3.1.1.1. Phõn loại
Cỏc mục tiờu triển khai kỹ thuật lưu lượng cú thể phõn theo hai hướng sau: - Hướng lưu lượng (traffic oriented)
- Hướng tài nguyờn (resource oriented)
Cỏc mục tiờu hướng lưu lượng liờn quan đến việc tăng cường QoS cho cỏc luồng lưu lượng. Trong mụ hỡnh đơn lớp (dịch vụ best-effort), cỏc mục tiờu này gồm: giảm thiểu mất gúi và trễ, tăng tối đa thụng lượng (throughput) và tuõn thủ cỏc hợp đồng mức dịch vụ (SLA)... Cỏc mục tiờu hướng lưu lượng bị chặn thống kờ (như thay đổi độ trễ gúi đỉnh-đỉnh, tỷ lệ mất gúi, trễ truyền tối đa) cũng rất hữu ớch trong mụ hỡnh dịch vụ phõn biệt (Diffserv).
Cỏc mục tiờu hướng tài nguyờn liờn quan đến việc tối ưu húa sử dụng tài nguyờn. Băng thụng là một tài nguyờn cốt yếu của mạng, do đú chức năng trọng tõm của kỹ thuật lưu lượng là quản lý hiệu quả tài nguyờn băng thụng.
3.1.1.2. Bài toỏn nghẽn
Nghẽn thường xảy ra theo hai cỏch như sau:
- Khi bản thõn cỏc tài nguyờn mạng khụng đủ để cấp cho tải yờu cầu.
- Khi cỏc dũng lưu lượng được ỏnh xạ khụng hiệu quả lờn cỏc tài nguyờn, làm cho một số tập con tài nguyờn trở nờn quỏ tải trong khi số khỏc nhàn rỗi.
Cú thể giải quyết nghẽn bằng cỏc cỏch:
- Tăng dung lượng hoặc ứng dụng cỏc kỹ thuật điều khiển nghẽn cổ điển (giới hạn tốc độ, điều khiển luồng, quản trị hàng đợi, điều khiển lịch trỡnh…)
- Dựng kỹ thuật lưu lượng nếu nghẽn là do cấp phỏt tài nguyờn chưa hiệu quả.
Đối tượng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng là nghẽn kộo dài chứ khụng phải nghẽn nhất thời do bựng phỏt lưu lượng.
3.1.2. Cỏc lớp dịch vụ dựa trờn nhu cầu QoS và cỏc lớp lưu lượng
Lưu lượng cú thể được tổ chức xoay quanh một khỏi niệm gọi là cỏc lớp dịch vụ (service classes). Cỏc lớp lưu lượng này được định nghĩa theo những hoạt động sau:
- Quan hệ đồng bộ giữa đầu phỏt và đầu thu: ỏm chỉ biến động trễ cú thể chấp nhận được trờn một kết nối.
- Tốc độ bit: cố định hay biến đổi
- Loại dịch vụ: hướng kết nối hay khụng kết nối - Cỏc hoạt động điều khiển luồng
- Số thứ tự cho thụng tin người sử dụng
- Phõn đoạn và tỏi hợp cỏc PDU (Protocol Data Unit) của người dựng
Bảng 3.1 : Cỏc lớp dịch vụ kĩ thuật lưu lượng
Lớp Đặc điểm
Lớp A Tốc độ bit cố định
Định hướng kết nối (connection-oriented) Cần cú sự quan hệ về định thời giữa phỏt và thu Cho phộp một ớt mất mỏt
Lớp B Tốc độ bit thay đổi Định hướng kết nối
Cần cú quan hệ về định thời giữa phỏt và thu Cho phộp một ớt mất mỏt
Lớp C Tốc độ bit thay đổi Định hướng kết nối
Khụng đũi hỏi sự quan hệ về định thời giữa phỏt và thu Khụng cho phộp mất mỏt
Lớp D Tốc độ bit thay đổi
Khụng kết nối (connectionless)
Khụng đũi hỏi sự quan hệ về định thời giữa phỏt và thu Khụng cho phộp mất mỏt
3.1.3. Hàng đợi lưu lượng
Nhiều hệ thống (đặc biệt là router) hỗ trợ một số dạng hàng đợi thụng dụng, vớ dụ một số hàng đợi sau:
3.1.3.1. Hàng đợi FIFO (First-in, First-out)
Hàng đợi này truyền gúi theo thứ tự, gúi đến trước sẽ được truyền trước.
