Tuyến đường để gói IP đi qua mạng MPLS từ LSR hướng vào đến LSR hướng ra gọi là tuyến đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Nó tương ứng với một tập hợp các LSP mà gói phải đi qua đểđến được LSR hướng ra liên quan đến một FEC và một LSP khác được sử dụng cho lưu lượng quay trở lại.
Tuyến đường chuyển mạch nhãn là cơ chế hướng kết nối vì nó được thiết lập trước khi có lưu lượng. Nghĩa là tuyến đường thiết lập dựa vào thông tin sơđồ mạng chứ không phải là do đòi hỏi của dòng chảy lưu lượng.
5.4 Thực hiện kỹ thuật QoS trong mạng MPLS
Nhưđã phân tích ở chương 2 hiện nay có hai mô hình cung cấp chất lượng dịch vụđược sử dụng phổ biến là:
Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Intergrated Services).
Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ (Differentiated Services).
Có nhiều nguyên nhân giải thích tại sao mô hình IntServ không được sử
dụng để theo kịp mức độ phát triển của mạng IP. Thay vào đó, IntServ chỉ được sử dụng phổ biến trong các mô hình mạng với quy mô nhỏ và trung bình. Trong khi đó, DiffServ lại là mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ có khả năng mở rộng. Cơ chế hoạt động của mô hình này bao gồm quá trình phân loại lưu lượng tại thành phần biên mạng, quá trình xếp hàng tại mỗi nút mạng và xử lý huỷ gói trong lõi mạng. Trong đó, phần lớn các xử lý được thực hiện tại thành phần biên mạng mà không cần phải lưu giữ trạng thái của các luồng lưu lượng trong lõi mạng.
Một vấn đề nữa là khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng, yêu cầu đặt ra là khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ đáp ứng được một số lượng lớn các kháng hàng với những yêu cầu đa dạng của họ. Ví dụ, một nhà cung cấp dịch
vụ có thể cung cấp nhiều lớp chất lượng dịch vụ cho một mạng riêng ảo (VPN) và những ứng dụng khác nhau trong VPN sẽ thuộc về những phân lớp dịch vụ khác nhau. Với cách thức này, dịch vụ mail sẽ thuộc về một lớp dịch vụ (COS - Class of Service) nào đó trong khi những ứng dụng thời gian thực có thể thuộc về một lớp dịch vụ khác.
Do vậy mạng MPLS đã lựa chọn mô hình dịch vụ phân biệt (DiffServ) để
cung cấp các giải pháp về chất lượng dịch vụ. Cơ chế hoạt động và các ưu nhược điểm của mô hình DiffServ đã được phân tích ở chương 2. Trong mạng MPLS mô hình này được ứng dụng để thực hiện các nhiệm vụ sau:
Phân lớp, đánh dấu và sửa dạng dữ liệu bằng cách copy trường IP Precedence tới trường MPLS QoS tại biên mạng.
Thực hiện cơ chế tránh tắc nghẽn WRED bởi các bits Precedence, hoặc
DSCP, hoặc MPLS EXP trong lõi mạng.
Sử dụng MPLS QoS thực hiện cơ chế xếp hàng cân bằng trọng số dựa trên sự phân lớp (CBWFQ – Class_base WFQ) tại mỗi nút mạng.
Kết quả thực hiện từ đầu cuối đến đầu cuối mạng MPLS cũng giống
như mạng non-MPLS.
5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn
Trong chương 2, chương 3 và chương 4 chúng ta đã phân tích cách sử
dụng trường IP Precedence và cấu hình thực hiện các cơ chế QoS trong mạng IP. Hình 5.4 chỉ ra mối liên hệ giữa trường IP Precedence với trường MPLS QoS trong mạng chuyển mạch nhãn.
Tại biên mạng router thực hiện gán nhãn, nhãn được chèn giữa mào đầu lớp 2 và nội dung lớp 3 của khung lớp 2.
Ánh xạ (hoặc sao chép) nội dung trường IP Prec tới trường MPLS
Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label) Xem hình 5.4 trong đó:
Nhãn (Label): Thường được tổ chức dưới dạng ngăn xếp nhãn (Label Stack), có độ dài 32 bit được thể hiện như sau:
Trường Label: Có độ dài 20 bit, đây chính là giá trị nhãn.
Trường Exp (tài liệu MPLS IETF gọi là bit Experimental): Có độ dài 3 bit dùng cho mục đích dự trữ nghiên cứu và phân chia lớp dịch vụ
(COS - Class Of Service).
