Khi đối mặt với sự phát triển và mở rộng mạng có hai vấn đề kỹ thuật cần quan tâm: kỹ thuật mạng (network engineering) và kỹ thuật lưu lượng (traffic engineering). Kỹ thuật mạng là tổ chức mạng phù hợp với lưu lượng. Ban đầu phải có sự dự đoán tốt nhất về lưu lượng trên mạng để sử dụng các mạch và các thiết bị mạng (router, switch, …) thích hợp. Kỹ thuật mạng phải đảm bảo hiệu quả về sau này vì thời gian lắp đặt mạng có thể diễn ra lâu dài. Kỹ thuật lưu lượng là thao tác trên lưu lượng để phù hợp với mạng. Dù có cố gắng đến đâu thì lưu lượng mạng cũng không bao giờ được đáp ứng hoàn toàn (100%) so với dự tính. Giữa thập niên 90 sự tăng trưởng lưu lượng vượt quá mọi dự tính và không thể nâng cấp mạng kịp thời được. Đôi khi một sự kiện nổi bật (sự kiện thể thao, vụ bê bối chính trị, một trang web phổ biến,…) làm đầy lưu lượng trên mạng, điều này không thể tính toán trước được. Do đó có thể tại một nơi nhu cầu băng thông quá nhiều nhưng đồng thời có các đường liên kết (link) khác chưa được sử dụng. Kỹ thuật lưu lượng là một “nghệ thuật” chuyển lưu lượng từ các liên kết bị đầy sang các liên kết rỗi. Kỹ thuật lưu lượng có thểđược bổ sung : IP metric trên giao tiếp,chạy một mắc lưới ATM PVC và xác định lại đường PVC dựa trên yêu cầu về lưu lượng đi qua nó. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS nhằm đạt đến kỹ thuật điều khiển lưu lượng hướng kết nối tốt nhất và kết hợp với định tuyến IP.
Kỹ thuật lưu lượng trước MPLS
Ta sẽ xem xét các kỹ thuật lưu lượng của IP và ATM:
Kỹ thuật lưu lượng IP thì phổ biến nhưng chất lượng khá kém. Cách điều khiển chủ yếu của IP là thay đổi chi phí trên một liên kết cụ thể. Việc điều khiển lưu lượng chỉ dựa trên một con đường nó sẽđi tới – không hợp lý. Ngược lại, ATM để bạn thay thế các PVC trên mạng từ nguồn đến đích của sự lưu thông. Nghĩa là đạt được quyền điều khiển tốt hơn trên các luồng lưu lượng. Vài nhà cung cấp dịch vụ (ISP) lớn trên thế giới sử dụng ATM để quản lý lưu lượng trên mạng của họ bằng cách xây dựng mạng lưới đầy đủ các ATM PVC giữa một tập các router, tái định kích thước và vị trí các ATM PVC đó một cách định kỳ dựa trên thông tin lưu lượng do các router cung cấp.
Bài toán con cá
Trong mạng IP:
Trong hình có hai con đường đi từ R2 đến R6 : R2 R5 R6
Vì các liên kết này có cùng chi phí (cost = 15), theo chuyển tiếp đích thông thường, tất cả các gói đến từ R1 và R7 được ra ở cùng giao tiếp của R2 để tới R5, vì chi phí (cost) của đường phía trên thấp hơn ở dưới. Tất cả các liên kết trong hình có băng thông 150 Mbps, R1 gửi 90 Mbps và R7 gửi 100 Mbps. Lúc này nảy sinh vấn đề: R2 cố gắng chuyển 190 Mbps qua đường (pipe) 150 Mbps. Nghĩa là R2 phải huỷ 40 Mbps cho phù hợp với đường truyền. Việc chuyển tiếp hướng đích (destination base forwarding) không thể giải quyết vấn đề này. Chỉ có thể huỷ bỏ liên kết hoặc chuyển chi phí liên kết để con đường ngắn lẫn đường dài đều có cùng chi phí nhằm giảm nhẹ vấn đề. Nhưng chỉ áp dụng được trên mạng nhỏ.
