Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng mpls te và ứng dụng trong mạng cung cấp dịch vụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE ứng dụng mạng cung cấp dịch vụ TRẦN VĂN HỊA Hoa.TVCB170237@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật viễn thơng Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Tài Hưng Viện: Điện tử - Viễn Thông HÀ NỘI, 9/2020 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: TRẦN VĂN HÒA Đề tài luận văn: Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE ứng dụng mạng cung cấp dịch vụ Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số SV: CB170237 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 14/10/2020 với nội dung sau: - Sắp xếp lại thuật ngữ viết tắt theo thứ tự ABC - Bổ sung trích dẫn tài liệu tham khảo - Bổ sung kết luận chung Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2020 Tác giả luận văn PGS.TS Nguyễn Tài Hưng Trần Văn Hòa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh Mẫu 1c Lời cảm ơn Để hoàn thành luận văn, trước hết xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo tận tình hướng dẫn, giảng dạy tơi suốt trình học tập, nghiên cứu Viện Điện tử - Viễn Thông/ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tài Hưng hướng dẫn tận tình, chu đáo, giúp tơi hồn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng để thực hiện, song với kiến thức, kinh nghiệm thân, chắn tránh khỏi thiếu sót chưa thấy Tơi mong nhận dược ý kiến đóng góp thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Trần Văn Hịa Tóm tắt nội dung luận văn Ngày hầu hết dịch vụ Viễn thông, Công nghệ Thông tin sử dụng hạ tầng mạng IP để truyền tải, đòi hỏi chất lượng dịch vụ truyền tải phải đảm bảo tốc độ nhanh, không bị gián đoạn dịch vụ Công nghệ IP công nghệ sử dụng rộng rãi hiệu từ mạng Internet đời, có hạn chế định, thí dụ: chưa thể đáp ứng địi hỏi cao tốc độ chuyển mạch, khả hội tụ mạng thấp, cơng nghệ đời MPLS (Multiprotocol Label Switching), công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức với kỹ thuật điều khiển lưu lượng để đảm bảo tốc độ chuyển mạch nhanh, tối ưu đường lưu lượng mạng Với nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông, công nghệ thông tin lớn, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ, tối ưu lưu lượng mạng vấn đề lớn, đề cập xử lý xuyên suốt trình cung cấp dịch vụ cho người dùng Công nghệ MPLS với kỹ thuật điều khiển lưu lượng (MPLS – TE Traffic Engineering) đáp ứng nhu cầu tốc độ truyền tải cao, điều chỉnh lưu lượng mạng theo nhu cầu để tối ưu hệ thống mạng, đảm bảo độ hộ tụ dịch vụ để giảm thiểu gián đoạn thơng tin nhỏ Đề tài phân tích giải pháp kỹ thuật MPLS – TE để giải vấn đề tối ưu tài nguyên mạng (bằng kỹ thuật điều khiển hướng lưu lượng), giảm thời gian gián đoạn thông tin nhỏ (bằng chế bảo vệ, chuyển mạch lưu lượng có cố mạng), đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng quan trọng (bằng việc kết hợp QoS MPLS – TE) Cấu trúc luận văn gồm chương: Chương 1: Tổng quan về mạng NGN Chương 2: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Chương 3: Kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE Chương 4: Ứng dụng MPLS-TE mơ hình mạng NGN HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Trần Văn Hòa MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN 1.1 Khái niệm đặc điểm NGN 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Đặc điểm 1.2 Các công nghệ sử dụng NGN 1.2.1 Công nghệ truyền dẫn 1.2.2 Công nghệ mạng truy nhập 1.2.3 Công nghệ chuyển mạch 1.3 Kiến trúc NGN 1.3.1 Lớp truyền dẫn truy nhập 1.3.2 Lớp truyền thông 1.3.3 Lớp điều khiển 1.3.4 Lớp ứng dụng 1.3.5 Lớp quản lý 1.4 Các phần tử mạng NGN 1.4.1 Cổng phương tiện (MG – Media Gateway) 1.4.2 Bộ điều khiển (MGC – Media Gateway Controller) 1.4.3 Cổng báo hiệu (SG – Signaling Gateway) 1.4.4 Máy chủ (Media Server) 1.4.5 Application Server/ Feature Server 1.5 Các giao thức báo hiệu điều khiển mạng NGN 10 1.6 Kết luận chương 11 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS 12 2.1 Giới thiệu 12 2.2 Các thành phần MPLS 12 2.2.1 Router chuyển mạch nhãn (LSR) 12 2.2.2 Đường chuyển mạch nhãn (LSP) 12 2.