2.1. Vai trò QoS tại mỗi thiết bị trong mạng CPT
Mạng MPLS của CPT có thể cung cấp nhiểu loại dịch vụ khác nhau. Khi lưu lượng IP tại thời điểm nào đó quá lớn, gây ra tắc nghẽn tại các kết nối (link) thì tại mỗi router sẽ đệm dữ liệu đầu ra trên mỗi kết nối cho tới khi hết tắc nghẽn. Nếu QoS không được cấu hình trong mạng thì các gói tin có thể bị loại bỏ khi bộ đệm bị đầy.
Để áp dụng các cơ chế phù hợp nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, thì cần phải phân chia chức năng rõ ràng giữa các thiết bị biên và thiết bị lõi. Thông thường trong mạng MPLS VPN các thiết bị biên là các router PE sẽ có nhiệm vụ phân loại lưu lượng nhận được từ các khách hàng khác nhau và thiết lập các lớp dịch vụ được yêu cầu trên các gói IP. Thiết bị tại core sẽ dựa trên các thiết lập đó để xử lý gói tin.
2.1.1. Các thiết bị biên
Các thiết bị biên có nhiệm vụ kiểm tra loại dịch vụ trong tiêu đề các gói tin IP đến từ các khách hàng trong mạng như kiểu dịch vụ telnet, SAP, FTP,..và các đích đến của lưu lượng. Các gói cũng có thể được phân loại tùy theo cơ chế thiết lập. Ví dụ nếu đặt lưu lượng telnet ở mức “high” điều này có nghĩa lưu lượng kiểu telnet có độ ưu tiên cao hơn so với các lưu lượng khác.
Các thiết bị biên cũng có thể quản lý băng thông đầu vào trên mỗi giao diện và cung cấp các hàng đợi tương ứng cho đầu ra tới mạng core. Điều này giúp cho các thiết bị biên đảm bảo luồng dịch vụ trong mạng không ảnh hưởng tới các luồng khác. Điều này yêu cầu khả năng xử lý tập trung của CPU.
2.1.2. Thiết bị core
Các thiết bị tại core sẽ tiến hành thực hiện các mức QoS được gán tại thiết bị biên. Core router thực hiện bằng cách liên kết các trường CoS (hoặc Experimental) trong tiêu đề nhãn với đầu ra các hàng đợi.
Hình 4.7: Vai trò QoS tại mỗi thiết bị trong mạng CPT.
Chuyển mạch lõi (Core 7613): Làm nhiệm vụ xếp hàng đợi, lập lịch chuyển gói, chống tắc nghẽn.
Lớp tổng hợp (Aggreator): Làm nhiệm vụ xếp hàng đợi, lập lịch chuyển gói, chống tắc nghẽn.
Lớp truy nhập (Access 7606):
o Với các port đầu vào (ingress port): Làm nhiệm vụ phân loại, đánh dấu, áp dụng các chính sách:
o Với các port đầu ra (egress port): Làm nhiệm vụ xếp hàng đợi.
2.2. Phân loại các lớp lƣu lƣợng trong mạng CPT
- Lớp lưu lượng điều khiển giao thức báo hiệu (SP) + Trễ thấp, phần trăm mất gói thấp
+ Router đảm bảo truyền dẫn bằng hàng đợi CBWFQ với phương pháp WRED
+ Switch: đảm bảo truyền dẫn trong WRR với phương pháp WRED + Lớp lưu lượng này chỉ được dành riêng cho lưu lượng điều khiển SP. - Lớp lưu lượng mang tính thời gian thực :
+ Độ trễ thấp, tỷ lệ mất gói thấp, jitter thấp + Đảm bảo băng thông tối thiểu
+ Router: dùng hàng đợi có độ trễ nhỏ + Switch: dùng hàng đợi ưu tiên
+ Lớp này được sử dụng rành riêng cho lưu lượng kiểu voice - Lớp lưu lượng data :
+ Độ mất gói thấp
+ Router: hàng đợi CBWFQ với phương pháp WRED + Switch: Dùng trong WRR với phương pháp WRED
+ Lớp lưu lượng này được sử dụng cho 2 loại lưu lượng với cùng yêu cầu: lưu lượng của khác hàng có độ ưu tiên cao và lưu lưọng điều khiển.
