3.4.1 Giao thức CR-LDP
Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quỏ trỡnh định tuyến cưỡng bức của LDP. Cũng giống như LDP, nú sử dụng cỏc phiờn TCP giữa cỏc LSR đồng cấp để gửi cỏc bản tin phõn phối nhón.
Khỏi niệm định tuyến cưỡng bức
Cú chế tớnh toỏn xỏc định đường trong cỏc giao thức định tuyến IP truyền thống tuõn theo thuật toỏn tối ưu. Trong trường hợp giao thức RIP thỡ đú là tối ưu số nỳt mạng trờn đường. Chỳng ta biết rằng bao giờ cũng cú thể lựa chọn nhiều đường để đi đến một đớch, RIP sử dụng thuật toỏn Bellman-Ford để xỏc định sao cho đường đi sẽ qua số lượng ớt nỳt mạng. Trong trường hợp OSPF hoặc IS-IS thỡ đú là thuật toỏn tỡm đường ngắn nhất. Nhà quản trị mạng ứng với giao thức OSPF hoặc IS-IS sẽ ấn định cho mỗi kờnh trong mạng một giỏ trị tương ứng với dộ dài của kờnh đú. OSPF hoặc IS-IS sẽ sử dụng thuật toỏn tỡm đường ngắn nhất Dijkstra để lựa chọn đường ngắn nhất Trong số cỏc đường cú thể kết nối đến đớch, với định nghĩa độ dài của một đường là tổng độ dài của tất cả cỏc kờnh trờn đường đú.
Về cơ bản chỳng ta cú thể định nghĩa định tuyến cưỡng bức như sau: một mạng cú thể biểu diễn dưới dạng sơ đồ theo V và E (V.E) trong đú V là tập hợp cỏc nỳt mạng và E là tập hợp cỏc kờnh kết nối giữa cỏc nỳt mạng. Mỗi kờnh sẽ cú cỏc đặc điểm Riờng. Đường kết nối giữa nỳt thứ nhất đến nỳt thứ hai trong cặp phải thoả món một số điều kiện ràng buộc. Tập hợp cỏc điều kiện ràng buộc này được coi là đặc điểm của cỏc kờnh và chỉ cú nỳt đầu tiờn trong cặp đúng vài trũ khởi tạo đường kết nối mới biết cỏc đặc điểm này. Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức là tớnh toỏn xỏc định đường kết nối từ nỳt này đến nỳt kia sao cho đường này khụng bị vi phạm cỏc điều kiện ràng buộc và là một phương ỏn tối ưu theo một tiờu chớ nào đú (số nỳt ớt nhất hoặc đường ngắn nhất). Khi đó xỏc định được một đường kết nối dọc theo cỏc kờnh trờn đường.
Điểm khỏc nhau chớnh giữa định tuyến IP truyền thống và định tuyến cưỡng bức là thuật toỏn định tuyến IP truyền thống chỉ tỡm ra đường tối ưu ứng với một tiờu chớ (vớ dụ như số nỳt nhỏ nhất), trong khi đú thuật toỏn định tuyến cưỡng bức vừa tỡm ra một đường tối ưu theo một tiờu chớ nào đố đồng thời phương ỏn đú cũng khụng vi phạm điều kiện
ràng buộc. Yờu cõu khụng vi phạm cỏc điều kiện ràng buộc là điểm khỏc nhau cơ bản để phõn biệt giữa định tuyến cưỡng bức và định tuyến thụng thường.
Cỏc phần tử định tuyến cưỡng bức
Khả năng tớnh toỏn và xỏc dịnh hướng tại phớa nguồn, việc tớnh toỏn xỏc định này phải xem xột đến khụng chỉ cỏc tiờu chớ để tối ưu mà cũn phải tớnh đến cỏc điều kiện ràng buộc khụng được vi phạm. Điều đú cú nghĩa là phớa nguồn phải cú đầy đủ cỏc thụng tin cần thiết để tớnh toỏn xỏc định đường.