3.1.3.2 Hàng đợi WFQ (Weighted Fair Queuing)
Băng thụng rỗi được chia cho cỏc hàng đợi tựy thuộc vào trọng số (weight) của chỳng.
Xột vớ dụ sau: cú 12 luồng lưu lượng A,B,.. N và trọng số của chỳng được đỏnh số như hỡnh dưới đõy, trong đú: cú bốn luồng (D, E, F, G) cú trọng số 5, cú hai luồng cú trọng số 4, cũn ở cỏc trọng số khỏc chỉ cú một luồng.
Hỡnh 3.1 : Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng
Trong vớ dụ này, tổng trọng số cỏc luồng: 8 + 7 + 6 + 5(4) + 4(2) + 3 + 2 +1 = 55
Khi đú mỗi luồng cú trọng số 5 sẽ nhận được 5/55 băng thụng, luồng cú trọng số thấp nhất (trọng số 1) sẽ nhận được 1/55 băng thụng và luồng cú trọng số cao nhất (trọng số 8) nhận được 8/55 băng thụng.
Tương tự cho cỏc luồng cú trọng số khỏc. Cỏc trọng số WFQ 6 8 5 4 1 7 Luồng A Luồng B Luồng C Luồng D,E,F và G Luồng H và I Ingress LSR v. v Lưu lượng
3.1.3.3. Hàng đợi CQ (Custom Queuing)
Hỡnh 3.2 : Hàng đợi CQ
CQ cho phộp cỏc user chỉ ra phần trăm băng thụng khả dụng cho một giao thức đặc biệt nào đú.
Cú thể định nghĩa tối đa đến 16 hàng đợi. Mỗi hàng đợi được phục vụ một cỏch tuần tự theo phương thức round-robin, truyền phần trăm lưu lượng trờn mỗi hàng đợi trước khi chuyển đến hàng đợi kế.
3.1.3.4. Hàng đợi PQ (Priority Queuing)
Hỡnh 3.3 : Hàng đợi PQ
Tất cả cỏc gúi thuộc lớp cú mức ưu tiờn cao hơn sẽ được truyền trước bất kỳ gúi nào thuộc lớp cú mức ưu tiờn thấp hơn. PQ cho phộp người quản lý mạng cấu
hỡnh bốn thuộc tớnh lưu lượng là cao (high), thụng thường (normal), trung bỡnh (medium) và thấp (low). Lưu lượng đến được gỏn vào một trong 4 hàng đợi.
3.1.4. Giải thuật thựng rũ và thựng token
3.1.4.1. Giải thuật thựng rũ (Leaky Bucket)
Mụ hỡnh thựng rũ cú thể được diễn tả như sau: bất chấp tốc độ nước được đổ vào thựng là bao nhiờu, tốc độ dũng nước chảy ra là khụng đổi miễn là trong thựng cũn nước. Một khi thựng đầy, lượng nước được đổ thờm vào sẽ bị tràn và mất. Cỏc thụng số cần chỳ ý trong mụ hỡnh thựng rũ là kớch thước của thựng và tốc độ dũng chảy ra. Mụ hỡnh trờn cú thể ỏp dụng cho gúi. Bất kể lưu lượng tới cú tốc độ biến động như thế nào, lưu lượng ra đều cú tốc độ khụng đổi.
Hỡnh 3.4 : Giải thuật thựng rũ
3.1.4.2. Giải thuật thựng token (Token Bucket)
Hỡnh 3.5 : Giải thuật thựng token
Thựng token cú kớch thước B, tốc độ token “chảy” vào thựng khụng đổi là p, nghĩa là trong một giõy sẽ cú thờm p token mới chảy vào thựng. Số lượng token trong thựng khụng vượt quỏ B hay núi cỏch khỏc, B là số lượng token tối đa trong thựng.
