3.2.1. Giao thức dự trữ tài nguyờn (RSVP)
Để đảm bảo yờu cầu về chất lượng dich vụ do cỏc ứng dụng cụ thể đũi hỏi, tài nguyờn của mạng phải được đăng ký trước, phải được mạng chấp nhận và cung cấp trước khi kết nối được thiết lập và thực hiện việc trao đổi số liệu của ứng dụng.
Việc đăng ký trước tài nguyờn mạng thực hiện trờn cơ sơ giao thức dự trữ tài nguyờn (Resource Reservation Protocol - RSVP).
Hỡnh 3.18: Giao thức RVSP hỗ trợ QoS R2 R3 R1 path Resv path Resv path Resv path Resv RSVP S Rx
Hỡnh 3.19: Giao thức RSVP
RSVP là giao thức chuẩn (RFC 2205) Internet IETF cho phộp cỏc ứng dụng dự trữ băng thụng mạng một cỏch linh động, RSVP cũng cho phộp cỏc ứng dụng yờu cầu một QoS cụ thể đối với mỗi luồng dữ liệu.
RSVP cho phộp:
- Thiết bị đầu cuối nguồn xỏc định tuyến đường đến thiết bị đầu cuối đớch và đưa ra yờu cầu về chất lượng dịch vụ luồng số liệu của mỡnh thụng qua thụng bỏo PATH.
- Trờn cơ sở kết quả định tuyến ở trờn, thiết bị đầu cuối đớch thực hiện đăng ký tài nguyờn mạng cần thiết bằng thụng bỏo RESV tại cỏc hệ định tuyến dọc đường chuyển tiếp để đảm bảo cỏc yờu cầu về lưu lượng trong quỏ trỡnh trao đổi số liệu.
Hỡnh 3.20: Cơ chế làm việc của RSVP
RSVP định nghĩa một phiờn “đăng ký tài nguyờn” gồm: Địa chỉ IP đớch (Dest_address), Định danh giao thức sử dụng (Protocol_ID) và Số hiệu cổng đớch (Dest_Port). Gúi số liệu RSVP mang yờu cầu đăng ký tài nguyờn bắt nguồn từ trạm cần nhận số liệu và được truyền ngược về trạm gửi số liệu như hỡnh vẽ 3.21.
RSVP sử dụng tốc độ dữ liệu trung bỡnh, lượng dữ liệu lớn nhất mà bộ định tuyến sẽ giữ trong hàng đợi và QoS tối thiểu để quyết định băng thụng dự trữ.
Thiết bị đầu cuối nguồn Thiết bị đầu cuối đớch Quản lý
chớnh sỏch Điều khiển truy nhập chớnh sỏchQuản lý Điều khiển truy nhập
Tiến trỡnh RSVP Tiến trỡnh RSVP Bảng định tuyến Bảng định tuyến Phõn loại gúi số liệu Phõn loại gúi số liệu Lập lịch phỏt gúi số liệu Lập lịch phỏt gúi số liệu Hướng Đăng ký RESV PATH
3.2.2. Dịch vụ tớch hợp (IntServ)
Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp cỏc dịch vụ thời gian thực (thoại, video) và băng thụng cao (đa phương tiện) dịch vụ tớch hợp IntServ đó ra đời. Đõy là sự phỏt triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống nỗ lực tối đa và cỏc dịch vụ thời gian thực (minh họa trờn hỡnh 3.22). Động lực thỳc đẩy mụ hỡnh này chủ yếu do những lý do cơ bản sau đõy:
- Dịch vụ nỗ lực tối đa khụng cũn đủ tốt nữa: ngày càng cú nhiều ứng dụng khỏc nhau cú những yờu cầu khỏc nhau về đặc tớnh lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng ngày càng yờu cầu cao hơn về chất lượng dịch vụ.
- Cỏc ứng dụng đa phương tiện cả gúi ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải cú khả năng cú khả năng hỗ trợ khụng chỉ đơn dịch vụ mà phải hỗ trợ tịch hợp đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khỏc nhau từ thoại, số liệu đến video.