Trường TTL (Time To Live): Độ dài 8 bits, có chức năng xác định
vòng lặp như trường TTL trong gói tin IP.
Trường S: Có độ dài 1 bit, dùng chỉ định nhãn cuối cùng của ngăn xếp nhãn (Label Stack). Với nhãn cuối cùng, S=1. Ngăn xếp nhãn là sự kết hợp của hai hay nhiều nhãn được gắn vào một gói. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
IP DSCP MPLS EXP EF 5 AF1 (low-drop) 4 AF1 (medium-drop) 4 AF1 (high-drop) 3 AF2 (low-drop) 2
AF2 (medium -drop) 2
AF2 (high-drop) 1
Default 0
5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng
Đây là chức năng ở biên mạng, gói tin được gán nhãn trước khi được chuyển đến miền MPLS. Trong cơ chế chuyển tiếp IP truyền thống, mỗi chặng trong mạng thực hiện tìm kiếm bảng chuyển tiếp IP cho địa chỉ IP đích gắn trong mào đầu lớp 3. Nó lựa chọn địa chỉ IP cho chặng tiếp theo của gói tin và gửi gói ra ngoài giao tiếp hướng tới địa chỉ đích cuối cùng. Chọn chặng tiếp theo cho gói IP là kết hợp 2 chức năng: thứ nhất phân chia địa chỉ IP đích thành một bộ các tiền tố IP đích, thứ hai ánh xạ mỗi tiền tố IP đích đến các địa chỉ IP của chặng tiếp theo. Như vậy xử lý gói được thực hiện theo từng chặng trong mạng.
Với mạng MPLS, gói tin vào mạng được gán đến FEC chỉ một lần tại thiết bị biên, khi đến chặng tiếp theo gói tin được gán nhãn và thiết bị có thể
chuyển tiếp dựa trên nhãn đã được mã hóa mà không phải phân tích thông tin mào đầu lớp 3. Hình 5.5 minh họa việc xử lý nhãn và chuyển tiếp gói tin.
Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS
5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS
Khi một gói đi qua mạng MPLS, router chuyển mạch nhãn (LSR) sẽ thay
đổi nhãn vào bằng một nhãn ra. Mỗi LSR giữ hai bản lưu giữ thông tin liên quan đến thành phần chuyển tiếp MPLS. Bảng đầu tiên là cơ sở thông tin nhãn (LIB –Label Information Base) lưu tất cả các nhãn được gán bởi LSR và ánh xạ các nhãn này đến các nhãn nhận được từ node lân cận. Bảng thứ hai là
cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB – Label Forwarding Information
Base) được sử dụng để chuyển tiếp gói và chỉ giữ các nhãn mới được sử dụng.
5.5 Kết Luận
MPLS là một trong những giải pháp mạng đường trục cho mạng thế hệ
mới, hiện xu hướng phát triển của MPLS là ATOM (Any traffic Over MPLS), nghĩa là có khả năng đáp ứng bất cứ loại dịch vụ nào: thoại, video, fax, data,.... IP/MPLS sẽ là một giải pháp QoS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.
CHƯƠNG 6 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT
6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT
Hạ tầng mạng IP của công ty SPT (trích nguồn từ công ty SPT) được mô tả
như sau:
Công ty Cổ phần Dịch vụ Bưu chính Viễn thông Sài Gòn (viết tắt là công ty SPT) được thành lập và bắt đầu cung cấp dịch vụ từ tháng 8 năm 2001. Công ty cung cấp 2 dịch vụ chính bao gồm thoại đường dài giá rẻ 177 theo công nghệ VoIP và dịch vụ dữ liệu mà chủ yếu là dữ liệu trên mạng Internet
dialup 1270 và SnetFone. Ngoài ra, công ty còn cung cấp kênh thuê riêng và
mạng riêng ảo VPN cho khách hàng. Tuy nhiên, hai loại hình dịch vụ này còn khá hạn chế và lưu lượng không đáng kể.
Cho tới năm 2005 công ty SPT đã triển khai cung cấp dịch vụ VoIP cho gần 60 tỉnh thành đặt POP, trong đó một số POP còn cung cấp cả dịch vụ Internet. Riêng HNI xây dựng thí nghiệp mạng riêng ảo VPN phục vụ cho việc thí nghiệm triển khai dịch vụ và trao đổi thông tin giữa 2 chi nhánh lớn HNI và HCM.
