Ý tưởng này là giống cơ chế simple-dynamic, nhưng với đường khôi phục đã được tính toán trước khi xảy ra lỗi.
3.7 Tổng kết chƣơng
Chương này trình bày tập hợp các yêu cầu cho kỹ thuật lưu lượng qua MPLS. Nhiều phương pháp đã được mô tả tập trung vào việc tăng cường tính ứng dụng của MPLS đối với kỹ thuật lưu lượng. Bài toán cơ bản của MPLS-TE là làm sao ánh xạ đồ hình nghiệm suy (induced graph) lên trên topology vật lý của mạng một cách hiệu quả nhất. MPLS cũng cung cấp các cơ chế bảo vệ và khôi phục lưu lượng ở lớp MPLS một cách tin cậy.
Chƣơng 4: MÔ PHỎNG MPLS-TE VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Phƣơng pháp và công cụ mô phỏng
4.1.1 Phƣơng pháp phân tích
Có hai phương pháp để phân tích nghiên cứu lưu lượng trong một mạng:
Mô hình hóa bằng phương pháp toán học
Mô phỏng bằng phần mềm trên máy tính
Trong đề tài này, học viên chọn phương pháp mô phỏng trên máy tính với NS-2 (Network Simulator v.2). NS-2 là phần mềm mã nguồn mở, mô phỏng các sự kiện rời rạc nhằm mục đích nghiên cứu mạng, nó hỗ trợ các giao thức mạng như là TCP, UDP, hoạt động của những tài nguyên mạng như FPT, Telnet, Web, CBR và VBR, các cơ chế quản lý hàng đợi router như Drop Tail, RED và CBQ, các thuật toán định tuyến... NS-2 được viết bằng C++ và OTcl.
Hình 52: Dữ liệu đầu vào và kết xuất của NS
Để thiết lập và chạy một mạng mô phỏng, người dùng phải viết một tập lệnh OTcl Script và khởi động một lịch trình sự kiện, thiết lập cấu hình mạng sử dụng các đối tượng mạng và các hàm chức năng trong thư viện, chỉ cho tài nguyên lưu lượng biết khi nào thì bắt đầu và kết thúc việc truyền gói thông qua lập biểu.
Khi mô phỏng kết thúc, NS-2 sẽ xuất ra một hay nhiều file text, ở đó có chứa các dữ liệu kết quả mô phỏng chi tiết nếu chúng ta yêu cầu trong tập lệnh Tcl. Các file này lại là dữ liệu đầu vào cho một chương trình hiển thị mô phỏng
trực quan gọi là Network Animator (NAM). Các số liệu kết quả mô phỏng cũng được dùng để vẽ các đồ thị phân tích bằng chương trình XGraph theo các yêu cầu nghiên cứu.
4.1.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng
NS-2 được thiết kế để chạy trong môi trường Unix. Tuy nhiên, ta vẫn có thể cài đặt NS-2 trong Windows bằng cách dùng thêm chương trình Cygwin. Học viên đã thử thực hiện cài đặt NS-2 trên Linux Ubuntu 9.04 và trên Windows XP với Cygwin v1.5.24, cả hai môi trường này đều cho kết quả tốt. Các công tác chuẩn bị đã thực hiện:
Cài đặt gói phần mềm ns-allinone-2.32. tại website
http://nsnam.isi.edu/nsnam . Trong gói này đã bao gồm ns-2.32, nam- 1.13, otcl-1.13 và tclcl-1.19.
4.2 Nội dung và kết quả mô phỏng
Để thuận tiện trong việc thực hiện mô phỏng và đánh giá, tất cả các bài mô phỏng trong đề tài này đều thống nhất sử dụng một topology mạng gồm 10 nút router như trong hình dưới đây:
Hình 53: Topology vật lý mạng thực hiện mô phỏng
Các nguồn phát lưu lượng (src) đều đặt tại nút 0 và các đích nhận lưu lượng (sink) đều đặt tại nút 10. Các liên kết giữa các nút đều là full-duplex với thời gian trễ là 30ms và có băng thông như trên hình (M: Mbps).