- Lớp lưu lượng VoD/Video
+ Độ trễ thấp, tỷ lệ mất gói thấp
+ Router: Dùng CBWRQ với phương pháp WRED + Switch: Dùng trong WRR với phương pháp WRED + Lưu lượng luồng video.
+ Không đảm bảo
+ Router: Dùng trong CBWFQ , phương pháp WRED loại bỏ đuôi
+ Các lưu lượng còn lại đều thuộc lớp lưu lượng best – effort: như lưu lượng internet. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3. Cơ chế thực hiện QoS
Trong mạng TSL, QoS được thực hiện để quản lý lưu lượng giữa 3 core router sử dụng giao tiếp STM4.
Phân loại, dánh dấu nhóm dịch vụ: Router sẽ phân loại các gói tin thành từng lớp (Class) khác nhau dựa trên trường IP Precedence và MPLS Experimental của gói tin khi đi vào Router. Các lớp được phân loại gồm:
o Realtime: Dành cho các ứng dụng thoại cần xử lý thời gian thực, độ trễ là mất gói thấp. Các gói tin loại này được phân lớp dựa trên giá trị IP Prec =5 và MPLS Exp=5
o Data-High: Dành cho các dữ liệu có độ ưu tiên cao được truyền trong mạng. Các gói tin này được phân lớp dựa trên giá trị IP_Prec=4 và MPLS_Exp=4.
o Controll: Dành cho các thông tin điều khiển trong mạng. Các gói tin này được phân lớp dựa trên giá trị IP_Prec=6, MPLS_Exp=6.
o Data_Low: Dành cho các dữ liệu có độ ưu tiên thấp. Các gói tin này được phân lớp dựa trên giá trị IP_Prec=3, MPLS_Exp=3.
o Video: Dành cho các dữ liệu video. Các gói tin này được phân loại dựa trên giá trị IP_Prec=1,2 ; MPLS_Exp=1,2.
Định nghĩa chính sách cho từng lớp dữ liệu: Các dữ liệu sau khi có được phân loại sẽ được định nghĩa các chính sách tương ứng theo độ ưu tiên của từng loại dữ liệu. Chính sách được sử dụng trong mạng TSL là WRED và Priority Quece.
o Lớp Realtime với yêu cầu cao về độ trễ nhỏ và không drop gói tin nên sẽ được đưa vào hàng đợi ưu tiên (Priority Quece). Như vậy Router sẽ không drop gói tin khi xảy ra hiện tượng nghẽn trong mạng.
o Các lớp còn lại sẽ được áp dụng kỹ thuật WRED nhằm dự đoán trước tắc nghẽn và loại bỏ các gói tin có độ ưu tiên thấp khi xảy ra tắc nghẽn.
Áp dụng QoS lên Interface STM-4: Việc áp dụng chính sách QoS sẽ được thực hiện trên chiều ra của các interface STM-4 tại mỗi Core.
2.3.1. Các thông số cấu hình QoS
Các thông số cấu hình gồm: băng thông dành riêng và giới hạn hàng đợi cho các lớp lưu lượng.
Băng thông dành riêng cho từng loại lưu lượng được xác định trong bảng sau:
Bảng 4.4: Băng thông dành riêng cho từng loại lƣu lƣợng
Lớp Giá trị Precedence % Băng thông
Control 6 2% Realtime 5 13% Data–High 4 40% Data-Low 3 25% VoD / Video 2 1 10% Best effort 0 10%
Giới hạn hàng đợi cho các lớp lưu lượng: Dựa vào công thức tính giới hạn hàng đợi, ta có thông số giới hạn hàng đợi sau:
Bảng 4.5: Giới hạn hàng đợi cho từng loại lƣu lƣợng.