Khi cú gúi đến, G là kớch thước của gúi, gúi được xem là “phự hợp” khi lượng token trong thựng lớn hơn hay bằng G, đồng thời lượng token trong thựng được giảm đi G. Ngược lại, khi lượng token trong thựng nhỏ hơn kớch thước gúi, gúi được xem là vượt mức hay khụng hợp lệ. Tựy thuộc vào cỏc chớnh sỏch khỏc nhau mà cỏc gúi vượt mức (hay khụng hợp lệ) được xử lý khỏc nhau.
Giải thuật thựng token cú thể được dựng trong việc sửa dạng lưu lượng (shaping) hay được ứng dụng trong việc thực thi khống chế (policing). Trong sửa dạng lưu lượng, thuật toỏn thựng token cho phộp một ớt bựng phỏt ở ngừ ra, điều này khụng cú ở thuật toỏn thựng rũ khi mà tốc độ ra là khụng đổi. Như vậy thựng token cho đỏp ứng ra tốt hơn so với thựng rũ. Trong việc thực thi khống chế, thựng token cú thể được dựng độc lập hay được dựng phối hợp.
3.1.5. Giải phỏp mụ hỡnh chồng phủ (Overlay Model)
Hỡnh 3.6 : Mụ hỡnh chồng phủ (Overlay Model)
Một cỏch tiếp cận phổ biến để bự đắp cỏc thiếu sút của cỏc giao thức IGP (Interior Gateway Protocols) là sử dụng mụ hỡnh chồng phủ (vớ dụ như IP over ATM hoặc IP over Frame Relay). Tất cả cỏc router lớp 3 được kết nối trực tiếp với nhau bằng một lưới full-mesh cỏc mạch ảo VC. Kỹ thuật lưu lượng được thực hiện ở lớp 2 (ATM hoặc Frame Relay).
Tuy nhiờn, mụ hỡnh này cú nhiều nhược điểm sau đõy:
- Tốn kộm thờm nhiều thiết bị (cỏc chuyển mạch ATM hoặc FR).
- Quản lý mạng phức tạp hơn: Mạng lớp 2 cú cỏc cụng cụ quản lý riờng với nhiều tỏc vụ hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng. Đồng thời mạng cỏc router lớp 3 với giao thức IGP cũng phải được quản lý. Việc quản lý 2 lớp mạng này khụng tớch hợp được.
- Phỏt sinh nhiều vấn đề mở rộng đối với IGP do số lượng quỏ lớn cỏc neighbor khi kết nối full-mesh để tận dụng cỏc tiện ớch cung cấp bởi lớp 2.
- Tốn thờm băng thụng cho lượng overhead của ATM hoặc FR (cell tax). - Khụng hỗ trợ dịch vụ phõn biệt (Diffserv). Mọi dịch vụ phõn biệt của IP đưa xuống (qua AAL5 của ATM) đều trở thành “best-effort”
3.2. MPLS và kỹ thuật lưu lượng
MPLS cú ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vỡ nú cú thể cung cấp hầu hết cỏc chức năng hiện cú ở mụ hỡnh chồng phủ nhưng theo cỏch tớch hợp với chi phớ thấp. Điều quan trọng là MPLS cũn đề xuất khả năng tự động húa cỏc chức năng kỹ thuật lưu lượng.
3.2.1. Khỏi niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk)
MPLS giới thiệu khỏi niệm trung kế lưu lượng để thực hiện cỏc mục tiờu TE. Trung kế lưu lượng là một khối thu gom (aggregate) cỏc luồng lưu lượng thuộc cựng lớp, được đặt bờn trong một LSP. Trong một số hoàn cảnh cú thể nới lỏng định nghĩa này để cho phộp trung kế lưu lượng thu gom lưu lượng đa lớp.
Hỡnh 3.7 : Cỏc trung kế lưu lượng
- Trong mụ hỡnh dịch vụ đơn lớp, một trung kế lưu lượng cú thể đúng gúi toàn bộ lưu lượng giữa một bộ định tuyến ngừ vào (ingress-router) và một bộ định tuyến ngừ ra (egress-router). Trong trường hợp phức tạp hơn, lưu lượng của cỏc lớp dịch vụ phõn biệt được ấn định vào cỏc trung kế lưu lượng riờng biệt với cỏc đặc tớnh khỏc nhau.
- Trung kế lưu lượng là đối tượng cú thể định tuyến (tương tự như ATM VC).
