6. Cấu trúc của luận văn
3.2. GIỚI THIỆU KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS
3.2.1. Khái niệm kỹ thuật lưu lượng
Sử dụng tài nguyên mạng, đặc biệt là băng thông một cách hiệu quả là mục tiêu của bất kỳ nhà cung cấp dịch vụ mạng. Tính hiệu quả ở đây được hiểu là tận dụng tối đa băng thông rỗi trên các đường liên kết và năng lực của các thiết bị mạng. Không để xảy ra hiện tượng một phần mạng bị nghẽn không đáp ứng được dịch vụ, trong khi tồn tại phần mạng khác không được sử dụng. Mặt khác, trong mạng cũng cần bảo đảm rằng các luồng lưu lượng
đặc biệt thì phải được ưu tiên chiếm giữ tài nguyên.
Kỹ thuật lưu lượng là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng nhằm đạt các mục tiêu trên.
3.2.2. Bài toán con cá và kỹ thuật lưu lượng MPLS
a. Bài toán con cá trong mạng IP
Hình 3.1. Điều khiển lưu lượng trong mạng IP
3.1 minh họa một mạng IP. Tất cả các link đều có chi phí bằng 15, băng thông 150Mbps.
Với các thông số như trong , 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 có BW= 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 150 Mbps. Nghĩa là R2 phải huỷ 40 Mbps cho phù hợp với
đường truyền.
Tóm lại, muốn đáp ứng được kỹ thuật điều khiển lưu lượng phải thỏa mãn hai điều kiện là: khả năng lưạ chọn tối ưu theo metric vô hướng và phải tính đến băng thông hiện có của một liên kết bất kỳ. Định tuyến IP chỉ đáp
b. Bài toán con cá trong mạng ATM
Hình 3.2. Điều khiển lưu lượng trong mạng ATM
3.2 minh họa mạng overlay kết hợp ATM và IP. Đường đi từ nguồn (R2) đến đích (R6) có 2 đường với chi phí đều bằng 15.
Khi có luồng lưu lượng từ R2 đến R6, vì 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. Xây dựng nhiều con đường có cùng để chuyển lưu lượng 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 là khá tốt.
Tuy nhiên, mô mạng này vẫn không được phát triển rộng rãi. Nguyên nhân là do:
- Mô tích hợp hai kỹ thuật mạng là ATM và IP. IP là kỹ thuật mạng hướng không kết nối còn ATM là kỹ thuật mạng hướng kết nối. Do có sự
khác nhau nên đòi hỏi phải có giao thức tương thích, trong đó yêu cầu cần ánh xạ địa chỉ IP lên nhãn của tế bào trong ATM.
- Khi mạng phát triển với quy mô lớn, nhiều người truy cập vào mạng, số lượng định tuyến (router) tăng lên thì số lượng thông tin định tuyến mà mỗi router phải lưu giữa rất lớn.
c. Giải quyết bài toán con cá bằng MPLS TE
Hình 3.3. Điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS
3.3 minh họa mạng MPLS. Để thực hiện kỹ thuật lưu lượng, MPLS xây dựng 2 trung kế lưu lượng (còn gọi đường hầm lưu lượng) là tunnel1 và tunnel2. Tuỳ thuộc vào các thông số mà mỗi trung kế sẽ chuyển tiếp một phần lưu lượng khác nhau. Việc cân bằng tải để cả 2 trung kế có chi phí bằng nhau trong MPLS rất dễ dàng.
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, 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.
MPLS-TE kết hợp khả năng điều khiển lưu lượng của ATM với sự
mềm dẻo của IP. MPLS cho phép xây dựng các con đường chuyển nhãn (LSP- Label Switch Path) trong mạng để giảm lưu lượng chuyển tiếp. MPLS- TE dùng trung kế lưu lượng 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-TE sử dụng cơ chế gọi là định tuyến động (autoroute) để xây dựng bảng định tuyến, không cần mạng lưới đầy đủ các tuyến láng giềng (neighbor). MPLS-TE dự trữ băng thông khi xây dựng LSP. Quá trình thực hiện kỹ thuật lưu lượng trong một mạng MPLS bao gồm:
- Sự phân phối thông tin: Cách các bộđịnh tuyến nhận diện ra mạng và các tài nguyên nào đã sẵn sàng.