Cỏc thụng tin mà phớa nguồn sử dụng để tớnh toỏn xỏc định đường cú thể là một phần thụng tin cú sẵn trong cơ sở dữ liệu của nguồn và cỏc thụng tin mà phớa nguồn cú thể cú được từ cỏc bộ phận định tuyến khỏc trong mạng. Cỏc thụng tin cú sẵn trong nguồn là cỏc thụng tin về điều kiện ràng buộc của cỏc đường khỏc nhau xuất phỏt từ nguồn. Cỏc thụng tin mà nguồn cú thể cú được từ cỏc bộ định tuyến khỏc trong mạng bao gồm thụng tin về cấu trỳc cũng như cỏc thụng tin về đặc điểm của cỏc kờnh tương ứng trong mạng. Tất cả cỏc nỳt trong mạng đều cú thể là nguồn khởi phỏt lưu lượng định tuyến theo phương thức cưỡng bức do đú cỏc nỳt trong mạng đều phải cú cỏc thụng tin này khi cần. Vỡ vậy đặc điểm thứ hai là cần phải cú khả năng phõn phối thụng tin về cấu trỳc mạng và đặc điểm cỏc kờnh tới tất cả cỏc nỳt trong mạng.
Khi tớnh toỏn xỏc định đường chỳng ta cần biết phương thức truyền thụng tin dọc theo đường. Vỡ vậy đặc điểm thứ ba là hệ thống phải hỗ trợ định tuyến hiện.
Cuối cựng khi xỏc định một tuyến cho một nhúm lưu lượng cú thể yờu cầu cần dự phũng tài nguyờn trờn tuyến đú vỡ vậy nú cú thể làm thay đổi cỏc đặc điểm tương ứng của cỏc kờnh tương ứng trong mạng. Vớ dụ nếu độ rộng băng tần khả dụng là một trong những điều kiện ràng buộc của kờnh thỡ khi chỳng ta muốn truyền một lưu lượng qua một tuyến mà lưu lượng đú yờu cầu cú dự phũng độ rộng băng tần dọc theo tuyến thỡ nú sẽ làm thay đổi giỏ trị độ rộng băng tần khả dụng của cỏc kờnh dọc theo tuyến. Vỡ vậy đặc điểm thứ 4 là tài nguyờn mạng cú thể dự phũng và cỏc thụng số của kờnh cú thể thay đổi được khi truyền tải lưu lượng tương ứng trờn tuyến.
Điều kiện cưỡng bức "chọn đường ngắn nhất"
Như đó đề cập ở trờn, định tuyến cưỡng bức phải tớnh toỏn xỏc định được đường thoả món cỏc điều kiện sau:
Là tối ưu theo một tiờu chớ nào đú (vớ dụ như đường ngắn nhất hoặc số nỳt ớt nhất) Khụng vi phạm cỏc điều kiện ràng buộc.
Một trong cỏch thoả món tiờu chớ tối ưu là sử dụng thuật toỏn “đường ngắn nhất trước” (SPF). Quay trở lại thuật toỏn SPF ứng với định tuyến IP đơn giản, việc tớnh toỏn xỏc định đường phải tối ưu theo một tiờu chớ nào đú (vớ dụ như khoảng cỏch). Vỡ vậy để tớnh toỏn xỏc định đường khụng vi phạm cỏc điểu kiện ràng buộc chỳng ta cần sửa đổi
thuật toỏn sao cho nú tớnh đến cỏc điều kiện ràng buộc. Chỳng ta hóy xem xột một thuật toỏn loại này đú là: điểu kiện ràng buộc “chọn đường ngắn nhất” (CSPF).
