Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt toàn diện hơn giữa định tuyến liên miền (inter-domain) và định tuyến nội miền (intra-domain), điều này cải thiện
đáng kể khả năng mở rộng các tiến trình định tuyến. Hơn nữa, khả năng mở rộng của MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng), và xếp chồng nhãn để hợp nhất (merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP. Ngoài ra, nhiều LSP liên kết với các FEC khác nhau có thể được trộn vào cùng một LSP. Sử dụng các LSP lồng nhau cũng cải thiện khả năng mở rộng của MPLS.
Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
2.7 Tổng kết chương
Trong các giao thức lớp mạng truyền thống, khi một gói đi từ một router đến hop kế tiếp thì quyết định chuyển tiếp phải được đưa ra độc lập ở mỗi hop. Việc chọn hop kế tiếp dựa trên việc phân tích header của gói và kết quả chạy giải thuật
định tuyến. Một router xem hai gói là thuộc cùng một luồng nếu chúng có cùng prefix địa chỉ mạng bằng cách áp dụng luật “longest prefix match” cho địa chỉđích của từng gói. Khi gói di chuyển qua mạng, ở mỗi hop đến lượt mình sẽ lại kiểm tra gói và gán lại cho luồng.
Công nghệ chuyển mạch nhãn cho phép thay thế chuyển tiếp gói truyền thống theo kiểu hop-by-hop dựa trên địa chỉ đích bằng kỹ thuật chuyển tiếp hoán
đổi nhãn. Kỹ thuật này dựa vào các nhãn có độ dài cốđịnh, cải thiện được năng lực
định tuyến lớp 3, đơn giản hóa việc chuyển gói, cho phép dễ dàng mở rộng và đặc biệt là hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng.
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG
3.1 Giới thiệu
Trước hết, giới thiệu qua về kỹ thuật lưu lượng và tại sao kỹ thuật lưu lượng lại được sử dụng.
Các mạng IP sẽ tự quản lý chính nó. Một máy chủ sử dụng giao thức TCP (Transmission Control Protocol) để điều chỉnh tốc độ truyền của nó tùy thuộc vào lượng băng thông còn lại của đường truyền đến phía thu. Nếu như
cấu hình mạng thay đổi, các bộ định tuyến sẽ đáp ứng lại các thay đổi và tính toán đường đi mới đến đích. Điều này giúp cho Internet TCP/IP trở thành một mạng truyền thông mạnh mẽ. Tuy nhiên nó lại chưa chắc đạt được hiệu quả
cao. Các giao thức cổng kết nối được sử dụng ngày nay như OSPF và ISIS tính toán đường đi ngắn nhất đến đích và các bộ định tuyến chuyển tiếp lưu lượng phụ thuộc vào bảng định tuyến. Điều này có nghĩa rằng lưu lượng từ các nguồn khác nhau đi qua một bộ định tuyến mà có cùng đích đến sẽ được tập hợp và gửi qua cùng một đường đi. Vì vậy, một đường truyền có thể bị nghẽn trong mạng. Và các lưu lượng nhạy với độ trễ như các cuộc gọi thoại qua IP (VoIP – Voice-over-IP) có thể di chuyển trên một đường đi có độ trễ truyền sóng cao bởi vì đó là đường đi ngắn nhất trong khi lại có sẵn những lộ trình có độ trì hoãn thấp khác.
Hình 3.1 Kỹ thuật lưu lượng
Hình trên mô tảđường đi ngắn nhất từ router 1 đến router 5 là đường đi (1- 3-5). Tất cả các lưu lượng đi qua router 1 có đích đến là router 5 sẽ di chuyển qua đường đi ngắn nhất này nếu như giải thuật tìm đường đi ngắn nhất được sử
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
dụng cho việc chuyển tiếp mạng này. Mặc dù có một lộ trình khác (1-2-4-5) sẵn sàng được sử dụng cho việc phân phối lưu lượng thậm chí hiệu quả hơn trong mạng này.
Kỹ thuật lưu lượng là quá trình kiểm soát cách thức một lưu lượng truyền qua một mạng để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu suất mạng.
Kỹ thuật lưu lượng tựu trung cơ bản hai vấn đề mà xảy ra từ các giao thức
định tuyến mà chỉ sử dụng đường đi ngắn nhất như một sự bắt buộc khi chúng xây dựng bảng định tuyến.
Các lộ trình ngắn nhất từ các nguồn khác nhau sẽ chồng lấp tại một số đường kết nối, gây ra nghẽn trên các đường nối đó.
Lưu lượng từ một nguồn đến một đích vượt quá khả năng dung lượng của đường đi ngắn nhất, trong khi một đường đi dài hơn giữa hai bộ định tuyến lại không được sử dụng.
