Quản lý lưu lượng (Traffic Management)

Chương 2 ĐỊNH HƯỚNG LUỒNG VÀ CÁC MƠ HÌNH LUỒNG PHỔ BIẾN

3.3. Các đặc trưng của luồng lưu lượng

3.3.3. Quản lý lưu lượng (Traffic Management)

Mức độ ưu tiên xác định tầm quan trọng tương đối và mức độ khẩn cấp của các luồng lưu lượng và cách xử lý của mỗi luồng lưu lượng trong mạng. Quản lý lưu lượng bao gồm kiểm soát nhận vào và điều tiết lưu lượng.

Kiểm soát nhận vào là khả năng từ chối truy cập vào tài nguyên mạng. Điều tiết lưu lượng là một tập hợp các cơ chế sửa đổi (tăng hoặc giảm) hiệu suất đối với các luồng lưu lượng, như một tiền thân của việc lập lịch.

Kiểm soát nhận vào sử dụng mức độ ưu tiên để thay đổi hành vi truy cập mạng. Trong một mạng u cầu cao nhất mà khơng có kiểm sốt nhận vào, việc truy cập vào mạng là công bằng ở chỗ tất cả các luồng lưu lượng đều có cơ hội (nhiều hơn hoặc ít hơn) như nhau để có được tài ngun mạng. Tuy nhiên, với kiểm sốt nhận vào, truy cập được cho phép, bị từ chối hoặc đơi khi bị trì hỗn, dựa trên mức độ ưu tiên tương đối của lưu lượng truy cập đó.

Một ví dụ về điều này là chỉ định mức độ ưu tiên cao hơn cho các luồng lưu lượng truy cập thời gian thực, chẳng hạn như thoại và video. Trong trường hợp này, các luồng lưu lượng thoại và video được cấp quyền truy cập trước các luồng lưu lượng khác. Khi

tài nguyên mạng dành riêng cho các luồng này được sử dụng đầy đủ, các luồng khác sẽ bị từ chối (bị chặn). Kiểm soát nhận vào thường được áp dụng tại các khu vực truy cập. Để hiểu các chức năng điều tiết lưu lượng, hãy theo dõi các luồng lưu lượng trên một thiết bị mạng thực hiện điều tiết lưu lượng. Khi các luồng lưu lượng đi vào một thiết bị mạng, phải có một cơ chế để xác định các luồng và phân biệt giữa các luồng. Phân loại là khả năng xác định các luồng lưu lượng. Bộ phân loại xem xét các phần khác nhau của gói IP, chẳng hạn như địa chỉ nguồn và đích, số cổng hoặc loại giao thức. Ngồi ra, bộ phân loại có thể xem xét sâu hơn một gói để biết thơng tin cần thiết. Ví dụ, các luồng báo hiệu thoại qua IP (VoIP) có thể được xác định bằng cách tìm kiếm các số nhận dạng giao thức khởi tạo phiên (SIP) (RFC 3261) trong các gói. Khi xác định các luồng lưu lượng quan trọng đối với mạng đó, các gói trong các luồng này có thể được đánh dấu hoặc gắn thẻ với mức độ ưu tiên. Ví dụ về việc đánh dấu các gói được gắn thẻ bằng DiffServ Code Points (DSCPs) cho mức độ ưu tiên yêu cầu cao nhất (BE), chuyển tiếp đảm bảo (AF) và chuyển tiếp nhanh (EF).

Khi các luồng lưu lượng đã được phân loại, chúng có thể được đo lường để xác định mức hiệu suất của chúng. Đo lường là đo các đặc điểm hiệu suất tạm thời của luồng lưu lượng, bao gồm tốc độ lưu lượng và kích thước cụm. Các đặc tính hiệu suất được đo lường định kỳ và so sánh với ranh giới hiệu suất dự kiến, có thể từ SLA và chính sách. Đo lường thường là một khả năng được cung cấp trong các thiết bị mạng (ví dụ: bộ định tuyến và thiết bị chuyển mạch) như một phần của việc triển khai hiệu suất của chúng, nhưng cũng có thể được áp dụng như một thiết bị mạng riêng biệt (ví dụ: một số thiết bị quản lý mạng có thể cung cấp hỗ trợ đo lường).

