Từ bit 0 đến bit 2: là 3 bit precedence, chúng được sử dụng hiển thị QoS. Nhưng 3 bit mới chỉ đạt được 8 mức, nên IETF đã bổ sung thêm các bit khác. Trong trường TOS từ bit 3 đến bit 5 được sử dụng cho QoS, tạo nên trường DSCP. 6 bit dành cho QoS tăng mức hiển thị lên 54 mức.
Bảng 3.1: Các giá trị của IPP.
0 000 Routine 1 001 Priority 2 010 Immediate 3 011 Flash 4 100 Flash override 5 101 Critical 6 110 Internetwork Control 7 111 Network Control 1.1.2. Trường DSCP Hình 3.3: Các byte DSCP.
DSCP là phần mở rộng thêm của trường IP Precedence. Có 2 loại :
- EF (Expedited forwarding): đảm bảo việc mất gói khó xảy ra, băng thông luôn được đảm bảo, dịch vụ ent to end phải qua miền Diffserv
- AF (Assured forwarding): các dịch vụ truyền qua được đảm bảo, và thông qua miền Diffserv.
Bảng 3.2: Các giá trị trƣờng DSCP
DSCP value Binary Name
DSCP 0 000000 Default
DSCP 8 001000 CS1
DSCP 16 010000 CS2
DSCP 32 100000 CS4 DSCP 40 101000 CS5 DSCP 48 110000 CS6 DSCP 56 111000 CS7 DSCP 10 001010 AF11 DSCP 12 001100 AF12 DSCP 14 001110 AF13 DSCP 18 010010 AF21 DSCP 20 010100 AF22 DSCP 22 010110 AF23 DSCP 26 011010 AF31 DSCP 28 011100 AF32 DSCP 30 011110 AF33 DSCP 34 100010 AF41 DSCP 36 100100 AF42 DSCP 38 100110 AF43 DSCP 46 101110 EF CS : Class selector EF : Expecdited forwarding AF : Assured forwarding
Bảng 3.3: Các lớp AF
Drop precedence
Class 1 Class 2 Class 3 Class 4
Low 001010 010010 011010 100010
Medium 001100 010100 011100 100100
High 001110 010110 011110 100110
1.1.3. Trường MPLS Exp
Trong tiêu đề gói IP có trường TOS biểu diễn chất lượng dịch vụ trong mạng IP, còn trong mạng MPLS trong tiêu đề gói MPLS có 3 bit MPLS và 3 bit Exp dùng để biểu diễn chất lượng dịch trong mạng MPLS.
Hình 3.5: MPLS header.
Các bit Exp (Experimental) trong header của gói MPLS tương tự như các bit Precedence trong gói IP. Nếu dùng các bit này cho QoS, thì gọi là các đường chuyển mạch nhãn E-LSP, biểu diễn các Router chuyển mạch nhãn sử dụng các bit EXP để lập lịch và loại bỏ các gói. Tuy nhiên khi sử dụng MPLS có nhiều tùy chọn cho việc thực hiện QoS cho các gói được đánh nhãn. Một LSP là một đường đơn qua mạng giữa hai router. Có thể sử dụng nhãn trên phần đầu của gói để hiển thị QoS. Tuy nhiên sau đó cần phải có một nhãn trên mỗi lớp cho từng luồng lưu lượng giữa 2 điểm đầu cuối của LSP. Do đó giao thức báo hiệu sẽ chỉ báo hiệu giữa các nhãn khác nhau cho cùng LSP hoặc prefix. Khi LSP là loại L-LSP, nó sẽ chỉ thị một phần thông tin QoS. Các bit EXP sẽ chỉ lưu giữ một phần thông tin QoS về độ ưu tiên mất gói. Còn với E- LSP lưu giữ đồng thời cả thông tin về class và độ ưu tiên mất gói. Khi LSR chuyển các gói được đánh nhãn đi, nó cần tìm kiếm nhãn trong bảng chuyển nhãn LFIB (Label forwarding table) để quyết định xem chuyển gói đi đâu. Điều này cũng giống với cách làm việc của QoS. LSR chỉ cần nhìn vào các bit EXP trong phần đầu nhãn để quyết định nên xử lý gói thế nào. Do QoS bao gồm nhiều tính năng : đánh dấu lưu lượng, quản lý tắc nghẽn, tránh tắc nghẽn, đồng thời QoS sử dụng các hàng đợi trể thấp LLQ, CBWFQ, WRED, các chính sách định dạng và bắt giữ gói tin. Do đó, ta có thể sử dụng các tính năng của QoS dựa trên các bit EXP cho các gói được đánh nhãn. Ví dụ :
kiểu hàng đợi WRED có thể được chỉnh sửa theo bit EXP để quyết định gói tin đã đánh nhãn nào sẽ bị loại bỏ khi ở trong hàng đợi.[2]
1.2. Các kiểu Diffserv tunneling trong mạng MPLS