- Định tuyến ràng buộc để thiết lập đường đi các trung kế lưu lượng - Chuyển tiếp lưu lượng vào trung kế lưu lượng
3.3. SỰ PHÂN PHỐI THÔNG TIN
3.3.1. Các thông tin được phân phối
Các thông tin quảng bá trong mạng được thực hiện bởi các giao thức
định tuyến nội (IGP). Để thực hiện kỹ thuật lưu lượng các nút cần biết tất cả
các thông tin trong mạng, do đó giao thức được chọn là các giao thức định tuyến Link-State như OSPF và IS-IS. Để thực hiện kỹ thuật lưu lượng, các giao thức này đã được cải tiến như OSPF có các định nghĩa thông cáo Link- State mới. Trong thông cáo mới này, ngoài thông tin về trạng thái Up/down của mạng, còn chứa các thông tin sau do các router khác quảng bá:
- Băng thông khả dụng của từng liên kết.
- Các thuộc tính dùng tính toán đường ràng buộc: link, cost, next hop - Các thuộc tính kết nối (link attributes): Thuộc tính lớp tài nguyên của một liên kết là một chuỗi 32 bit được dùng kết hợp với thuộc tính Affinity của trung kế lưu lượng để bao gồm hay loại trừ các link nào đó trên đường của trung kế.
- Trọng số quản trị (Administrative weight) hay TE metric. Mỗi liên kết có một giá trị chi phí (gọi là cost hay metric) để tính toán định tuyến trong hoạt động của IGP. TE metric là một trọng lượng quản trị
(Administrative Weight) được gán cho các link để thiết lập LSP cho các trung kế lưu lượng. Giá trị TE metric mặc định là bằng IGP cost của liên kết. Router đầu nguồn (head-end) sử dụng các TE metric để định tuyến ràng buộc. Có thể cấu thay đổi chi phí TE khác với chi phí IGP nhằm mục
đích tính toán đường đi khác với đường đi ngắn nhất đầu tiên của giao thức IGP (IGP SPF).
3.3.2. Làm tràn (flood) thông tin trong mạng
Trong một mạng không sử dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS, IGP làm tràn (flood) thông tin về một kết nối (link) trong ba trường hợp:
Một là, khi một kết nối hoạt động hay không (up or down).
Hai là, khi một cấu của kết nối thay đổi (Ví dụ: thay đổi chi phí kết nối,…).
Ba là, khi đến thời gian làm tràn thông tin IGP định kỳ của router. Kỹ thuật lưu lượng MPLS thêm vào lý do khác để làm tràn thông tin: khi băng thông của kết nối thay đổi, khi các đường hầm được thiết lập (set up) và được điều khiển qua các giao tiếp, lượng băng thông có sẵn trên giao tiếp bị thay đổi để dành riêng (reservation) cho một giao tiếp. Khi các đường
hầm được thiết lập trên một giao tiếp, chúng yêu cầu băng thông và lượng băng thông có sẵn (available bandwith) giảm xuống; khi các đường hầm được
điều khiển xuống qua một giao tiếp cụ thể, lượng băng thông có sẵn tăng lên.
Để tránh thông tin quảng bá tràn ngập chiếm hết băng thông trên mạng và các tài nguyên quan trọng trong CPU của router, MPLS đưa ra ba nguyên tắc của ngưỡng làm tràn (flooding threshold) như sau:
(1) Làm tràn ngay những thay đổi quan trọng.
(2) Khi các đường hầm đến và đi, các ngưỡng được kiểm tra để xem nếu có bất kỳ sự thay đổi nào đối với sự dành riêng qua một ngưỡng, và thông tin trạng thái liên kết sẽđược làm tràn khi cần thiết.
(3) Làm tràn những thay đổi không quan trọng một cách định kỳ, nhưng thường xuyên hơn khoảng thời gian làm tươi IGP.
Thời gian định kỳ ngầm định làm tràn là 180 giây. Nhưng có thể thay
đổi bằng cấu . Những thông tin được làm tràn thông thường là băng thông có sẵn nếu nó thay đổi và chưa được làm tràn.