Sau đây là nội dung và kết quả các bài mô phỏng mà học viên đã thực hiện. Mã nguồn OTcl Script của các bài mô phỏng này có trong phần phụ lục của luận văn.
4.2.1 Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS
4.2.1.1 Mô hình
Topology như hình 55, trong đó tất cả các nút đều là router IP thông thường không hỗ trợ MPLS (được đặt tên tương ứng từ R0 đến R10).
Có 2 nguồn lưu lượng (src1 và src2) được tạo ra và gắn vào nút R0. Tương ứng có 2 đích lưu lượng (sink1 và sink2) gắn vào nút R10. Mỗi nguồn phát luồng lưu lượng với tốc độ 0,9 Mbps, kích thước gói 600B.
4.2.1.2 Thực hiện và kết quả
Thực hiện mô phỏng với lịch trình quy định trong script mô phỏng:
Thời điểm 0,5s : Luồng 1 (src1 – sink1) bắt đầu truyền
Thời điểm 2,0s : Luồng 2 (src2 – sink2) bắt đầu truyền
Thời điểm 5,0s : Cả 2 luồng ngưng truyền Kết quả:
Luồng 1: Truyền 843 gói, mất 244 gói, tỉ lệ mất gói: 28,9%
Luồng 2: Truyền 559 gói, mất 240 gói, tỉ lệ mất gói: 42,9%
Hình 54: Kết quả băng thông nhận được ở bài 1
4.2.1.3 Nhận xét
Mạng IP sử dụng giải thuật định tuyến chọn đường ngắn nhất, do vậy cả 2 luồng lưu lượng đều đi theo con đường là 1_3_5_7_9. Băng thông trên đường này không đủ cho cả hai luồng, do vậy tất yếu xảy ra nghẽn. Kết quả trực quan trong cửa sổ NAM cho thấy cả hai luồng đều bị rớt gói tại router R3. Trong khi
đó, các đường khác có đủ băng thông nhưng lại không được sử dụng (hình 57). Đây chính là vấn đề sử dụng tài nguyên không hiệu quả trong mạng IP.
Hình 55: Mô phỏng trực quan bài 1 trong cửa sổ NAM
4.2.2 Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong mạng MPLS
4.2.2.1 Mô hình
Topology như hình 55, trong đó nút 0 và nút 10 là router IP thông thường (R0 và R10). Các nút từ 1 đến 9 là các router có hỗ trợ MPLS (LSR1 đến LSR9) tạo thành một MPLS domain.
Có 3 nguồn lưu lượng (src1, src2, src3) được tạo ra và gắn vào nút R0. Tương ứng có 3 đích lưu lượng (sink1, sink2, sink3) gắn vào nút R10. Mỗi nguồn phát luồng lưu lượng với tốc độ 0,8 Mbps, kích thước gói 600B.
4.2.2.2 Thực hiện và kết quả
Thực hiện mô phỏng với lịch trình quy định trong script mô phỏng:
Lần lượt thực hiện định tuyến ràng buộc và thiết lập 4 LSP có ID tương ứng là 1100, 1200, 1300 và 1400 với yêu cầu BW=0,8 Mbps cho mỗi đường.
Thời điểm 0,5s : Luồng 1 (src1 – sink1) bắt đầu truyền trên LSP_1100
Thời điểm 5,0s : Cả 3 luồng lưu lượng ngưng truyền.
