4.3. Kiến trúc QoS dựa trên MPLS
4.3.3. Chi tiết về kiên trúc QoS dựa trên MPLS
4.2.3.2. Kiểm tra sự cấp phép
Module kiểm tra sự cấp phép chịu trách nhiệm so sánh những yêu cầu tài nguyên QoS và những tài nguyên hiện có trong miền để quyết định xem có cho phép yêu cầu mới hay không. Trong kiến trúc này, chức năng này được xử lý bởi thành phần quản lý MPLS, thành phần này bao gồm thiết bị môi giới băng tần và các mudule server điều khiển lưu lượng (TES). Để đạt được tính mở rộng, MME nên tuân theo các loại thực hiện DNS hiện nay với việc xử lý số liệu phân bố như là hệ thống phân cấp nhiều Server MME. Không nên thực hiện phương pháp xử lý số liệu tập chung do khi xảy ra lỗi thì toàn bộ mạng sẽ bị ảnh hưởng cùng với các vấn đề về việc xử lý lưu lượng lớn và bảo dưỡng. Thành phần môi giới băng tần xác định miền hoạt động trong mạng kết cuối. Thành phần này duy trì các thông tin cập nhật về tài nguyên hiện có của mạng trong miền. Thành phần server điều khiển lưu lượng thực hiện các chức năng sau thay cho MPLS LER (những chức năng này thông thường sẽ được thực hiện bởi MPLS LER)
Các chức năng về điều khiển lưu lượng
Các chức năng tính toán việc định tuyến dựa trên sự bắt buộc
Các chức năng quản lý đường như định tuyến lại, dung sai lỗi và bảo vệ đường
Các chức năng về điều khiển lưu lượng
Lựa chọn đường, tối ưu đường và thiết lập đường MPLS dựa trên policy
Các chức năng về bảo dưỡng
Chất lượng ịch ụ d v trong mạngNGN
Thành phần này cũng hoạt động trong mạng lõi, nơi mà điều khiển lưu lượng thích hợp và cần thiết hơn. Server định tuyến và điều khiển lưu lượng MPLS (RATES) là một kiểu server điều khiển lưu lượng.
Trong mạng MPLS có các LSP đảm bảo băng tần thì việc định tuyến theo đường ngắn nhất cùng với các ma trận liên kết cố định thì có thể làm cho một số yêu cầu thiết lập LSP mà lưu lượng đi qua các LSP này bị từ chối, mặc dù những yêu cầu này có thể được chấp nhận trong kế hoạch định tuyến khác.
Mục tiêu đầu tiên của điều khiển lưu lượng là sử dụng cơ sở hạ tầng mạng tốt hơn trong khi vẫn đảm bảo được QoS. MPLS có thể điều khiển được lưu lượng từ node vào tới node ra , do vậy nó thích hợp cho điều kiển lưu lượng và điều khiển sự cấp phép tốt hơn. Điều khiển lưu lượng giải quyết các vấn đề về nghẽn gây ra bởi việc phân bố lưu lượng không đều trong mạng địa lý.
