Khi có gói đến, G là kích thước của gói, gói được xem là “phù hợp” khi lượng thẻ trong thùng lớn hơn hay bằng G, đồng thời lượng thẻ trong thùng được giảm đi G. Ngược lại, khi lượng thẻ trong thùng nhỏ hơn kích thước gói, gói được xem là vượt mức hay không hợp lệ. Tùy thuộc vào các chính sách khác nhau mà các gói vượt mức (hay không hợp lệ) được xử lý khác nhau.
Giải thuật Token Bucket có thể được dùng trong việc sửa dạng lưu lượng (shaping) hay được ứng dụng trong việc thực thi khống chế (policing). Trong sửa dạng lưu lượng, thuật toán Token Bucket cho phép một ít bùng phát ở ngõ ra, điều này không có ở thuật toán Leaky Bucket khi mà tốc độ ra là không đổi. Như vậy Token Bucket cho đáp ứng ra tốt hơn so với Leaky Bucket. Trong việc thực thi khống chế, Token Bucket có thể được dùng độc lập hay được dùng phối hợp.
3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model)
Hình 40: Mô hình chồng phủ (Overlay Model)
Một cách tiếp cận phổ biến để bù đắp các thiếu sót của các giao thức IGP (interior gateway protocols) là sử dụng mô hình chồng phủ (như IP over ATM hoặc IP over FR). Tất cả các router lớp 3 được kết nối trực tiếp với nhau bằng một lưới full-mesh các mạch ảo VC. Kỹ thuật lưu lượng được thực hiện ở lớp 2 (ATM hoặc FR)[1].
Tuy nhiên, mô hình này có nhiều nhược điểm sau đây:
Tốn kém thêm nhiều thiết bị (các chuyển mạch ATM hoặc FR).
Quản lý mạng phức tạp hơn: Mạng lớp 2 có các công cụ quản lý riêng với nhiều tác vụ hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng. Đồng thời mạng các router lớp 3 với giao thức IGP cũng phải được quản lý. Việc quản lý 2 lớp mạng này không tích hợp được.
Phát sinh nhiều vấn đề mở rộng đối với IGP do số lượng quá lớn các neighbor khi kết nối full-mesh để tận dụng các tiện ích cung cấp bởi lớp 2.
Tốn thêm băng thông cho lượng overhead của ATM hoặc FR (cell tax).
Không hỗ trợ dịch vụ phân biệt (Diffserv). Mọi dịch vụ phân biệt của IP đưa xuống (qua AAL5 của ATM) đều trở thành “best-effort”
3.2 MPLS và kỹ thuật lƣu lƣợng
MPLS có ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vì nó có thể cung cấp hầu hết các chức năng hiện có ở mô hình chồng phủ nhưng theo cách
tích hợp với chi phí thấp. Điều quan trọng là MPLS còn đề xuất khả năng tự động hóa các chức năng kỹ thuật lưu lượng.
3.2.1 Khái niệm trung kế lƣu lƣợng (traffic trunk)
MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực hiện các mục tiêu TE. Trung kế lưu lượng là một khối thu gom (aggregate) các luồng lưu lượng thuộc cùng lớp, được đặt bên trong một LSP. Trong một số hoàn cảnh có thể nới lỏng định nghĩa này để cho phép trung kế lưu lưu lượng thu gom lưu lượng đa lớp.
Trong mô hình dịch vụ đơn lớp, một trung kế lưu lượng có thể đóng gói toàn bộ lưu lượng giữa một ingress-router và một egress-router. Trong trường hợp phức tạp hơn, lưu lượng của các lớp dịch vụ phân biệt được ấn định vào các trung kế lưu lượng riêng biệt với các đặc tính khác nhau.
Trung kế lưu lượng là đối tượng có thể định tuyến (tương tự như ATM VC).
Trung kế lưu lượng phân biệt với LSP là đường cho trung kế đi xuyên qua. Trong bối cảnh hoạt động, một trung kế lưu lượng có thể chuyển từ LSP này sang một LSP mới, hoặc nhiều trung kế lưu lượng cùng đi chung trên một LSP.
Trung kế lưu lượng là đơn hướng.
3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph)
Đồ hình nghiệm suy gần giống như topology ảo trong mô hình chồng phủ. Nó được ánh xạ trên mạng vật lý thông qua việc lựa chọn các LSP cho các trung kế lưu lượng[3].
Một đồ hình nghiệm suy gồm một nhóm các nút LSR được kết nối luận lý với nhau bằng các LSP. Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băng thông cơ bản trong một miền MPLS đặt ra chính là làm thế nào để ánh xạ hiệu quả đồ hình nghiệm suy lên trên topology mạng vật lý. Đồ hình nghiệm suy được công thức hóa như sau:
Đặt G = (V, E, C) là một đồ hình mô tả topology vật lý của mạng. Trong đó, V là tập hợp các nút mạng, E là tập hợp các đường liên kết, C là tập hợp các khả năng và ràng buộc cho E và V. Ta coi G là topology cơ sở.