Lưu ý rằng thuật toỏn tớnh toỏn xỏc định hướng sử dụng trong CSPF, yờu cầu bộ định tuyến thực hiện việc tớnh toỏn xỏc định đường phải cú cỏc thụng tin về tất cả cỏc kờnh trong mạng. Để minh hoạ cho CSPF, chỳng ta hóy xem xột vớ dụ trờn hỡnh 3.3. Chỳng ta giả sử rằng độ dài tất cả cỏc kờnh đều bằng nhau và cú giỏ trị là 1. Chỳng ta cũng giả sử rằng tất cả cỏc kờnh đều cú độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb/s, ngoại trừ kờnh nối từ LSR2 đến LSR4 cú độ rộng băng tần khả dụng là 45 Mb/s. Nhiệm vụ của chỳng ta là tỡm đường từ LSR1 đến LSR6 sao cho cú độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khả dụng phải lớn hơn hoặc bằng 100 Mb/s. Ở đõy điều kiện ràng buộc cần thoả món là độ rộng băng tần khả dụng.
Hỡnh 3.3 Vớ dụ về CSPF
Khởi đầu cõy đường ngắn nhất (cú gốc ở LSR1) chỉ cú nỳt LSR1. Tiếp theo chỳng ta kiểm tra hai nỳt bờn cạnh LSR1 đú là LSR2 và LSR3 với lưu ý rằng độ rộng băng tần khả dụng của kờnh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đốu lớn hơn giỏ trị cần thiết là 100 Mb/s. Kết quả khụng kờnh nào vi phạm điểu kiện ràng buộc, vỡ vậy chỳng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sỏch “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta tỡm nỳt cú khoảng cỏch ngắn nhất đến LSR1 trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử”. Nỳt này là LSR2 (ở đõy cú hai nỳt LSR2 và LSR3 đều cú khoảng cỏch như nhau đến LSR1 vỡ vậy cú thể chọn ngẫu nhiờn là LSR2), chỳng ta bổ sung nú vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR2) và xoỏ nú khỏi danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử”. Kết thỳc một vũng của thuật toỏn.
Vũng thứ 2 chỳng ta kiểm tra nỳt cạnh nỳt LSR2 là LSR4. Với nỳt này chỳng ta thỏy rằng độ rộng băng tần khả dụng trờn kờnh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này khụng thoả món điểu kiện ràng buộc và chỳng ta khụng bổ sung LSR4 vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Chỳng ta vẫn cũn LSR3 trong danh sỏch nỳt “ứng cử”, vỡ vậy ta bổ sung nú vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoỏ nú khỏi danh sỏch “ứng cử”. Kết thỳc vũng thứ hai của thuật toỏn.
Tại vũng thứ 3 của thuật toỏn, chỳng ta kiểm tra nỳt cạnh nỳt LSR3 là nỳt LSR5. Với nỳt này chỳng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trờn kờnh (LSR3-LSR5) lớn hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này thoả món điểu kiện ràng buộc và ta bổ sung nú vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta tỡm trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” nỳt cú khoảng cỏch ngắn nhất tới LSR1 là nỳt LSR5. Vỡ vậy ta bổ sung LSR5 vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5) và xoỏ LSR5 khỏi danh sỏch “ứng cử”. Kết thỳc vũng thứ 3 của thuật toỏn.
Tại vũng thứ 4 của thuật toỏn, ta kiểm tra nỳt cạnh nỳt LSR5 là LSR4. Với nỳt này chỳng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trờn kờnh (LSR5-LSR4) lớn hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này thoả món điểu kiện ràng buộc và ta bổ sung nú vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta tỡm trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” nỳt cú khoảng cỏch ngắn nhất tới LSR1 là nỳt LSR4. Vỡ vậy ta bổ sung LSR5 vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoỏ LSR4 khỏi danh sỏch “ứng cử”. Kết thỳc vũng thứ 4 của thuật toỏn.
Tại vũng thứ 5 của thuật toỏn, ta kiểm tra nỳt cạnh nỳt LSR5 là LSR6 và LSR7. Với nỳt này chỳng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trờn cỏc kờnh (LSR4-LSR6) và (LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yờu cầu. Vỡ vậy kờnh này thoả món điểu kiện ràng buộc và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sỏch nỳt “ứng cử”. Tiếp theo chỳng ta nhận thấy rộng trong danh sỏch cỏc nỳt “ứng cử” cú nỳt LSR6 cú khoảng cỏch ngắn nhất tới LSR1. Vỡ vậy ta bổ sung LSR6 vào cõy đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoỏ LSR6 khỏi danh sỏch “ứng cử”. Tại đõy chỳng ta nhận thấy cõy đường ngắn nhất đó cú chứa nỳt LSR6 là nỳt đớch của đường cần tỡm. Vỡ vậy thuật toỏn kết thỳc ở đõy. Kết quả đường ngắn nhất từ LSR1 đến LSR6 là (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6).