- Trung kế lưu lượng phõn biệt với LSP là đường cho trung kế đi xuyờn qua. Trong bối cảnh hoạt động, một trung kế lưu lượng cú thể chuyển từ LSP này sang một LSP mới, hoặc nhiều trung kế lưu lượng cựng đi chung trờn một LSP.
- Trung kế lưu lượng là đơn hướng.
3.2.2. Đồ hỡnh nghiệm suy (Induced Graph)
Đồ hỡnh nghiệm suy gần giống như topology ảo trong mụ hỡnh chồng phủ. Nú được ỏnh xạ trờn mạng vật lý thụng qua việc lựa chọn cỏc LSP cho cỏc trung kế lưu lượng.
Một đồ hỡnh nghiệm suy gồm một nhúm cỏc nỳt LSR được kết nối luận lý với nhau bằng cỏc LSP. Khỏi niệm này rất quan trọng vỡ bài toỏn quản lý băng thụng cơ bản trong một miền MPLS đặt ra chớnh là làm thế nào để ỏnh xạ hiệu quả đồ hỡnh nghiệm suy lờn trờn topology mạng vật lý. Đồ hỡnh nghiệm suy được cụng thức húa như sau:
Đặt G = (V, E, C) là một đồ hỡnh mụ tả topology vật lý của mạng. Trong đú, V là tập hợp cỏc nỳt mạng, E là tập hợp cỏc đường link, C là tập hợp cỏc khả năng và ràng buộc cho E và V. Ta coi G là topology cơ sở.
Đặt H = (U, F, D) là đồ hỡnh MPLS nghiệm suy, trong đú U là tập con thuộc V gồm một nhúm LSR tại cỏc đầu của LSP. F là tập hợp cỏc LSP. Tham số D là tập hợp cỏc yờu cầu và chế tài cho F. Như vậy, H là một đồ hỡnh trực tiếp và phụ thuộc vào cỏc đặc tớnh chuyển tải của G.
3.2.3. Bài toỏn cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trờn MPLS
Cú ba vấn đề cơ bản liờn quan đến kỹ thuật lưu lượng trờn MPLS là: - Ánh xạ cỏc gúi lờn cỏc lớp chuyển tiếp tương đương (FEC).
- Ánh xạ cỏc FEC lờn cỏc trung kế lưu lượng (traffic trunk).
- Ánh xạ cỏc trung kế lưu lượng lờn topology mạng vật lý thụng qua cỏc LSP.
Cỏc phần sau của chương sẽ tập trung vào vấn đề thứ ba, tức là tớnh toỏn đường đi tốt nhất qua mạng cho cỏc trung kế lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy. Đõy chớnh là bài toỏn ỏnh xạ đồ hỡnh nghiệm suy H lờn topology mạng cơ sở G.
3.3. Trung kế lưu lượng và cỏc thuộc tớnh
Để xõy dựng và duy trỡ trung kế lưu lượng, người ta tỡm cỏch mụ hỡnh húa nú bằng cỏc tham số. Một thuộc tớnh là một tham số được gỏn và cú ảnh hưởng đến cỏc đặc trưng hành vi của trung kế lưu lượng. Cỏc thuộc tớnh cú thể được gỏn cụ thể thụng qua hành động quản trị hoặc được gỏn ngầm ẩn bởi cỏc giao thức bờn dưới
khi cỏc gúi được phõn loại và ỏnh xạ vào FEC tại lối vào miền MPLS. Thực tế, một trung kế lưu lượng cú thể đặc trưng húa bởi:
- Ingress-LSR và egress-LSR của trung kế lưu lượng - Tập cỏc FEC được ỏnh xạ vào trung kế lưu lượng
- Một tập cỏc thuộc tớnh nhằm xỏc định cỏc đặc trưng hành vi của trung kế. Hai vấn đề cơ bản cú ý nghĩa đặc biệt là: (1) Tham số húa cỏc trung kế lưu lượng và (2) những quy luật sắp đặt và duy trỡ đường dẫn cho cỏc trung kế lưu lượng.