Đặt H = (U, F, D) là đồ hình MPLS nghiệm suy, trong đó U là tập con thuộc V gồm một nhóm LSR tại các đầu của LSP. F là tập hợp các LSP. Tham số D là tập hợp các yêu cầu và ràng buộc cho F. Như vậy, H là một đồ hình trực tiếp và phụ thuộc vào các đặc tính chuyển tải của G.
3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lƣu lƣợng trên MPLS
Có ba vấn đề cơ bản liên quan đến kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là:
Ánh xạ các gói lên các lớp chuyển tiếp tương đương (FEC).
Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng (traffic trunk).
Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên topology mạng vật lý thông qua các LSP.
Các phần sau của chương sẽ tập trung vào vấn đề thứ ba, tức là tính toán đường đi tốt nhất qua mạng cho các trung kế lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy. Đây chính là bài toán ánh xạ đồ hình nghiệm suy H lên topology mạng cơ sở G.
3.3 Trung kế lƣu lƣợng và các thuộc tính
Để xây dựng và duy trì trung kế lưu lượng, người ta tìm cách mô hình hóa nó bằng các tham số. Một thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến các đặc trưng hành vi của trung kế lưu lượng. Các thuộc tính có thể được gán cụ thể thông qua hành động quản trị hoặc được gán ngầm ẩn bởi các giao
thức bên dưới khi các gói được phân loại và ánh xạ vào FEC tại lối vào miền MPLS. Thực tế, một trung kế lưu lượng có thể đặc trưng hóa 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.
Hai vấn đề cơ bản có ý nghĩa đặc biệt là: (1) Tham số hóa các trung kế lưu lượng và (2) những quy luật sắp đặt và duy trì đường dẫn cho các trung kế lưu lượng.
3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lƣu lƣợng
Là các tiến trình khác nhau xảy ra trong thời gian sống của một trung kế lưu lượng:
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 kế đó.
Activate : Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách dùng một số chức năng định tuyến để đưa 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.
3.3.2 Thuộc tính tham số lƣu lƣợng (Traffic Parameter)
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 trung bình, kích thước bùng phát cho phép, v.v... Dưới góc độ kỹ thuật lưu lượng, các
tham số lưu lượng rất quan trọng vì chúng cho biết các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu lượng.
3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đƣờng (chính sách chọn đƣờng)
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 hình tĩnh bởi nhà điều hành hoặc được gán động do mạng dựa vào các thông tin từ IGP (như IS-IS hoặc OSPF). 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 sau đây:
3.3.3.1 Đƣờng tƣờng minh đặc tả quản trị
Đường tường minh đặc tả quản trị cho một trung kế lưu lượng được cấu hình bởi nhà điều hành. Một đường gọi là đặc tả toàn bộ nếu chỉ ra tất cả các chặng yêu cầu giữa hai điểm cuối. Đặc tả một phần là nếu chỉ có một tập con các chặng trung gian được chỉ thị. Thuộc tính "path preference rule" là một biến nhị phân chỉ thị đường tường minh được cấu hình là bắt buộc hay không bắt buộc.
3.3.3.2 Phân cấp các luật ƣu tiên cho đa đƣờng
Trong một số hoàn cảnh thực tế, khả năng chỉ định một tập hợp 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.
3.3.3.3 Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource Class Affinity)
Thuộc tính này cho phép operator thiết lập các chính sách chọn đường bằng việc bao gồm hay loại trừ một số liên kết nào đó. Mỗi liên kết được gán một thuộc tính lớp tài nguyên (Resource-Class). Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên có dạng chuỗi bit như sau:
Affinity(32-bit), Mask(32-bit)
Mặt nạ lớp tài nguyên chỉ thị các bit nào trong lớp tài nguyên cần được kiểm tra. Liên kết 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[3].
3.3.3.4 Thuộc tính thích ứng (Adaptivity)
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 hóa (re- optimization). Thuộc tính thích ứng cho biết một trung kế lưu lượng được phép tái tối ưu hóa hay không. Nếu tái tối ưu hóa bị cấm thì trung kế lưu lượng coi như được “ghim” vào đường đã thiết lập của nó và không thể tái định tuyến (re- route) khi có thay đổi trạng thái mạng.