Lớp Giá trị Precedence Độ trễ min (ms) Giới hạn min (packets) Độ trễ max (ms) Giới hạn max (packets) Controll 6 70 3423 100 4890 Data–High 4 70 3423 100 4890 Data-Low 3 70 3423 100 4890 VoD / Video 2 1 70 50 3423 2445 100 80 4890 3894 Best effort 0 50 2445 70 3423
2.3.2. Cấu hình QoS trong các thiết bị
Thiết kế QoS trong core router :
Khi chuyển trao đổi các nhãn, thiết bị catergy 6500/7600 duy trì giá trị EXP tại các nhãn mới nhất và copy giá trị EXP cho các nhãn đầu ra. Thiết bị 6500/7600 gán CoS đầu ra bằng cách sử dụng bảng DSCP – CoS.
Card LAN trên 6500/7600 sử dụng các hàng đợi cố định và các cổng WAN sử dụng hàng đợi CBWFQ. Các card WS-X6408A-GBIC có ít hàng đợi hơn, chỉ gồm 1 hàng đợi ưu tiên và 2 hàng đợi thường với 2 ngưỡng. CoS được gán cho card WS- X6724-SPF, WS-X6408A-GBIC và hàng đợi CBWFQ được sử dụng cho card SIP/SPA
Bảng 4.6: Các loại hàng đợi và mức ngƣỡng cho từng lớp dịch vụ.
WS-X6724-SFP và WS-X6148A-GE-TX
Card WS-X6724-SFP và WS-X6148A-GE-TX hỗ trợ 1 hàng đợi ưu tiên và 3 hàng đợi thường. Do đó chúng ta phải đặt lưu lượng có giá trị CoS là 6 cho hàng đợi số 3. Một tùy chọn khác là sử dụng hàng đợi ưu tiên cho lưu lượng với giá trị CoS bằng 6. Tuy nhiên giá trị này có thể khiến giao thức định tuyến update các gói lớn và gây trễ trong mạng VoIP.
Cấu hình cho thiết bị WS-X6724-SFP và WS-X6148A-GE-TX :
- Gán mỗi giá trị CoS vào đúng hàng đợi và mức ngưỡng trong hàng đợi. - Gán phần trăm băng thông cho mỗi hàng đợi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Gán trọng số cho mỗi hàng đợi. Thông thường nếu băng thông cho mỗi hàng đợi càng thấp thì yêu cầu không gian bộ đệm càng lớn
- Gán giá trị tail-drop cho mỗi ngưỡng hàng đợi
Bảng 4.7: Cấu hình WRED cho thiết bị WS6724-SFP, WS-X6148A-GE-TX.
! Configured Queueing and WRED on ports interface gigabitethernet X/Y
! Assign CoS value to correct queue
! CoS value of 5 is assigned to Strict-Priority queue ! CoS 0 -> Queue 1/Threshold 2
! Cos 1 -> Queue 1/Threshold 2 ! Cos 2 -> Queue 2/Threshold 1 ! Cos 3 -> Queue 2/Threshold 2 ! Cos 4 -> Queue 3/Threshold 2 ! Cos 6 -> Queue 3/Threshold 2 wrr-queue cos-map 1 2 0 wrr-queue cos-map 1 2 1 wrr-queue cos-map 2 1 2 wrr-queue cos-map 2 2 3 wrr-queue cos-map 3 2 4 wrr-queue cos-map 3 2 6 priority-queue cos-map 4 5
! Assign bandwidth weights to each queue, queues not used are assigned 0 wrr-queue bandwidth 20 27 53
! Assign transmit queue weight (buffer) to each queue, ! queues not used are assigned 0
wrr-queue queue-limit 40 20 20
! Assign tail-drop values to each threshold of a queue wrr-queue threshold 1 100 100 100 100 100 100 100 100 wrr-queue threshold 2 50 100 100 100 100 100 100 100 wrr-queue threshold 3 100 100 100 100 100 100 100 100
! Assign wred-drop min & max values to each threshold of a queue
wrr-queue random-detect max-threshold 1 100 100 100 100 100 100 100 100 wrr-queue random-detect min-threshold 1 100 80 100 100 100 100 100 100 wrr-queue random-detect max-threshold 2 70 100 100 100 100 100 100 100 wrr-queue random-detect min-threshold 2 50 80 100 100 100 100 100 100
wrr-queue random-detect max-threshold 3 100 100 100 100 100 100 100 100 wrr-queue random-detect min-threshold 3 100 80 100 100 100 100 100 100
!
