II.3.1. Giới thiệu
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
45
Trong mạng IP truyền thống, gói dữ liệu được chuyển tiếp độc lập tại mỗi router căn cứ vào header của gói và bảng thơng tin định tuyến. Thuật tốn chuyển tiếp dựa trên so khớp dài nhất, nghĩa là prefix so khớp càng dài càng được ưu tiên. Tuy nhiên thuật toán này khá chậm. Đồng thời chọn đường theo qui tắc đường dẫn ngắn nhất cũng giới hạn khả năng quản lý tài nguyên mạng .
MPLS là một công nghệ mới cố gắng giải quyết những vấn đề về định tuyến trong mạng IP truyền thống . Với MPLS, một nhãn có chiều dài ngắn và cố định được gán cho mỗi packet và quá trình chuyển gói trong mạng dựa trên nhãn này. Việc phân tích tồn bộ header của gói dữ liệu được thực hiện chỉ một lần tại nút vào của mạng MPLS, nhờ vậy tiến trình định tuyến đơn giản hơn và nhanh hơn.
Các dịch vụ trong mạng IP truyền thống có đặc trưng khơng thể dự đoán trước. Điểm mạnh của MPLS là cung cấp khả năng Traffic Engineering. Ví dụ như việc sử dụng các tuyến đường rõ ràng dẫn đến khả năng quản lý tài nguyên mạng và hỗ trợ các dịch vụ mới.
Sau đây, chúng ta sẽ xem xét kiến trúc của MPLS và Traffic engineering với MPLS
II.3. 2. Kiến trúc MPLS
Ý tưởng của MPLS là khi một packet đến một ingress LSR (Label Switching Router). LSR xác định FEC (Forwarding Equivalent Class) của packet và gán nhãn cho packet tương ứng với FEC đó dựa vào ánh xạ trong Incoming Label Map (LIM). LIM có thể được đặt tại mỗi nút bằng tay hoặc bằng giao thức báo hiệu như LDP, CR – LDP và RSVP – TE (được IETF định nghĩa). Các LSR tiếp theo trong đường đi của packet ra quyết định chuyển tiếp dựa trên nhãn của packet và thực hiện hành động tương ứng với nhãn (được qui định trong LIM) .Nút cuối cùng trong miền MPLS, egress LSR sẽ bỏ nhãn để router kế tiếp nhận được packet giống như khi packet đi vào miền MPLS đó .
Sơ đồ chuyển tiếp gói MPLS như sau :
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
46
II.3.2.1. Các thành phần chính trong mơ hình
Nhãn
Nhãn được sử dụng trong MPLS có chiều dài ngắn và cố định. Một nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ và nó đại diện cho một FEC mà packet được gán vào. Một packet có thể có nhiều nhãn và chúng được tổ chức thành stack (Last In First Out). Tạo nhãn Đổi nhãn Đổi nhãn LS R Đổi nhãn Đổi nhãn Bỏ nhãn Bản đồ nhãn Bản đồ nhãn Bản đồ nhãn Bản đồ nhãn Nút biên Nút biên Mạng không phải MPLS Mạng MPLS Mạng không phải MPLS
Luồng không được gán nhãn
Luồng được gán nhãn lộ trình 1
Luồng gán nhãn lộ trình 2
Hình 16 . Cơ chế chuyển tiếp gói MPLS
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
47
Label Switching Router (LSR)
LSR là một nút có khả năng chuyển tiếp packet tự nhiên của tầng mạng và cũng cho phép các giao thức điều khiển MPLS. Có thể phân LSR thành LSR ngược hướng và LSR xuôi hướng .LSR chuyển packet theo hướng của luồng dữ liệu là LSR xi hướng cịn LSR nhận packet là LSR ngược hướng.
Label Switching Path (LSP)
LSP của một packet là một dãy các router < R1 ;. .. ; Rn > với R1 là LSP ingress và Rn là LSP egress. LSP ingress gán nhãn vào packet ở mức m nào đó, các router giữa nút vào và nút ra chuyển packet dựa vào nhãn này, nút ra chuyển tiếp packet sử dụng nhãn ở mức m – k với k > 0 hoặc sử dụng một số thủ tục chuyển tiếp khác.