3.3.1 Cỏc hoạt động cơ bản trờn trung kế lưu lượng
Cỏc hoạt động cơ bản trờn trung kế lưu lượng là cỏc tiến trỡnh khỏc nhau xảy ra trong thời gian sống của một trung kế lưu lượng:
- Establish : Tạo ra một trung kế lưu lượng bằng cỏch quyết định một LSP, gỏn cỏc nhón MPLS và quan trọng nhất là gỏn tài nguyờn cho trung kế đú.
- Activate : Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cỏch dựng 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 cỏch dựng một chức năng định tuyến để dừng việc đưa lưu lượng vào trung kế.
- Modify Attributes : Thay đổi cỏc đặc trưng của trung kế lưu lượng, chẳng hạn như băng thụng khả dụng.
- Reroute : Chọn một đường mới cho trung kế lưu lượng (thường là do một số sự cố trong mạng hoặc khi khụi phục xong sự cố).
- Destroy : Loại bỏ hoàn toàn một trung kế lưu lượng khỏi mạng và thu hồi tất cả cỏc tài nguyờn đó cấp phỏt cho nú.
3.3.2. Thuộc tớnh tham số lưu lượng (Traffic Parameter)
Thuộc tớnh tham số lưu lượng đặc tả băng thụng đũi hỏi bởi trung kế lưu lượng cựng với cỏc đặc trưng lưu lượng khỏc như tốc độ đỉnh, tốc độ trung bỡnh, kớch thước bựng phỏt cho phộp, v.v... Dưới gúc độ kỹ thuật lưu lượng, cỏc tham số lưu lượng rất quan trọng vỡ chỳng chỉ thị cỏc yờu cầu về tài nguyờn của trung kế lưu lượng.
3.3.3. Thuộc tớnh lựa chọn và quản lý đường (chớnh sỏch chọn đường) đường) đường) đường)
Là cỏc tiờu chuẩn lựa chọn và duy trỡ đường dẫn cho trung kế lưu lượng. Con đường thực sự được chọn xuyờn qua mạng cú thể được cấu hỡnh tĩnh bởi nhà điều hành hoặc được gỏn động do mạng dựa vào cỏc thụng tin từ IGP (như IS-IS hoặc OSPF). Cỏc thuộc tớnh cơ bản và cỏc đặc trưng hành vi liờn quan đến chọn đường và quản lý đường cho trung kế lưu lượng được mụ tả sau đõy:
3.3.3.1. Đường tường minh đặc tả quản trị
Đường tường minh đặc tả quản trị cho một trung kế lưu lượng được cấu hỡnh bởi nhà điều hành. Một đường gọi là đặc tả toàn bộ nếu chỉ ra tất cả cỏc hop yờu cầu giữa hai endpoint. Đặc tả một phần là nếu chỉ cú một tập con cỏc hop trung gian được chỉ thị. Thuộc tớnh "path preference rule" là một biến nhị phõn chỉ thị đường tường minh được cấu hỡnh là bắt buộc hay khụng bắt buộc.
3.3.3.2. Phõn cấp cỏc luật ưu tiờn cho đa đường
Trong một số hoàn cảnh thực tế, khả năng chỉ định một tập hợp cỏc đường tường minh đề cử cho một trung kế lưu lượng và định nghĩa phõn cấp cỏc quan hệ ưu tiờn giữa cỏc đường. Khi thiết lập đường, cỏc luật ưu tiờn được ỏp dụng để chọn ra đường thớch hợp từ danh sỏch đề cử. Trong cỏc tỡnh huống sự cố thỡ cỏc luật ưu tiờn này cũng được dựng để chọn một đường thay thế từ danh sỏch đề cử.
3.3.3.3. Thuộc tớnh Affinity lớp tài nguyờn (Resource Class Affinity) Class Affinity) Class Affinity) Class Affinity)
Thuộc tớnh này cho phộp operator ỏp đặt cỏc chớnh sỏch chọn đường bằng việc bao gồm hay loại trừ một số link nào đú. Mỗi link được gỏn một thuộc tớnh lớp tài nguyờn (Resource-Class). Thuộc tớnh Affinity lớp tài nguyờn cú dạng chuỗi bit như sau:
Affinity(32-bit), Mask(32-bit)
Mặt nạ lớp tài nguyờn chỉ thị cỏc bit nào trong lớp tài nguyờn cần được kiểm tra. Link được bao hàm khi chọn đường nếu chuỗi Affinity trựng với Resource-