_____________________________________________________________
Card SUP720-3B và WS-X6408A-GBIC
Cổng GE trên card SUP720 chỉ hỗ trợ 1 hàng đợi ưu tiên, 2 hàng đợi thông thường với 2 ngưỡng. Các cổng loại này chỉ có các ngưỡng WRED-drop trên các hàng đợi đầu vào. Để hỗ trợ các lớp lưu lượng yêu cầu, cần nhiều giá trị CoS trong cùng hàng đợi, tại cùng mức ngưỡng. Do đó thường không đặt QoS trên các cổng GE cho các lớp lưu lượng trong mạng CPT.
Cổng SIP/SPA WAN
Các cổng SIP/SPA WAN hỗ trợ các kiểu hàng đợi LLQ, CBWFQ, WRED. Tuy nhiên để WRED hoạt động hiệu quả, thì hàng đợi được tính toán :
Queue limit = (bandwith / (MTU * 8)) * 100ms
Queue limit : xác định số lượng các gói tin được xếp hàng theo yêu cầu đặt trước. Mỗi lớp lưu lượng CBWFQ hoặc LLQ được cấu hình bằng lệnh bandwith và
bandwith percent. Tổng tất cả băng thông cấu hình của các lớp dịch vụ không được lớn hơn băng thông dành riêng tối đa.
Theo default, card SIP 200 sẽ dành riêng 75% băng thông giao diện cho hàng đợi CBWFQ. Có thể thay đổi giá trị này bằng các lệnh.
Bảng 4.8: Template cấu hình băng thông dành riêng tối đa trên các cổng WAN.
____________________________________________________________ !
interface x/y
max-reserved-bandwidth % <- băng thông cần đặt service-policy output CORE
!
Bảng 4.9: Template cấu hình QoS trên card SIP 200. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
!
Class Map for SIP - 200 linecards !
class-map match-any Control match ip precedence 6
match mpls experimental 6 !
class-map match-any Realtime match ip precedence 5
match mpls experimental 5 !
class-map match-any Data-Low match ip precedence 3
match mpls experimental 3 !
class-map match-any Data-High match ip precedence 4
match mpls experimental 4 !
class-map match-any Video match ip precedence 1 2 match mpls experimental 1 2 !
! Policy Map for SIP - 200 linecard !
policy-map STM1-Out class Control
random-detect random-detect exponential-weighting-constant 10 random-detect precedence 6 875 1245 1 queue-limit 1245 ! class RealTime priority percent 13 queue-limit 15136 ! class Data-High bandwidth percent 40 random-detect random-detect exponential-weighting-constant 10 random-detect precedence 4 875 1245 1 queue-limit 1245 ! class Data-Low bandwidth percent 25 random-detect random-detect exponential-weighting-constant 10 random-detect precedence 3 875 1245 1 queue-limit 1245 ! class Video bandwidth percent 10 random-detect random-detect exponential-weighting-constant 10 random-detect precedence 2 875 1245 1 random-detect precedence 1 622 996 1 queue-limit 1245 ! class class-default
bandwidth percent 10 random-detect random-detect exponential-weighting-constant 10 random-detect precedence 0 622 875 1 queue-limit 1245 ! interface stm1 X/Y
service-policy output STM1-Out
Thiết kế QoS tại thiết bị biên mạng CPT
Mỗi vùng differv của khách hàng và của mạng CPT sẽ được giữ riêng biệt. Điều này cho phép các chính sách QoS có hiệu lực trong khi các thông tin của khách hàng vẫn được truyền trong suốt và đảm bảo qua mạng của CPT. Các chính sách QoS được thực hiện tại core. Việc phân loại dựa trên các giá trị MPLS EXP tại mỗi giao diện PE đầu ra nối với khách hàng, và việc phân loại này dựa trên tiêu đề gói tin IP ban đầu chứ không phải tiêu đề MPLS. Mạng CPT sẽ đánh dấu các gói dựa trên các dịch vụ được định nghĩa tại đầu vào và đầu ra, các router PE sẽ sử dụng các giá trị DSCP của các gói tin phía khách hàng để xếp vào hàng đợi.
