4.3. Kiến trúc QoS dựa trên MPLS
4.3.3. Chi tiết về kiên trúc QoS dựa trên MPLS
4.2.3.1. QoS mapping và báo hiệu liên miền
Như đã được trình bày trong phần trước, có hai mức QoS mapping được xem xét trong kiến trúc này đó là CR-LDP (giao thức báo hiệu ở ngoại biên của mạng) và RSVP-TE (là giao thức báo hiệu trong mạng lõi).
Do có những yêu cầu về QoS khác nhau đáng kể ở biên của mạng và trong lõi. Nên kiến trúc QoS đơndựa trên ATM, DiffServ hoặc IntServ không thoả mãn được các yêu cầu hiện tại của QoS. Do vậy cần phải xây dựng một kiến trúc dựa trên kiến trúc đa mức của QoS mapping.
Những lý do để quy định tiêu chuẩn đi vào chặt chẽ ở biên của mạng là chỉ cho phép các luồng lưu lượng thích hợp, police, định hướng và đệm các lưu lượng không thích hợp làm cho chúng thành thích hợp,và bảo vệ các lưu lượng này không bị tài nguyên mạng lấy đi. Kiến trúc mapping này còn có xu hướng đảm bảo cho các luồng lưu lượng thích hợp được cho phép vào trong mạng lõi thì có thể dễ dàng xắp xếp vào các QoS mapping tồi tàn hơn trong mạng lõi
QoS mapping kém trong mạng lõi bao gồm các yếu tố sau:
Tính mở rộng để đảm bảo rằng một số lượng lớn lưu lượng sẽ được hỗ trợ mà không phải giảm hiệu suất.
Làm giảm việc quản lý đối với các luồng thích hợp
Hạn chế số lượng các MPLS LSP mà đã được cấu hình QoS
Cung cấp chiến lượng MPLS LSP tin cậy và dung sai lỗi nhỏ do ít lớp QoS hơn
Giảm sự quản lý trạng thái lưu lượng tại các router trung gian dẫn đễn hiệu quả và tính mở rộng cao hơn.
Phụ thuộc vào việc triển khai của các giao thức báo hiệu mà có thể có năm kiến trúc để xem xét.
(1) CR-LDP là giao thức báo hiệu duy nhất trong cả mạng ngoại biên và mạng lõi
(2) RSVP-LDP là giao thức báo hiệu duy nhất trong cả mạng ngoại biên và mạng lõi
Chất lượng dịch vụ trong mạng NGN
(3) CR-LDP là giao thức báo hiệu trong mạng lõi và RSVP-LDP là giao thức báo hiệu trong mạng biên
(4) RSVP-LDP là giao thức báo hiệu trong mạng lõi và CR-LDP là giao thức báo hiệu trong mạng biên
(5) Sử dụng hai giao thức CR-LDP, RSVP-LDP trong từng vùng riêng rẽ và sử dụng cơ chế kết hợp để đảm bảo QoS từ đấu cuối đến đầu cuối
Lựa chọn 1, 2 trên cớ ưu điểm là dễ dàng quản trị do chúng sử dụng một giao thức đơn, chúng cung cấp kiếm trúc mạng đơn mềm dẻo, dễ dàng thực hiện và triển khai, và không có vấn đề về hoạt động liên mạng. Nhược điểm của hai lựa chọn này là các xu hướng của thị trường hiện nay là các nhà cung cấp khác nhau thì sử dụng các giao thức khác nhau (có thể sử dụng CR-LDP hoặc RSVP-LDP). Do vậy lựa chọn 1 và 2 là không khả thi. Lựa chọn 4 và 5 có vẽ như là giải pháp có ưu điểm hơn. Lựa chọn 5 có rất nhiều nhược điểm.
Lựa chọn 3, 4 nằm trong các trường hợp cụ thể của lựa chọn 5. Trong kiến trúc này thì lựa chọn 4 là giải pháp tối ưu nhất có thể do những lý do sau.