3.4.2 Giao thức RSVP
RSVP là giao thức cho phộp cỏc ứng dụng thụng bỏo cỏc yờu cầu về QoS với mạng và mạng sẽ đỏp ứng bằng những thụng bỏo thành cụng hoặc thất bại. RSVP phải mang cỏc thụng tin sau:
Thụng tin phõn loại, nhờ nú mà cỏc luồng lưu lượng với cỏc yờu cầu QoS cụ thể cú thể được nhận biết trong mạng. Thụng tin này bao gồm địa chỉ IP phớa gửi và phớa nhận.
Chỉ tiờu kỹ thuật của luồng lưu lượng và cỏc yờu cầu QoS, theo khuụn dạng Tspec và RSpec, bao gồm cỏc dịch vụ yờu cầu (cú bảo đảm hoặc tải điểu khiện)
Rừ ràng là RSVP phải mang những thụng tin này từ cỏc mỏy chủ tới tất cả cỏc tổng đài chuyển mạch và cỏc bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ gửi đến bộ nhận, vỡ vậy tất cả cỏc thành phần mạng này phải tham gia vào việc đảm bảo cỏc yờu cầu QoS của ứng dụng.
RSVP mang cỏc thụng tin trong hai loại bản tin cơ bản là: PATH và RESV. Cỏc bản tin PATH truyền từ bộ gửi tới một hoặc nhiều bộ nhận cú chứa TSpec và cỏc thụng tin phõn loại do bộ gửi cung cấp. Một lý do cho phộp cú nhiều bộ nhận là RSVP được
thiết kế để hỗ trợ multicast. Một bản tin PATH bao giờ cũng được gửi tới một địa chỉ được gọi là địa chỉ phiờn, nú cú thể là địa chỉ unicast hoặc multicast.
Khi bộ nhận nhận được bản tin PATH, nú cú thể gửi bản tin RESV trở lại cho bộ gửi. Bản tin RESV xỏc nhận phiờn cú chứa thụng tin về số cổng dành riờng và RSpec xỏc nhận mức QoS mà bộ nhận yờu cầu. Nú cũng bao gồm một vài thụng tin xem xột những bộ gửi nào được phộp sử dụng tài nguyờn đang được cấp phỏt. Hỡnh 3.4 biểu diễn trỡnh tự bản tin trao đổi giữa bộ gửi và nhận. Cỏc bản tin được nhận và chuyển tiếp bởi tất cả cỏc bộ định tuyến dọc theo đường truyền thụng tin, do đú việc cấp phỏt tài nguyờn cú thể được thực hiện tại tất cả cỏc nỳt mạng cần thiết.
Khi cỏc cổng dành riờng được thiết lập, cỏc bộ định tuyến nằm giữa bộ gửi và bộ nhận sẽ xỏc định cỏc gúi tin thuộc cổng dành riờng nào nhờ việc kiểm tra 5 trường trong phần mào đầu của IP và giao thức truyền tải đú là: địa chỉ đớch, số cổng đớch, số giao thức (vớ dụ UDP), địa chỉ nguồn và cổng nguồn. Chỳng ta gọi tập cỏc gúi tin được nhận dạng theo cỏch này gọi là luồng dành riờng. Đối với cỏc luồng unicast thỡ RSVP là khỏ đơn giản. Nú trở nờn phức tạp hơn trong mụi trường multicast, bởi vỡ cú thể cú rất nhiều bộ nhận dành riờng cổng cho một phiờn đơn và cỏc bộ nhận khỏc nhau cú thể yờu cầu cỏc mức QoS khỏc nhau. Hiện nay MPLS chủ yếu tập trung vào cỏc ứng dụng unicast của RSVP, chỳng ta sẽ khụng đi sõu vào khớa cạnh multicast của RSVP.
