độ trễ thấp line card DDR DRR/MDRR tương tự CBWFQ Với MDRR, số hàng đợi gọi hàng đợi ưu tiên cao đối xử khác biệt với 13 hàng đợi khác, Nó xử lý cách sử dụng chế độ ưu tiên nghiêm ngặt hay chế độ ưu tiên ln phiên Nó cung cấp tính giống hàng đợi độ trễ thấp CBWFQ 2.2 Thiết kế QoS router mạng IP/MPLS Vinaphone: 2.2.1 QoS router biên (7600): Bộ định tuyến biên thường lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ cho việc triển khai QoS định tuyến biên mạng có khả việc xử lý tắc nghẽn so với định tuyến lõi kết hợp giao thông cạnh liên kết truy cập băng thông thấp 2.2.1.1 QoS LAN card Cisco 7600: Giao diện card LAN router Cisco 7600 không hỗ trợ cấu hình Cisco Modular QoS CLI mà sử dụng cách gọi khác PFC-QoS (Policy-Feature-Card) việc quản lý chất lượng dịch vụ QoS thực phần cứng ASIC 14 Hình 2.1: Kiến trúc QoS router Cisco 7600 Tương ứng với khả module LAN trên, sơ đồ gồm hàng đợi (1 hàng đợi ưu tiên hàng đợi tiêu chuẩn) cần thiết Giao diện LAN Cisco 7600 sử dụng CoS để ánh xạ gói tin IP/MPLS đến hàng đợi 15 Bảng Ánh xạ lớp QoS đến hàng đợi ngưỡng 18 2 1p3q8t WSX6748GE-TX Q1T1 Q1T2 34 4 Q2T1 Q2T1 48 6 Q3T1 Q3T1 46 5 P P MPLS DSCP EXP CoS 1p7q8t WSX670410GE Q1T1 Q1T2 Chú thích Background Interactive Streaming, O&M, Network Management IP/MPLS Network Control Plane Conversational, Mobile Signaling/Synch/Control Bước gán trọng số băng thông WRR vào hàng đợi Hàng đợi không sử dụng gán băng thông không Những trọng số sau áp dụng cho hàng đợi khác ứng với line card khác 16 Bảng 2 Gán trọng số băng thông WRR Linecard Queue WRR weight Line card Queue Q1 WRR weight 2.2.1.2 35 WS-X6748-GE-TX Q1 Q2 Q3 35 15 WS-X6704-10GE Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 15 0 0 QoS card SIP-400: Tính QoS card SIP-400 kích hoạt Modular QoS CLI Như tên gọi nó, ta thấy QMC sử dụng để kích hoạt tính QoS Một mục tiêu MQC cung cấp tảng giao diện độc lập để cấu hình QoS thiết bị Cisco Để đạt tảng độc lập này, lệnh MQC xác định chức QoS, hành vi thực độc lập, thuật toán 17 Hình 2 QoS Cisco FlexWAN, SIP200/SIP400 2.2.2 QoS router lõi (CRS-1): 2.2.2.1 Chế độ đƣờng hầm DiffServ: Chế độ đường hầm DiffServ giới thiệu cách xử lý hop (PHB) mới, cho phép phân biệt QoS mạng nhà cung cấp Các chế độ đường hầm định nghĩ biên mạng, thông thường định tuyến PE chuyển đổi nhãn (LSRs) (ở đầu vào đầu ra) Có nhiều cách khác để khai CoS suốt mạng lưới cung cấp dịch vụ ngày Cách sử dụng nhiểu sử dụng phương thức đường hầm DiffServ MPLS Chuẩn RFC3270 mơ tả ba mơ hình khác Pipe Mode, Short Pipe Mode Uniform Mode 18 Pipe Short-Pipe mode thường sử dụng gói tin qua nhiều vùng DiffServ với sách QoS khác Với Pipe Short-Pipe mode, nhà cung cấp dịch vụ MPLS cung cấp QoS cho gói tin mà khơng sửa đổi thơng tin DiffServ (Mã hóa IP-Precedence/DSCP hay MPLS EXP) gói tin nhận Các chế độ hai cách tiêu chuẩn cung cấp QoS suốt đến tận đầu cuối Trong Uniform Mode, gói tin giả sử gửi qua miền DiffServ Như nhà cung cấp dịch vụ MPLS thay đổi thơng tin DiffServ gói tin nhận nhằm mục đích