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương 13 2.2.4 Tiêu đề MPLS 13 2.2.5 Chồng nhãn 14 2.3 Hoạt động MPLS 15 2.3.1 Mặt phẳng điều khiển 15 2.3.2 Mặt phẳng liệu 15 2.3.3 Hoạt động chuyển mạch 15 2.4 Phân phối nhãn 16 2.4.1 Giao thức phân phối nhãn (LDP) 17 2.4.2 Bảng sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB) 17 2.4.3 MPLS Payload 17 2.5 Ứng dụng MPLS 17 2.5.1 MPLS VPN 18 2.5.2 Kỹ thuật lưu lượng 18 2.5.3 Chất lượng dịch vụ 18 2.6 Kết luận chương 18 CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS-TE 19 3.1 Tổng quan điều khiển lưu lượng MPLS 19 3.1.1 Hoạt động định hướng lưu lượng định hướng tài nguyên 19 3.1.2 Kỹ thuật xếp lưu lượng 24 3.1.3 Tắc nghẽn điều khiển tắc nghẽn 25 3.1.4 Trung kế, luồng lưu lượng tuyến chuyển mạch nhãn 27 3.2 Các chế điều khiển lưu lượng 29 3.3 Các giao thức 31 3.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 31 3.3.2 Giao thức RSVP 34 3.3.3 Giao thức RSVP-TE 39 3.3.4 Giao thức CR-LDP 41 3.3.5 Giao thức IPSec 43 3.4 Tính tốn đường ràng buộc 46 3.4.1 Quảng bá thuộc tính liên kết 46 3.4.2 Tính tốn LSP ràng buộc 47 3.4.3 Giải thuật chọn đường 47 3.4.4 Ví dụ chọn đường cho trung kế lưu lượng 48 3.4.5 Tái tối ưu hóa 49 3.5 Kết luận chương 50 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MPLS-TE TRONG MẠNG NGN 51 4.1 Mơ hình khảo sát 51 4.2 Máy phát lưu lượng 52 4.3 Công cụ sử dụng 53 4.3.1 Máy phát TGN 53 4.3.2 Đánh giá chất lượng mạng NQR 54 4.4 Phân tích độ trễ, độ biến thiên trễ tổn thất gói tin 55 4.4.1 Mạng không cấu hình MPLS TE 55 4.4.2 Mạng cấu hình MPLS TE 55 4.4.3 Phân tích kết 56 4.5 Kết luận chương 58 KẾT LUẬN CHUNG 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc mạng NGN Hình 1.2 Phân lớp theo chức Hình 1.3 Sơ đồ ứng dụng dịch vụ Hình 1.4 Sơ đồ tổng quan phần tử mạng NGN Hình 1.5 Các giao thức báo hiệu điều khiển mạng NGN 10 Hình 2.1 Đường chuyển mạch nhãn (LSP) 12 Hình 2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC 13 Hình 2.3 Vị trí nhãn cấu trúc khung lớp 14 Hình 2.4 Kiến trúc MPLS 15 Hình 2.5 Hoạt động chuyển mạch nhãn 16 Hình 3.1 Sử dụng màu liên kết 21 Hình 3.2 Cách LSP sử dụng giao thức IGP 22 Hình 3.3 Sắp xếp lưu lượng LSR lối vào 24 Hình 3.4 Tắc nghẽn gây kỹ thuật chọn đường ngắn 26 Hình 3.5 Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng 27 Hình 3.6 FEC, trung kế lưu lượng LSP 27 Hình 3.7 Vị trí giao thức LDP giao thức MPLS 31 Hình 3.8 Thủ tục phát LSR lân cận 32 Hình 3.9 Tiêu đề LDP 33 Hình 3.10 Khn dạng tin LDP 34 Hình 3.11 Các thực thể hoạt động RSVP 35 Hình 3.12 Các tin Path Reservation 36 Hình 3.13 Bộ mô tả lưu lượng 37 Hình 3.14 Sử dụng đối tượng tin RSVP để hỗ trợ định tuyến 38 Hình 3.15 Thiết lập LSP với RSVP-TE 41 Hình 3.16 Thiết lập LSP CR-LD 43 Hình 3.17 IPSec làm việc với VPN tunnel để thiết lập kết nối riêng tư 44 Hình 3.18 IPSec gửi liệu cách sử dụng chế độ Tunnel Transport 46 Hình 3.19 Băng thơng khả dụng ứng với mức ưu tiên 47 Hình 3.20 Xem xét ràng buộc khống chế 48 Hình 3.21 Xem xét tài nguyên khả dụng 49 Hình 3.22 Lựa chọn đường tối ưu 49 Hình 4.1 Mơ hình mạng sử dụng MPSL TE 51 Hình 4.2 Mơ hình mạng máy phát lưu lượng 53 Hình 4.3 Biểu đồ so