Tóm lại, điều khiển lưu lượng là một phương pháp cân bằng tải lưu lượng mạng trên các liên kết, router, và switch khác nhau để tải lưu lượng trên các thành phần này không đạt đến mức tối đa. Điều khiển lưu lượng giúp thoả mãn các điều kiện sau đây:
Định tuyến các đường cơ sở quanh các nút cổ chai hoặc các điểm nghẽn trong mạng
Cung cấp sự điều khiển chính xác đối với việc định tuyến lại lưu lượng khi mà các đường cơ sở bị lỗi
Cung cấp việc sử dụng hiệu quả hơn toàn bộ dải tần hiện có
Tăng cường các đặc tính hiệu suất định hướng lưu lượng của mạng bằng việc tối thiểu hoá việc mất gói, tối thiểu thời gian nghẽn, và tối đa hoá lưu lượng vào
Tăng cường các đặc tính hiệu suất của mạng như tỷ lệ mất lỗi, sự biến đổi trễ, để giúp phục vụ lưu lượng đa phương tiện và các dịch
MPLS đạt được những yêu cầu điều khiển lưu lượng này bằng cách cung cấp các chức năng sau đây:
Thiết lập, kích hoạt, loại bỏ, thay đổi, định tuyến lại LSP
Cấu hình việc định tuyến chính xác chặt, lỏng cho mỗi LSP
Cung cấp các cấu hình cho các tập tài nguyên trong hay ngoài từ đường vật lý của một LSP
Đặt được quyền ưu tiên cho các LSP
Chiếm quyền ưu tiên của các LSP
Tạo ra các đường cho phép QoS
Đạt được sự điều khiển việc tính toán và thống kê trên mỗi LSP cho quản lý lưu lượng chính xác
Tạo ra các đường LSP dữ phòng để trong trường hợp router hoặc liên kết bị lỗi.
Trong kiến trúc đề xuất, vấn đề chính của điều kiển lưu lượng và QoS là các yêu cầu về băng tần cho LSP như: độ sẵn có của băng tần, băng tần dành cho, băng tần hiệu quả, và các policy quản trị. Trễ, tổn thất và và những đặc điểm khác được trình bày trong SLS thì có thể được chuyển đổi thành các yêu cầu băng tần hiệu quả cho LSP. Giải pháp điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS thông thường gồm bốn thành phần: định tuyến, phân bố, lựa chọn đường và báo hiệu. Thành phần định tuyến thực hiện việc định tuyến lưu lượng. MPLS hoạt động giống như thành phần định tuyến trong cấu trúc sử dụng thuật toán trao đổi nhãn là thành phần định tuyến gói tin. Thành phần phân bố thực hiện việc thông báo thông tin về liên kết, thông tin về tài nguyên và trạng thái hiện tại của chúng tới MME. Thành phần lựa chọn đường sử dụng đường đầu tiên ngắn nhất bắt buộc (Constrained Shortest Path First- CSPF) và tính toán các tham số đáng quan tâm của đường ngắn nhất này hoặc
Chất lượng ịch ụ d v trong mạngNGN
(Interior Gateway Protocol - IGP), các lớp tài nguyên phù hợp và các policy quản trị. Đầu ra của việc thực hiện CSPF là một danh sách các đường và mỗi đường được xác định bởi một danh sách các LSR trung gian. Thành phần báo hiệu phối hợp sự thông tin giữa các LSR trung gian mà các LSR trung gian này được xác định từ đầu ra CSPF và dự trữ tài nguyên phụ thuộc vào yêu cầu. Thành phần báo hiệu liên miền đề cho mục đích điều khiển lưu lượng trong cấu trúc này là RSVP-TE.
MME sử dụng giao thức COPS/COPS PR để trao đổi thông tin với LER. - Do vậy, trong thiết kế này MME hoạt động như là điểm quyết định policy (Policy Decision Point - PDP) và LER hoạt động như điểm bắt buộc policy (Policy Enforcement Point - PEP). Giải pháp điều khiển lưu lượng cần sự hiểu biết chi tiết về cấu hình mạng, thông tin tải mạng động và các đặc điểm của liên kết. Do vậy thành phần phân bố thông tin cần sự mở rộng của IGP để mang các thông tin về liên kết thêm vào đối với các thông báo về trạng thái liên kết thông thường. IGP trạng thái liên kết sử dụng thuật toán flooding chuẩn để đảm bảo các đặc điểm của liên kết được đưa đến tất cả các router trong MME. MME được cấu hình để nó hoạt động như một IGP ngang hàng và có thể nhận được các cập nhật về trạng thái liên kết. Mỗi MME duy trì các đặc điểm liên kết mạng và thông tin cấu hình mạng trong dữ liệu điều khiển lưu lượng xác định (Traffic Engineering Database). Dữ liệu điều khiển lưu lượng này được sử dụng riêng cho việc tính toán các đường chính xác cho LSP.