Trong mạng ATM:
Xây dựng hai PVC từ R2 đến R6 và thiết lập cho chúng cùng chi phí. Vì R2 có hai con đường đến R6 nên sẽ sử dụng cả hai con đường để mang một lượng dữ liệu hợp lý. Cơ chế chia tải có thể thay đổi đa dạng nhưng thông thường cân bằng tải trên nguồn và đích của CEF (CEF 's per-source-destination load blancing) sử dụng cả hai con đường theo cách cân bằng thô (roughly). Xây dựng hai con đường có cùng chi phí là giải pháp mềm dẻo hơn thay đổi chi phí liên kết. Trong mạng ATM các thiết bị khác nối đến mạng không ảnh hưởng đến bất kỳ sự thay đổi nào của metric. Điều này cho thấy khả năng điều khiển lưu lượng của ATM tốt hơn của IP.
Giải quyết bài toán con cá bằng MPLS TE:
Có ba điểm khác biệt về kỹ thuật lưu lượng giữa ATM và MPLS: - MPLS TE chuyển tiếp gói (packet); ATM sử dụng tế bào (Cell).
- ATM yêu cầu mạng lưới đầy đủ các tuyến lân cận (routing adjacenies); MPLS không cần.
- Trong ATM, công nghệ lõi không thể thấy các router trên biên của mạng; MPLS thấy được nhờ các giao thức định tuyến IP quảng cáo (advertise) thông tin của nó.
Kỹ thuật lưu lượng với MPLS
MPLS TE kết hợp khả năng điều khiển lưu lượng của ATM với sự mềm dẻo của IP và sự khác nhau của các lớp dịch vụ. MPLS cho phép xây dựng các con đường chuyển nhãn (LSP - Label Switch Path) trong mạng để giảm lưu lượng chuyển tiếp. MPLS TE (có thể gọi là đường hầm điều khiển lưu lượng - TE Tunnel) dùng một đường hầm TE điều khiển lưu lượng trên đường đến một đích cụ thể. Phương pháp này mềm dẻo hơn kỹ thuật lưu lượng chuyển tiếp chỉ dựa trên địa chỉ đích. MPLS tránh được flooding O(N2) và O(N3). MPLS TE sử dụng cơ chế gọi là định tuyến động (autoroute) để xây dựng bảng định tuyến bằng MPLS TE LSP mà không cần mạng lưới đầy đủ các tuyến láng giềng (neighbor). MPLS TE dự trữ băng thông khi xây dựng LSP. Ởđây giới thiệu khái niệm tài nguyên tiêu thụ (consumable resource). Khi LSP được thêm vào mạng chúng có thể tìm ra con đường có băng thông được lưu trữ sẵn. MPLS bắt buộc có sự dự trữ của mặt phẳng điều khiển, nghĩa là nếu một LSR dự trữ 10Mb và gửi đến nó 100Mb trên LSP đó, mạng sẽ thử phân chia 100 Mb đó trừ khi lưu lượng ở nguồn đã bị kỹ thuật QoS ràng buộc.
Khi nghiên cứu về kỹ thuật lưu lượng ta quan tâm đến ba vấn đề chính:
(1) Sự phân phối thông tin (Information distribution): Cách các bộ định tuyến nhận diện ra mạng và các tài nguyên nào đã sẵn sàng.
(2) Tính toán và thiết lập tuyến – (Path calculation and setup): Cách các bộđịnh tuyến quyết định tạo các đường hầm TE, và cách xây dựng và duy trì các đường hầm TE này một cách chính xác.
(3) Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm – (Forwarding traffic down a tunnel): Sau khi đường hầm được xây dựng thì sử dụng nó như thế nào?
Cấu hình MPLS TE
Để có thể khởi động kỹ thuật lưu lượng MPLS, mạng cần có các điều kiện sau:
Cài đặt hệđiều hành Cisco (Cisco IOS) có hỗ trợ Kỹ thuật lưu lượng MPLS. Trong mạng cho phép CEF (Cisco Express Forwarding). Một giao thức định tuyến trạng thái liên kết (OSPF hoặc IS-IS) cũng như giao thức cổng nội IGP (Interior Gateway Protocol). Kỹ thuật lưu lượng được phép trên toàn bộ router. Một giao diện loopback (mặt nạ 255.255.255.255) sử dụng như MPLS Traffic Engineering router ID (RID). Cấu hình đường hầm TE cơ bản.