sánh độ trễ (Delay) sử dụng MPSL TE 56 Hình 4.4 Biểu đồ so sánh biến thiên trễ (Jitter) sử dụng MPSL TE 57 Hình 4.5 Biểu đồ so sánh tổn thất gói tin sử dụng MPSL TE 58 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh giao thức chủ/tớ ngang hàng 11 Bảng 3.1 Thuộc tính trung kế lưu lượng (hoặc LSP) 28 Bảng 4.1 Kết độ trễ, biến thiên trễ gói tin chưa có MPLS-TE 55 Bảng 4.2 Kết độ trễ, biến thiên trễ gói tin có MPLS-TE 55 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT AGW Access Gateway Cổng truy nhập AS Autonomous System Hệ thống tự trị ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DSP Digital Signal Processors Xử lý tín hiệu số DTH Direct To Home Dịch vụ truyền hình trả tiền DWDM Dense Wavelength Division Multiplex Cơng nghệ ghép nhiều bước sóng sợi quang FIFO First in first out Hàng đợi vào trước trước FQ fair queuing Hàng đợi công IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc nhiệm kỹ thuật Internet IPSec Internet Protocol Security Bộ giao thức bảo vệ liệu internet ISDN Integrated Services Digital Mạng số tích hợp đa dịch vụ LEO Low Earth Orbit Vệ tinh quỹ đạo thấp LSP Label Switch Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn MEO Medium Earth Orbit Vệ tinh quỹ đạo trung bình MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng phương tiện MGW Media Gateway Cổng phương tiện MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NQR Network Quality Reporter Đánh giá chất lượng mạng NGN Next-Generation Network Mạng hệ OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến theo đường ngắn PBX Private Branch Exchange Tổng đài nhánh riêng PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp cận đồng PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RGW Residental Gateway Cổng người dùng RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành riêng tài nguyên RTP Real Time Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng SG Signaling Gateway Cổng báo hiệu SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SS7 Signaling System #7 Giao thức báo hiệu số TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian TGN Trafic Generator Máy phát lưu lượng TGW Trunk Access Cổng trung kế truy nhập VoIP Voice Over Internet Protocol Thoại qua internet VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh quang theo bước sóng 3.3.5.4 Các chế độ Tunneling: Tunnel Transport Hình 3.18 IPSec gửi liệu cách sử dụng chế độ Tunnel Transport IPSec gửi liệu cách sử dụng chế độ Tunnel Transport Các chế độ có liên quan chặt chẽ đến loại giao thức sử dụng, AH ESP - Chế độ Tunnel: Trong chế độ Tunnel, tồn gói tin bảo vệ IPSec gói gói liệu packet mới, mã hóa thêm IP header Nó thường sử dụng thiết lập VPN site-to-site - Chế độ Transport: Trong chế độ Transport, IP header gốc cịn khơng mã hóa Chỉ có payload ESP trailer mã hóa mà thơi Chế độ Transport thường sử dụng thiết lập VPN client-to-site Đối với VPN, cấu hình IPSec phổ biến mà bạn thấy ESP với xác thực chế độ Tunnel Cấu trúc giúp lưu lượng truy cập Internet di chuyển bảo mật ẩn danh bên VPN tunnel qua mạng không bảo mật 3.4 Tính tốn đường ràng buộc 3.4.1 Quảng bá thuộc tính liên kết Bộ định tuyến đầu nguồn (head-end) trung kế phải nắm thông tin thuộc tài nguyên tất liên kết mạng để tính tốn đường LSP Điều đạt cách sử dụng giao thức định tuyến Link-State (như IS-IS hay OSPE) có kiểu giao thức quảng bá thông tin tất liên kết đến tất định tuyến Vì vậy, OSPF ISIS mở rộng để hỗ trợ MPLS-TE: - IS-IS có trường Type-Length-Value (kiểu 22 TLV) để đính kèm thơng tin thơng cáo PDU Link-State OSPF có định nghĩa thơng cáo Link-State (kiểu 10 LSA) Một định tuyến đầu nguồn nhận thơng cáo khơng