RSVP được đánh giá là giao thức dự trữ tài nguyên quan trọng bởi vì các đặc tính của nó và hỗ trợ của nó đối với các router ở mạng lõi của nhà cung cấp. Tuy nhiên, RSVP cũng có nhược điểm đó là khả năng mở rộng của nó do mào đầu, khi xuất hiện số lượng lớn luồng lưu lượng thì điều này sẽ làm quá mức mào đầu. Điều này có thể gây nên sự mất ổn định khi mà bản tin lỗi hoặc bản tin xác nhận bị mất trong mạng.
RSVP-TS đối với DiffServ QoS Mapping
RSVP được sử dụng để phục vụ các yêu cầu dự trữ tài nguyên. Các yêu cầu này yêu cầu các mức tài nguyên như băng tần, dung lượng đệm, các yêu cầu này phải được dự trữ dọc theo luồng lưu lượng và được cài đặt tại các
router trung gian để đảm bảo thoả mãn QoS từ đầu cuối đến đầu cuối theo yêu cầu.
Mô tả về luồng bao gồm hai chỉ tiêu là chỉ tiêu lưu lượng và chỉ tiêu lọc, hai chỉ tiêu này tạo nên bản tin yêu đường yêu cầu dự trữ. Chỉ tiêu lưu lượng mô tả QoS yêu cầu và nó có ý nghĩa đối với thành phần sắp xếp của router.
Chỉ tiêu lưu lượng bao gồm lớp dịch vụ và hai tập tham số. Các tập tham số là Rspec (chỉ tiêu về dự trữ), chỉ tiêu nay xác định QoS yêu cầu, và Tspec (chỉ tiêu lưu lượng), chỉ tiêu này mô tả dòng dữ liệu. Chỉ tiêu lọc xác định một tập các gói tin sẽ nhận được sự đối xử QoS như nhau và chỉ tiêu này được dùng ở thành phần pâhn loại của router. Các lưu lượng mà không phù hợp với tất cả các bộ phân loại thì sẽ được xử lý như là lưu lượng nỗlực cao nhất. Các tham số Tspec bao gồm tốc dộ của lưu lượng tại thời gian cao điểm. (byte trên giây), bucket depth (bytes), tốc độ token bucket (byte trên giây), minimum policed unit (byte) và kích thước gói dữ liệu tối đa (byte). Tham số Rspec bao gồm băng tần (byte trên giây), slack term (mili giây).
RSVP sử dụng kết hợp địa chỉ đích, loại giao thức lớp truyền dẫn và số cổng đích để xác định ra phiên RSVP. RSVP không phải là giao thức định tuyến, nó chỉ là giao thức dự trữ, nó cần các giao thức định tuyến bên dưới nó để xác định đường đi của bản tin RSVP. Vai trò chính của bản tin đường RSVP là để thiết lập trạng thái định tuyến dự phòng trong mỗi router dọc đường đi và cung cấp cho người nhận thông tin về đặc tính của lưu lượng người gửi và dự trữ tài nguyên đường đi từ đầu cuối đến đầu cuối. Vai trò chính của bản tin dự trữ RSVP là mang các yêu cầu dự trữ tới tất cả các router trung gian dọc đường đi.
Đối tượng RSVP adspec là đối tượng tuỳ chọn mà nơi gửi có thể bao gồm bản tin đường đi RSVP để chuyền các đặc tính về đường truyền thông từ đầu cuối đến đầu cuối. Thông tin này sẽ cung cấp cho người nhận mức độ về
Chất lượng dịch vụ trong mạng NGN
dự trữ theo yêu cầu để đạt được QoS từ đầu cuối đến đầu cuối. Nếu nơi gửu gửi đi Adspec cùng với bản tin đường RSVP thì gọi là OPWA, nếu không gửi Adspec cung thì gọi là OP.
