LƯU LƯỢNG MPLS - TE
3.1 Lựa chọn công cụ mô phỏng
Sử dụng phần mềm mô phỏng NS-2 (Network Simulator 2), một phần mềm mô phỏng sự kiện rời rạc trong lĩnh vực mạng gói được rất nhiều các nhà khoa học tại các trường đại học trên toàn thế giới sử dụng, nghiên cứu và phát triển.
3.1.1 Kiến trúc NS-2, C++ và OTcl
Phần mềm mô phỏng NS-2 thực thi mô phỏng sự kiện rời rạc chủ yếu với hoạt động của mạng gói IP. NS-2 sử dụng hai tập ngôn ngữ lập trình là ngôn ngữ kịch bản (Tcl -Tool Command Language) và ngôn ngữ lập trình hệ thống C/C++ với sự tương tác và phân chia nhiệm vụ giữa hai ngôn ngữ này. NS-2 có kiến trúc bao gồm ba thảnh phần chủ chốt là:
- Bộ lập lịch sự kiện (Event Scheduler Objects)
- Bộ các thành phần mạng (Network Component Objects)
- Bộ các module thiết lập mạng (Network Setup Helping Modules)
Nguyên tắc hoạt động của NS-2 dưới góc độ người sử dụng bao gồm những công đoạn sau đây: người dùng sử dụng ngôn ngữ lập kịch bản hướng đối tượng Otcl để khởi tạo và thiết lập một mạng mô phỏng, topo mạng, các thành phần mạng, các liên kết và các node, sau cùng là một trình tự sự kiện xảy ra trong mạng, tất cả công việc đó được lưu trong một đoạn mã nguồn OTcl. Sau đó đoạn mã nguồn này được thực hiện biên dịch bằng bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng 00 để trích suất ra kết quả mô phỏng của cả chương trì nh. Trong quá trình thực hiện biên dịch, bộ biên dịch truy xuất các module của thư viện mô phỏng NS-2 nhằm thực thi các tác vụ cần thiết đã vạch ra trong mã nguồn ban đầu.
Hình 3.1: Nguyên tắc hoạt động của NS-2 dưới góc độ người dùng Mã nguồn Otcl được đưa vào biên dịch và thực hiện mô phỏng cùng ngôn ngữ lập trình hệ thống C/C++, trích xuất là kết quả mô phỏng. Kết quả này bao gồm tập tin mô hình hóa và tập tin dấu vết Traceíĩle (*.nam và *.tr) có thể được thể hiện bởi các phần mềm đọc kết quả như NAM, XGraph và TraceGraph, hoặc có thể được sử dụng để tính toán bởi các phần mềm nhúng AWK.
3.1.2 Kiến trúc module MNS v2.0
Module MNS là một module thư viện của NS-2, hỗ trợ NS-2 mô phỏng các công nghệ kỹ thuật, ứng dụng của MPLS. Phiên bản MNS v2.0 hỗ trợ chuyển tiếp MPLS, LDP, CR-LDP, và thiết lập các CR-LSP/ER-LSP phục vụ ứng dụng nâng cao MPLS- TE của MPLS. Phiên bản MNS mới nhất là v2.0 chỉnh sửa, bổ sung thêm giao thức RSVP-TE. Các tác vụ chính của các thành phần trong kiến trúc của module MNSv2.0 như sau:
- Chuyển tiếp MPLS, bao gồm thêm nhãn, tráo đổi nhãn, gỡ nhãn, tinh chỉnh trường TTL, hỗ trợ gỡ nhãn ở chặng cuối PHP
- LDP, hỗ trợ tất cả các loại bản tin LDP (Label-Request, Label-Mapping, Withdraw, Release, Notification) - CR-LDP, hỗ trợ tất cả các loại bản tin CR-LDP
- RSVP-TE, hỗ trợ tất cả các loại bản tin RSVP-TE (Path, Resv, PathErr...) (chỉ có trong module MNSv2.0 đã chỉnh sửa)
-- - -► DTcl Bộ biên dịch Tcl mớ rộng Mã
nguồn
lường đối tượng ¡301
DTcl 11
thương trinh mô phóng
2
f_
Thư viện mô phóng NS-Z
Bộ lặp lịch sự kiện 'Event Scheduler)
Bộ thành phẩn mạng ;Network Component)
Bộ module trợ giúp cái đặt Iiạriy ; Network Setup helping Modules)
- RSVP-TE Hellos, hỗ trợ các loại bản tin RSVP-TE Hello (chỉ có trong module MNSv2.0 đã chỉnh sửa) - Hỗ trợ phân biệt dịch vụ QoS bằng việc xử lý trường EXP trong khung MPLS
3.2Mô phỏng và khảo sát các thuật toán điều khiển lưu lượng, bảo vệ và khôi phục đường trong kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE
Thực hiện mô phỏng 1 mạng IP thông thường không có hỗ trợ MPLS để làm cơ sở đánh giá những ưu và nhược điểm của kỹ thuật lưu lượng MPLS với các kỹ thuật lưu lượng khác.
Mô phỏng mạng sử dụng kỹ thuật định tuyến ràng buộc trong MPLS để hiểu rõ hơn về qui trình thực hiện kỹ thuật lưu lượng MPLS qua đó cũng thể hiện ưu điểm của kỹ thuật lưu lượng trong MPLS so với các kỹ thuật lưu lượng khác.
Ngoài ra, nội dung mô phỏng và khảo sát còn tập chung vào thực hiện mô phỏng một số cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS.