biết topology mạng mà cịn biết thơng tin tài nguyên - 46 khả dụng liên kết Điều cần thiết để tính tốn đường thỏa mãn địi hỏi trung kế lưu lượng Hình 3.19 Băng thông khả dụng ứng với mức ưu tiên Các giao thức IGP quảng bá thuộc tính tài nguyên điều kiện kiện như: - Khi liên kết thay đổi trạng thái (ví dụ up,down…) - Khi lớp tài nguyên liên kết thay đổi tái cấu hình nhân công trường hợp băng thông khả dụng biến động qua mức ngưỡng đặt trước - Theo định kỳ (dựa vào timer), định tuyến kiểm tra thuộc tính tài nguyên quảng bá cập nhật thông tin - Khi tham gia thiết lập đường LSP thất bại 3.4.2 Tính tốn LSP ràng buộc LSP cho trung kế lưu lượng khai báo tĩnh tính tốn động Việc tính tốn xem xet tài nguyên khả dụng, thuộc tính liên kết trung kế khác (vì gọi tính tốn đường ràng buộc) Kết việc tính tốn tìm chuỗi địa IP đại diện cho chặng đường LSP đầu nguồn đầu đích trung kế lưu lượng Sau đó, thực báo hiệu LSP hoàn thành việc thiết lập đường giao thức báo hiệu cho MPLS RSVP-TE Tiến trình tính tốn đường đầu nguồn ln thực đầu nguồn trung kế lưu lượng kích hoạt do: - Một trung kế xuất Một trung kế tồn thiết lập LSP thất bại - Tái tối ưu hóa trung kế tồn 3.4.3 Giải thuật chọn đường Việc chọn đường cho trung kế lưu lượng sử dụng trọng số quản trị (TE cost) liên kết riêng biệt Trọng số quản trị metric IGP liên kết Giải thuật chọn đường theo bước sau: - Cắt bỏ liên kết có resuorce-class bị loại phép tính Affinity khỏi topology - Cắt bỏ liên kết khơng có đủ băng thơng dự trữ theo yêu cầu trung kế 47 - Chạy giải thuật Dijktra để tìm đường có tổng TE-cost nhỏ phần topoloy 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 Đường có hop nhỏ • Chọn lựa ngẫu nhiên Khi LSP tính xong, RSVP dùng để dành trước băng thông thực sự, để phối nhãn cho đường hồn thành việc thiết lập đường LSP 3.4.4 Ví dụ chọn đường cho trung kế lưu lượng Xét ví dụ chọn đường LSP cho trung kế lưu lượng (tunnel) thiết lập R1 (đầu nguồn) R6 (đầu đích) hình 3.18 u cầu trung kế lưu lượng sau: Băng thơng địi hỏi mức ưu tiên 30 Mbps Các bit Affinity lớp tài nguyên 0010 với mặt nạ 0011, tức thực kiểm tra hai bit thấp Liên kết R4-R3 cần loại trừ khỏi đường LSP, chuỗi bit resource-class đặt 0011 Khi bit Affinity lớp tài nguyên trung kế lưu lượng so sánh với bit resource-class không trùng nên liên kết R3-R4 bị loại (Error! Reference source not found 3.18) - Hình 3.20 Xem xét ràng buộc khống chế Tham số kiểm tra q trình tính tốn đường ràng buộc TE cost (trọng số quản trị) liên kết mà đường hầm khả qua Nếu không xét tài ngun đường R1-R4-R6 có tổng cost thấp 30 Tất đường khả thi khác có tổng cost cao Khi tài nguyên đưa vào tính tốn, thấy đường ngắn khơng có đủ băng thơng thỏa mãn địi hỏi trung kế lưu lượng (đòi hỏi 30 48 Mbps có 20 Mbps khả dụng) Kết R4-R6 bị loại khỏi phép tính đường LSP Hình 3.21 Xem xét tài nguyên khả dụng Sau loại bỏ liên kết khơng thỏa mãn địi hỏi trung kế lưu lượng, kết có hai đường LSP : R1-R2-R3-R6 R1-R5-R6 Cả hai đường khơng có tổng cost 40, để chọn đường phải giải luật “tiebreak” (Error! Reference source not found.) Hình 3.22 Lựa chọn đường tối ưu Trước tiên băng thông tối thiểu đường so sánh Sau so sánh, cịn hai đường chúng cung cấp 50 Mbps băng thơng Tiếp theo, luật số hop nhỏ đường LSP áp dụng Vì đường R1-R5-R6 có hop-count nhỏ nên cuối chọn q trình tính tốn ràng buộc kết thúc 3.4.5 Tái tối ưu hóa Các đặc trưng trạng thái mạng biến động theo thời gian Ví dụ tài nguyên trở nên khả dụng, tài nguyên bị lỗi kích hoạt, tài nguyên cấp phát thu hồi lại Do vậy, đường trung kế lưu lượng thiết lập tối ưu trước khơng cịn tối ưu Để trì mạng ln ln trạng thái tối ưu nhất, trung kế lưu lượng phải tái tối