Hỡnh 3.4 Gửi và nhận cỏc bản tin PATH và RESV
Điểm cuối cựng phải chỳ ý về RSVP là nú là giao thức “trạng thỏi mềm”. Đặc tớnh để phõn biệt giao thức trạng thỏi mềm với cỏc giao thức loại khỏc là trạng thỏi sẽ tự động hết hiệu lực sau một thời gian trừ khi nú được làm tươi liờn tục theo chu kỳ. Điều đú cú nghĩa là RSVP sẽ định kỳ gửi đi cỏc bản tin PATH và RESV để làm tươi cỏc cổng dành riờng. Nếu chỳng khụng được gửi trong một khoảng thời gian xỏc định thỡ cỏc cổng dành riờng tự động bị huỷ bỏ.
3.5 Đảm bảo QoS cho mạng
Một trong những vấn để quan trọng trong cụng tỏc qui hoạch là phải định cỡ cỏc đường kết nối và cỏc nỳt mạng sao cho hạ tầng truyền tải cú thể đỏp ứng cỏc yờu cầu về chất lượng dịch vụ. Cỏc tham số về chất lượng dịch vụ đầu cuối cho mạng IP được xỏc định theo Khuyến nghị của ITU-T là độ trễ trung bỡnh, độ trễ lớn nhất, độ vi sai trễ, tỉ lệ tổn thất gúi tin. Mỗi một dịch vụ cụ thể (như thoại, video, dữ liệu Internet,…) sẽ đũi hỏi một cấp chất lượng dịch vụ khỏc nhau. Để thoả món cỏc điều kiện về QoS này, ngoài việc phải xỏc định và phõn bổ tài nguyờn của mạng, như băng thụng, bộ đếm, … cũn phải ỏp dụng cỏc cơ chế phõn chia và ưu tiờn, cỏc thuật toỏn và thủ tục (như DiffServ) cho cỏc lớp
lưu lượng tương ứng với cỏc dịch vụ đầu cuối. Trong bài toỏn qui hoạch chỳng tụi sẽ giới hạn việc tớnh toỏn qui hoạch mạng chuyển mạch IP/MPLS dựa trờn yờu cầu về trễ gúi tin trung bỡnh và tỉ lệ tổn thất gúi tin. Để đảm bảo tham số chất lượng dịch vụ jitter chỳng tụi chỉ giới hạn số cỏc nỳt trờn một đường định tuyến nhằm cõn bằng trễ cho cỏc dịch vụ.
Để tớnh được chớnh xỏc băng thụng yờu cầu cho mạng trục trờn mỗi đường kết nối thoả món cỏc tham số về QoS như trễ, tỉ lệ tổn thất gúi tin chỳng ta phải mụ hỡnh hoỏ lưu lượng. Hiện nay cỏc nghiờn cứu về lưu lượng mạng cho thấy lưu lượng IP tập trung trờn mạng trục số phải cú dạng phụ thuộc trường kỡ long-range dependent (LRD). Do đú cỏc tham số như giỏ trị trung bỡnh, vi sai, tham số Hurst sẽ phải được tớnh đến dựa trờn cỏc mẫu về lưu lượng thu được trờn mạng. Dựa trờn cỏc tham số về lưu lượng, lưu lượng đầu vào của một nỳt mạng sẽ được mụ hỡnh hoỏ. Đồng thời sử dụng kỹ thuật mụ phỏng nỳt bằng một hàng đợi, chỳng ta sẽ tớnh băng thụng yờu cầu cho mỗi nỳt đảm bảo độ trễ trung bỡnh và tỉ lệ tổn thất gúi tin cho trước. Tuy nhiờn với sự thay đổi và khụng ổn định của cỏc tham số lưu lượng, nhất là đối với cỏc lưu lượng mạng trong tương lai, việc xỏc định cỏc tham số lưu lượng mạng trục gần như khụng cú khả năng. Do đú chỳng ta cú thể sử