- Tối ưu húa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyờn mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyờn mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng cú độ ưu tiờn cao hơn, phần cũn lại sẽ dành cho số liệu nỗ lực tối đa.
- Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mụ hỡnh dịch vụ IntServ cho phộp nhà cung cấp mạng cung cấp được dịch vụ tốt nhất khỏc biệt với cỏc nhà cung cấp cạnh tranh khỏc. Trong mụ hỡnh này cú một số thành phần tham gia như sau:
- Giao thức thiết lập: Setup cho phộp cỏc mỏy chủ và cỏc bộ định tuyến dự trữ động tài nguyờn trong mạng để xử lý cỏc yờu cầu của cỏc luồng lưu lựợng riờng, RSVP, Q.2931 là một trong những giao thức đú.
- Đặc tớnh luồng: xỏc định chất lượg dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riờng biệt. Luồng được định nghĩa như một luồng cỏc gúi từ nguồn đến đớch cú cựng yờu cầu về QoS. Về nguyờn tắc cú thể hiểu đặc tớnh luồng như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yờu cầu. - Điều khiển lưu lượng: trong cỏc thiết bị mạng (mỏy chủ, bộ định tuyến, chuyển
mạch) cú thành phần điều khiển và quản lý tài nguyờn mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yờu cầu. Cỏc thành phần điều khiển lưu lượng này cú thể được khai bảo bởi giao thức bỏo hiệu như RSVP hay nhõn cụng.
Hỡnh 3.21: Mụ hỡnh dịch vụ tớch hợp
Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:
- Điều khiển chấp nhận: xỏc định thiết bị mạng cú khả hỗ trợ QoS theo yờu cầu hay khụng.
- Thiết bị phõn loại: nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa trờn nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gúi.
- Thiết bị lập lịch: cung cấp cỏc mức chất lượng dịch vụ QoS trờn kờnh ra của thiết bị mạng.
Cỏc mức chất lượng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm:
- Dịch vụ bảo đảm: băng tần dành riờng, trễ cú giới hạn và khụng bị thất thoỏt gúi tin trong hàng. Cỏc ứng dụng cung cấp thuộc loại này cú thể kể đến: hội nghị truyền hỡnh chất lượng cao, thanh toỏn tài chớnh thời gian thực...
- Dịch vụ kiểm soỏt tải: khụng đảm bảo về băng tần hay trễ nhưng khỏc nỗ lực tối đa ở điểm khụng giảm chất lượng một cỏch đỏng kể khi tải mạng tăng lờn. Phự hợp cho cỏc ứng dụng khụng nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gúi như truyền multicast audio/video chất lượng trung bỡnh.
- Dịch vụ nỗ lực tối đa.
Mụ hỡnh IntServ sử dụng RVSP
Mỗi node mạng (router) được chia làm hai phần: Xử lớ cơ bản và chuyển tiếp lưu lượng:
- Xử lớ cơ bản đảm nhận cỏc chức năng như: định tuyến, thiết lập và duy trỡ tài
Lập lịch
Cỏc bản tin setup đặt trước
Lập lịch Ứng dụng Setup Phõn loại Setup Phõn loại Giao thức định tuyến/database Điều khiển chấp nhận/cưỡng bức Data IP Data
- Xử lớ trong chuyểm tiếp lưu lượng: dựa trờn thụng tin trong cơ sở dữ liệu để phõn loại lưu lượng và đưa lưu lượng vào hàng đợi.