Như chúng ta sẽ thấy sau đây, MPLS có thểđược sử dụng như là một công cụ kỹ thuật lưu lượng để định hướng lưu lượng trong một mạng theo một cách thức hiệu quả hơn so với việc định tuyến đường đi ngắn nhất trong mạng IP nguyên thủy. MPLS có thể được dùng để kiểm soát những lộ trình mà lưu lượng di chuyển qua mạng và do đó có thể đạt được một phương cách sử dụng tài nguyên mạng một cách hiệu quả hơn. Các đường đi trong mạng có thể được dành riêng cho lưu lượng nhạy cảm, và các đường kết nối và bộ định tuyến an toàn có thểđược sử dụng cho loại lưu lượng này.
“Kỹ thuật lưu lượng (TE)” liên quan tới việc tối ưu hóa hoạt động của mạng trên cơ sở điều hành lưu lượng (traffic) hay nói một cách khác là điều hành lưu lượng cho phù hợp với topology của mạng. Khái niệm này được dùng để phân biệt với khái niệm “thiết kế mạng (network design)”, thiết kế
mạng liên quan đến việc xây dựng topology của mạng sao cho phù hợp với lưu lượng.
Một trong những mục đích của việc sử dụng MPLS là khả năng hỗ trợ
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
3.2 Các mục tiêu thực hiện kỹ thuật lưu lượng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các mục tiêu thực hiện kỹ thuật lưu lượng có thể được phân thành hai loại:
o Theo định hướng lưu lượng (traffic oriented).
o Theo định hướng tài nguyên (resource oriented).
Sự thực hiện theo định hướng lưu lượng hỗ trợ cho hoạt động QoS của lưu lượng người dùng. Trong một lớp đơn mô hình dịch vụ Internet tổng lực, mục tiêu thực hiện theo định hướng lưu lượng bao gồm: sự tối thiểu hóa mất mát lưu lượng, tối thiểu hóa độ trễ, tối đa hóa thông lượng đưa vào (throughput), và sự bắt buộc phải tuân thủ các hợp đồng cấp dịch vụ.
Mục tiêu thực hiện theo định hướng tài nguyên liên quan đến các tài nguyên mạng như: các liên kết thông tin (communication links), các router và các server, tất cả các thực thể đóng góp vào sự thực hiện các mục tiêu theo định hướng lưu lượng. Sự quản lý tốt các tài nguyên này là hết sức quan trọng để đạt
được các mục tiêu thực hiện theo định hướng tài nguyên. Băng thông là một tài nguyên cốt yếu trong các mạng hiện tại, do đó một chức năng trọng tâm của kỹ
thuật lưu lượng là quản lý hiệu quả tài nguyên băng thông.
3.3 Vấn đề nghẽn
Bất kỳ mạng nào mà nó chấp nhận lưu lượng và yêu cầu của người dùng (như là Internet) đều phải đương đầu với vấn đề nghẽn. Sự quản lý lưu lượng của tất cả người dùng để ngăn ngừa nghẽn là một phần quan trọng của bức tranh QoS (QoS picture). Sự tắc nghẽn đã làm giảm thông lượng đưa vào (throughput) và làm tăng độ trễ.
Hầu hết các mạng đều cung cấp các luật truyền cho người dùng của họ, bao gồm các hợp đồng về bao nhiêu lưu lượng có thể gửi tới mạng trước khi luồng lưu lượng được điều chỉnh (luồng được điều khiển). Điều khiển luồng (flow control) là một thành phần cần thiết để ngăn ngừa nghẽn trong mạng.
Nghẽn là nguyên nhân gây ra sự giảm sút nghiêm trọng trong hoạt động của mạng, cả về thông lượng đưa vào và thời gian đáp ứng. Khi lưu lượng trong mạng đạt đến một điểm nào đó, nghẽn nhẹ (mild congestion) bắt đầu xuất hiện,
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
gây ra hiện tượng rớt (drop) ở thông lượng đưa vào. Nếu quá trình cứ tiếp diễn sẽ dẫn tới tình trạng thông lượng đưa vào rớt theo dốc đứng do nghẽn nặng và do sự tích lũy gói tại các hàng đợi của các server. Hình 3.2 miêu tả vấn đề này.
Hình 3.2Các vấn đề nghẽn tiềm tàng
Tối thiểu hóa nghẽn là một trong những mục tiêu thực hiện theo định hướng tài nguyên và lưu lượng quan trọng nhất. Vấn đề nghẽn được xem xét ở đây là nghẽn kéo dài (không phải là nghẽn ngắn – nghẽn chuyển tiếp do các cụm (bursts) tức thì gây ra). Nghẽn được chia thành hai dạng phụ thuộc vào hai sự kiện sau:
• Khi không có đủ tài nguyên đểđáp ứng cho lưu lượng người dùng. • Khi có đủ tài nguyên trong mạng để hỗ trợ cho nhu cầu QoS của người dùng nhưng các dòng lưu lượng không được “chuyển” vào các tài nguyên rỗi thích hợp. Do đó, một số phần của mạng trở nên quá mức sử dụng (quá tải) trong khi các phần khác là dưới mức sử dụng.
