Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lƣu lƣợng có thể phân biệt theo hai hƣớng sau:
- Hƣớng lƣu lƣợng
- Hƣớng tài nguyên
Các mục tiêu hƣớng lƣu lƣợng liên quan đến tăng cƣờng QoS cho các luồn lƣu lƣợng. Trong mô hình đa lớp (dịch vụ best-effort), các mục tiêu này gồm: giảm thiểu mất gói và độ trễ, tăng cƣờng tối đa thông lƣợng và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vị. Các mục tiêu hƣớng lƣu lƣợng bị chặn thống kê ( nhƣ thay đổi độ trễ đỉnh-đỉnh, tỉ lệ mất gói, trễ truyền tối đa) cũng rất hữu ích trong mô hình phân biệt.
Các mục tiêu hƣớng tài nguyên liên quan đến việc tối ƣu hóa sử dụng tài nguyên. Băng thông là một tài nguyên cốt yếu của mạng, do đó chức năng trọng tâm của kỹ thuật lƣu lƣợng là quản lý hiệu quả tài nguyên băng thông.
4.3.2 Bài toán nghẽn
Nghẽn thƣờng xuyên xảy ra theo hai cách nhƣ sau:
- Khi bản thân các tài nguyên mạng không đủ để cung cấp cho tải yêu cầu
- Khi các dòng lƣu lƣợng đƣợc ánh xạ không hiệu quả lên các tài nguyên, làm cho một số tập hợp con tài nguyên quá tải trong số khác nhàn rỗi.
Có thể giải quyết nghẽn bằng cách cách:
- Tăng dung lƣợng hoặc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn cổ điển (giới hạn tốc độ, điều khiển luồng…)
- Dùng kỹ thuật lƣu lƣợng nếu nghẽn là do cấp phát tài nguyên chƣa hiệu quả. Đối tƣợng giải quyết của kỹ thuật lƣu lƣợng là nghẽn kéo dài chú không phải là nghẽn nhất thời bùng phát lƣu lƣợng.
4.4 Giao thức phân phối nhãn RSVP
Giao thức RSVP dùng để xác định một đƣờng TE còn tồn tại trên mạng hay không trƣớc khi sử dụng chúng. Thực tế kết nối trên mạng có thể đứt bất kỳ lúc nào, do đó để chắc chắn 1 LSP tồn tại thì ta cần dùng RSVP để báo hiệu. RSVP sử dụng 2 bản tin để báo hiệu là PATH và RESV. PATH là bản tin gửi từ đầu đến cuối TE, trong khi RESV đƣợc gửi từ cuối đến đầu TE đê xác định rằng đƣờng TE đó vẫn tồn tại.
69
Hình 4-1: Hoạt động của giao thức phân phối nhãn RSVP [3]
4.5 Kỹ thuật tái định tuyến nhanh FRR
Khi mất kết nối trên mạng giao thức định tuyến thông thƣờng sẽ mất thời gian để hội tụ lại mạng, nếu mạng càng lớn thì thời gian hội tụ càng lâu. Trong kho ảng thời gian mạng đang hội tụ lại thì toàn bộ lƣu lƣợng đi qua kết nối đó sẽ bị hủy và gây gián đoạn dịch vụ. Một ứng dụng quan trọng của TE là việc tái định tuyến nhanh FRR, nó giúp cho mạng IP tái định tuyến khi có kết nối bị đứt nhanh hơn nhiều lần so với phƣơng pháp truyền thống. Một bài toán cụ thể áp dụng FRR sẽ đƣợc đề cập ở chƣơng sau.
70
CHƢƠNG 5: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA MẠNG MAN HÀ NỘI VỚI MPLS TE
Căn cứ trên yêu cầu cần xây dựng phƣơng án giảm thiểu tối đa thời gian hội tụ của mạng theo tiêu chuẩn của VNPT (<50ms) trên các vòng MAN Ring của Hà Nội, Đà Nẵng và TP HCM. Em đề xuất giải pháp sử dụng MPLS TE Fast Reroute để đáp ứng yêu cầu đề ra.
5.1 Ƣu điểm của công nghệ MPLS TE+FRR
Một ứng dụng rất hữu ích c ủa MPLS TE là FastReroute. Fast Reroute là chức năng bảo vệ link hoặc node khi có sự cố xảy ra. FRR cung cấp 2 kiểu protection là Link protection và Node Protection.Trong giải pháp này ta sử dụng Link protection.