Hỡnh 3.22: Mụ hỡnh IntServ sử dụng RSVP Hỡnh 3.23: Kiến trỳc IntServ RSVP RSVP data data Data Điều khiển chấp nhận Data Lập lịch Ứng dụng Quỏ trỡnh RSVP Phõn loại Điều khiển chớnh sỏch Quỏ trỡnh định tuyến Điều khiển chấp nhận Lập lịch Quỏ trỡnh RSVP Phõn loại Điều khiển chớnh sỏch Host Router Tỏc nhõn định tuyến Bảng định tuyến Tỏc nhõn thiết lập dành riờng Tỏc nhõn quản lớ Điều khiển chấp nhận
Cơ sở dữ liệu điều khiển lưu lượng Thiết bị đầu vào Bộ phõn loại Bộ lập lịch Đầu ra hàng đợi Luồng Resv RSVP Điều khiển luồng Luồng Resv
3.2.3. Dịch vụ DiffServ
Việc đưa ra mụ hỡnh IntServ đó cú vẻ như giải quyết được nhiều vấn đố liờn quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiờn trờn thực tế, mụ hỡnh này khụng thực sự đảm bảo được QoS xuyờn suốt (End – to - end). Đó cú nhiều cố gắng để thay đổi điều này nhằm đạt được một mức QoS cao hơn cho mạng IP và một trong những cố gắng đú là sự ra đời của DiffServ. DiffServ sử dụng việc đỏnh dấu gúi và xếp hàng theo loại để hỗ trợ cỏc dịch vụ ưu tiờn qua mạng IP. Hiện tại IETF đó cú một nhúm làm việc DiffServ để đưa ra cỏc tiờu chuẩn RFC về DiffServ.
Nguyờn tắc cơ bản của DiffServ như sau:
- Định nghĩa một số lượng nhỏ cỏc lớp dịch vụ hay mức ưu tiờn. Một lớp dịch vụ cú thể liờn quan đến đặc tớnh lưu lượng (băng tần min – max, kớch cỡ cụm, thời gian kộo dài cụm..).
- Phõn loại và đỏnh dấu cỏc gúi riờng biệt tại biờn bản cảu mạng vào cỏc lớp dịch vụ.
- Cỏc thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến trong mạng lừi sẽ phục vụ cỏc gúi theo nội dung của cỏc bit đó được đỏnh dấu trong mào đầu của gúi.
Với nguyờn tắc này, DiffServ cú nhiều lợi thế hơn so với IntServ: - Khụng yờu cầu bỏo hiệu cho từng luồng.
- Dịch vụ ưu tiờn cú thể ỏp dụng cho một số luồng riờng biệt cựng một lớp dịch vụ. Điều này cho phộp nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng cung cấp một số lượng nhỏ cỏc mức dịch vụ khỏc nhau cho khỏch hàng cú nhu cầu.
- Khụng yờu cầu thay đổi tại cỏc mỏy chủ hay cỏc ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiờn. Đõy là cụng việc của thiết bị biờn.
- Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN.
Tuy nhiờn cú thết nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như:
- Khụng cú khả năng cung cấp băng tõn và độ trễ đảm bảo như GS của IntServ hay ATM.
- Thiết bị biờn vẫn yờu cầu bộ bộ phõn loại chất lượng cao cho từng gúi giống như trong mụ hỡnh IntServ.
- Vấn đề quản lý trạng thỏi bộ phõn loại của một số lượng lớn cỏc thiết bị biờn là một vấn để khụng nhỏ cần quan tõm.
- Chớnh sỏch khuyến khớch khỏch hàng trờn cơ sở giỏ cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giỏ trị của DiffServ.
Mụ hỡnh DiffServ bao gồm một số thanh phần như sau:
DS – Byte: byte xỏc định DiffServ là thanh phần TOS của Ipv4 và trường loại lưu lượng IPv6. Cỏc bớt trong byte này thụng bỏo gúi tin được mong đợi nhận được thuộc dịch vụ nào.
Cỏc thiết bị biờn (bộ định tuyến biờn): nằm tại lối vào hay lối ra của mạng cung cấp DiffSerrv.
Cỏc thiết bị bờn trong mạng DiffServ.
Quản lý cưỡng bức: cỏc cụng cụ và nhà quản trị mạng giỏm sỏt và đo kiểm đảm bảo SLA giữa mạng và người dựng.