Tóm lại RSVP có các đặc tính sau:
RSVP có thể thực hiện dự trữ cho các lưu lượng unicast hoặc multicast
RSVP chỉ thực hiện dự trữ cho các lưu lượng một chiều nhưng RSVP-TE được mở rộng để thực hiện dữ trữ cho việc thiết lập các đường hai chiều.
RSVP là thiết bị nhận có định hướng
RSVP duy trì trạng thái mềm tại router và host, cung cấp sự hỗ trợ cho các thay đổi thành viên động và tương thích đối với những thay đổi định tuyến.
RSVP vận chuyển và duy trì các tham số điều khiển lưu lượng và các tham số điều khiển policy.
RSVP có các kiểu dự trữ khác nhau để phù hợp với các loại ứng dụng khác nhau
RSVP cung cấp hoạt động trong suốt đối với các router không có khả năng RSVP.
RSVP hỗ trợ cả IP4 và IP6.
RSVP-TE là một sự mở rộng của RSVP để thiết lập các đường chuyển mạch nhãn trong MPLS. RSVP-TE trong phiên bản hiện nay có thể được dùng để thuyết minh cho LSP được định tuyến có hoặc không có sự dự trữ tài nguyên, việc định tuyến lại một cách trôi chảy LSP, quyền ưu tiên và pháp hiện vòng. Hiện nay, RSVP-TE chỉ được sử dụng để thiết lập các LSP unicast mà không thiết lập các LSP multicast. Một tập các gói tin được gán cùng một
các đường LSP, giám sát các yêu cầu QoS, định tuyến động lại kênh LSP đã được thiết lập, giám sát các luồng thực tế đi tắt bởi kênh đã được thiết lập, nhận dạng và chuẩn đoán các kênh LSP, quyền ưu tiên hoặc thay thế của kênh LSP đã được thiết lập để quản lý, phân định nhãn dựa trên yêu cầu lưu lượng, phân bố, và rằng buộc và hỗ trợ dịch vụ IntServ tải điều khiển và dịch vụ IntServ lớp dịch vụ.
MPLS mà có DiffServ mapping trong mạng lõi thì có lợi cả đối với các thành phần MPLS cũng như là các thành phần DiffServ. MPLS hỗ trợ cho DiffServ sự bảo vệ đường và sự khôi phục trong khi DiffServ hành động như là kiến trúc CoS đối với MPLS. Điều này rất quan trọng do MPLS không có bất cứ CoS hoặc QoS mapping nằm trong tầm điều khiển của nó.
MPLS là định hướng đường và nó có thể cung cấp khả năng bảo vệ và khôi phục nhanh, có thể đoán trước được hơn mặc dù topo thay đổi so với các hệ thống IP định tuyến trên từng hop thông thường. MPLS với DiffServ cho phép các nhà thiết kế mạng có thể linh động cung cấp các biện pháp khác nhau đối với các lớp QoS nhất định các lớp này cần sự bảo vệ đường.
Loại sắp xếp hai mức này thì có thể mở rộng được do RSVP, RSVP chỉ được sử dụng để thiết lập và duy trì số lượng nhỏ hơn các MPLS LSP trong khi lưu lượng đi qua LSP thì thực tế được quản lý bởi kiến trúc CoS DiffServ mở rộng. Để đảm bảo được chức năng DiffServ trong mạng MPLS thì các gói tin được gán DSCP phải được đối xử với QoS tương ứng tại mỗi LSR. Điều này thì rất quan trọng do LSR không biết IP header và DSCP được mã hoá trong trường loại dịch vụ (TOS) của Ipv4 header. Cũng rất cần thiết để quyết định xem DiffServ trong mạng MPLS cần thiết sử dụng nhiều hơn hay ít hơn tám hành động trên một hop (PHB) do điều nay sẽ ảnh hưởng đến đường mà MPLS mang các gói tin DiffServ.