ưu hóa (reoptimization) 49 Tái tối ưu hóa thực theo chu kỳ Sau khoảng thời gian định, MPLS-TE thực kiểm tra đường tối ưu cho đường hầm LSP Nếu xuất đường cho LSP tốt đường dùng thì: - Bộ định tuyến đầu nguồn cố gắng báo hiệu thiếp lập LSP tốt Nếu thành công, thay đường LSP cũ đường LSP tốt Tái tối ưu hóa phải khơng gây sai hỏng dịch vụ Để thực điều này, đường LSP có phải trì LSP thiết lập xong chuyển trung kế lưu lượng từ đường cũ sang đường Sau đó, đường LSP cũ giải tỏa Khái niệm gọi “make before break” 3.5 Kết luận chương Nội dung chương trình bày tính năng, giao thức, chế hoạt động MPLS – TE: - Điều khiển lưu lượng: Sử dụng tunnel để điều chỉnh, cân tải lưu lượng đường truyền mạng, đảm bảo tận dụng tài nguyên mạng với hiệu suất cao, tránh trường hợp nghẽn đường truyền làm ảnh hưởng dịch vụ - Chọn đường chất lượng tốt nhất: Tính tốn thuộc tính vật lý đường truyền (delay, jiter, ) để chọn đường tốt - Khả hội tụ cao: Có chế dự phịng tốt, đảm bảo hội tụ nhanh có vấn đề xảy đường truyền, giúp cho không bị gián đoạn dịch vụ trình truyền lưu lượng 50 CHƯƠNG ỨNG DỤNG MPLS-TE TRONG MẠNG NGN 4.1 Mơ hình khảo sát Để đánh giá hiệu kỹ thuật lưu lượng MPLS TE, phạm vi luận văn, sử dụng sơ đồ cấu trúc mạng sau SƠ ĐỒ ỨNG DỤNG MPLS-TE/RSVP, IPSEC TRONG MẠNG THỰC TẾ CỦA CÁC SP NHÀ CUNG CẤP DỊCH VỤ IPSec + ACL P1_R1 P2_R2 BGP 65002 BGP 65001 e0/1 CE1_R7 e0/0 e0/0 e0/3 e0/1 eBGP e0/2 P3_R3 e0/0 CE2_R8 PE2_R6 s2/0 s2/0 MPLS TE/RSVP CE3_R9 e0/3 e0/0 e0/0 eBGP e0/1 e0/2 P4_R4 e1 e0/1 KHÁCH HÀNG OSPF e0/1 MPLS OSPF BGP 65000 PE1_R5 e0/0 e0/0 e0/1 e0/0 KHÁCH HÀNG OSPF CE4_R10 Truyền hình Truyền hình IP Phone IP Phone SW-1 SW-2 Máy tính Máy tính Hình 0.1 Mơ hình mạng sử dụng MPSL TE Với sơ đồ trên, ta sử dụng 06 router đóng vai trò mạng chuyển mạch nhà cung cấp dịch vụ có vùng tự trị riêng biệt (Autonomous System – AS) Trong đó: Các router P1, P2, P3, P4 router chuyển mạch lõi; hai router PE1 PE2 đóng vai trị thiết bị định tuyến lớp biên kết nối với vùng AS nhà cung cấp dịch vụ khác Các thiết bị định tuyến miền nhà cung cấp sử dụng định tuyến động OSPF với vai trò giao thức định tuyến nội vùng, router P PE vùng OSPF (area 0), PE CE (CE2 CE4) vùng OSPF 1, (area 1, 2) Các router biên kết nối liên vùng tự trị giao thức BGP, PE1 – CE1 PE2 – CE3 Giao thức OSPF khơng thích hợp cho kết nối liên vùng khả thiết lập sách (policy) hạn chế miền hoạt động lớn, thay vào ta sử dụng giao thức BGP Khi router biên, ta thực quảng bá tuyến đường nội vùng vào miền BGP Cụ thể, vùng nhà cung cấp dịch vụ, sử dụng OSPF giao thức định tuyến nội, sử dụng BGP với AS 65000 Với vùng khách hàng CE1 sử dụng BGP với AS 65001, vùng CE3 sử dụng AS 65002 Định tuyến AS sử dụng eBGP CE1PE1, CE3-PE2, kết hợp với redistribute để cho router toàn mạng học tuyến 51 Mạng chuyển mạch lõi cấu hình MPLS sẵn sàng triển khai VPN, QoS, TE cho phù hợp yêu cầu khách hàng Sau khai báo kênh truyền với băng thông cố định, sử dụng định tuyến theo sách (Policy-based routing – PBR) để chuyển tiếp luồng liệu CE2 CE4 Vùng khách hàng sử dụng ba loại lưu lượng chính, thường dùng Video, Voice Data; sử dụng chế QoS Integrated Services (IntServ) giao thức dự trữ tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) kết hợp với MPLS-TE Trong lưu lượng muốn ưu tiên từ e0/0 NQR R11 qua R5R3-R4-R6 tới e0/1 R11 Trên đường router dự trữ băng thơng 1Mbps cho lưu lượng này, sử dụng RSVP kết hợp với MPLS-TE Triển khai 01 đường hầm IPsec từ R7 tới R9, sử dụng giao thức: AH, DES, MD5, RSA, DH1 giao thức Ipsec Ngoài để lọc liệu qua đường hầm bảo mật, em sử dụng ACL R7 R9 để lọc cho dải mạng LAN R7 R9 qua đường hầm Ipsec Mơ hình có hai đối tượng khách