Với công nghệ MPLS TE FRR Link protection, khi có sự cố làm link down, ngay lập tức luồng dữ liệu sẽ đƣợc chuyển sang một đƣờng hầm đƣợc thiết lập sẵn trong khi quá trình định tuyến IGP vẫn đang đƣợc tính toán lại. Traffic sẽ đƣợc đảm bảo gần nhƣ ngay l ập tức đƣợc chuyển sang tuyến khác và gần nhƣ ko có tình tr ạng mất gói tin (đảm bảo thời gian hội tụ < 50 ms)
71
Hình 5-2: LSP khi đứt kết nối và có đƣờng dự phòng [3]
Hình 5-3: LSP đƣợc bảo vệ và không mất lƣu lƣợng [3] 5.2 MPLS TE+FRR bảo vệ kết nối cho mạng MAN
Mạng MAN Hà Nội hiện đƣợc chia làm các vòng Ring và để đảm bảo độ hội tụ < 50ms cho tất cả các vòng Ring thì cần phải cấu hình TE-FRR Link protection cho tất cả các link trên các vòng Ring.
72 G2/2 hni-agg-76-01 hni-metro-65-01 RING 1 hni-metro-65-02 hni-metro-65-03 Đường chính Đường dự phòng Chiều kim đồng hô Ngược chiều Kim đồng hồ Hình 5-4: Đƣờng TE FRR chính [1]
Kết nối dự phòng sẽ có chiều nhƣ hình dƣới đây:
G2/2 hni-agg-76-01 hni-metro-65-01 RING 1 hni-metro-65-02 hni-metro-65-03 Đường chính Đường dự phòng Chiều kim đồng hô Ngược chiều Kim đồng hồ T301 T401 Hình 2-5: Đƣờng TE FRR dự phòng [1]
Khi kết nối chính không còn tồn tại vì lý do nào đó, thì đƣờng dự phòng sẽ đƣợc sử dụng. Nếu sử dụng giao thức định tuyến động thì đƣờng dự phòng cũng hoàn toàn tƣơng tự, nhƣng thời gian hội tụ mạng lâu hơn đồng nghĩa với việc gián đoạn dịch vụ
73
Ta cũng áp dụng phƣơng pháp tƣơng tự nhƣ vậy đối với tất cả các vòng ring khác trong mạng MAN Hà Nội. Sau đây ta có một sơ đồ mô tả cho một số các vòng ring ở trong mạng Hni-metro- 65-01 Gi 2/7 8.0 Hni-metro- 65-02 Hni-metro- 65-03 Hni-metro- 65-04 Hni-metro- 65-05 Hni-metro- 65-06 Hni-metro- 65-07 Hni-metro- 65-08 Hni-metro- 65-09 8.4 8.8 8.12 9.0 9.4 9.8 9.12 10.0 10.4 10.8 11.0 11.4 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 2/2 Gi 2/3 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 2/4 Gi 2/5 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 4/1 Gi 4/2 Gi 2/6 Gi 2/8 Gi 2/1 Gi 4/1 Gi 4/2
172.16..X.X Kết nối điểm đến điểm Ring 1 R in g 2 Ring 3 R in g 4 hni-agg- 76-01
Hình 5-3: Sơ đồ mô tả các vòng ring của mạng MAN Hà Nội [1]
5.3 Mô hình mô phỏng và kết quả
5.3.1 Giới thiệu về công cụ mô phỏng GNS 3 và thiết bị mô phỏng
Các router sử dụng là Cisco 7200 phiên bản hệ điều hành (C7200- ADVENTERPRISEK9-M).
Để mô phỏng cách thức hoạt động của giao thức MPLS TE chúng ta sử dụng phần mềm mô phỏng GNS3. GNS3 là phần mềm dùng để giả lập cisco router do Cristophe Fillot viết ra, nó tƣơng t ự nhƣ VMWare. Tuy nhiên nó sử dụng IOS thực của Cisco để giả lập router.
Phần mềm này đƣợc viết ra nhằm:
Giúp mọi ngƣời làm quen với thiết bị Cisco.
Kiểm tra và thử nghiệm những tính năng trong cisco IOS.