Quá trình mô phỏng thực hiện các công việc sau:
1. Mô phỏng hoạt động của mạng IP, thuật toán định tuyến ràng buộc trong MPLS, các mô hình bảo vệ khôi phục đường: makam, haskin, simple-dynamic, shortest- dynamic, simple-static.
2. Khảo sát và vẽ đồ thị thông lượng theo thời gian của lưu lượng 3. Khảo sát tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ của từng mô hình
4. Khảo sát độ trễ toàn trình trung bình của lưu lượng trong từng mô hình 5. Đưa ra các đánh giá và phân tích tổng họp kết quả mô phỏng
6. Đề xuất một số giải pháp lựa chọn mô hình bảo vệ, khôi phục đường
3.2.1 Chuẩn bị công cụ mô phỏng
Quá trình Mô phỏng và khảo sát các thuật toán điều khiển lưu lượng, bảo vệ và khôi phục đường trong kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE được sinh viên thực hiện hoàn toàn trên phần mềm NS-2 và một số các phần mềm biên dịch kết quả mô phỏng của NS-2 như NAM, TraceGraph, XGraph, một số đoạn mã nguồn nhúng khác.
Trong đồ án, để thuận tíận cho việc mô phỏng và đánh giá các bài mô phỏng đều thống nhất sử dụng topology gồm 9 node định tuyến/chuyển mạch được đặc tả như trong hình 3.2 sau:
Hình 3.2: Topology vật lý mạng thực hiện việc mô phỏng Các liên kết giữa các node có băng thông được đặc tả trong hình vẽ 3.2, bao gồm các tốc độ 1Mbps, 2Mbps, 3Mbps với độ trễ lan truyền tương ứng là 30ms, 30ms, lOms.
Trước khi chuyển sang phần thực hiện mô phỏng, ta hãy trở lại với các tham số được đo kiểm trong quá trình mô phỏng:
- Khảo sát và vẽ đồ thị thông lượng theo thời gian của lưu lượng - Khảo sát tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ của từng mô hình
- Khảo sát độ trễ toàn trình trung bình của lưu lượng trong từng mô hình Cơ sở và cách thức để tiến hành đo kiểm các tham số này như sau:
Đồ thị lưu lượng theo thòi gian : được vẽ dựa trên việc đo kiểm băng thông nhận được tại node tiếp nhận lưu
lượng R8 trong suốt thời gian mô phỏng. Việc này được thực hiện trong mã nguồn OTcl bằng một hàm đo kiểm băng thông với chu kỳ xác định. Các dạng đồ thị được sinh viên vẽ với chu kỳ đo kiểm là o.ls (100ms) nhằm tạo dạng đồ thị một cách trực quan nhất, tuy nhiên khi tính toán tham số thời gian ngưng dịch vụ, sinh viên sử dụng chu kỳ đo kiểm là 0.0Is (10ms) nhằm đạt kết quả có độ chính xác cao nhất.
Tỷ lệ mất gói trong thòi gian hội tụ : được đo kiểm bằng hiệu số giữa số gói nhận được tại node thu R8 và số gói
Đối với mô hình mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS, và mô hình định tuyến ràng buộc trong mạng MPLS, sự mất gói tin gây ra do lượng băng thông khả dụng trên các đường không đáp ứng được nhu cầu băng thông cho các luồng lưu lượng. Nên đã xảy ra sự tắc nghẽn tại các node trên đường truyền. Ngoài ra không ngoại trừ một số nguyên nhân khác như mất gói do tràn hàng đợi, và mất gói do quá tải xử lý của node.
Đối với các mô hình bảo vệ và khôi phục đường nguyên nhân gây mất gói tin do đường làm việc gặp sự cố và mô hình bảo vệ, khôi phục phải thực thi quá trình hội tụ để tiếp tục đưa lưu lượng đến đích bằng tài nguyên dự phòng. Do trong mạng không có một luồng lưu lượng nào khác và cũng không xảy ra tắc nghẽn tại bất kỳ một liên kết hay một node nào, do đó có thể loại trừ khả năng mất gói do các nguyên nhân khác như mất gói tràn hàng đợi, mất gói do quá tải xử lý của node...
Độ trễ toàn trình trung bình : của lưu lượng được đo kiểm bằng một hàm tính toán các tham số trong traceíĩle
trích xuất bởi NS-2, cụ thể là đo kiểm hiệu số trung bình giữa giá trị cột ‘time’ khi cặp cột ‘event, fromnode’ có giá trị ‘+’ và ‘0’ và giá trị cột ‘time’ khi cặp cột ‘event, to node’ có giá trị ‘r’ và ‘10’. Chi tiết về các trường trong traceíĩle của NS-2 sẽ được trình bày trong phần phụ lục.
3.2.3 Mô phỏng mô hình mạng IP không hỗ trợ MPLS a. Kịch bản mô phỏng
Topology mạng được thiết lập như hình 3.2. Trong đó tất cả các node mạng đều là các router thông thường không có hỗ trợ MPLS được đặt tên tưomg ứng từ RO đến R8.
Có 2 nguồn lưu lượng là srcl và src2 được gắn vào RO, mỗi nguồn lưu lượng có tốc độ 0.8Mbps và kích thước gói tin là 600 byte. Tương ứng với 2 nguồn lưu lượng srcl và src2 là 2 đích lưu lượng sỉnkl và sỉnk2 gắn tại R8.