3.3.3.5 Phân phối tải qua nhiều trung kế song song
Khi lưu lượng thu gom giữa hai nút quá lớn không thể tải hết trên một đường, MPLS có thể tạo ra nhiều trung kế lưu lượng giữa hai nút sao cho mỗi trung kế chuyển một phần của lưu lượng thu gom. Khi đó cần có một số thuộc tính cho biết tỉ lệ tương đối của lưu lượng được mang bởi mỗi trung kế. Các giao thức bên dưới sẽ ánh xạ tải lên các trung kế lưu lượng theo các tỉ lệ được cho.
3.3.4 Thuộc tính ƣu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption)
Thuộc tính ưu tiên có 8 mức (giảm dần từ 0 đến 7) xác định thứ tự thực hiện chọn đường cho các trung kế lưu lượng. Độ ưu tiên cũng rất quan trọng khi triển khai cơ chế lấn chiếm (preemption) vì nó có ảnh hưởng đến thứ tự thiên vị.
Mỗi trung kế lưu lượng được gán một giá trị ưu tiên thiết lập (setup priority) và một giá trị ưu tiên hiện tại (holding priority). 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 khác có độ ưu tiên cầm giữ thấp hơn “bật” ra khỏi đường nếu chúng cạnh tranh tài nguyên. Ngược lại, việc thiết lập một trung kế mới có thể thất bại nếu băng thông mà nó yêu cầu đang bị chiếm giữ bởi các trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ cao hơn[3].
3.3.5 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.
Tổ hợp của các cơ chế nói trên.
3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing)
Thuộc tính khống chế xác định những hoạt động được thực hiện 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 hủy gói hay truyền theo kiểu best-effort). Nói chung, nên luôn luôn khống chế ở lối vào của mạng để cưỡng bức tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ và giảm thiểu việc khống chế bên trong lõi mạng.
3.4 Các thuộc tính tài nguyên
3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier)
Là lượng băng thông dự trữ khả dụng tối đa của một liên kết có thể cấp phát ứng với từng mức ưu tiên thiết lập (setup priority) của các trung kế lưu lượng.
3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource-Class)
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 liên kết nào đó trên đường của trung kế. Hình dưới đây là một ví dụ Affinity và lớp tài nguyên 4 bit để tránh một liên kết được đặc tả.
Hình 43: Minh họa cách dùng bit Affinity và Resource-Class
3.4.3 Độ đo TE
Mỗi liên kết có một cost hoặc độ đo để tính toán định tuyến trong hoạt động của IGP. Độ đo TE là một trọng số quản trị được gán cho các liên kết để tính toán LSP cho các trung kế lưu lượng. Giá trị độ đo TE mặc định là bằng IGP cost của liên kết. Router đầu nguồn (head-end) sử dụng các độ đo TE để định tuyến ràng buộc[3].
3.5 Tính toán đƣờng ràng buộc
3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của liên kết
Router tại đầu nguồn (head-end) của một trung kế phải nắm được thông tin thuộc tính tài nguyên của tất cả các liên kết trong mạng để tính toán đường LSP. Điều này này chỉ có thể đạt được bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến Link-State (như IS-IS hay OSPF) vì chỉ có kiểu giao thức này mới quảng bá thông tin về tất cả các liên kết đến tất cả các router. Vì vậy, OSPF và IS-IS được mở rộng để hỗ trợ MPLS-TE:
IS-IS có các trường Type-Length-Value mới (kiểu 22 TLV) để đính kèm các thông tin này trong các thông cáo PDU Link-State của nó.
Một khi router đầu nguồn nhận được các thông cáo này thì nó không chỉ biết được topology mạng mà còn biết được các thông tin tài nguyên khả dụng của từng liên kết. Điều này rất cần thiết để tính toán các đường thỏa mãn các đòi hỏi của trung kế lưu lượng.
Hình 44: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên
Các giao thức IGP sẽ quảng bá các thuộc tính tài nguyên khi dưới các điều kiện hoặc sự kiện nào đó như:
Khi liên kết thay đổi trạng thái (ví dụ up, down…)
Khi lớp tài nguyên của liên kết thay đổi do tái cấu hình nhân công hoặc trong trường hợp băng thông khả dụng biến động qua các mức ngưỡng đặt trước.
Theo định kỳ (dựa vào một timer), router sẽ kiểm tra các thuộc tính tài nguyên và quảng bá cập nhật thông tin.
Khi tham gia thiết lập một đường LSP nhưng thất bại. Liên kết D
Các giao thức IGP sẽ quảng bá các thuộc tính tài nguyên khi dưới các điều kiện hoặc sự kiện nào đó như:
Khi liên kết thay đổi trạng thái (ví dụ up, down…)
Khi lớp tài nguyên của liên kết thay đổi do tái cấu hình nhân công hoặc trong trường hợp băng thông khả dụng biến động qua các mức ngưỡng đặt trước.
Theo định kỳ (dựa vào một timer), router sẽ kiểm tra các thuộc tính tài