Các gói tin sẽ được đánh dấu rõ ràng tại PE đầu vào để giữ cho 2 miền diffserv riêng biệt. Để thực hiện đánh dấu các gói tin trên router 7600, các cổng trên 6504 luôn được đặt ở mode “untrust”.
Bảng 4.10: Cấu hình đánh dấu gói tin lƣu lƣợng thời gian thực và độ ƣu tiên cao.
!
class-map match-any Realtime-IN match access-group name voice !
class-map match-any High-Priority-IN match acces-group name data
!
class-map match-any Internet-IN match access-group name internet !
ip access-list extended voice permit ip 10.10.10.0 0.0.0.255 any !
ip access-list extended data
permit ip 10.10.20.0 0.0.0.255 any !
ip access-list extended internet permit ip 10.10.30.0 0.0.0.255 any ! policy-map INPUT class Realtime-IN set-mpls-exp-imposition-transmit 5 class High-Priority-IN set-mpls-exp-imposition-transmit 4 class Internet-IN set-mpls-exp-imposition-transmit 0 !
! customer facing port ! interface x/y (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
no mls qos trust <- port will be put in untrusted mode, it is default behaviour service-policy input INPUT
!
___________________________________________________________________
3. Đo kiểm và đánh giá chất lƣợng mạng 3.1. Nội dung, phƣơng pháp thực hiện phép đo
3.1.1. Nội dung
Thực hiện phép các phép đo để kiểm tra tính kết nối và đánh giá độ trễ trong mạng, đo throughput và các thông số QoS trong mạng.
- Delay - Lost ping - Lost ping % - TTL - Jitter 3.1.2. Phương pháp thực hiện :
Tiến hành phép đo QoS cho lớp dịch vụ videoconferencing. Mô hình kết nối dịch vụ hội nghị truyền hình của mạng CPT :
STM 4 VTN VTN VTN Core HCM Core ĐN Core HN Agg Router Access router (PE) Access router (PE) Access router (PE) CPE CPE CPE VCS VCS VCS MCU
Hình 4.8: Mô hình kết nối dịch vụ videoconferencing.
Tiến hành đo kiểm :
Phép đo được thực hiện trực tiếp trên thiết bị core Router Cisco 7613 tại core Hà Nội và trên Access Router 7606 của Cisco đặt tại các POP tỉnh. Tiến hành phát lưu lượng theo các kích thước khác nhau và các kiểu phát khác nhau:
- Constant (đều, không đổi) - Ramped (tăng dần đều)
- Bursty (xuất hiện đột ngột từng khối lớn)
3.2. Kết quả đo
Tiến hành đo kết nối mạng tới PE ở Hải Phòng.
Kiểm tra kết nối và đánh giá trễ mạng ở Layer 3 :
Thực hiện kiểm tra với các loại gói tin khác nhau có độ lớn từ 64 byte tới 1500 byte, trong vòng 5 phút thấy tỉ lệ mất gói 0% đối với các chặng, độ trễ phụ thuộc vào kích thước gói tin.