hàng riêng biệt - Hệ thống mạng khách hàng thứ gồm hai site thuộc nhà cung cấp dịch vụ khác với AS khác, cụ thể router CE1 CE3, CE1 kết nối tới PE1, CE3 kết nối tới PE2 Để đảm bảo tính bảo mật tồn vẹn đường truyền, hai site mạng khách hàng kết nối với qua đường VPN dùng IPsec Cụ thể, mạng LAN hai site khách hàng khơng quảng bá ngồi (ra môi trường Internet đơn giản mạng WAN router CE), router khách hàng tìm thấy mạng WAN Khi người quản trị mạng khách hàng thiết lập đường hầm ảo (tunnel) sử dụng giao thức IPsec với khả mã hóa, xác thực dùng khóa (key) bí mật xác định trước Sau đường hầm thiết lập hai router CE, người quản trị định tuyến truyền tải liệu site qua đường hầm Các gói tin truyền tải qua mạng nhà cung cấp dịch vụ mà đảm bảo tính bảo mật, tồn vẹn - Đối tượng khách hàng thứ hai có thiết bị CE2 CE4 nằm hoàn toàn mạng lưới nhà cung cấp dịch vụ Tuy nhiên, yêu cầu chất lượng đường truyền cho dịch vụ đa phương tiện, phải cấu hình MPLS TE để đảm bảo băng thơng cho khách hàng 4.2 Máy phát lưu lượng Máy phát lưu lượng router đặc biệt sử dụng để kiểm tra chất lượng dịch vụ hệ thống thiết bị hãng Cisco Các máy phát lưu lượng sử dụng để tạo luồng liệu khác với giao thức khác TCP, UDP lưu lượng IP Máy phát lưu lượng tạo luồng dịch vụ thực tế thoại, video, web, truyền tập tin, lưu lượng quản lý mạng Nó tạo hay nhiều luồng truy cập thời điểm, từ mơ lại thời điểm bùng nổ lưu lượng truy cập gây tắc nghẽn mạng lưới Trong luận văn này, sử dụng máy phát để tạo luồng lưu lượng UDP ngẫu nhiên tăng dần tốc độ gói, luồng liệu đại diện cho lưu lượng mạng biến đổi thực tế 52 Trong mơ hình mạng trên, sử dụng TGN để phát lưu lượng NQR sử dụng để đo lường độ trễ, biến thiên độ trễ tỷ lệ gói Cách thức tiến hành sử dụng TGN, NQR trình bày phần Hình 0.2 Mơ hình mạng máy phát lưu lượng Các kết nối router P PE đường Ethernet có tốc độ 10Mbps trừ kết nối P3-P4 có tốc độc 2Mbps Vì vậy, khơng sử dụng MPLS TE, tất luồng liệu từ PE1  PE2 theo đường P1-P2 Ta cấu hình đường hầm TE có băng thơng 1Mbps theo đường P3-P4 Chúng ta bổ sung thêm máy phát lưu lượng TGN1  TGN4 có nhiệm vụ tạo lưu lượng mạng khảo sát Các máy phát TGN phát luồng liệu có điểm đích router hướng truyền PE1-P1-P2PE2 Máy đo NQR thay hai router CE2 CE4, có nhiệm vụ phát thu lại luồng liệu tạo ra, từ kiểm tra chất lượng dịch vụ đường hầm MPLS TE Chúng ta thực đo hai trường hợp: Không sử dụng đường hầm MPLS TE có sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng NQR mạng chuyển mạch lõi 4.3 Công cụ sử dụng 4.3.1 Máy phát TGN TGN (Trafic Generator) hệ điều hành liên mạng (IOS) máy phát lưu lượng truy cập Cisco Nó sử dụng để tạo luồng lưu lượng khác Để tạo lưu lượng truy cập, TGN yêu cầu người dùng phải cung cấp địa lớp lớp mà thiết bị định tuyến mạng dùng để chuyển tiếp gói tin Ngồi ra, ta thay đổi cổng nguồn đích giao thức TCP/UDP cho luồng lưu lượng khác Trong luận văn này, tạo dòng lưu lượng từ máy phát TGN khác làm lưu lượng mạng Đây dòng lưu lượng liên tục 53 có chu kỳ q trình tạo gói tin Kích thước gói tin trì chiều dài 1000 byte cịn tải lưu lượng trì với gói liệu giây (PPs) Tốc độ PPs tăng dần từ 300 PPs đến 3000 PPs Kết thống kê thời điểm tốc độ bội 300 PPs Quá trình tăng PPs khơng diễn tự động mà khai báo lần Khi luồng lưu lượng IP dừng lại để cấu hình lại tốc độ gói khởi động lại để lấy kết Sau lệnh sử dụng máy phát lưu lượng Cisco TGN để tạo lưu lượng truy cập tảng TGN#tgn TGN(TGN:OFF,Vo0:none) #ethernet 0/0 TGN(TGN:OFF,Vo0:none) #add udp TGN(TGN:OFF,E0/0:1/1)#l2-src-addr xxxx.xxxx.xxxx TGN(TGN:OFF,E0/0:1/1)#l3-src-addr x.x.x.x TGN(TGN:OFF,E0/0:1/1)#l3-dest-addr x.x.x.x TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1) #l4-dest-port