74
Hình 5- 4: Sơ đồ mạng mô phỏng
- Cho sơ đồ mạng như hình vẽ và địa chỉ IP trên từng interface của các router như sau: R1 F0/0: 10.1.12.1/24 F0/1: 10.1.13.1/24 F1/0: 192.168.15.1/24 Loopback1: 1.1.1.1/32 R2 F0/0: 10.1.12.2/24 F0/1: 10.1.24.2/24 F1/0: 192.168.10.1/24 Loopback 1: 2.2.2.2/32 R3 F0/0: 10.1.13.3/24 F0/1: 10.1.34.3/24 F1/0: 192.168.20.1/24 Loopback 1: 3.3.3.3/32 R4 F0/0: 10.1.24.4/24 F0/1: 10.1.34.4/24 F1/0: 192.168.46.4/24
75 Loopback 1: 4.4.4.4/32 R5 F0/0: 192.168.15.5/24 Loopback 1: 5.5.5.5/32 R6 F0/0: 192.168.46.6/24 Loopback 1: 6.6.6.6/32 R7 F0/0: 192.168.10.2/24 Loopback 1: 7.7.7.7/32 R8 F0/0: 192.168.20.2/24 Loopback1: 8.8.8.8/32
5.3.2 Mục tiêu và kết quả cần đạt đƣợc sau bài mô phỏng:
Mục tiêu c ủa việc thực hiện bài mô phỏng này nhằm so sánh kết quả thu đƣợc khi gửi gói tin từ R5 đến R6 qua 2 cách:
Cách 1: Giao thức định tuyến thông thƣờng
Cách 2: Bằng giao thức định tuyến có sử dụng MPLS TE
Để so sánh đƣợc sự khác biệt giữa sử dụng giao thức định tuyến thông thƣờng và sử dụng MPLS TE, ta tiến hành 2 thử nghiệm nhƣ sau:
- Thử nghiệm 1: Gửi 10000 gói tin từ R5 đến R6 so sánh kết quả
- Thử nghiệm 2: Gửi 10000 gói tin từ R5 đến R6, trong quá trình đang gửi ta đột ngột ngắt kết nối giữa R1 và R2 so sánh kết quả
Từ kết quả thu đƣợc sau các thử nghiệm ta có thể kết luận đƣợc lợi ích của việc sử dụng MPLS TE.
5.3.3 Các bƣớc tiến hành thử nghiệm và kết quả thu đƣợc
Cấu hình định tuyến OSPF 1 AREA 0 cho các router trên mỗi interface
Rx(config-router)# interface FastEthernet x/y Rx(config-router)#router ospf 1 area 0
Cấu hình MPLS TE cho các router trong miền MPLS TE.
76
Rx(config-router)# mpls traffic-eng tunnels Rx(config-router)# interface FastEthernet0/0 Rx(config-router)# mpls traffic-eng tunnels Rx(config-router)# ip rsvp bandwidth 204800
Rx(config-router)# interface FastEthernet0/1 Rx(config-router)# mpls traffic-eng tunnels Rx(config-router)# ip rsvp bandwidth 204800
Rx(config-router)# router ospf 1
Rx(config-router)# mpls traffic-eng router-id Loopback0 Rx(config-router)# mpls traffic-eng area 0
Cấu hình tunnel path 1 và fast reroute trên R1:
R1(config)#interface Tunnel0
R1(config-if)#ip unnumbered Loopback0 R1(config-if)#tunnel destination 4.4.4.4 R1(config-if)#tunnel mode mpls traffic-eng
R1(config-if)#tunnel mpls traffic-eng autoroute announce R1(config-if)#tunnel mpls traffic-eng priority 7 7
R1(config-if)#tunnel mpls traffic-eng bandwidth 100
R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit nameR1_to_R4_path_1
R1(config-if)# tunnel mpls traffic-eng fast-reroute !
R1# ip explicit-path name R1_to_R4 _path_1enable R1(config-router)# next-address 10.1.12.2
R1(config-router)# next-address 10.1.24.4
Tƣơng tự ta cấu hình tunnel path 1 trên R4:
R4(config)#interface Tunnel0
77
R4(config-if)# tunnel mode mpls traffic-eng R4(config-if)#tunnel destination 1.1.1.1
R4(config-if)# tunnel mpls traffic-eng autoroute announce R4(config-if)# tunnel mpls traffic-eng priority 7 7
R4(config-if)# tunnel mpls traffic-eng bandwidth 100
R4(config-if)# tunnel mpls traffic-eng path-option 1 explicit name
R4_to_R1_path_1
R4(config-if)#tunnel mpls traffic-eng fast-reroute !
R4# ip explicit-path name R4_to_R1_path_1 enable R4(config-router)# next-address 10.1.24.2
R4(config-router)# next-address 10.1.12.1
Các Router R1,2,3,4,5,6 đƣợc cấu hình địa chỉ IP và giao thức định tuyến IGP là OSPF cũng nhƣ giao thức phân phối nhãn LDP. Trong mô hình tất cả các kết nối đều có giá bằng nhau và bằng 1. Do cost của OSPF = Băng thông kết nối/ 10^8, do tất các các kết nối là fastethernet 100Mbps nên cost của OSPF trong trƣờng hợp này = 1.