Kết quả định tuyến ràng buộc là các tuyến tường minh ER tìm thấy như sau:
LSP_1100: ER= 1_3_5_7_9
LSP_1200: ER= 1_2_4_6_8_9
LSP_1300: ER= 1_3_4_6_5_7_8_9
LSP_1400: ER= NO PATH ==> LSP_1400 sẽ không được thiết lập. Kết quả truyền các luồng:
Luồng 1: Truyền 750 gói, mất 0 gói
Luồng 2: Truyền 666 gói, mất 0 gói
Luồng 3: Truyền 583 gói, mất 0 gói
Hình 57: Mô phỏng trực quan bài 2 trong cửa sổ NAM
4.2.2.3 Nhận xét
Định tuyến ràng buộc tự động chọn đường tốt nhất có đủ băng thông yêu cầu cho các CR-LSP, như vậy đường được chọn không nhất thiết phải là đường ngắn nhất. Nếu không có đủ băng thông, CR-LSP sẽ không được thiết lập (như trường hợp của LSP_1400), đây chính là cách ngăn ngừa tắc nghẽn và đảm bảo QoS. Kết quả trực quan trong cửa sổ NAM cho thấy ba luồng mặc dù cùng xuất phát từ R0 và đến đích tại R10 nhưng mỗi luồng đi theo một đường khác nhau và đảm bảo không bị rớt gói. Điều này cho thấy hiệu quả sử dụng tài nguyên được nâng cao nhờ kỹ thuật lưu lượng.
Qua theo dõi nội dung cơ sở dữ liệu nhãn LIB của các LSR xuất ra trên màn hình console, ta thấy có việc sử dụng nhãn ứng với từng LSP được thiết lập.
4.2.3 Mô phỏng hoạt động lấn chiếm (Preemption) với các độ ƣu tiên
4.2.3.1 Mô hình
Topology như hình 55, trong đó nút 0 và nút 10 là router IP thông thường (R0 và R10). Các nút từ 1 đến 9 là các router có hỗ trợ MPLS (LSR1 đến LSR9) tạo thành một MPLS domain.
Có 2 nguồn lưu lượng (src1, src2) được tạo ra và gắn vào nút R0. Tương ứng có 2 đích lưu lượng (sink1, sink2) gắn vào nút R10. Mỗi nguồn phát luồng lưu lượng với tốc độ 0,8 Mbps, kích thước gói 600B.
4.2.3.2 Thực hiện và kết quả
Thực hiện mô phỏng với lịch trình quy định trong script mô phỏng:
Thời điểm 0,5s : Luồng 1 (src1 – sink1) bắt đầu truyền trên LSP_1100 (được thiết lập theo đường tường minh ER=1_3_5_7_9, ràng buộc BW=0,8 Mbps, có độ ưu tiên thiết lập SPrio=7 và độ ưu tiên nắm giữ HPrio=5)
Thời điểm 1,5s : Luồng 2 (src2 – sink2) bắt đầu truyền trên LSP_1200 (được thiết lập theo đường tường minh ER=1_2_4_6_5_7_9, ràng buộc BW=0,8 Mbps, có độ ưu tiên thiết lập SPrio=5 và độ ưu tiên nắm giữ HPrio=4)
Thời điểm 5,0s : Luồng 1 ngưng truyền. Kết quả truyền các luồng:
Luồng 1: Truyền 750 gói, mất 149 gói, tỉ lệ mất gói: 19,8%
Luồng 2: Truyền 333 gói, mất 0 gói, tỉ lệ mất gói: 0%
Hình 59: Kết quả băng thông nhận được ở bài 3
Hình 60: Mô phỏng trực quan bài 3 trong cửa số NAM
4.2.3.3 Nhận xét
theo ER=1_2_4_6_5_7_9. Như vậy, hai luồng lưu lượng cạnh tranh băng thông trên kết nối LSR7-LSR9 do kết nối này không đủ băng thông yêu cầu cho cả hai LSP. Vì LSP_1200 có độ ưu tiên thiết lập Sprio=5 cao hơn HPrio=6 của LSP_1100 nên luồng 2 được đảm bảo cấp đủ băng thông theo yêu cầu là 0,8 Mbps. Trong bài mô phỏng, ta không quy định tái định tuyến sang đường khác cho luồng 1 khi LSP_1100 bị lấn chiếm nên từ đây, luồng 1 được truyền theo kiểu best-effort, nghĩa là tận dụng lượng băng thông 0,2 Mbps còn lại trên kết nối.