Hỡnh 3.24: Mụ hỡnh DiffServ tại biờn và lừi của mạng
3.2.4. Chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS
3.2.4.1. Khỏi niệm MPLS
MPLS là một cụng nghệ tớch hợp tốt nhất cỏc khả năng hiện tại để phõn phỏt gúi tin từ nguồn tới đớch qua mạng Internet. Cú thể định nghĩa MPLS là một tập cỏc cụng nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để chuyển tiếp gúi tin bằng cỏch sử dụng cỏc nhón ngắn cú chiều dài cố định.
Bằng cỏch sử dụng cỏc giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLS cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua cỏc tuyến Internet bằng cỏch sử dụng cỏc nhón và trao đổi nhón. MPLS bao gồm việc thực hiện cỏc đường chuyển mạch nhón LSP, nú cũng cung cấp cỏc thủ tục và cỏc giao thức cần thiết để phõn phối cỏc nhón giữa cỏc chuyển mạch và cỏc bộ định tuyến .
Nghiờn cứu MPLS đang được thực hiện dưới sự bảo trợ của nhúm làm việc MPLS trong IETF. MPLS vẫn là một sự phỏt triển tương đối mới, nú mới chỉ được tiờu chuẩn hoỏ theo Internet vào đầu năm 2001.
Phõn loại đa byte Hàng đợi, quản lý lập lịch kiểm soỏt Đỏnh dấu gúi Router biờn Phõn loại DS byte Hàng đợi, quản lý lập lịch Router lừi
Sử dụng MPLS để trao đổi khe thời gian TDM, chuyển mạch khụng gian và cỏc bước súng quang là những phỏt triển mới nhất. Cỏc nỗ lực này được gọi là GMPLS (Generalized MPLS ).
3.2.4.2. Cỏch thức hoạt động của MPLS
MPLS cú thể được xem như là một tập cỏc cụng nghệ hoạt động với nhau để phõn phỏt gúi tin từ nguồn tới đớch một cỏch hiệu quả và cú thể điều khiển được. Nú sử dụng cỏc đường chuyển mạch nhón LSP để chuyển tiếp ở lớp 2 mà đó được thiết lập bỏo hiệu bởi cỏc giao thức định tuyến lớp 3.
Bởi vỡ cỏc khỏi niệm chuyển tiếp, chuyển mạch và định tuyến là những vấn đề quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào do vậy mà cần hiểu kỹ cỏc khỏi niệm này.
Một thiết bị router chuyển một gúi tin từ nguồn tới đớch bằng cỏch thu hoặc nhận, chuyển mạch và sau đú chuyển tiếp nú tới một thiết bị mạng khỏc cho tới khi nú tới đớch cuối cựng. Hỡnh 3.26 sau đõy mụ tả mụ hỡnh chung.
Các lớp trên
Duy trì tuyến
Lựa chọn cổng ra
Nhận gói đầu vào Nhận gói đầu ra
Các cổng vào Các cổng ra Định tuyến Chuyển mạch Liên mạng Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng chuyển tiếp
Hỡnh 3.25: Định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp
Mặt bằng điều khiển quản lý tập cỏc tuyến cú thể mà một gúi cú thể sử dụng, trong mụ hỡnh này một gúi đi vào thiết bị mạng qua giao diện đầu vào, được xử lý bởi một thiết bị mà nú chỉ xử lý thụng tin về gúi để đưa ra quyết định logic. Quyết định
thụng tin về gúi được cập nhật tới thiết bị khỏc để chuyển tiếp gúi thụng qua giao diện đầu ra để tới đớch của gúi tin đú.
Đõy là mụ hỡnh đơn giản nhất trong cỏc cụng nghệ mạng, nhưng nú là sự bắt đầu cho việc thảo luận rằng MPLS được thực hiện như thế nào. Cỏc cụng nghệ MPLS đưa ra mụ hỡnh mới cho việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp để chuyển cỏc gúi tin trong mạng Internet .