Chất lượng dịch vụ trong mạng NGN
MPLS chèn vào header một trường 3 bít gọi là trường Exp, trường này để sử dụng thực nghiệm. Có thể sử dụng trường này để giảm 8 PHB. Sự hạn chế của 8 PHB là do sự khác nhau về kích thước của các trường DSCP (6 bit) và Exp (3 bit). Do đó, Mặc dù chuẩn DiffServ cho phép tới 64 loại DSCP khác nhau tuy nhiên MPLS chỉ có thể hỗ trợ 8 loại DSCP khác nhau sử dụng trường Exp. Cách sử dụng LSP mà có các bit Exp hiển thị DSCP đặc biệt này được gọi là Exp-inferred-PSC LSP (E-LSP). Rõ ràng khi một router DSCP thông thường duy trì mapping giữa giá trị DSCP và PHB mà nó hỗ trợ thì LSR phải duy trì mapping từ giá trị Exp tới PHB. Để thiết lập E-LSP thì không cần báo hiệu thêm nữa. Nhãn sẽ cho LSR trung gian biết nơi sẽ định tuyến gói tin đến và các bít Exp sẽ cho LSR trung gian biết PHB sẽ đối sử gì với gói tin. Bất cứ khi nào cần thiết cung cấp hơn 8 PHB hoặc sử dụng DiffServ trong MPLS cho liên kết thì không cần phải chèn vào header Exp (như ATM) và E-LSP không được dùng. Giải pháp là sử dụng trường nhãn như là vật mang thông tin về các PHB khác nhau. Điều này yêu cầugiao thức phân bổ nhãn phải được đề cao để hỗ trợ đặc tính thêm này. Loại LSP này sử dụng nhãn để cung cấp chức năng DiffServ thì gọi là label-only-inferred- PSC LSP (L-LSP). Trong L-LSP thì vấn cần thiết các bit Exp hoặc các bit ATM CLP ưu tiên mất nghẽn để vận chuyển quyền ưu tiên huỷ bỏ. Bảng 3.1 so sánh chi tiết sự khác nhau giữa E-LSP và L-LSP
Bảng 4. 1 Sự khác nhau giữa E-LSP và L-LSP
E-LSP L-LSP
Xác định PHB từ các bit Exp Xác định PHB từ nhãn hoặc từ nhãn và các bit Exp/CLP
Không yêu cầu thêm báo hiệu PHP hoặc PSC được báo hiệu khi thiết lập LSP
Exp-PHB mapping thì được cấu hình Label – PHB mapping thì được báo hiệu
Yêu cầu chèn vào header Chèn hoặc liên kết header của lớp Tối đa 8 PBH trên mỗi LSP Một PBH trên một LSP trừ trường
hợpÀ và PSC trên LSP đối với AF Với dự trữ băng tần thì băng tần được
dùng chung bởi một tập các PSC được truyền
Với dự trữ băng tần thì băng tần được dùng cho mỗi PSC
Định tuyến nhãn với DiffServ LSR bao gồm 4 giai đoạn sau:
Xác định PHB đến
Xác định PHB ra với điều kiện lưu lượng tuỳ ý
Định tuyến nhãn
Mã hoá các thông tin DiffServ thành các lớp bao bọc như Exp và CLP
Các gói tin đã được gán nhãn có thể đến router vào DiffServ với nhiều mức mục vào ngăn xếp nhãn khác nhau. Quyết định chọn lựa mục vào ngăn xếp nhãn nào để xác định giai đoạn PHB đến phụ thuộc vào chế độ đường hầm DiffServ. Chế độ đường hầm được xác định là kiểu ống dẫn, kiểu ống dẫn ngắn và kiểu giống nhau. Kiểu ống dẫn là bắt buộc trong khi kiểu ống dẫn ngắn (một biến dạng của kiểu ống dẫn) và kiểu giống nhau là tuỳ chọn. Với
Chất lượng dịch vụ trong mạng NGN
DiffServ đối với nhãn phải được duy trì trong việc sắp xếp nhãn đến (Incoming Label Map - ILM) cho mỗi nhãn đến. Ngữ cảnh DiffServ bao gồm các nội dung sau:
Loại LSP (E-LSP hay L-LSP)
PHB được cung cấp
Đóng gói đối với việc sắp xếp PHB cho nhãn đến
Thiết lập các PHB để xắp xếp đóng gói cho nhãn ra
CR- LDP cho QoS mapping
LDP định rõ giao thức phân bố nhãn và CR-LDP định rõ giao thức phân bố nhãn bắt buộc. MPLS LSR thiết lập các LSP giữa chúng để thoả về nghĩa của các nhãn, những nhãn này dùng để định tuyến lưu lượng qua chúng. LDP là giao thức cho phép một LSR thông báo cho LSR khác biết nhãn bắt buộc mà nó phải làm. CR-LDP được sử dụng để phân bố các nhãn, thiết lập và duy trì các LSP dọc theo các đường định tuyến hoặc các được định tuyến bắt buộc. LDP kết hợp FEC với mỗi LSP và LSP được mở rộng thông qua mạng khi mỗi LSR ghép các nhãn đến cho FEC thành nhãn đầu ra phân cho hop tiếp theo đối với FEC đã cho.
Có bốn loại bản tin LDP như sau:
Bản tin khám phá, được dùng để thông báo và duy trì sự có mặt của LSR trong mạng và cho phép các LSR ngang hàng thiết lập các kết nối để phân bố nhãn.
Bản tin phiên, được dùng để thiết lập, duy trì, kết thúc một phiên giữa các LSR ngang hàng
Các bản tin quảng cáo, được sử dụng để tại ra, thay đổi và xoá bỏ việc mapping nhãn cho FEC.
Các bản tin thông báo, được sử dụng để cung cấp các báo hiệu
Các bản tin khám phá được mang trong các gói UDP với địa chỉ multicast tất cả các router trong subnet này. Bản tin này được gửi định kỳ. Khi một LSR biết được địa chỉ của một LSR khác, nó thiết lập một kết nối TCP. Có thể xảy ra một cơ cấu khám phá gián tiếp khi LSR phát đi một bản tin khám phá unicast tói cổng UDP của địa chỉ IP xác định. Các bản tin phiên, quảng cáo, thông báo sử dụng giao thức TCP để đảm bảo và phân phát theo thứ tự. Tất cả các bản tin LDP đều có một cấu trúc chung, cấu trúc này sử dụng kế hoạch mã hoá độ dài loại (Type-Length-Value, TLV). Bản thân giá trị của một TLV có thể mã hoá các TLV khác. Do vậy, trong tương lai có thể cho thêm chức năng vào LDP. CR-LDP là một chức năng mở rộng như vậy. Định tuyến dựa trên sự bắt buộc cho phép cơ hội mở rộng thông tin được sử dụng để thiết lập các đường trên những cái có sẵn của giao thức định tuyến. CR-LDP mởi rộng LDP bằng cách cho thêm các chức năng sau đây:
Định tuyến chặt chẽ và lỏng, được mã hoá khi một loạt các hop có trong TLV định tuyến dựa vào sự bắt buộc
Các thông số về lưu lượng như tốc độ giờ cao điểm, tốc độ tối đa, trọng tâm dịch vụ có thể xác định trong các tham số lưu lượng TLV
Đặc tính cố định định tuyến, nó ngăn ngừa các LSP thay đổi đường đi thậm chí ngay cả khi xuất hiện đường tối hơn ở một vài hop dọc theo đường định tuyến của LSP.
Nếu không tìm thấy đường đi có tài nguyên đủ dùng thì các con đường đang tồn tại có thể được định tuyến lại để phân định lại tài nguyên cho đường mới bằng một quá trình gọi là quyền ưu tiên.
Điều này được hỗ trợ trong CR-LDP bằng khái niệm thiết lập và giữ quyền ưu tiên.