MME sử dụng thành phần lựa chọn đường bao gồm CSPF và TED để tính toán các đường cho tập hợp LSP của nó trong miền định tuyến. Đầu vào của thuật toán CSPF là các thông tin về tình trạng liên kết từ TED, các thông tin về liên kết như băng tần dự trữ, băng tần hiện có và các thông tin quản lý
thông tin tới LER đầu vào được yêu cầu để thiết lập LSP thông qua COPS.
LER đầu vào sử dụng thành phần báo hiệu RSVP TE để thiết lập đ- ường cùng với dự trữ băng tần. Sau đó LSR đầu vào sẽ phản hồi lại MME về kết quả thiết lập. MME của miền duy trì danh sách LSP thông qua miền và cũng hoạt động như là thiết bị điều khiển sự cấp phép đối với các yêu cầu thiết lập mới.
MME cung hoạt động như là trung tâm lựa chọn đường để định tuyến lưu lượng, khi gói tin gán nhãn đến thì nó sẽ được định tuyến theo bất ký LSP nào sẵn có. MME thực hiện lựa chọn LSP theo cách băng tần tương lai và yêu cầu lựa chọn LSP được xử lý theo cách hiệu quả nhất và tốc độ loại bỏ ít nhất.
Trong cấu trúc hiện nay, mỗi LER đầu vào duy trì TED và thực hiện tính toánh CSPF trong cách phân bố. Trong cấu trúc đưa ra thì chức năng này sẽ được phân bố, nhưng được thực hiện bởi thiết bị riêng biệt của mạng theo kiểu MME. Có sự tách biệt hoàn toàn trong việc điều khiển các thiết bị điều khiển riêng biệt của mạng, ví dụ MME và chuyển đổi dữ liệu, các chức năng LER. Quản lý policy, quản lý điều khiển lưu lượng và quản lý mạng trở nên đơn giản hơn với ít thiết bị điều khiển hơn. Có thể thay đổi các quyết định policy nhanh chóng và dễ dàng với một ít server hơn là nhiều server. Để làm cho kiểu kiến trúc MME này ổn định và tránh những điểm lỗi đơn lẻ này thì nó thực hiện giống như kiến trúc phân cấp DNS. Sử dụng kiến trúc phân cấp sau đây:
Không MME nào có thông tin về tất cả LSP
Mỗi miền hoặc mỗi ISP có MME riêng, MME này thực hiện điều khiển lưu lượng và/hoặc các yêu cầu môi giới băng tần cho miền của nó
Mỗi host biết thiết bị môi giới băng tần nào để liên lạc khi thiết lập đường hoặc dự trữ tài nguyên.
Chất lượng ịch ụ d v trong mạngNGN
MME mức ISP có thể liên lạc với MME mức mạng lõi
Xây dựng mạng lõi full meshed bằng cách ban đầu xác định dự trữ băng - tần LSP bằng không. Dòng lưu lượng đi qua LSP trong khoảng thời gian xác định và sau đó thống kê việc sử dụng băng tần. Sau đó các nhà quản trị có thể thiết lập được băng tần yêu cầu cho các LSP này và để MME tìm ra còn đường tốt nhất giữa các LSR. Có thể thêm vào việc bảo vệ đường MPLS.