Dạng thứ nhất của nghẽn có thể được giải quyết bằng cách xây dựng các mạng với băng thông được mở rộng hơn hoặc (và) áp dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn. Các kỹ thuật điều khiển nghẽn truyền thống bao gồm: sự giới hạn tốc độ (rate limitting), điều khiển luồng cửa sổ, quản trị hàng đợi router, điều khiển dựa trên lịch trình...
Dạng thứ hai của nghẽn, sự phân bổ tài nguyên không hiệu quả, có thể được giải quyết nhờ vào kỹ thuật lưu lượng. Một cách tổng quát, nghẽn do sự phân bố tài nguyên không hiệu quả có thể được làm giảm bằng cách chọn các chính sách cân bằng tải (load-balancing policies), có nghĩa là sự phân phối lưu lượng
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
tới các liên kết và các node rãnh.
3.4 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng
Lưu lượng có thể được tổ chức xoay quanh một khái niệm gọi là các lớp dịch vụ (service classes), chúng được tóm tắt ở Bảng 3.1. Các lớp lưu lượng này tương tự như các lớp được sử dụng trong mạng ATM. Các lớp được định nghĩa cho những hoạt động sau :
• Định thời giữa bộ phát và thu (có hoặc không).
• Tốc độ bit (thay đổi hay cốđịnh).
• Không kết nối hay định hướng kết nối giữa bộ phát và bộ thu.
• Các hoạt động điều khiển luồng.
• Số thứ tự cho thông tin người sử dụng.
• Phân đoạn và tái hợp các PDU (Protocol Data Unit) của người dùng.
Bảng 3.1Các lớp dịch vụ kỹ thuật lưu lượng
Lớp Đặc điểm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lớp A Tốc độ bít cố định
Định hướng kết nối (connection-oriented) Cần có sợ quan hệ về thời gian giữa phát và thu Cho phép một ít mất mát
Lớp B Tốc độ bít thay đổi
Định hướng kết nối
Cần có quan hệ về thời gian giữa phát và thu Cho phép một ít mất mát
Lớp C Tốc độ bít thay đổi
Định hướng kết nối
Không đòi hỏi sự quan hệ đồng về thời gian giữa phát và thu Không cho phép mất mát
Lớp D Tốc độ bít thay đổi
Không kết nối (connectionless)
Không đòi hỏi sự quan hệ về thời gian giữa phát và thu Không cho phép mất mát
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
3.5 Sự xếp hàng lưu lượng
Ngày nay nhiều hệ thống (đặc biệt là các router) hỗ trợ vài dạng hàng đợi. Sau đây là vài dạng hàng đợi thông thường:
• FIFO (First-in, First-out)
• WFQ (Weighted Fair Queuing) • CQ (Custom Queuing)
• PQ (Priority Queuing)
3.5.1 Hàng đợi FIFO
Hàng đợi này truyền gói dựa vào thứ tự đến của gói. Gói tới trước sẽ được truyền trước.
3.5.2 Hàng đợi WFQ
Băng thông rỗi được chia cho các hàng đợi tùy thuộc vào “trọng số” (weight) của chúng. Để hiểu rõ hơn về khái niệm này ta xem xét thí dụ sau: có 12 luồng lưu lượng A,B,…N và trọng số của chúng được đánh số như Hình 3.3, trong đó: có bốn luồng (D, E, F, G) có trọng số 5, có hai luồng có trọng số 4, còn
ở các trọng số khác chỉ có một luồng.
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
Khi đó mỗi luồng có trọng số 5 sẽ nhận được 5/55 băng thông, luồng có trọng số thấp nhất (trọng số 1) sẽ nhận được 1/55 băng thông và luồng có trọng số cao nhất (trọng số 8) nhận được 8/55 băng thông. Tương tự cho các luồng có trọng số khác.
3.5.3 Hàng đợi CQ
CQ cho phép các user chỉ ra phần trăm băng thông khả dụng cho một giao thức đặc biệt nào đó. Ta có thể định nghĩa tối đa đến 16 hàng đợi. Mỗi hàng
đợi được phục vụ một cách tuần tự theo phương thức round-robin, truyền phần trăm lưu lượng trên mỗi hàng đợi trước khi chuyển đến hàng đợi kế. Hình 3.4 mô tả ý tưởng của hàng đợi CQ.