Next Hop Label Forwarding Entry (NHLFE)
NHLFE được sử dụng khi một packet đã gán nhãn được chuyển tiếp về phía trước NHLFE chứa thơng tin về chặng tiếp theo của packet và hoạt động được thực hiện trên chồng nhãn của packet. Một nhãn có thể được thay thế bằng một nhãn mới hay có thể bị bỏ đi. Mỗi nhãn của một packet vào có thể được liên kết một NHLFE. Để chia lưu lượng ra thành các đường khác nhau có thể có vài NHLFE cho một label .
Incoming Label Map (ILM)
ILM mô tả ánh xạ giữa nhãn của một packet vào và một tập NHLFE. LSR chuyển tiếp packet được xác định bởi NHLFE. Có thể so sánh ILM với bảng định tuyến của router IP truyền thống.
Label Mapping
Kết hợp nhãn là khả năng của LSR chuyển tiếp các packet có nguồn hoặc nhãn khác nhau tới một FEC với một nhãn. Thông tin mà các packet có khi chúng tới từ các interface khác nhau với nhãn khác nhau, sẽ bị mất trong thủ tục kết hợp nhãn .
II.3.2.2. Forwarding Equivalent Class
Thông tin từ một số giao thức dẫn đường truyền thống (như OSPF) được giữ lại trong định tuyến tầng mạng để biết cần chuyển tiếp packet như thể nào và để chia không gian chuyển tiếp thành thành các FEC. FEC bao gồm các packet được chuyển tiếp trên cùng đường dẫn và được đối xử như nhau. Nhãn
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
48
của một packet ánh xạ packet tới một FEC. Packet được gán vào FEC chỉ một lần
Forwarding granularity đề cập đến mức độ tập hợp được sử dụng trong quyết định chuyển tiếp. MPLS hỗ trợ nhiều kiểu forwarding granularity. Các packet có thể được gán vào cùng FEC dựa trên nút ra, địa chỉ IP đích hoặc luồng ứng dụng. Phân loại dựa vào nút ra là mức thô nhất của granularity và phù hợp với mạng lớn. Trong khi đó phân loại căn cứ vào luồng ứng dụng là mức tinh vi nhất nhưng nó khả năng mở rộng khơng cao .
II.3.2.3. Label Distribute Protocol
Label Distribute Protocol được sử dụng trong tiến trình thiết lập đường dẫn, với LDP, một LSR thông báo cho LSR khác về ánh xạ label/FEC mà nó đã thực hiện. Quyết định gán một label tới một FEC được thực hiện bởi LSR xuôi hướng. LSR này có thể thực hiện kết nối nhãn theo hai cách. Cách thứ nhất, LSR ngược hướng yêu cầu LSR lân cận kết gán một nhãn tới một FEC. Các thứ hai, LSR xuôi hướng gán trực tiếp mà không cần yêu cầu .Label Distribute Protocol cũng được sử dụng để trao đổi thông tin về khả năng MPLS giữa hai Label Distribute peer. MPLS cho phép nhiều Label Distribute Protocol. Ba Label Distribute Protocol là LDP, CR – LDP và RSVP – TE đã được chuẩn hoá .
II.3.3. Traffic Engineering với MPLS
II.3.3.1. Giới thiệu chung
Traffic Engineering được sử dụng để đạt được mục tiêu hiệu năng như tối ưu tài nguyên mạng và xắp đặt lưu lượng vào các đường truyền cụ thể. Điều này có nghĩa là tính tốn đường đi từ nguồn đến đích dựa vào một tập ràng buộc và chuyển tiếp lưu lượng dọc theo đường đi này. Chuyển tiếp lưu lượng theo một đường như vậy là điều không thể đối với IP, bởi vì quyết định chuyển
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
49
tiếp IP được đưa ra độc lập tại mỗi chặng và chỉ dựa trên địa chỉ đích IP của packet
MPLS có thể dễ dàng chuyển tiếp lưu lượng trên một đường đi tuỳ ý. Khả năng dẫn đường rõ ràng của MPLS cho phép người khởi tạo LSP tính tốn đường đi, thiết lập trạng thái chuyển tiếp MPLS dọc theo đường đi và ánh xạ các packet tới những LSP này. Khi một packet được ánh xạ vào một LSP, việc chuyển tiếp được thực hiện dựa trên nhãn và không hop trung gian nào thực hiện bất cứ quyết định chuyển tiếp độc lập dựa trên địa chỉ đích IP của packet. MPLS – TE đưa ra khái niệm LSP priorities. Mục đích của priorities là đánh dấu một số LSP báo hiệu rằng chúng quan trọng hơn các LSP khác và cho phép chúng lấy tài nguyên từ những LSP ít quan trọng hơn. Làm như vậy sẽ đảm bảo rằng :
- Khi khơng có các LSP quan trọng, tài nguyên có thể được dành cho các LSP ít quan trọng hơn.