Ví dụ: lưu lượng truy cập có thể được đo lường trong khoảng thời gian 1 giây. Mỗi giây, tốc độ dữ liệu cao nhất cho luồng đó được so sánh với ranh giới dung lượng 1,5 Mb/s, được đưa vào thiết bị mạng từ SLA được phát triển cho luồng lưu lượng đó.

Việc đo lường luồng lưu lượng có thể xác định xem luồng có nằm trong ranh giới hiệu suất hay khơng (Hình 3.6). Lưu lượng phù hợp nằm trong ranh giới hiệu suất; lưu lượng truy cập không phù hợp nằm ngồi ranh giới hiệu suất. Thơng thường, khơng có hành động nào được thực hiện đối với lưu lượng truy cập phù hợp. Lưu lượng phù hợp được chuyển tiếp đến hàng đợi đầu ra thích hợp (được xác định bởi mức độ ưu tiên của nó) và được lập lịch để truyền lên mạng.

Tuy nhiên, khi lưu lượng truy cập khơng phù hợp (cho thấy rằng nó đang vượt quá các thơng số kỹ thuật của SLA), nó có thể bị Shaping hoặc Dropping. Shaping là trì hỗn lưu lượng truy cập để thay đổi đặc tính hiệu suất, trong khi Dropping là loại bỏ lưu lượng truy cập. Lưu lượng truy cập khơng phù hợp cũng có thể được đánh dấu mà khơng cần thực hiện hành động nào khác. Điều này được thực hiện để các thiết bị mạng Upstream (những thiết bị nhận luồng lưu lượng này) có thể chọn định hình hoặc loại bỏ lưu lượng này nếu cần thiết.

Hình 3.6 Đo lưu lượng trên thiết bị mạng

Để trì hỗn lưu lượng khơng phù hợp, nó có thể được gửi đến một hàng đợi trì hỗn nơi có thêm độ trễ trước khi nó được truyền vào mạng. Bằng cách trì hỗn lưu lượng truy cập, hàng đợi trì hỗn sẽ thay đổi hiệu suất của luồng lưu lượng đó. Hãy xem xét SLA cho một luồng lưu lượng chỉ định tốc độ cao nhất là 1,5 Mb/s. (Mb/s được hiển thị dưới dạng MBits/giây trong các tính tốn sau đây để có tính nhất qn trong các đơn vị; trong thực tế, tốc độ thường được hiển thị dưới dạng Kb/s, Mb/s hoặc Gb/s.) Một đồng hồ đo lưu lượng truy cập đó, và tính tốn tỷ lệ:

(200 packets/second) * (1500 byte/packets) * (8 bits/byte) = 2.4 MBits/second Điều này được so sánh với thông số kỹ thuật SLA (1,5 MBits/s) và được phát hiện là không phù hợp. Các gói tiếp theo sau đó được chuyển tiếp đến hàng đợi định dạng, nơi chúng bị trễ trung bình 10 ms. Kết quả là, chỉ 100 gói có thể được truyền mỗi giây và tốc độ của luồng lưu lượng đó trở thành:

Việc trì hỗn tiếp tục trong một khoảng thời gian nhất định hoặc cho đến khi luồng lưu lượng trở lại phù hợp.

Hành động nghiêm trọng nhất có thể được thực hiện đối với lưu lượng truy cập là giảm hoặc loại bỏ các gói tin. Điều này được thực hiện khi luồng lưu lượng vượt quá giới hạn hiệu suất của nó một cách nghiêm trọng hoặc khi thiết bị mạng bị tắc nghẽn đến mức cần thiết phải giảm gói. Các chức năng điều tiết lưu lượng được thể hiện trong Hình 3.7.