random to 1023 TGN(TGN:OFF,E0/0:1/1)#rate 300 TGN(TGN:OFF,E0/0:1/1)#length 1000 TGN(TGN:OFF,E0/0:1/1)#START 4.3.2 Đánh giá chất lượng mạng NQR Thiết bị đánh giá chất lượng mạng NQR (Network Quality Reporter) hệ điều hành IOS đơn giản dựa công cụ TGN NQR sử dụng để đo lường chất lượng mạng cách tạo lưu lượng truy cập Các tham số đo lường bao gồm độ trễ, biến thiên độ trễ tỷ lệ gói tin Một giao diện router sử dụng để truyền lưu lượng truy cập giao diện sử dụng để bắt lưu lượng truy cập NQR hỗ trợ giao thức UDP, TCP, ICMP, IP, IGMP Chúng ta tạo dòng lưu lượng UDP để lấy kết giao thức UDP sử dụng cho truyền tải lưu lượng âm video lớp vận chuyển Giá trị độ trễ, biến động trễ, tỷ lệ gói đo bước tăng lưu lượng truy cập (lưu lượng mà TGN phát trên) bội số 3000 PPs Trong NQR, gói tin trì kích thước 100 byte tốc độ gói trì 125 PPs lưu lượng trở lưu lượng Sau lệnh cấu hình để đo lường độ trễ, biến động trễ gói TGN#nqr TGN(NQR:OFF,Vo0:none)#add udp TGN(NQR:OFF,Vo0:1/1)#ethernet 0/0 TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1) #ethernet 0/1 capture on TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1) #l3-src-addr x.x.x.x TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1) #l3-dest-addr x.x.x.x TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1) #l4-dest-port random to 1023 54 TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1) #rate 125 TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1)#length 100 TGN(NQR:OFF,E0/0:1/1)#START 4.4 Phân tích độ trễ, độ biến thiên trễ tổn thất gói tin 4.4.1 Mạng khơng cấu hình MPLS TE Trong trường hợp thứ nhất, khơng cấu hình MPLS TE nên tồn gói tin định tuyến theo đường PE1-P1-P2-PE2, kể gói tin tạo máy đo NQR Kết độ trễ, biến thiên trễ, mát gói tin thể bảng sau Bảng 0.1 Kết độ trễ, biến thiên trễ gói tin chưa có MPLS-TE PPS Delay Jitter Packet Loss 300 0.000362 0.000558 01/8042 600 0.000634 0.001146 10/8004 900 0.022849 0.009695 1279/8245 1200 0.024327 0.010467 1262/8498 1500 0.024321 0.010597 1313/8514 1800 0.023823 0.010010 1197/7917 2100 0.023651 0.009888 1219/8233 2400 0.024382 0.010375 1201/8171 2700 0.023859 0.010068 1200/8149 3000 0.023557 0.009787 1270/8283 4.4.2 Mạng cấu hình MPLS TE Trong trường hợp thứ hai, sử dụng kỹ thuật MPLS TE để tạo đường hầm cho phép gói tin tạo NQR qua Khi lưu lượng định tuyến đường cũ P1-P2, gói tin đường hầm TE qua P3-P4 Chúng ta có kết đo sau: Bảng 0.2 Kết độ trễ, biến thiên trễ gói tin có MPLS-TE PPS Delay Jitter Packet Loss 300 0.003965 0.000592 01/8077 600 0.003991 0.000539 01/8452 55 900 0.004135 0.000805 01/8043 1200 0.004218 0.001011 01/8139 1500 0.004331 0.000902 01/8640 1800 0.004124 0.000710 01/8354 2100 0.004154 0.000853 01/8310 2400 0.004153 0.000737 01/7535 2700 0.004179 0.000844 01/8256 3000 0.004131 0.000686 01/8503 4.4.3 Phân tích kết Để phân tích kết quả, tập hợp giá trị độ trễ, biến thiên độ trễ, gói từ trường hợp tiến hành so sánh để rút nhận xét * Độ trễ: Hình 0.3 Biểu đồ so sánh độ trễ (Delay) sử dụng MPSL TE Từ biểu đồ trên, ta rút nhận xét sau: - Đối với trường hợp khơng cấu hình MPLS TE: Khi PPs cịn thấp (300600) lưu lượng từ máy phát TGN chưa chiếm hết băng thông kết nối mạng, độ trễ gói tin khơng đáng kể Tuy nhiên, PPs máy phát TGN tăng, lưu lượng chiếm hết băng thông nên độ trễ gói tin lưu lượng đo tăng vọt, biểu thị cho chất lượng dịch vụ bị ảnh hưởng 56 - Đối với trường hợp có cấu hình MPLS TE, ta dễ dàng nhận thấy dù PPs lưu lượng có biến thiên độ trễ gói tin gần không đổi Điều quan trọng cho chất lượng luồng dịch vụ đa phương tiện * Biến thiên trễ Hình 0.4 Biểu đồ so sánh biến thiên trễ (Jitter) sử dụng