Trong mạng tồn tại 2 mô hình cơ bản. Môt số tuyến mạng sử dụng chung kênh thuê riêng, tuy nhiên băng thông sử dụng cho thoại VoIP và Internet
được tách độc lập với nhau bằng kỹ thuật Frame Relay. Do đó không chia sẻ được băng thông dư thừa cho nhau. Trong khi đó một số tuyến các kênh thuê riêng cho thoại VoIP và Internet là hoàn toàn độc lập với nhau. Bên cạnh đó các thiết bị mạng cũng độc lập với nhau.
Hình 6.1 Sơđồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT
Lưu lượng dialup được cung cấp bởi RAS Gateways (vừa làm chức năng RAS vừa làm chức năng Router) được gửi tới HPGR1 và định tuyến đi HNI thông qua kênh dành riêng theo kỹ thuật Frame Relay. Tại HNIR1 lưu lượng Internet trong nước được kết nối qua VNIX, lưu lượng Internet quốc tếđược tách ra đi ghép cùng lưu lượng Internet quốc tế HNI đẩy vào HCM sau đó đẩy ra cổng quốc tế tại HCM. Như vậy, mạng VoIP chỉ đóng vai trò trung chuyển lưu lượng của Internet mà không tham ra vào bất kỳ cài đặt nào cho dữ liệu Internet.
Với mục đích tiết kiệm đầu tư nhiều thiết bị và chia sẻ băng thông dư thừa một cách linh hoạt, bài toán đặt ra cho nhà cung cấp dịch vụ là làm thế nào có thể tích hợp hai dịch vụ VoIP và Internet trên cùng một hệ thống thiết bị mà vẫn phải đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6.2 Phương án triển khai
Kế hoạch triên khai tích hợp 2 mạng được thực hiện qua 2 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1: Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh.
Giai đoạn 2: Tích hợp dịch vụ.
6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh
dịch vụ bằng cách thực hiện loại bỏ các cài đặt Frame Relay và thay vào đó bằng các chính sách QoS đểđảm bảo ưu tiên cho dịch vụ thoại. Cụ thể là triển khai 2 kỹ thuật IP QoS và MPLS QoS cho mạng đường trục. Sơđồ mạng SPT
được thiết kế như trong hình vẽ 6.2
Si Si Si Si Si Si Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT
Lớp truy cập (Access Layer): Lớp này phục vụ việc truy cập Internet cho khách hàng hoặc kết nối mạng khách hàng. Các khách hàng được kết nối trực tiếp vào các router tầng truy cập.
Lớp phân phối (Distribution Layer): Lớp này tập hợp các kết nối từ các router lớp truy cập và liên kết với lớp cao hơn.
Lớp nhân (Core Layer): Lớp này là tập hợp các router có tốc độ xử lý cao, khả năng chuyển tải dữ liệu lớn. Lớp này thực hiện liên kết 3 miền của mạng SPT và thực hiện kết nối ra miền Internet quốc tế.
• Mạng IP Core của SPT hiện nay chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại (VoIP), và hiện nay còn tách biệt một cách tương đối so với mạng Internet.
• Mạng IP Core đang sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm tag- switching (MPLS), IP forwarding và GRE tunnel để thực hiện việc sử dụng chung băng thông kênh thuê riêng liên tỉnh và quốc tế cho 2 dịch vụ VoIP và Internet.
• Mạng IP Core vẫn chưa triển khai kỹ thuật tag-switching trên toàn mạng.
Để cung cấp dịch Internet trên nền IP sử dụng công nghệ chuyển mạch
nhãn MPLS, chúng ta cần phải chuyển đổi mạng IP Core hiện hữu sang
MPLS tối thiểu là ở những POP dự kiến sẽ cung cấp dịch vụ Internet. Hiện nay cấu trúc mạng SPT gồm 3 miền tương tự nhau, do vậy chúng ta có thể
phân tích một miền đại diện, ví dụđược phân tích ở đây là tuyến Hải Phòng –
Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau
Như vậy để xây dựng mạng MPLS QoS trên hạ tầng mạng SPT hiện nay, thì các phân tử mạng phải được thiết kế như sau:
Router đặt tại POP Hải Phòng đóng vai trò router lớp truy cập Edge- LSR (router chuyển mạch nhãn ở biên). Các router này trao đổi thông tin định tuyến với mạng của khách hàng hoặc với mạng PSTN khác.
Router lớp truy cập trao đổi thủ tục phân phối nhãn (LDP) với router lớp phân phối Hà Nội, router lớp phân phối trao đổi LDP với router lớp nhân miền Bắc (đặt tại Hà Nội) và router lớp nhân trao đổi LDP với các router lớp nhân trong các miền TP HCM và các miền khác.