Với hoạt động lấn chiếm (preemption), các trung kế lưu lượng có độ ưu tiên nắm giữ thấp phải nhường tài nguyên cho các trung kế có độ ưu tiên thiết lập cao. Kết quả trực quan trong cửa sổ NAM cho thấy chỉ có luồng 1 bị rớt gói tại LSR7 để đảm bảo băng thông yêu cầu cho luồng 2 (hình 62).
4.2.4 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế Makam
4.2.4.1 Mô hình
Topology như hình 55, trong đó nút 0 và nút 10 là router IP thông thường (R0 và R10). Các nút từ 1 đến 9 là các router có hỗ trợ MPLS (LSR1 đến LSR9) tạo thành một MPLS domain.
Có 1 nguồn lưu lượng (src1) được tạo ra và gắn vào nút R0. Tương ứng có 1 đích lưu lượng (sink1) gắn vào nút R10. Nguồn phát luồng lưu lượng với tốc độ 0,8 Mbps, kích thước gói 600B.
4.2.4.2 Thực hiện và kết quả
Thực hiện mô phỏng với lịch trình quy định trong script mô phỏng:
Thiết lập đường làm việc: LSP_1100 (ER=1_3_5_7_9)
Thiết lập đường bảo vệ toàn cục: LSP_1200 (ER=1_2_4_6_8_9)
Thời điểm 0,5s : Luồng 1 (src1 – sink1) bắt đầu truyền trên LSP_1100
Thời điểm 2,0s : Kết nối giữa LSR5-LSR7 bị đứt, đến 3,5s thì khôi phục.
Thời điểm 5,0s : Luồng 1 ngưng truyền.
Hình 61: Kết quả băng thông nhận được ở bài 4
Hình 63: Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Makam)
4.2.4.3 Nhận xét
Khi kết nối giữa LSR5-LSR7 bị đứt, LSR5 phát một bản tin FIS về LSR1. Sau khi LSR1 nhận được thông điệp này, nó sẽ chuyển luồng lưu lượng từ đường làm việc sang đường bảo vệ toàn cục đã thiết lập. Do thông điệp thông báo phải mất một khoảng thời gian mới đến được LSR1 nên trong thời gian này, các gói vẫn còn được truyền trên đường dẫn có liên kết bị hỏng và sẽ bị mất. Đây chính là nhược điểm của cơ chế bảo vệ Makam.
4.2.5 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế Haskin (Reverse Backup) Backup)
4.2.5.1 Mô hình
Như mô hình bài trước ở mục 4.2.4.1.
4.2.5.2 Thực hiện và kết quả
Thực hiện mô phỏng với lịch trình quy định trong script mô phỏng:
Thiết lập đường làm việc: LSP_1100 (ER=1_3_5_7_9)
Thiết lập đường bảo vệ toàn cục: LSP_1200 (ER=1_2_4_6_8_9)
Thiết lập đường reverse backup: LSP_1300 (ER=9_7_5_3_1_L1200 )
Thời điểm 2,0s : Kết nối giữa LSR5-LSR7 bị đứt, đến 3,5s thì khôi phục.
Thời điểm 5,0s : Luồng 1 ngưng truyền.
Kết quả truyền luồng: Truyền 750 gói, mất 5 gói, tỉ lệ mất gói: 0,66%
Hình 64: Kết quả băng thông nhận được ở bài 5
Hình 65: Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Haskin)
4.2.5.3 Nhận xét
Cơ chế bảo vệ này khắc phục được nhược điểm mất gói của cơ chế Makam. Kết quả trực quan trong cửa sổ NAM (hình 67) cho thấy luồng khi đến
LSR5 được chuyển ngược trở lại LSR1 để đi sang đường bảo vệ. Tuy nhiên, độ trễ sẽ tăng lên do đường đi của lưu lượng dài hơn.
4.2.6 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế Shortest-Dynamic
4.2.6.1 Mô hình
Như mô hình bài trước ở mục 4.2.4.1.