Diffserv Tunneling được biết đến như kiểu PHB (PerHop Behavior), cho phép QoS được phân biệt trên từng chặng trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Kiểu đường hầm (tunneling) được sử dụng tại phía biên của mạng (thường tại các Router chuyển mạch nhãn PE, bao gồm cả hướng vào và ra). Kiểu này cũng được áp dụng để tạo thay đổi trên các Router P. Mạng MPLS hỗ trợ Diffserv chia thành các loại tunneling sau :
- Pipe - Short Pipe - Uniform
Thông tin về Diffserv tunneling biểu diễn QoS của các gói được dán nhãn hoặc cũng như trường DSCP của gói IP sẽ được đưa tới lối vào LSR của mạng MPLS. Sau đó các thông tin LSP diffserv được chuyển từ các LSR đầu vào tới LSR đầu ra.Các thông tin Tunneled Diffserv chính là các thông tin QoS cần thiết để chuyển trong suốt qua mạng MPLS, trong khi đó thì các thông tin Diffserv LSP là thông tin QoS mà tất cả các LSR trong mạng MPLS sử dụng khi truyền các nhãn đã được đánh nhãn.[15]
1.2.1. Kiểu Pipe tunnel
Trong kiểu Pipe thì thông tin Diffserv LSP không cần thiết phải bắt nguồn thông tin tunnel diffserv trên đầu vào LSR. Trên LSR trung gian (Router P), thông tin LSP diffserv của nhãn phía đầu ra được bắt nguồn từ thông tin LSP diffserv đầu vào.
Tại các LSR đầu ra, định hướng của gói tin dựa trên thông tin LSP diffserv, và các thông tin này không được quảng bá thông tin tunnel diffserv.
Hình 3.6: Kiểu đƣờng ống - pipe model.
Nếu mạng MPLS nhận được các gói IP trên LSR đầu vào và mạng MPLS chỉ sử dụng các E-LSP, thì phương pháp đường ống rất đơn giản. Các thông tin tunnel diffserv là các bit precedence hoặc các bit DSCP trong gói tin IP. Nhà cung cấp dịch vụ cho khách hàng VPN cam kết về chất lượng dịch vụ giữa router CE này tới router CE khác trong cùng VPN. Còn các node trung gian trong mạng backbone (Router P) hoàn toàn trong suốt.
Các gói đi qua đường hầm phải chuyển hai mảng thông tin Diffserv :
-Thông tin Diffserv có ý nghĩa với các node trung gian đọc LSP (thông tin Diffserv LSP).
-Thông tin Diffserv được router ingress vận chuyển đến router egress, các Router P không biết các thông tin này (thông tin tunneled Diffserv)
Mô hình pipe sử dụng thích hợp khi khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ thuộc về miền Diffserv khác nhau, khi nhà cung cấp dịch vụ muốn áp đặt chính sách của họ và khách hàng có yêu cầu rằng các chính sách QoS của khách hàng hoàn toàn trong suốt khi đi qua mạng của nhà cung cấp.
Với mô hình pipe, thông tin Diffserv LSP cần phải được vận chuyển đến router egress để nó có thể áp đặt chính sách chuyển tiếp trên đó. Thông tin Diffserv đi qua hầm cũng phải được vận chuyển đến router egress để nó có thể được chuyển đến downstream xa hơn. Vì cả hai thông tin diffserv trên đều cần được chuyển đến router egress nên mô hình pipe không hoạt động với PHB. Để hỗ trợ mô hình pipe qua LSP không có hoạt động PHP, LSR thực hiện quyết định PHB ngõ vào và mã hóa thông tin Diffserv theo các bước:
- Khi nhận được gói tin không có nhãn, LSR thực hiện quyết định PHB lối vào dựa vào mào đầu gói tin IP nó nhận được
- Khi thực hiện với gói tin có dãn nhãn. LSR thực hiện quyết định PHB lối vào trên nhãn ngoài cùng trong ngăn xếp nhãn. Đặc biệt trong khi hoạt động pop được thực hiện trên LSP, LSR thực hiện quyết định PHB lối vào trước khi loại bỏ nhãn ra khỏi gói tin (trước khi pop)
- Khi thực hiện chèn nhãn (push), LSR :
+ Mã hóa thông tin Diffserv tương ứng với PHB lối ra trên entry nhãn được truyền đi.
+ Mã hóa thông tin diffserv tương ứng với PHB lối vào trong mào đầu gói tin được đóng gói (có thể nhãn đã được chuyển đổi hoặc mào đầu IP)
- Khi chỉ thực hiện quá trình chuyển đổi nhãn, LSR mã hóa thông tin Diffserv trên entry nhãn được truyền di bao gồm có nhãn được chuyển đổi.