Một mụ hỡnh khỏc thường gặp mụ tả luồng cỏc gúi tin giữa cỏc thiết bị mạng (Vớ dụ như là cỏc Router) được trỡnh bầy trong hỡnh 3.27
đường điều khiển đường chuyển tiếp phần mềm phần cứng đường điều khiển đường chuyển tiếp phần mềm phần cứng đường nhanh (dữ liệu) đường chậm (điều khiển) router A router B data data
Hỡnh 3.26: Đường nhanh và đường chậm.
Lưu lượng trong mạng bao gồm hai loại: Lưu lượng điều khiển bao gồm cỏc thụng tin về quản lý và định tuyến; Lưu lượng dữ liệu.
Lưu lượng dữ liệu thỡ đi theo “đường nhanh” và được xử lý bởi cỏc thiết bị mạng. Trong hầu hết cỏc thiết bị mạng hiện đại, đường nhanh được thực hiện bởi phần cứng. Bất cứ thiết bị mạng nào nhận một gúi tin khụng phải là dữ liệu thỡ nú được xem như tiờu đề của gúi, thụng tin về gúi được gửi lờn đường điều khiển để xử lý. Cỏc gúi điều khiển bao gồm cỏc thụng tin yờu cầu cho việc định tuyến gúi, bất cứ một gúi nào khỏc cú thể chứa thụng tin điều khiển, cỏc gúi dữ liệu ưu tiờn v.v.. thỡ được xử lý chậm bởi vỡ chỳng cần được kiểm tra bởi phần mềm. Vỡ lý do này đường xử lý thường được gọi là “đường chậm”.
Mụ hỡnh này rất quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào bởi vỡ nú chỉ ra đường điều khiển và đường chuyển tiếp là riờng biệt. MPLS cú thể phõn biệt cỏc chức năng quan trọng này để tạo ra một phương phỏp mới làm thay đổi phương thức truyền cỏc gúi dữ liệu qua mạng Internet.
MPLS chủ yếu làm việc với cỏc giao thức lớp 2 và lớp 3, và cũng hoạt động trong nhiều kiểu thiết bị mạng khỏc.
“Cụng nghệ lớp 2.5” là một khớa cạnh khỏc, thường được dựng để mụ tả về MPLS. Hỡnh 3.27 trỡnh bầy MPLS được xem như là một lớp trung gian mà nú được chốn vào giữa lớp mạng và lớp liờn kết dữ liệu.
Lớp 4-7 (lớp truyền tải, phiên, trình diễn, ứng dụng) Lớp 3(lớp mạng)
Lớp 2 (liên kết dữ liệu) Lớp 1 (lớp vật lý) Lớp 2.5 (MPLS)
Hỡnh 3.27: Lớp chốn MPLS
Mụ hỡnh này ban đầu xuất hiện như là một mụ hỡnh khụng đồng nhất với OSI, mụ hỡnh này chỉ ra rằng MPLS khụng phải là một lớp mới riờng, mà nú là một phần ảo của mặt phẳng điều khiển ở dưới lớp mạng với mặt phẳng chuyển tiếp ở đỉnh của lớp liờn kết dữ liệu. MPLS khụng phải là một giao thức tầng mạng mới bởi vỡ nú khụng cú khả năng tự định tuyến hoặc cú sơ đồ địa chỉ, mà yờu cầu phải cú trong giao thức lớp 3. MPLS sử dụng cỏc giao thức định tuyến và cỏch đỏnh địa chỉ của IP, MPLS cũng khụng phải là một giao thức tầng liờn kết dữ liệu bởi vỡ nú được thiết kế để hoạt động trong nhiều cụng nghệ liờn kết dữ liệu phổ biến mà cung cấp yờu cầu chức năng và địa chỉ lớp 2.
3.2.4.3. Ứng dụng của MPLS
Một mụ hỡnh chung của Internet là trỡnh bầy toàn bộ tập cỏc mỏy tớnh và mạng