MPSL TE Với giá trị biến thiên độ trễ, có mơ hình kết tương tự với giá trị độ trễ Với trường hợp có đường hầm TE, giá trị jitter gần khơng đổi Cịn với trường hợp khơng cấu hình MPLS TE, giá trị biến thiên độ trễ bị ảnh hưởng lưu lượng đường truyền băng thơng đường truyền bị chiếm giá trị tăng mạnh trì mức cao * Tổn thất gói tin 57 Hình 0.5 Biểu đồ so sánh tổn thất gói tin sử dụng MPSL TE Từ bảng kết sơ đồ trên, ta thấy với MPLS TE, tỷ lệ rớt gói gần 0, cịn với khơng sử dụng MPLS TE, tỷ lệ rớt gói đáng kể 4.5 Kết luận chương Từ số liệu thu độ trễ, biến thiên độ trễ, tổn thất gói tin, thấy với mơ hình mạng thông thường, tăng tốc độ phát lưu lượng giá trị tăng theo Với mạng MPLS TE, tốc độ phát lưu lượng tăng độ trễ, biến thiên trễ, tổn thất gói tin khơng thay đổi, đặc biệt tổn thất gói tin không xảy Điều yếu tố tiên cho truyền tải dịch vụ đa phương tiện Kỹ thuật lưu lượng MPLS TE có ý nghĩa vơ thiết thực người quản trị mạng lưới nhà cung cấp dịch vụ 58 KẾT LUẬN CHUNG Trong luận văn, ba chương đầu, giới thiệu lý thuyết chung mạng NGN, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE ứng dụng MPLS-TE mạng NGN Tại chương bốn, chương trọng tâm luận văn, sâu vào công nghệ MPLS-TE Sử dụng công cụ mô hệ thống mạng để xây dựng mơ hình mạng mơ thực tế, tiến hành phân tích, đánh giá hiệu kỹ thuật MPLS-TE qua tham số độ trễ, biến thiên trễ tổn thất gói tin mơ giả lập Kết phân tích cho thấy: Với mơ hình mạng thông thường, tăng tốc độ phát lưu lượng giá trị tăng theo Với mạng MPLS TE, tốc độ phát lưu lượng tăng độ trễ, biến thiên trễ, tổn thất gói tin không thay đổi, đặc biệt tổn thất gói tin khơng xảy Điều yếu tố tiên cho truyền tải dịch vụ đa phương tiện 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạng Viễn ThôngHọc viện Cơng nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2007 [2] Hồng Trọng Minh Chuyên đề định tuyến [3] ThS Nguyễn Mạnh Cường Giải pháp định tuyến QoS Tạp chí Cơng nghệ thơng tin & Truyền thông, 2006 [4] Nguyễn Quý Hiền Mạng viễn thông thếhệsau NXB Bưu Điện [5] Đinh Đức Anh Vũ Data Communication and Computer Networks [6] Luc De Ghein, MPLS Fundamentals, Cisco Press, 2006 [7] Santiago Alvarez, QoS for IP/MPLS Networks, Cisco Press, 2006 [8] Azhar Shannir Khan & Bilal Afzal, MPLS VPNs with DiffServ-A QoS Performance study, Halmstad University, 2011 Lancy Lobo & Umesh Lakshman, Cisco-MPLS Configuration on Cisco IOS Software, Cisco Press, 2005 Traffic Engineering with MPLS, By Eric Osborne CCIE #4122, Ajay Simha [10] CCIE #2970 [9] [11] Cisco Systems Learning (2006), Implementing Cisco MPLS, Cisco Systems [12] Nichols, Definition of the Differentiated Services (DS Field) in the IPv4 and IPv6 headers, RFC2474, 1998 Le Faucheur & L.Wu & S Davari & P Vaananen & R Krishnan & P [13] Cheval & J.heinanen & Multi-Protocol Label Switching (MPLS) Support of Differentiated Services, RFC 3270, 2002 [14] V Jacobson & K Nichols & Cisco Systems & K Poduri & Bay Networks & An Expedited Forwarding PHB, www.ietf.org, 1999 60 ... CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS- TE 3.1 Tổng quan điều khiển lưu lượng MPLS 3.1.1 Hoạt động định hướng lưu lượng định hướng tài nguyên Kỹ thuật lưu lượng (TE - Traffic Engineering) trình điều. .. CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS- TE 19 3.1 Tổng quan điều khiển lưu lượng MPLS 19 3.1.1 Hoạt động định hướng lưu lượng định hướng tài nguyên 19 3.1.2 Kỹ thuật xếp lưu lượng ... tác giả luận văn: TRẦN VĂN HÒA Đề tài luận văn: Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS- TE ứng dụng mạng cung cấp dịch vụ Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số SV: CB170237 Tác giả, Người