Hình 3.7 Chức năng điều tiết lưu lượng truy cập 3.3.4. Lập lịch (Schedule) 3.3.4. Lập lịch (Schedule)

Khi lưu lượng đã được ưu tiên và điều chỉnh, nó được chuyển tiếp đến một hoặc nhiều hàng đợi đầu ra để truyền lên mạng. Lập lịch là cơ chế xác định thứ tự lưu lượng được xử lý để truyền. Lập lịch sử dụng các mức ưu tiên để xác định luồng lưu lượng nào được xử lý đầu tiên và thường xuyên nhất.

Lập lịch được áp dụng cho các thiết bị mạng trong toàn bộ mạng. Trong hầu hết các thiết bị mạng, chẳng hạn như bộ chuyển mạch và bộ định tuyến, lập lịch được cung cấp thông qua quản lý mạng hoặc như một phần của việc triển khai QoS trong thiết bị đó.

Lập kế hoạch có thể là độc quyền (dành riêng cho doanh nghiệp) hoặc dựa trên tiêu chuẩn. Một số thuật toán lập lịch tiêu chuẩn thường được sử dụng bao gồm xếp hàng cơng bằng có trọng số (WFQ) và xếp hàng dựa trên lớp (CBQ). Các thuật toán này cung cấp một số mức độ công bằng trong việc xếp hàng trong khi vẫn cho phép các mức ưu tiên tương đối (trọng số).

Sự kết hợp của QoS, ưu tiên, quản lý lưu lượng và lập lịch cung cấp một tập hợp các cơ chế tồn diện có thể được áp dụng trên tồn mạng để đạt được các mức hiệu suất khác

nhau cho các luồng lưu lượng (Hình 3.8). Như chúng ta sẽ thấy, các cơ chế này gắn chặt với SLA và các chính sách, sẽ được đề cập ở phần tiếp theo.

Hình 3.8 Cơ chế hiệu suất trên thiết bị mạng 3.3.5. Hàng đợi (Queuing) 3.3.5. Hàng đợi (Queuing)

Hàng đợi là lưu trữ các gói IP trong một thiết bị mạng trong khi chúng chờ xử lý. Có thể có một số vị trí nơi các gói được lưu trữ (hàng đợi) trong một thiết bị mạng, đối với từng loại xử lý mà thiết bị đang thực hiện trên mỗi gói (ví dụ: giữ các gói nhận được từ mạng, xử lý QoS, giữ các gói để truyền vào mạng).

Có một số cơ chế hàng đợi có sẵn trong các thiết bị mạng. Mỗi cơ chế được phát triển để đạt được một mục tiêu cụ thể trong việc xử lý các gói tin. Ví dụ, cơ chế hàng đợi có thể xử lý tất cả các gói theo cùng một cách, có thể chọn ngẫu nhiên các gói để xử lý hoặc có thể ưu tiên các gói cụ thể. Trong phần này, chúng ta xem xét ngắn gọn các cơ chế xếp hàng sau:

• Vào trước ra trước (FIFO)

• Hàng đợi dựa trên lớp (CBQ)

• Hàng đợi cơng bằng có trọng số (WFQ)

• Phát hiện sớm ngẫu nhiên (RED)

• Phát hiện sớm ngẫu nhiên có trọng số (WRED)

Hàng đợi FIFO được cho là cơ chế hàng đợi đơn giản nhất hiện có. Trong hàng đợi FIFO các gói được lưu trữ trong một hàng đợi duy nhất. Đối với hàng đợi FIFO đầu ra, các gói được truyền vào mạng theo thứ tự mà chúng đã được nhận (tại hàng đợi đầu vào). Trong hàng đợi CBQ, nhiều hàng đợi với các mức độ ưu tiên khác nhau được duy trì. Mức độ ưu tiên có thể được định cấu hình trong thiết bị mạng và cho biết các mức hiệu suất cần thiết cho từng loại lưu lượng. Các gói của mỗi mức ưu tiên được đặt trong

các hàng đợi tương ứng của chúng. Hàng đợi có mức độ ưu tiên cao hơn được xử lý trước hàng hàng có mức độ ưu tiên thấp hơn, kết quả là lưu lượng truy cập có mức độ ưu tiên cao hơn nhận được nhiều tài nguyên mạng hơn và do đó hiệu suất cao hơn.