Các lệnh cấu hình quan trọng cho một giao tiếp đường hầm MPLS cơ sở: Lệnh Mô tả
interface Tunnel0 Các đường hầm MPLS TE được đặc trưng là một giao tiếp đường hầm trong phần mềm Cisco IOS. Nó không khác gì đối với các loại đường hầm khác.
ip unnumbered loopback0
Phần mềm Cisco IOS không chuyển tiếp lưu lượng xuống một giao tiếp không có địa chỉ IP nên phải gán địa chỉ IP cho đường hầm TE vừa tạo. Tuy nhiên các đường hầm TE chỉ theo một hướng duy nhất và không tiếp nhận bất cứ liên kết láng giềng nào nên sẽ lãng phí địa chỉ nếu gắn địa chỉ IP cho giao tiếp đó.
traffic-eng đường hầm này là một đường hầm MPLS TE tunnel destination
destination-ip
Cho Cisco IOS biết điểm kết thúc của đường hầm. Địa chỉ IP ở đây là MPLS TE RouerID của bộ định tuyến mà bạn muốn tạo đường hầm tới. Địa chỉ IP đích là giao diện Loopback0.
tunnel mpls traffic-eng paht-option 10 dynamic
Cho Cisco IOS biết cách phát sinh đường đi từđầu đến cuối đường hầm.
Các dạng thông tin chính được phân phối
Một là, thông tin về băng thông có sẵn trên giao tiếp, cho phép một sốđường hầm làm việc trước những đường hầm khác nhờ vào độưu tiên. Hai là, các cờ thuộc tính trên giao tiếp. Ba là, trọng lượng quản trị trên giao tiếp. Mỗi thông tin này được quảng bá (advertised) trên một cơ sở liên kết (per-link basis). Nói cách khác, một router quảng bá băng thông có sẵn, các cờ thuộc tính và trọng lượng quản trị trên tất cả các liên kết có liên quan trong MPLS TE.
Băng thông có sẵn (available bandwidth)
Một thuộc tính quan trọng của MPLS TE là khả năng dành riêng băng thông qua mạng. Cấu hình một lượng băng thông dành riêng trên một liên kết bằng cách sử dụng lệnh sau:
router(config-if)#ip rsvp bandwidth [<1-10000000 total-reservable-bandwidth>[per- flow-bandwidth]]
Lệnh này có thể lấy hai tham số. Tham sốđầu là tổng lượng băng thông dành riêng trên giao tiếp, tính bằng Kbps. Tham số thứ hai là lượng băng thông tối đa có thể dành riêng trong luồng lưu lượng trên một giao tiếp. Nếu không cấu hình lệnh thì băng thông dành riêng ngầm định quảng cáo cho giao tiếp bằng 0. Nếu không chỉđịnh giá trị cho total-reservable-bandwidth trong lệnh ip rsvp bandwidth thì giá trị mặc định là 75% của băng thông liên kết (link bandwidth). Băng thông liên kết được xác định bởi loại giao tiếp hoặc lệnh về băng thông trên giao tiếp. Tỉ lệ trên luồng lưu lượng (per- flow) tối đa được ngầm định là bằng tham số total-reservable-bandwidth, nhưng không nhất thiết phải luôn luôn như thế. Khi các đường hầm MPLS TE dành riêng băng thông liên kết, lượng băng thông được định phần (allocated bandwidth) thay đổi nhưng băng thông có sẵn tối đa (maximum available bandwidth) không thay đổi. Cần cấu hình cho cả hai: trên giao tiếp (per-interface) và băng thông đường hầm (tunnel bandwidth). Vì hai mục đích. Một là, cấu hình per-interface cho biết trong mạng có bao nhiêu băng thông có sẵn trên một giao tiếp. Hai là, cấu hình per-tunnel ở đầu đường hầm cho biết nó cần bao nhiêu băng thông để sử dụng.