Thử nghiệm 1: Gửi 100 gói tin từ R5 đến R6
- Khi ta gửi 100 gói tin từ R5 đến R6, đối với giao thức định tuyến thông thƣờng kết quả nhƣ sau:
Ta thấy tỉ lệ gói tin đƣợc gửi thành công là 9013 gói, tƣơng đƣơng tỉ lệ thành công là 90%
78
Ta thấy toàn bộ 10000 gói tin đều đƣợc gửi thành công tỉ lệ thành công là 100%
Kết luận: So sánh kết quả giữa định tuyến truyền thống so với phƣơng thức có áp dụng MPLS-TE FRR khi truyền 100 gói tin từ R5 đến R6 ta thấy tỉ lệ gói tin đƣợc gửi khi áp dụng MPLS TE FRR thành công cao hơn rất nhiều.
Thử nghiệm 2: Gửi 100 gói tin từ R5 đến R6 sau đó đột ngột ngắt kết nối giữa R1 và R2
Ta để mặc định khi không có sự cố gì tuyến đƣờng gói tin di chuyển từ R5 đến R6 lần lƣợt là: R5-R1-R2-R4-R6 nhƣ hình dƣới:
Khi ta gửi 10000 gói tin từ R5 đến R6 và đột ngột ngắt kết nối giữa R1-R2, nếu sử dụng giao thức định tuyến thông thƣờng ta có kết quả nhƣ sau:
79
Số lƣợng gói tin gửi thành công là 9017 / 10000 gói, số lƣợng mất gói khá là lớn chiếm tỉ lệ gần 10%, ta thấy tuyến đƣờng truyền gói tin cũng đã thay đổi sau khi kết nối giữa R1-R2 bị mất. Tuyến đƣờng đƣợc định tuyến lại là: R5-R1-R3-R4-R6 nhƣ hình dƣới:
Áp dụng thử nghiệm 2 đối với phƣơng án có sử dụng MPLS TE FRR ta có kết quả nhƣ sau:
Số lƣợng gói tin đƣợc gửi đi thành công là 9997 / 10000 gói, tỉ lệ mất gói tin gần nhƣ là không đáng kể, đƣờng truyền vẫn gần nhƣ là đảm bảo cho dù hƣớng kết nối chính đã bị đứt và hiệu quả cao hơn rất nhiều so với phƣơng thức sử dụng giao thức định tuyến OSPF truyền thống.
Tuyến đƣờng gói tin đƣợc truyền đi sau khi kết nối giữa R1 và R2 bị ngắt cũng đã ngay lập tức đƣợc chuyển sang tuyến nhƣ sau: R5-R1-R3-R4-R6 kết quả đƣợc hiển thị theo nhƣ hình dƣới:
80
5.3.4 Tổng hợp kết quả và kết luận
Sau các thử nghiệm trên ta đƣa ra một bảng tổng hợp kết quả nhƣ sau:
Thử nghiệm Định tuyến OSPF truyền
thống
Định tuyến OSPF có sử dụng MPLS TE
Gửi 10000 gói tin 90,13% 100%
Gửi 10000 gói tin, ngắt kết
nối giữa R1 và R2 90,17% 99,97% 90.13% 90.17% 100% 99.97% 84.00% 86.00% 88.00% 90.00% 92.00% 94.00% 96.00% 98.00% 100.00% 102.00% Thử nghiệm 1 Thử nghiệm 2 Định tuyến OSPF Sử dụng MPLS TE
81
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] CTIN (2014), “Các giải pháp tích hợp hệ thống”, http://ctin.vn, Hà Nội, Việt Nam. [2] Diane Teare, Catherine Paquet (2005), Campus Network Design Fundamentals, Cisco Press, Indianapolis, USA.
[3] Eric Osborne and Ajay Simha (2002), Traffic Engineering with MPLS, CiscoPress, Indianapolis, USA.
[4] Jim Guichard, Ivan Pepelnjak and Jeff Apcar (2003), MPLS and VPN Architectures, Cisco Press, Indianapolis, USA.
[5] John Wait (2002), Advanced MPLS Design and Implementation, Cisco Press, Indianapolis, USA.
[6] Luc De Ghein (2007), MPLS Fundamentals, Cisco Press, Indianapolis, USA.
[7] Monique Morrow and Azhar Sayeed (2006), MPLS and Next Generation
Networks, Cisco Press, Indianapolis, USA.
[8] Nick Possley (2005), Resilient Packet Ring Networks Enabled by FPGAs, Xilinx, San Jose, USA.
[9] Sam Halabi (2003), Metro Ethernet, CiscoPress, Indianapolis, USA
[10] Wendell Odom (2014), CCNA Routing and Switching 200-120 Official Cert Guide Library, Academic Edition, Cisco Press, Indianapolis, USA