Việc bảo vệ đường có thể là 1:1, 1:n hoặc m:n. Trong việc bảo vệ 1:1, các LSP dự trữ bảo vệ mỗi đường MPLS chính. Đường LSP dự trữ này sẽ được sử dụng trong trường hợp LSP chính bị lỗi. Trong việc bảo vệ 1:n, chỉ một LSP dự trữ bảo vệ n LSP chính. Trong việc bảo vệ m:n, m LSP dự trữ bảo vệ n LSP chính. IGP được điều chỉnh để thông báo những LSP bảo vệ này. Phụ thuộc vào quyền ưu tiên của lưu lượng mà lưu lượng có thể đi qua một LSP nào đó, LSP có thể được bảo vệ bởi cơ chế bảo vệ 1:1, 1:n, m:n, trong đó cơ chế bảo vệ 1:1 là mức bảo vệ cao nhất. Các điểm mã DiffServ và mapping PHB được điều chỉnh để đảm bảo rằng mỗi lớp lưu lượng sẽ được phân tới LSP dựa trên yêu cầu QoS của lớp. Có thể sử dụng CBR offline và tiện ích mô phỏng để thiết lập những LSP này cùng với dự trữ băng tần và các quyết định policy khác. Dựa vào mức độ sử dụng của LSP và kết quả mô phỏng từ tiện ích CBR offline, thì có thể thực hiện việc tối ưu hoá như tạo ra LSP dự trữ, điều chỉnh băng tần. Một sự quan tâm đầy đủ sẽ được thực hiện để tránh sự dao động định tuyến và lỗi định tuyến trong quá trình xử lý.
Giao thức báo hiệu liên MME trong kiến trúc này dựa trên giao thức SIBBS. Giao thức SIBBS được tuân theo để phù hợp với các yêu cầu trong kiến trúc này. Thành phần môi giới băng tần của MME có thể nhận được yêu cầu phân bổ tài nguyên (Resource Allocation Request - RAR) từ khách hàng trong miền hoặc từ thiết bị môi giới băng tần khác. Thiết bị môi giới băng tần
RAA). RAR có thể gây ra những thay đổi với cấu hình router biên và cấu hình router mức ISP để thiết lập các thuật toán lọc lưu lượng. Ngoài ra RAR cũng có thể được phát đi tới các bộ môi giới băng tần khác. RAR có thể chứa không gian và thời gian hoạt động của dịch vụ, loại dịch vụ và đặc tính lưu lượng. Việc dự trữ liên vùng chỉ phụ thuộc vào SLA của mạng khách hàng, nhung cũng chỉ trong trên SLA và SLS giữa các miền. Do vậy, dự trữ tài nguyên chỉ có thể được thực hiện nếu SLA và các yêu cầu policy của các miền khác nhau tương thích với nhau và có thể đáp ứng được nhu cầu và yêu cầu của người sử dụng. Tất cả các bộ môi giới băng tần đều phải theo dõi dấu vết của SLS trong miền của nó và giữa các miền ngang hàng. Một loạt các dự trữ đều có thể được chấp nhận và tất cả các tài nguyên hiện có đều có thể để dự trữ. Trong kiến trúc này, bộ môi giới băng tần theo dõi trực tiếp các SLS.
Bộ môi giới băng tần cũng hoạt động như là PDP trong môi trường này với các thiết lập policy lưu trữ trong dữ liệu bên trong nó. Điểm bắt buộc policy (Policy Enforcement Point – PEP là các router lá và các router biên của miền, tài nguyên sử dụng thực tế được theo dõi bởi router và có thể được điều khiển bởi bộ môi giới băng tần khi yêu cầu.
Chất lượng ịch ụ d v trong mạngNGN
MME trong miền phát nhận được yêu cầu RAR từ hệ thống cuối (End System). Chú ý rằng trong miền phát này thành phần BB của MME đang hoạt động trong khi TES không hoạt động. Theo cấu hình trên, MME có thể chọn để kết hợp yêu cấu này với các MME khác. MME của miền phát có thể thực hiện các chức năng sau đây:
Nhận thực để thay đổi nếu ES từ miền của nó
Kiểm tra xem liệu tài nguyên đủ dùng có sẵn trong miền nguồn để dung cấp sự thực hiện như vậy.
Nhận dạng router đầu ra để lưu lượng có thể được phân định đến đó và router lá cái mà có thể đạt đến ES trực tiếp.