Độưu tiên đường hầm (Tunnel Priortity)
MPLS TE cung cấp cơ chế ưu tiên cho một số đường hầm làm việc trước những đường hầm khác. Mỗi đường hầm có một độ ưu tiên, các đường hầm ít quan trọng hơn bị đẩy ra khỏi đường đi và được tính toán lại đường đi, và tài nguyên của nó nhường lại cho đường hầm quan trọng hơn.
Các mức độưu tiên (Priority Level):
Một đường hầm có thểđược thiết lập độ ưu tiên với giá trị trong khoảng từ 0 đến 7. Giá trị ưu tiên càng lớn thì sự quan trọng của đường hầm càng thấp! Ví dụ, đường
hầm có độ ưu tiên 3 thì quan trọng hơn đường hầm ưu tiên 5. Độ ưu tiên 0 là quan trọng nhất. Để tránh nhầm lẫn người ta thường dùng thuật ngữ “tốt hơn” (better) và “tệ hơn” (worse) hơn thuật ngữ “cao hơn” (higher) và “thấp hơn” (lower). Cũng có thể dùng thuật ngữ “quan trọng hơn” (more important) và “ít quan trọng hơn” (less important).
Những cơ sở của sự chiếm quyền(Preemption Basics):
Những đường hầm quan trọng hơn có quyền đẩy những đường hầm khác ra khỏi đường đi khi muốn dành riêng băng thông. Điều này được gọi là sự chiếm trước đường hầm (tunnel preemption).
Độưu tiên thiết lập và độưu tiên lưu giữ (Setup and Holding Priority):
Mỗi đường hầm có hai độưu tiên – Độưu tiên thiết lập (Setup priority) và độưu tiên lưu giữ (Hold priority). Cả hai độưu tiên được xác định chi tiết trong RFC 3209. Khi một đường hầm được thiết lập lần đầu tiên ta quan tâm đến độưu tiên thiết lập của nó lúc quyết định công nhận đường hầm đó. Khi có đường hầm khác đến cạnh tranh băng thông trên liên kết với đường hầm đầu tiên này, độ ưu tiên thiết lập của đường hầm mới được so sánh với độưu tiên lưu giữ của đường hầm đầu tiên. Độưu tiên thiết lập có thể khác với độ ưu tiên lưu giữ cho một vài ứng dụng thực tế. Ví dụ, một đường hầm có độưu tiên lưu giữ bằng 0, và độưu tiên thiết lập là 7. Đường hầm này có thể bị bất kỳ một đường hầm khác đẩy ra khỏi đường đi của nó để chiếm tài nguyên vì đường hầm có độưu tiên thiết lập thấp nhất (7). Nhưng ngay lúc nó được thiết lập thì không đường hầm nào khác có thể chiếm trước đường đi của nó do có độưu tiên lưu giữ cao nhất (0).
Chú ý: cùng một đường hầm thì độưu tiên thiết lập không được tốt hơn độưu tiên lưu giữ. Vì nếu hai đường hầm (giả sử là Tunnel1 và Tunnel2) đang tranh chấp cùng tài nguyên, và cả hai đều có độưu tiên thiết lập bằng 1 và độưu tiên lưu giữ bằng 7, điều gì xảy ra? Tunnel1 đến đầu tiên và giữ băng thông với độ ưu tiên lưu giữ bằng 7. Tunnel2 đến thứ hai và dùng độưu tiên thiết lập của nó (1) đẩy Tunnel1 ra để chiếm đường liên kết (link). Sau đó Tunnel2 giữđường liên kết với độưu tiên lưu giữ bằng 7. Tunnel1 đến và sử dụng độưu tiên thiết lập (1) đẩy Tunnel2 đi và chiếm đường liên kết. Tunnel2 giữ liên kết với độưu tiên lưu giữ bằng 7. Tunnel2 đến và dùng độ ưu tiên thiết lập của nó (1) đẩy Tunnel1 ra để chiếm đường liên kết . Sau đó Tunnel2 giữ đường liên kết với độưu tiên lưu giữ bằng 7. Cứ thế và lặp lại.