cung cấp QoS thích hợp cho Khi khỏi mạng nhà cung cấp dịch vụ, giá trị MPLS EXP chép xuống giá trị IP-Precedence trường DSCP Do nhà cung cấp thay đổi độ ưu tiên IPPre/DSCP gói tin khách hàng giá trị CoS khơng suốt 19 2.2.2.2 Cấu hình QoS P Router CRS-1: Mặc định, IOS XR không chép giá trị EXP đầu vào cho nhãn gói tin MPLS đầu đẩy gói tin ngồi Short Pipe Mode Mode mặc định Pipe Mode yêu cầu cấu hình đánh dấu “qos-group” đầu vào line card định tuyến Hình Ứng xử QoS Cisco CRS-1/XR 20 CHƢƠNG – KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ SAU KHI TRIỂN KHAI QOS TRONG MẠNG IP/MPLS TẠI VINAPHONE 3.1 Các phƣơng pháp đánh giá, đo kiểm kết triển khai QoS Việc đo kiểm hiệu suất mạng IP/MPLS chia thành bốn phần bản:  Phương pháp lấy mẫu: Chính xác lưu lượng đo kiểm ?  Phương pháp thu thập: Làm để thu thập lưu lượng lấy lẫu để so sánh?  Phạm vi đo kiểm: Cần ý thông số hiệu suất ?  Quan điểm đo kiểm: Là đứng từ quan điểm người sử dụng dịch vụ hay từ mạng ? Ba lựa chọn đo kiểm chủ yếu là:  Sử dụng SNMP 21  Sử dụng phần mềm NetFlow theo dõi mạng lưới  Sử dụng IP SLA Kết đạt đƣợc sau triển khai QoS 3.2 thực tiễn mạng IP-Core Vinaphone: Đo kiểm chất lượng dịch vụ cung cấp mạng tắc nghẽn Máy đo Máy đo PE mobile HN PE mobile HCM IPCORE VNP 1G 1G Máy đo Máy đo Hình 1: Sơ đồ đo kiểm Thử nghiệm đo kiểm cho thấy sau gán QoS vào interface luồng lưu lượng đảm bảo theo 22 cấu hình định trước Lưu lượng thuộc lớp ưu tiên có thơng số độ trễ, jitter tốt lớp khác 23 KẾT LUẬN Cùng với yêu cầu ngày tăng chất lượng đa dạng dịch vụ ngày trở nên rõ ràng nhằm cung cấp dịch vụ tốt nhất, thuận tiện cho khách hàng Nhu cầu sử dụng dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao dành cho thiết bị di động ngày phát triển Lưu lượng chạy mạng lõi IP ngày tăng, yêu cầu QoS ngày trở nên cấp thiết Trong khuôn khổ luận văn này, em mong muốn đưa vấn đề kiến trúc, nguyên lí thực tiễn áp dụng mạng lõi IP nhà mạng Vinaphone Đây kết trình học tập, tìm hiểu vấn đề qua thực tiễn triển khai tai mạng IPCore Vinaphone Tuy nhiên, trình độ thời gian có hạn, đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy giáo để hồn thiện thêm kiến thức 24 Về phương hướng phát triển, em mong muốn hoàn thiện đồ án phạm vi đầy đủ với việc tìm hiểu, nghiên cứu việc triển khai QoS tới tận biên mạng tỉnh, cụ thể router nhà cung cấp khác Cisco Huawei, Juniper, Ericsson ... triển khai QoS Trình bày kết đạt sau triển khai QoS thực tiễn mạng IP/ MPLS Vinaphone 3 CHƢƠNG - MẠNG IP/ MPLS VÀ VẤN ĐỀ QOS TRONG MẠNG DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan trạng mạng Vinaphone: Hiện mạng IP/ MPLS... phải triển khai QoS mạng IP- Core Vinaphone Trình bày mơ hình Diffserv IETF, khuyến nghị 3GPP QoS cho mạng IP/ MPLS mạng di động Chương 2: Trình bày thiết kế QoS mạng, hỗ trợ cấu hình QoS thiết bị... triển khai QoS mạng IP/ MPLS Vinaphone điều bắt buộc để hỗ trợ tốt dịch vụ triển khai mạng Bản luận văn tập trung nghiên cứu vấn đề QoS mạng di động, mơ hình QoS Diffserv IETF, chuẩn QoS mạng di