Giống như CBQ, hàng đợi WFQ chỉ định mức độ ưu tiên (trọng số) cho các hàng đợi. Thông thường với cơ chế này, các luồng lưu lượng có mức độ ưu tiên cao được xử lý trước và các luồng lưu lượng có mức độ ưu tiên thấp hơn sẽ chia sẻ các tài nguyên cịn lại.

Nói chung, khi một hàng đợi đầy (ví dụ: trong thời gian tắc nghẽn), các gói sẽ bị loại bỏ từ đầu hàng đợi (đầu) hoặc cuối hàng (đuôi). Trong cả hai trường hợp, việc loại bỏ các gói này có thể là khơng cơng bằng đối với một hoặc một vài luồng lưu lượng. Kết quả là, RED được phát triển để ngẫu nhiên hóa q trình loại bỏ gói tin qua hàng đợi. Ngồi ra, RED sẽ loại bỏ các gói sớm (trước khi hàng đợi thực sự đầy) để buộc các luồng lưu lượng (tức là luồng TCP) phải điều chỉnh bằng cách giảm tốc độ truyền của chúng.

WRED hoạt động giống như RED nhưng hỗ trợ nhiều mức ưu tiên (một cho mỗi hàng đợi) để loại bỏ các gói.

3.3.6. Thỏa thuận mức dịch vụ (SLA)

Thỏa thuận cấp độ dịch vụ hoặc SLA, là hợp đồng chính thức giữa nhà cung cấp và người dùng xác định các điều khoản về trách nhiệm của nhà cung cấp đối với người dùng cũng như loại và mức độ trách nhiệm nếu những trách nhiệm đó khơng được đáp ứng. Mặc dù SLA theo truyền thống là hợp đồng giữa các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau (ví dụ: ISP) và khách hàng của họ, khái niệm này cũng có thể được áp dụng cho mơi trường doanh nghiệp. Trên thực tế, khái niệm khách hàng và nhà cung cấp đang trở nên phổ biến hơn trong các mạng doanh nghiệp, khi chúng phát triển từ việc coi các mạng như một cơ sở hạ tầng đơn thuần (cách tiếp cận trung tâm chi phí) sang coi chúng như những trung tâm cung cấp dịch vụ cho khách hàng (người dùng).

Có hai cách phổ biến để áp dụng SLA trong mạng. Đầu tiên, SLA có thể là một thỏa thuận giữa quản lý/quản trị mạng và khách hàng của họ (người dùng mạng). Thứ hai, SLA có thể được sử dụng để xác định các cấp độ dịch vụ được yêu cầu từ các nhà cung cấp dịch vụ bên thứ ba (ví dụ: nhà cung cấp nhà máy cáp, xSP) cho mạng.

Các yếu tố hiệu suất SLA có thể đơn giản như tốc độ dữ liệu (tối thiểu, đỉnh) và dung sai cụm (kích thước, thời lượng) và có thể được tách thành tải lên (theo hướng từ đích

đến nguồn) và tải xuống (theo hướng từ nguồn đến đích). Hình 3.9 cho thấy luồng lên và luồng xuống của một luồng lưu lượng, cùng với các nguồn dữ liệu và nơi tiêu thụ dữ liệu.

Hình 3.9 Hướng luồng đi lên và đi xuống

Mặc dù các điều khoản này có thể áp dụng cho bất kỳ luồng nào, nhưng chúng được sử dụng phổ biến nhất trong các mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Trong các mạng như vậy, nguồn của hầu hết các luồng lưu lượng là các máy chủ trên Internet và hầu hết các điểm đến là các PC thuê bao tại mạng truy cập của nhà cung cấp dịch vụ. Đối với trường hợp này, quá trình tải xuống là từ các máy chủ này (tức là từ Internet) đến PC của người đăng ký và q trình tải lên là từ PC tới Internet. Ví dụ: các trang Web được tải xuống từ Internet đến PC của người đăng ký tạo ra lưu lượng TCP đi xuống từ máy chủ Web đến PC của thuê bao và thông báo xác nhận TCP (TCP acks) đi lên từ PC thuê bao đến máy chủ Web (Hình 3.10).