Các phiên bản Cisco IOS đều không cho phép cấu hình độ ưu tiên thiết lập thấp hơn độ ưu tiên lưu giữ trên cùng một đường hầm nên trong thực tế không xảy ra hiện tượng trên. Tuy nhiên, trong thực tế hiếm khi độưu tiên thiết lập và độưu tiên lưu giữ khác nhau.
Cấu hình độưu tiên cho đường hầm Việc cấu hình thì đơn giản. Cấu trúc lệnh : tunnel mpls traffic-eng priority setup [holding]
Nếu không chỉ định một độưu tiên lưu giữ thì ngầm định bằng với giá trị của độ ưu tiên thiết lập. Độưu tiên ngầm định là 7 (cho cả hai độưu tiên thiết lập và lưu giữ)
Các cờ thuộc tính (Attribute Flags)
Một đặc tính khác của MPLS TE là các cờ thuộc tính. Một cờ thuộc tính là một ảnh bipmap 32-bit trên một kết nối có thể chứa 32 thuộc tính riêng biệt trên một kết nối. Lệnh trên kết nối như sau:
router(config-if)#mpls traffic-eng attribute-flags attributes (0x0-0xFFFFFFFF)
Các thuộc tính (attributes) có thể từ 0x0 đến 0xFFFFFFFF. Nó đại diện một ảnh bitmap của 32 thuộc tính (bit), với giá trị của một thuộc tính là 0 hoặc 1. Ngầm định là 0x0, hay tất cả 32 thuộc tính trong ảnh bitmap là 0. Bạn có thể tự quyết định cho những bit này. Ví dụ, quyết định giá trị cờ thuộc tính là 0x2 nghĩa là “Kết nối này được định tuyến qua một đường vệ tinh và do đó không phù hợp để đi qua những đường có độ trễ thấp (low-delay).” Trong trường hợp này bất kỳ kết nối nào qua vệ tinh sẽđược cấu hình như sau:
router(config-if)#mpls traffic-eng attribute-flags 0x2
Trọng lượng quản trị (Administrative Weight)
Chi phí trên kết nối chia làm hai loại: chi phí điều khiển lưu lượng (TE cost) và chi phí của giao thức cổng nội (IGP cost). Cho phép tính toán đường đi TE thiết lập chi phí kết nối khác với đường đi ngắn nhất đầu tiên của giao thức IGP (IGP SPF).Chi phí TE ngầm định trên một kết nối bằng với chi phí IGP. Thay đổi chi phí TE khác với chi phí IGP bằng cách sử dụng lệnh sau:
router(config-if)#mpls traffic-eng administrative-weight (0-4294967295)
administrative-weight là lệnh dùng để thiết lập trọng lượng quản trị hay metric trên một giao tiếp. Lệnh này sử dụng cho hai trường hợp:
Trường hợp 1: ghi đè metric được IGP quảng cáo nhưng chỉ trên những thông tin quảng bá của TE.
Trường hợp 2: là metric nhạy cảm (delay-sensitive metric) với độ trễ trên một cơ sở đường hầm (per-tunnel basis)
Trường hợp 1 được cả OSPF và IS-IS quan tâm, khi một kết nối được quảng bá vào IGP nó kèm theo một metric của kết nối đó (link metric). Metric của kết nối trong IS- IS mặc định là 10, và có thểđược cấu hình lại bằng lệnh: per-interface commamd isis metric. Metric kết nốt ngầm định của OSPF bằng băng thông trên kết nối chia 108, và có thểđược cấu hình bằng lệnh per-interface commamd ip ospf cost. Nếu trọng lượng quản trị điều khiển lưu lượng mpls (mpls traffic-eng administrative-weight) chưa được cấu hình trên một giao tiếp, chi phí được quảng bá trên thông báo điều khiển lưu lượng bằng với chi phí IGP cho kết nối đó. Tuy nhiên có một trường hợp bạn muốn thay đổi giá trị chi phí được quảng bá trên kết nối cho TE. Điều hày hữu dụng trong