Nếu một thay đổi chưa được làm tràn thì xem như gây ra một lỗi, phải làm tràn ngay: RSVP gửi một lỗi khi một thiết lập đường đi không thành công do thiếu băng thông. Nếu một router nhận một yêu cầu dành riêng băng thông nhiều hơn băng thông hiện có trên một kết nối cụ thể, băng thông kết nối có sẵn được thay đổi tại thời điểm làm tràn thông tin gần nhất vì thế
router nhận được sự tiếp nhận dành riêng để bộđịnh tuyến gửi sự dành riêng chứa những thông tin trong cơ sở dữ liệu cấu trúc mạng của nó và thực hiện tái làm tràn.
3.4. TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG
3.4.1. Khái niệm trung kế lưu lượng
Trung kế lưu lượng (Traffic Trunk) là tập hợp các dòng dữ liệu (được xác định bởi năm thành phần chính trong tiêu đề IP là địa chỉ IP nguồn; địa chỉ IP đích, giao thức lớp giao vận; địa chỉ cổng nguồn, địa chỉ cổng đích) thỏa mãn hai tính là chất cùng chuyển tiếp trên một đường chung thông thường và sử dụng cùng loại dịch vụ, được đặt bên trong một LSP. Để điều khiển lưu lượng, định tuyến ràng buộc chỉ thực hiện đối với Trung kế lưu lượng thay vì trên mỗi dòng dữ liệu riêng rẽ. Phương pháp này rất có ích khi mạng phát triển, nhiều người truy cập vào mạng, số lượng dòng dữ liệu tăng rất lớn nhưng số lượng Trung kế lưu lượng không tăng, do đó không gây ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng.
Trung kế lưu lượng là đơn hướng và là đối tượng định tuyến.
Một trung kế lưu lượng được đặc trưng bởi:
- Ingress-LSR và egress-LSR của trung kế lưu lượng - Tập các FEC được ánh xạ vào trung kế lưu lượng
-Một tập các thuộc tính nhằm xác định các đặc trưng hành vi của trung kế.
3.4.2. Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng
Là các tiến trình khác nhau xảy ra trong thời gian sống của một trung kế lưu lượng, bao gồm:
Establish: Tạo ra một trung kế lưu lượng bằng cách quyết định một LSP, gán các nhãn MPLS và quan trọng nhất là gán tài nguyên cho trung kếđó.
Activate: Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách dùng một số chức năng định tuyến đểđưa lưu lượng vào trung kế.
Deactivate: Làm cho trung kế lưu lượng ngưng chuyển dữ liệu cũng bằng cách dùng một chức năng định tuyến để dừng việc đưa lưu lượng vào trung kế.
Modify Attributes: Thay đổi các đặc trưng của trung kế lưu lượng, chẳng hạn như băng thông khả dụng.
Reroute: Chọn một đường mới cho trung kế lưu lượng (thường là do một số sự cố trong mạng hoặc khi khôi phục xong sự cố)
Destroy: Loại bỏ hoàn toàn một trung kế lưu lượng khỏi mạng và thu hồi tất cả các tài nguyên đã cấp phát cho nó.
3.4.3. Các thuộc tính của trung kế lưu lượng
a. Thuộc tính tham số lưu lượng
Thuộc tính tham số lưu lượng đặc tả băng thông đòi hỏi bởi trung kế
lưu lượng cùng với các đặc trưng lưu lượng khác như tốc độ đỉnh, tốc độ
tham số lưu lượng rất quan trọng vì chúng chỉ thị các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu lượng.
b. Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường
Là các tiêu chuẩn lựa chọn và duy trì đường dẫn cho trung kế lưu lượng. Con đường thực sự được chọn xuyên qua mạng có thể được cấu tĩnh bởi nhà điều hành hoặc được gán động do mạng dựa vào các thông tin từ
IGP. Các thuộc tính cơ bản và các đặc trưng hành vi liên quan đến chọn
đường và quản lý đường cho trung kế lưu lượng được mô tả như sau:
- Đường tường minh đặc tả quản trị: một trung kế lưu lượng được cấu bởi người quản trị mạng. Một đường gọi là đặc tả toàn bộ nếu chỉ ra tất cả các nút mà đường đi qua. Đặc tả một phần nếu chỉ có một tập con các nút trung gian được chỉ thị.