4.2.6.2 Thực hiện và kết quả
Thực hiện mô phỏng với lịch trình quy định trong script mô phỏng:
Thiết lập đường làm việc: LSP_1100 (ER=1_3_5_7_9)
Thời điểm 0,5s : Luồng 1 (src1 – sink1) bắt đầu truyền trên LSP_1100
Thời điểm 2,0s : Kết nối giữa LSR5-LSR7 bị đứt, đến 3,5s thì khôi phục.
Thời điểm 5,0s : Luồng 1 ngưng truyền.
Kết quả truyền luồng: Truyền 750 gói, mất 192 gói, tỉ lệ mất gói: 25,6%
Hình 67: Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Shortest-Dynamic)
4.2.6.3 Nhận xét
Cơ chế Shortest-Dynamic thuộc loại sửa chữa cục bộ bảo vệ liên kết. Kết quả trực quan trong cửa sổ NAM (hình 69) cho thấy khi kết nối LSR5- LSR7 bị đứt, LSR5 tự động định tuyến và báo hiệu thiết lập LSP_1101 ngắn nhất nối giữa LSR5 và LSR7 (đi theo đường 5_6_8_7). Như vậy, các gán kết nhãn của LSP_1100 không bị thay đổi. LSP_1100 coi như được “đi ngầm” bằng cách lồng vào trong LSP_1101 để đi từ LSR5 đến được LSR7, tránh được đoạn liên kết bị đứt. Trong thời gian chờ thiết lập tuyến “đường vòng” LSP_1101, các gói trên LSP_1100 bị mất.
4.2.7 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế Simple-Dynamic
4.2.7.1 Mô hình
Như mô hình bài trước ở mục 4.2.4.1.
4.2.7.2 Thực hiện và kết quả
Thực hiện mô phỏng với lịch trình quy định trong script mô phỏng:
Đường làm việc: ER=1_3_5_7_9
Thời điểm 0,5s : Luồng 1 (src1 – sink1) bắt đầu truyền trên đường làm việc
Thời điểm 2,0s : Kết nối giữa LSR5-LSR7 bị đứt, đến 3,5s thì khôi phục.
Thời điểm 5,0s : Luồng 1 ngưng truyền.
Kết quả truyền luồng: Truyền 750 gói, mất 66 gói, tỉ lệ mất gói: 8,8%
Hình 68: Kết quả băng thông nhận được ở bài 7
4.2.7.3 Nhận xét
Cơ chế Simple-Dynamic thuộc loại sửa chữa cục bộ, có thể dùng cho bảo vệ liên kết hoặc bảo vệ nút. Kết quả trực quan trong cửa sổ NAM (hình 71) cho thấy khi kết nối LSR5-LSR7 bị đứt, LSR5 tự động định tuyến và báo hiệu thiết lập LSP_9999 ngắn nhất nối giữa LSR5 và Egress, ở đây là LSR9 (đi theo đường 5_6_8_9). Trong thời gian chờ thiết lập tuyến “đường tránh” LSP_9999, các gói trên đường làm việc bị mất.
4.3 Tổng kết chƣơng
Trong chương này, học viên báo cáo các bài mô phỏng đã thực hiện để làm rõ cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong những nhiệm vụ của kỹ thuật lưu lượng cũng được minh họa trong một số ví dụ. Các bài trong phần thực hành này được thực hiện với phần mềm nguồn mở NS-2. Các file OTcl Scripts thực hiện các bài mô phỏng trình bày trong phần phụ lục của luận văn này.
KẾT LUẬN
Hiện nay MPLS là một giải pháp hàng đầu để giải quyết nhiều vấn đề trong mạng như: tốc độ, khả năng mở rộng mạng, quản lý QoS và điều phối luu lượng. MPLS là một công nghệ kết hợp tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn.
Luận văn đã trình bày được những khái niệm cơ sở sử dụng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức, từ đó nghiên cứu những nguyên lý hoạt động cơ bản của MPLS và khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng của nó. Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trong MPLS là làm thế nào để ánh xạ đồ hình