- Khi thực hiện hoạt động pop, LSR không thực hiện mã hóa thông tin diffserv trong mào đầu gói tin.
Vì các chính sách QoS egress PE to CE trong mô hình pipe độc lập với giá trị MPLS EXP cuối cùng, nên giá trị này được bảo vệ trước khi nhãn cuối cùng được lấy ra khỏi gói tin. Trên router PE cuối cùng trên đường đi, giá trị MPLS EXP được copy vào giá trị QoS group (là các giá trị DSCP/IP precedence). Sau đó hàng đợi lối ra hoặc các chính sách loại bỏ gói tin được thực hiện dựa trên giá trị của QoS group.
1.2.2. Mô hình short pipe
Mô hình short pipe cũng tương tự như mô hình pipe, nhưng trong mô hình short pipe, bất kỳ sự thay đổi nào trong việc đánh dấu nhãn xảy ra trong mạng nhà cung cấp dịch vụ không được truyền đến byte IP TOS khi gói tin đi ra khỏi mạng MPLS.
Mô hình short pipe sử dụng thích hợp khi nhà cung cấp dịch vụ VPN và khách hàng yêu cầu chính sách Diffserv của họ áp đặt trên kết nối từ egress PE đến site VPN đích hơn là chính sách QoS của nhà cung cấp dịch vụ trên đó. Mô hình short pipe có đặc điểm:
- Đường hầm QoS đi từ router PE ingress đến router PE egress
- Router PE egress truyền gói tin là IP và QoS thực hiện trên router ngõ ra dựa trên giá trị IP DSCP hoặc IP Precedence
- Nhà cung cấp dịch vụ không viết chồng lên giá trị DSCP hoặc IP Precedence trong mạng nhà cung cấp dịch vụ.
Hình 3.7: Mô hình short pipe.
1.2.3. Mô hình uniform
Mô hình uniform hoàn toàn khác so với hai mô hình pipe và short pipe. Mô hình uniform sử dụng thích hợp khi khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ chia sẻ cùng miền difserv, như trong trường hợp một doanh nghiệp triển khai mô hình MPLS VPN trong mạng của họ. Do đó nó không cần phải đi qua đường hầm để vận chuyển thông diffserv. Bất kỳ gói tin nào mang thông tin diffserv hợp lệ luôn luôn được gán vào nhãn ngoài cùng. Nhưng nếu thông tin diffserv được mã hóa tại các entry nhãn ở phía trong thì coi như nó không hợp lệ và bị loại bỏ. Trong uniform mode, gói tin được xử lý riêng biệt trong mạng IP và MPLS, có nghĩa là giá trị IP precedence và các bit MPLS EXP luôn luôn được phân biệt rõ ràng. Bất kỳ khi nào router thay đổi hoặc làm mới lại PHB của gói tinm sự thay đổi đó phải được truyền đến tất cả các quy trình đánh dấu. Router chỉ thực hiện quá trình truyền đó khi PHB được thêm vào hoặc loại bỏ tuỳ theo tiến trình chèn nhãn hay lấy nhãn ra khỏi gói tin trên bất kì router nào có trong đường đi của gói tin.[10]
Trong mô hình uniform :
- Thông tin LSP diffserv phải được bắt đầu từ thông tin tunnel diffserv trên LSR ingress.
- Trên router LSR trung gian (router P), thông tin LSP diffserv của nhãn ra đầu ra được bắt đầu từ thông tin LSP diffserv của nhãn đầu vào.
- Trên LSR egress, thông tin LSP diffserv phải được quảng bá thông tin tunnel diffserv.
Hình 3.8: Mô hình uniform.
2. Thiết kế QoS trong MPLS VPN
Kiến trúc MPLS VPN gồm các router biên phía khách hàng CE, các router biên phía nhà cung cấp dịch vụ PE, và các router lõi P. MPLS VPN cung cấp các dịch vụ WAN ảo dạng lưới lớp 3 tới tất cả các router CE. Mô hình dạng lưới này thể hiện thiết kế QoS WAN lớp 2 truyền thống. Tại các vị trí thiết bị router khác nhau cũng có các chính sách QoS khác nhau, nhằm mục đích tăng chất lượng sử dụng mạng. [20]
CE to PE queuing/ shaping/remarking/LFI
PE Ingress policing and remarking
Optional : Core Diffser or MPLS TE policies PE router PE router P router MPLS VPN CE router CE router PE to CE queuing/ sharping/LFI require optional
2.1. Thiết lập QoS cho lƣu lƣợng qua mạng MPLS/ VPN
QoS sẽ được thiết lập dựa trên loại lưu lượng qua mạng. Lưu lượng truyền qua mạng dưới dạng các luồng lưu lượng, chúng được phân loại dựa vào các chức năng hoặc các điểm đầu cuối. Lưu lượng có thể bao gồm các ứng dụng như: giao thức thông báo dịch vụ SAP, CAD/CAM, email, voice, video, lưu lượng quản lý và điều khiển hệ thống. [1]
Hình 3.10: Các lớp dịch vụ của QoS.