- Phân cấp các luật ưu tiên cho đa đường: Trong một số hoàn cảnh thức tế, khả năng chỉ thị một tập các đường tường minh đề cử cho một trung kế
lưu lượng và định nghĩa phân cấp các quan hệ ưu tiên giữa các đường. Khi thiết lập đường, các luật ưu tiên được áp dụng để chọn ra đường thích hợp từ
danh sách đề cử. Trong các tình huống sự cố thì các luật ưu tiên này cũng
được dùng để chọn một đường thay thế từ danh sách đề cử.
- Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource Class Affinity): Thuộc tính này cho phép áp đặt các chính sách chọn đường bằng việc bao gồm hay loại trừ một số link nào đó. Mỗi link được gán một thuộc tính lớp tài nguyên (Resource-Class). Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên có dạng chuỗi bit như sau: Affinity (32 bits), Mask (32 bits)
Mặt nạ lớp tài nguyên chỉ thị các bit nào trong lớp tài nguyên cần được kiểm tra. Link được bao hàm khi chọn đường nếu chuỗi Affinity trùng với
Resource-Class sau khi cùng thực hiện phép AND với mặt nạ. Giá trị default của mặt nạ là 0x0000FFFF.
- Thuộc tính thích ứng: Trong nhiều tình huống cần thiết phải thay đổi
động các đường dẫn của trung kế lưu lượng để đáp ứng với việc thay đổi trạng thái mạng (chủ yếu thay đổi tài nguyên khả dụng). Quá trình này được gọi là tái tối ưu. Thuộc tính thích ứng cho biết một trung kế lưu lượng được phép tái tối ưu hoá hay không. Nếu tái tối ưu hoá bị cấm thì trung kế lưu lượng coi như được “Ghim” vào đường đã thiết lập của nó và không thể tái
định tuyến khi có thay đổi trạng thái mạng.
- Thuộc tính ưu tiên /lấn chiếm (Priority/ Preemption): Thuộc tính ưu tiên có 8 mức (giảm dần từ 0 đến 7) xác định thứ tự thực hiên chọn đường cho các trung kế lưu lượng. Độ ưu tiên cũng rất quan trọng khi triển khai cơ
chế lấn chiếm vì nó có ảnh hưởng đến thứ tự thiên vị.
Mỗi trung kế lưu lượng được gán một giá trị ưu tiên thiết lập và một giá trị ưu tiên cầm giữ. Khi thiết lập trung kế mới hoặc tái định tuyến, một trung kế có độ ưu tiên thiết lập cao sẽ chèn lấn một trung kế lưu lượng khác có độ ưu tiên cầm giữ thấp hơn ra khỏi đường nếu chúng cạnh tranh tài nguyên. Ngược lại, việc thiết lập một trung kế lưu lượng mới có thể thất bại nếu băng thông mà nó yêu cầu đang bị chiếm giữ bởi các trung kế lưu lượng khác có độ ưu tiên cầm giữ cao hơn.
- Thuộc tính đàn hồi (Resilience): Thuộc tính đàn hồi xác định hành vi của trung kế lưu lượng trong tình huống xảy ra sự cố theo các cơ chế sau: không tái định tuyến trung kế lưu lượng, tái định tuyến qua một đường khả
thi có đủ tài nguyên, tái định tuyến qua đường khả dụng bất kỳ bất chấp các ràng buộc tài nguyên và tổ hợp các cơ chế nói trên.
-Thuộc tính khống chế (Policing): Xác định những hoạt động được thực hiên khi một trung kế lưu lượng không tuân thủ mức dịch vụ đã đặc tả ở
các tham số lưu lượng. Nó cho biết cách xử lý đối với lượng traffic vượt mức dịch vụ (ví dụ huỷ gói hay truyền theo kiểu best-effort). Nói chung, nên luôn luôn khống chế ở lối vào của mạng để ràng buộc tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ và giảm thiểu việc khống chế bên trong lõi mạng.
3.5. ĐỊNH TUYẾN RÀNG BUỘC VÀ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG RÀNG BUỘC CHO TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG BUỘC CHO TRUNG KẾ LƯU LƯỢNG
3.5.1. Tiến trình tính toán và giải thuật chọn đường
Tiến trình tính toán đường ràng buộc luôn luôn được thực hiện tại đầu nguồn trung kế lưu lượng và được kích hoạt do:
- Một trung kế mới xuất hiện
- Một trung kế đang tồn tại nhưng thiết lập LSP thất bại