Kiểm tra nếu lưu lượng vừa đủ vào trong SLS giữa nó và ISP
Kiểm tra xem liệu lưu lượng có thể được chấp nhận dưới các policy quản trị không
Nếu dòng lưu lượng được cho phép, MME nhận dạng với MME của miền ISP (IMME) và bao gồm cả nhận dạng miền dọc theo sự định rõ lưu lượng yêu cầu của dòng lưu lượng. Nếu MME trong miền nguồn vì một số lý do nào đó không chấp nhận yêu cầu, nó gửi một bản tin phân định tài nguyên nguồn tới hệ thống cuối cùng với mã lý do. Chú ý rằng LSP MPLS đầu cuối đến đầu cuối bắt đầu tại mạng ISP mặc định. Hình .4 chỉ ra kiến trúc báo 4 hiệu giữa các MME.
Đầu tiên MME cấp ISP nhận thực yêu cầu từ MME của miền nguồn. Sau đó MME xác định router ra và giao diện ra từ các bảng liên miền và cùng với sự giúp đỡ từ giao thức gateway bên ngoài. MME cũng kiểm tra sự thích ứng của SLA/SLS giữa miền nguồn và ISP. Sau đó MME kiểm tra xem liệu tài nguyên yêu cầu có nằm trong SLS cái mà kết nối miền kế tiếp tới đích. Dữ liệu policy sẽ bị kiểm tra sau đó để xác định xem liệu dòng lưu lượng có được
MME cấp ISP sẽ yêu cầu thành phần TES của MME thiết lập LSP để truyền dữ liệu.
Thành phần TES đầu tiên kiểm tra liệu xem LSP hiện có có thể mang được dòng lưu lượng hay không, xem xét các yêu cầu QoS, policy quản lý và các tham số cấu hình đầu cuối khác. Sau đó TES thiết lập sự phân loại gói tin, và các policy lọc lưu lượng tại router vào và ra sử dụng giao thức COPS. TES cũng điều chỉnh tài nguyên hiện có của LSP được chọn lựa. Sau đó TES ghi lại LSPID đã được chọn và cập nhận policy liên quan đến thông tin đo đạc và điều chỉnh sử dụng tài nguyên thông kê và tự do. Sau đó TES trả lời lại MME của khách hàng bằng bản tin RAA để xác nhận sự dự trữ. Nếu LSP có thể truyền luồng lưu lượng không có sẵn thì server TES tra cứu tài nguyên miền để cung cấp để luồng lưu lượng nếu nó có thể, nó chuyển bản tin RAR tới MME tiếp theo. Trong trường hợp này việc thiết lập LSP chỉ bắt đầu khi nó nhận được bản tin RAA chấp nhận tử MME trong mạng.
Tất cả các miền ISP vận chuyển thực hiện cùng loại kiểm tra và dự trữ.
Trong mạng lõi full-meshed, thông thường MME lõi không thực hiện bất cứ việc thiết lập đường mới nào. MME lõi quyết định xem liệu nó có thể thực hiện một lưu lượng như vậy hay không sau khi đã nhận thực cận thận. Sau đó nó chuyển bản tin RAR đến miền ISP tiếp theo, miền ISP tiếp theo này là đường đi đến đích sau khi thực hiện thay đổi RAR.
MME trong miền đích cũng thực hiện kiểm tra những kiểm tra và dự trữ liên quan và gửi kết quả tới hệ thống cuốibằng bản tin RAA. Nếu hệ thống cuối đích không được xác định và chỉ có tiền tố đích được đề cập thì MME miền đích sẽ gửi bản tin RAA. Bản tin RAA chấp nhận sẽ được đưa tới miền nguồn thông qua cùng với bản tin RAR đã đi. Trong các miền chuyển tiếp, bản tin RAA chấp nhận sẽ dẫn đến một kết quả việc xác nhận tài nguyên. Đối