2.1.1. QoS cho lưu lượng dạng voice
Những lưu lượng voice từ điểm này tới điểm khác đều yêu cầu chất lượng dịch vụ :
- Trễ ≤ 150ms - Jitter ≤ 30ms - Packet loss ≤ 1%
- Băng thông ưu tiên cho mỗi cuộc gọi : 17 -> 106 kbps
- Băng thông đảm bảo cho lưu lượng điều khiển voice là 150 bps
Cấu hình hỗ trợ lưu lượng voice trên router CE, sử dụng các chính sách LLQ và CBWFQ
Bảng 3.4: Template cấu hình hỗ trợ lƣu lƣợng voice trên router
2.1.2. QoS cho lưu lượng dạng video
Lưu lượng dạng video có những yêu cầu về chất lượng:
- Không yêu cầu jitter, cho phép trễ 4-> 5s (tùy thuộc vào khả năng bộ đệm của ứng dụng video)
- Cho phép packet loss là 2%. Băng thông yêu cầu phụ thuộc vào kiểu mã hóa và tốc độ luồng video.
- Không nhạy với độ trễ và jitter. - Cho phép truyền file lớn
Tuy nhiên đối với truyền hình hội nghị (videoconferencing), điểm – điểm hoặc hội nghị đa điểm thì các yêu cầu về QoS có điểm khác :
- Trễ ≤ 150 ms (theo chuẩn ITU G.114) - Jitter ≤ 30 ms
- Packet loss ≤ 1%
- Băng thông đảm bảo tối thiểu cho mỗi phiên truyền hình hội nghị là thêm 20%. Ví dụ : một phiên truyền hình hội nghị 384kbps yêu cầu băng thông ưu tiên đảm bảo tối thiểu là 460 kbps.
Các yêu cầu về độ trễ, jitter, packet loss về cơ bản giống với truyền voice, tuy nhiên lưu lượng video sẽ truyền dưới dạng bó có kích thước lớn, yêu cầu nhiều băng thông hơn.
Ví dụ cấu hình lưu lượng loại video gán trên LLQ, các lưu lượng không phải video gán trên WFQ
Bảng 3.5: Template cấu hình lƣu lƣợng video trên router
2.1.3. Yêu cầu QoS với lưu lượng kiểu Data
Các loại lớp data :
- Data có băng thông đảm bảo : luồng video, messaging, intranet
- Best effort (default class): Internet browsing, email, các loại ứng dụng không phân lớp.
Tổng kết chƣơng
Chương này trình bày sâu hơn về QoS trong mạng MPLS/VPN. Phần một nêu chi tiết các thông số thiết lập QoS trong phần header của gói tin MPLS, đồng thời cũng giới thiệu các mô hình thiết lập trong trong mạng MPLS/VPN với những ưu điểm, nhược điểm của từng loại. Ứng với mỗi loại dịch vụ khách nhau, có các tham số QoS khác nhau. Phần hai đi sâu vào cấu hình thiết lập QoS ứng với từng loại dịch vụ, và các bước tổng quan cấu hình QoS cho mạng MPLS.
CHƢƠNG 4
Mô hình thực tế mạng TSL chuyên dùng của cơ quan Đảng, Nhà nƣớc
1. Thiết kế mô hình mạng truyền số liệu
Mạng CPT xây dựng cơ sở hạ tầng kết nối các cơ quan Đảng, Nhà Nước và chính phủ trong cả nước. Mạng có kiến trúc phân lớp, cho phép mở rộng, khắc phục các sự cố dễ dàng. Mạng gồm 3 lớp:
- Lớp core
- Lớp distribution - Lớp Access
Hình 4.1: Cấu trúc phân lớp của mạng CPT.
Hình 4.2: Mô hình tổng quan mạng TSLCD.
- Mạng trục (IP core): Mạng đường trục kết nối 3 thành phố lớn (Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng) và 634 tỉnh trong cả nước, dùng công nghệ truyền tải IP/MPLS.
- Mạng đô thị (Metro Ethernet): trang bị mạng đô thị cho 3 thành phố lớn với các vòng ring cáp quang (4 vòng ring cáp quang)
- Lớp access: cho phép khách hàng truy nhập vào mạng TSL qua các Man switch, hoặc các access router tại các tỉnh.[1]
1.1. Mạng core
1.1.1. Mô hình mạng core
- Ba core đặt tại 3 thành phố lớn: Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng. Tại 3 core