- Một LSP quan trọng luôn thiết lập dọc theo đường đi tối ưu nhất (ngắn nhất) - Khi một LSP cần định tuyến lại, các LSP quan trọng có cơ hội tìm thấy một đường đi lớn hơn .
Mục tiêu của traffic engineering là tìm ra một đường đi trong mạng thoả mãn một tập các ràng buộc. Do đó, những ràng buộc này cần được đưa vào tính tốn khi tính tốn các đường đi khả thi tới đích. Các ràng buộc đó có thể là băng thông yêu cầu cho một LSP cụ thể, số lượng hop mà lưu lượng được phép đi qua, mức ưu tiên của LSP so với các LSP khác. v. v. .
Việc tính tốn một đường dẫn thoả mãn những điều kiện ràng buộc này có thể được thực hiện tại nút vào sử dụng một thuật tốn tính đường (ví dụ như CSPF).
Cuối cùng khi đường đi đã được tính tốn thành cơng, trạng thái chuyển tiếp MPLS được thiết lập dọc theo đường đi bằng cách sử dụng RSVP – TE như một giao thức phân bố nhãn. Khi đường đi được thiết lập, tài nguyên khả dụng được update tại mỗi nút và các nút khác được thông tin về sự thay đổi này
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
50
II.3.3.2. Mơ hình thực hiện
Để thực hiện traffic engineering, nguời ta đưa ra hai phương pháp là Overlay Model và Peer Model .
a) Mơ hình Overlay
Mạng backbone thường sử dụng công nghệ ATM và sử dụng nó theo cách thơng thường để xây dựng mạch qua đó lựa chọn đường đi qua một mạng. Thay vì cho phép mỗi router quyết định đường đi xuyên qua mạng, điều hành viên có thể xây dựng đường đi hay các mạch đi qua vài router mà không để những router này đưa ra bất kì quyết định nào về dẫn đường, điều này có nghĩa là bảng định tuyến được xây dựng bằng tay. Đối với mạng IP, MPLS có thể thực hiện nhiệm vụ này.
Chức năng tích cực của một mạng như vậy là lưu lượng có thể được chuyển một cách rõ ràng, cho phép lưu lượng đi qua một số đường truyền tốc độ thấp, giải phóng dung lượng trên các đường truyền khác nhằm nâng cao hiệu năng truyền lưu lượng. Việc này có thể được thực hiện bằng cách nhập vào bằng tay một số tuyến hoặc bằng cách thiết lập tự động một mạng “ full mesh “ (mạng mà mọi lối vào /ra đều có đường đi trực tiếp đến mọi lối vào khác). Mặc dù mơ hình Overlay có nhiều thuận lợi và đang được sử dụng rộng rãi hiện nay nhưng nó có vấn đề về mở rộng khi thiết lập mạng full mesh. Đó là vấn đề “ N – square “ mà đối với mỗi LER được thêm vào mạng, phải thêm vào một đường đi từ LER này tới mỗi LER khác trong mạng. Như vậy sẽ có N – 1 đường đi mới cho mỗi LER mới. Khi mạng tăng lên, số lượng đường đi tăng lên rất lớn, thêm vào sự phức tạp và chi phí thơng điệp đáng kể. Đặc biệt là khi một đường truyền hỏng, phải thực hiện một số lượng lớn hoạt động update.
b) Mơ hình peer
Trong mơ hình này điều khiển lưu lượng cân bằng có thể đạt được bằng cách thay đổi weight của đường truyền trong giao thức dẫn đường OSPF. Với phương pháp này, mỗi đường truyền được cho một giá trị phản ánh mức độ sử
Các phương pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trên mạng IP
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
51
dụng của đường truyền đó. Nếu là một đường truyền chậm, đắt như đường truyền vệ tinh hay đường hay bị tắc nghẽn, đường truyền này có thể được cho một giá trị weight cao, để báo cho router chọn đường truyền khác. Theo cách này, các weight được tính tốn và thiết lập chỉ một lần , có thể giúp mạng cân bằng với ít hoặc khơng có đường truyền tắc nghẽn và lưu lượng overhead ít hơn so với mơ hình Overlay .
II.3.4. Kết luận