Hình 3.4Hàng đợi CQ
3.5.4 Hàng đợi PQ
Tất cả các gói thuộc lớp có mức ưu tiên cao hơn sẽ được truyền trước bất kỳ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
gói nào thuộc lớp có mức ưu tiên thấp hơn. PQ cho phép người quản lý mạng cấu hình bốn thuộc tính lưu lượng – cao (high), thông thường (normal), trung bình (medium) và thấp (low). Lưu lượng đến được gán vào một trong 4 hàng đợi.
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
Hình 3.5Hàng đợi PQ
3.6 Thuật toán thùng rò và thuật toán thùng Token3.6.1 Thuật toán thùng rò (Leaky Bucket) 3.6.1 Thuật toán thùng rò (Leaky Bucket)
Hình 3.6Thùng rò (leaky bucket)
Mô hình thùng rò có thể được diễn tả như sau: bất chấp tốc độ nước
được đổ vào thùng là bao nhiêu, tốc độ dòng nước chảy ra là không đổi miễn là trong thùng còn nước. Một khi thùng đầy, lượng nước được đổ thêm vào sẽ bị
tràn và đổ mất. Các thông số cần chú ý trong mô hình thùng rò là kích thước của thùng (b) và tốc độ dòng chảy ra (r).
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
thế nào, lưu lượng ra đều có tốc độ không đổi.
Hình 3.7(a) Thùng rò với nước, (b) Thùng rò với các gói
3.6.2 Thuật toán thùng Token (Token Bucket)
Hình 3.8Thùng Token (Token Bucket)
Thùng Token có kích thước B, tốc độ Token “chảy” vào thùng không đổi là p, nghĩa là trong một giây sẽ có thêm p Token mới chảy vào thùng. Số
lượng Token trong thùng không vượt quá B hay nói cách khác B là số lượng Token tối đa trong thùng .
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng
Khi có gói đến, G là kích thước của gói, gói được xem là “phù hợp” khi lượng Token trong thùng lớn hơn hay bằng G, đồng thời lượng Token trong thùng được giảm đi G. Ngược lại, khi lượng Token trong thùng nhỏ hơn kích thước gói, gói được xem là vượt mức hay không hợp lệ. Tùy thuộc vào các chính sách khác nhau mà các gói vượt mức (hay không hợp lệ) được xử lý khác nhau.
Thuật toán thùng Token có thể được dùng trong sửa dạng lưu lượng hay
được ứng dụng trong việc thực thi các chính sách.... Trong sửa dạng lưu lượng, thuật toán thùng Token cho phép một ít bùng phát ở ngõ ra, điều này không có ở thuật toán thùng rò khi mà tốc độ ra là không đổi và như vậy thùng Token cho đáp ứng ra tốt hơn so với thùng rò. Trong việc thực thi các chính sách, thùng Token có thể được dùng độc lập hay được dùng phối hợp.
3.7 MPLS và kỹ thuật lưu lượng
MPLS có những đặc tính rất phù hợp với kỹ thuật lưu lượng như :
• Chuyển mạch nhãn thì không bắt buộc chỉ ở chuyển tiếp IP truyền thống bịđộc quyền bởi các giao thức định tuyến.
• Trung kế lưu lượng (traffic trunk) có thểđược ánh xạ tới các đường dẫn chuyển mạch nhãn (label switch path).
• Các thuộc tính có thểđược kết hợp với trung kế lưu lượng.
• Sự định tuyến trên cơ sở ràng buộc (constraint-based routing) dễ dàng
được thực hiện.
• MPLS được thực hiện ít tốn kém hơn ATM.
Trên đây có một khái niệm cần chú ý đó là trung kế lưu lượng. Trung kế
lưu lượng được định nghĩa là sự tập hợp các luồng lưu lượng cùng lớp mà chúng được “đặt” trong một LSP. Trung kế lưu lượng có thể có những đặc tính liên kết với nó (các địa chỉ, các chỉ số port ). Một trung kế lưu lượng có thể được định tuyến nghĩa là đường dẫn mà một trung kế lưu lượng đi qua có thể được thay đổi. Trung kế lưu lượng và LSP có sự phân biệt, LSP là một sự chỉ rõ
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
của đường dẫn chuyển mạch nhãn mà trung kế lưu lượng đi qua. Tuy nhiên trong thực tế thì thuật ngữ LSP và trung kế lưu lượng thường được sử dụng đồng nghĩa.
3.8 Các đặc tính và các thuộc tính của trung kế lưu lượng3.8.1 Các đặc điểm của trung kế lưu lượng 3.8.1 Các đặc điểm của trung kế lưu lượng
• Trung kế lưu lượng là sự hợp nhất của các luồng lưu lượng cùng lớp.