6.2.1.1 Chính sách định tuyến
Công nghệ IP/MPLS hoạt động dựa trên một số giao thức định tuyến khác nhau, do vậy khi triển khai chính sách định tuyến cần quan tâm tới một số vấn
đề sau:
Việc gán nhãn (label) cho các IP packet trên mạng MPLS có thể hoạt
tuy nhiên theo khuyến cáo của Cisco thì giao thức định tuyến OSPF là tốt nhất khi triển khai mạng MPLS. Ngoài ra, OSPF chỉ cấu hình một area duy nhất cho toàn mạng.
Mạng IP core hiện nay hầu như sử dụng định tuyến tĩnh, khi kích hoạt thêm định tuyến động OSPF trên các router P (router lớp nhân và lớp phân lớp) tại các POP triển khai Internet vẫn không làm ảnh hưởng đến dịch vụ VoIP đang khai thác vì cơ chế định tuyến tĩnh có độ ưu tiên (administrative distance) cao hơn. Định tuyến động OSPF giữa các router chạy MPLS chỉ để phục vụ cho việc gán nhãn đối với những packet của dịch vụ Intenet và sau này là cho các dịch vụ khác như IP- VPN, Internet,….
Để trao đổi bảng định tuyến của các lưu lượng Internet, định tuyến
động MP-iBGP (Multi-protocal iBGP) được kích hoạt trên các router (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
PE (router lớp truy cập). Định tuyến MP-iBGP dùng để trao đổi bảng
định tuyến của mạng Internet thông qua mạng MPLS của nhà cung cấp dịch vụ. Mỗi nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP/IXP) được cấp một số
hiệu mạng (ASN – Autonomous System Number) và số AS là duy nhất
và có giá trị toàn cầu. Các bảng định tuyến của các nhà ISP/IXP trên thế giới được trao đổi với nhau thông qua số AS này.
6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router P, PE, RD và RT
Địa chỉ IP gồm 2 loại, địa chỉ vật lý và địa chỉ logic (loopback). Khi gán
địa chỉ IP cho router người thiết kế cần quan tâm đến các vấn đề sau:
Theo các khuyến cáo khi thiết kế một mạng IP/MPLS thì yêu cầu phải sử dụng địa chỉ loopback 32bits cho định tuyến OSPF và MP-BGP, và dãy địa chỉ IP này không được summarizing trong bảng định tuyến của các Router P/PE.
Đối với dịch vụ IP-VPN trên nền MPLS, Route-distinguisher (RD) là thông số để hệ thống tạo ra một địa chỉ VPNv4 duy nhất cho toàn
mạng. Do đó mỗi khách hàng IP-VPN sẽ được gán một số RD duy
nhất trên toàn mạng. Route-target (RT) được sử dụng đểđiều khiển các
chính sách định tuyến giữa các khách hàng VPN (VRF), và không quy
định về cách đánh số, tuy nhiên đễ dễ nhớ và mở rộng khi triển khai mạng IP-VPN lớn, sẽ chọn lựa số RT giống như số RD.
6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS)
QoS được kích hoạt trên tất cả các thiết bị Router, Gateway, Switch trên toàn mạng đểđảm bảo QoS từđầu cuối đến đầu cuối (end-to-end), cụ thể như
sau:
Tất cả các gói IP sẽđược gán độưu tiên sử dụng IP precedence.
Cơ chế hàng đợi phân lớp dịch vụ (CBWFQ queuing) sẽ được sử dụng cho các CoS/IP precedence từ 0 đến 4 và lớp dịch vụ ưu tiên cao nhất CoS/IP precedence = 5 được sử dụng cho VOIP.
Trong mạng MPLS, các router P và PE sẽ thực hiện chép các bit IP
Precendence trong gói IP sang gói MPLS một cách tựđộng.
6.2.2 Tích dịch vụ
Để tích hợp 2 dịch vụ VoIP và Internet cùng sử dụng chung trên một gateway (GW) thì gateway đó phải có phải các cổng giao tiếp khác nhau và
được đánh địa chỉ khác nhau. Do vậy trên GW ta phải cấu hình thêm địa chỉ
loopback với giá trị khác nhau trên Gateway và router.
Đểđảm bảo chất lượng dịch vụ thoại tránh các tình huống tắc nghẽn trong mọi trường hợp, các chếđộ cài đặt đểđảm bảo QoS được cài đặt đồng bộ trên Gateway và Router như trong bảng 6-1
Thoại VoIP Dữ liệu