Hình 3.10 Hướng luồng đi lên và đi xuống cho lưu lượng truy cập Web Server

SLA có thể bao gồm độ trễ và số liệu RMA để cung cấp dịch vụ đầy đủ hơn. Ví dụ về SLA doanh nghiệp được thể hiện trong Bảng 3.3.

SLA trong Bảng 3.3 chỉ định mức lưu lượng, độ trễ và RMA cho nhiều kiểu người dùng, ứng dụng và thiết bị của họ. Mức độ dịch vụ cơ bản hoặc yêu cầu cao nhất được

hiển thị, trong đó tất cả các đặc điểm hiệu suất đều là yêu cầu cao nhất. Mức dịch vụ này là mặc định và thường sẽ được cung cấp miễn phí cho bất kỳ người dùng nào.

Bảng 3.3 Ví dụ về SLA doanh nghiệp Service Levels Capacity Service Levels Capacity

Performance

Delay Performance

Reliability Performance

Basic Service Best-Effort Best-Effort Best-Effort Silver Service 1.5 Mb/s

(Up/Down) Best-Effort Best-Effort

Gold Service 10 Mb/s (Up/Down) Up to 100 Mb/s Max 100 ms Best-Effort Platinum Service 100/10 Mb/s (Up/Down) Up to 1 Gb/s Max 40 ms 99.999% Uptime

Mô tả dịch vụ mạng cho doanh nghiệp

Các cấp độ dịch vụ khác (bạc, vàng và bạch kim) chỉ định mức độ tăng dần của công suất, độ trễ và hiệu suất RMA. Người dùng đăng ký các mức hiệu suất này có thể sẽ bị tính phí khi sử dụng. Điều này có thể ở dạng phí nội bộ trong mỗi tổ chức, phân bổ nguồn lực hoặc cả hai. Ví dụ: mỗi thuê bao hợp lệ cho dịch vụ bạch kim (chỉ một loại người dùng nhất định có thể được phép sử dụng dịch vụ này, dựa trên công việc và nhu cầu) có thể được phân bổ N giờ mỗi tháng. Việc sử dụng nhiều hơn N giờ mỗi tháng sẽ dẫn đến việc tổ chức của người dùng đó phải trả một khoản phí.

Bảng 3.3 mơ tả một ví dụ về SLA khá phức tạp và được sử dụng để minh họa cách cấu trúc một SLA. Trong thực tế, SLA thường đơn giản hơn, với hai đến ba cấp độ dịch vụ. Tuy nhiên, tùy thuộc vào yêu cầu của một tổ chức, SLA có thể phức tạp hơn ví dụ ở trên.

SLA thường là hợp đồng giữa người dùng và nhà cung cấp dịch vụ về các loại dịch vụ đang được cung cấp. Theo nghĩa này, SLA tạo thành một vòng phản hồi giữa người dùng và nhà cung cấp. Nhà cung cấp dịch vụ có trách nhiệm tổng hợp và quản lý các dịch vụ, để đảm bảo rằng người dùng nhận được những gì họ mong đợi (và có thể đang trả phí) và người dùng được biết về những gì có sẵn cho họ.

Hình 3.11 cho thấy rằng, khi SLA được thêm vào mơ hình hiệu suất, chúng cung cấp một phương tiện để giao tiếp giữa người dùng, nhân viên và ban quản lý về các nhu cầu và dịch vụ hiệu suất.

Hình 3.11 Cơ chế hiệu suất với SLA được thêm vào

Để SLA có hiệu quả như các vòng phản hồi, chúng cần hoạt động cùng với việc giám sát hiệu suất và báo cáo sự cố, như một phần của kiến trúc quản lý mạng hoặc hiệu suất.

3.3.7. Chính sách (Policy)

Chính sách là tập hợp chính thức hoặc khơng chính thức của các lệnh và quy tắc cấp cao