b) Các phần tử định tuyến c-ỡng bức
3.2.5. Giao thức RSVP trong mạng MPLS hỗ trợ QoS
Trong phần này chỳng ta chỉ tập trung vào vai trũ của RSVP trong mạng MPLS về khớa cạnh hỗ trợ QoS, cũn vai trũ của nú trong điều khiển lưu lượng sẽ được đề cập trong phần điều khiển lưu lượng.
Mục tiờu đầu tiờn của việc bổ sung hỗ trợ RSVP vào MPLS là cho phộp cỏc LSR dựa vào việc phõn loại gúi tin theo nhón chứ khụng phải theo mào đầu IP nhận biết cỏc gúi tin thuộc cỏc luồng của cổng dành riờng. Núi cỏch khỏc, cần phải tạo và kết hợp phõn phối giữa cỏc luồng và cỏc nhón cho cỏc luồng cú cỏc cổng dành riờng RSVP. Chỳng ta cú thể xem một tập cỏc gúi tin tạo ra bởi cổng dành riờng RSVP như là một trường hợp riờng khỏc của FEC.
Điều này trở nờn khỏ dễ dàng để kết hợp cỏc nhón với cỏc luồng dành riờng trong RSVP, ớt nhất là với unicast. Chỳng ta định nghĩa một đối tượng RSVP mới là đối tượng LABEL được mang trong bản tin RSVP RESV. Khi một LSR muốn gửi bản tin RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phỏt một nhón từ trong tập nhón rỗi, tại một lối vào trong LFIB của nú với nhón lối vào được
đặt cho nhón cấp phỏt, và gửi đi bản tin RESV cú chứa nhón này. Chỳ ý là cỏc
bản tin RESV truyền từ bộ nhận tới bộ gửi là dưới dạng cấp phỏt nhón xuụi. Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng LABEL, một LSR thiết lập
LFIB của nú với nhón này là nhón lối ra. Sau đú nú cấp phỏt một nhón để sử
ràng là, khi cỏc bản tin RESV truyền đến LSR ngược thỡ LSP được thiết lập dọc theo tuyến đường. Cũng chỳ ý là, khi cỏc nhón được cung cấp trong cỏc bản tin
RESV, mỗi LSR cú thể dễ dàng kết hợp cỏc tài nguyờn QoS phự hợp với LSP.
Hỡnh II-17 minh hoạ quỏ trỡnh trao đổi này. Trong trường hợp này chỳng ta giả sử cỏc mỏy chủ khụng tham dự vào việc phõn phối nhón. LSR R3 cấp phỏt nhón 5 cho cổng dành riờng này và thụng bỏo nú với R2. R2 cấp phỏt nhón 9 cũng cho cổng dành riờng này và thụng bỏo nú tới R1. Bõy giờ đó cú một LSP cho luồng dành riờng từ R1 tới R3. Khi cỏc gúi tin tương ứng với cổng dành riờng này (vớ dụ gúi tin gửi từ H1 tới H2 với số cổng nguồn, đớch thớch hợp và số giao thức giao vận thớch hợp) tới R1, R1 phõn biệt nú bằng cỏc thụng tin mào đầu IP và lớp chuyển tải để tạo ra QoS thớch hợp cho cổng dành riờng vớ dụ như đặc điểm và hàng đợi cỏc gúi tin trong hàng đợi lối ra. Núi cỏch khỏc, nú thực hiện cỏc chức năng của một bộ định tuyến tớch hợp dịch vụ sử dụng RSVP. Hơn nữa, R1 đưa mào đầu nhón vào cỏc gúi tin và chốn giỏ trị nhón lối ra là 9 trước khi gửi chuyển tiếp gúi tin tới R2.
Khi R2 nhận gúi tin mang nhón 9, nú tỡm kiếm nhón đú trong LFIB và tỡm tất cả cỏc trạng thỏi liờn quan đến QoS để xem kiểm soỏt luồng, xếp hàng đợi gúi tin, v.v.. như thế nào. Điều này tất nhiờn khụng cần kiểm tra mào đầu lớp IP hay lớp truyền tải. Sau đú R2 thay thế nhón trờn gúi tin với một nhón lối ra từ LFIB của nú (mang giỏ trị 5) và gửi gúi tin đi.
Hỡnh 3-12. Nhón phõn phối trong bảng tin RESV
H1 PATH RESV R1 R2 R3 H2 RESV Nhón =9 RESV Nhón =5
Lưu ý rằng, do việc tạo ra nhón kết hợp được điều khiển bởi cỏc bản tin RSVP vỡ vậy việc kết hợp được điều khiển như trong cỏc mụi trường khỏc của MPLS. Lưu ý đõy cũng là một vớ dụ chứng tỏ việc mang thụng tin kết hợp nhón trờn một giao thức cú sẵn khụng cần một giao thức riờng như LDP.
Một kết quả quan trọng của việc thiết lập một LSP cho một luồng với cổng dành riờng RSVP là chỉ cú bộ định tuyến đầu tiờn trong LSP mà trong vớ dụ trờn là R1 liờn quan tới việc xem xột cỏc gúi tin thuộc luồng dành riờng nào. Điều này cho phộp RSVP được ỏp dụng trong mụi trường MPLS theo cỏch mà nú khụng thể thực hiện được trong mạng IP truyền thống. Theo qui ước, cỏc cổng dành riờng RSVP cú thể chỉ tạo cho những luồng ứng dụng riờng lẻ, tức là những luồng được xỏc định nhờ 5 trường mào đầu như mụ tả trong phần trờn. Tuy nhiờn, cú thể đặt cấu hỡnh R1 để lựa chọn cỏc gúi tin dựa trờn một số cỏc tiờu chuẩn. Vớ dụ, R1 cú thể lấy tất cả cỏc gúi tin cú cựng một tiền tố ứng với một đớch và đẩy chỳng vào LSP. Vỡ vậy thay vỡ cú một LSP cho mỗi luồng ứng dụng riờng, một LSP cú thể cung cấp QoS cho nhiều luồng lưu lượng. Một ứng dụng của khả năng này là cú thể cung cấp “đường ống” với băng thụng đảm bảo từ một Site của một cụng ty lớn đến một Site khỏc, thay vỡ phải sử dụng đường thuờ bao riờng giữa cỏc Site này. Khả năng này cũng hữu ớch cho mục đớch điều khiển lưu lượng, ở đõy một lưu lượng lớn cần được gửi dọc theo cỏc LSP với băng thụng đủ để tải lưu lượng.
Để hỗ trợ một số cỏch sử dụng tăng cường của RSVP, MPLS định nghĩa một đối tượng RSVP mới cú thể mang trong bản tin PATH là: đối tượng LABEL_REQUEST. Đối tượng này thực hiện hai chức năng. Thứ nhất, nú được
sử dụng để thụng bỏo cho một LSR tại phớa cuối của LSP gửi bản tin RESV trở về để thiết lập LSP. Điều này hữu ớch cho việc thiết lập cỏc LSP Site-to-Site. Thứ hai, khi LSP được thiết lập cho một tập cỏc gúi tin, khụng chỉ là một luồng ứng dụng riờng, đối tượng chứa một trường để xỏc định giao thức lớp cao hơn sẽ sử dụng LSP. Trường này được sử dụng giống như trường EtherType hoặc tương tự như mó phõn kờnh để xỏc định giao thức lớp cao hơn (IPv4, IPX,
v.v..), vỡ vậy sẽ khụng cú trường phõn kờnh trong mào đầu MPLS nữa. Do vậy, một LSP cú thể cần được thiết lập cho mỗi giao thức lớp cao hơn nhưng ở đõy khụng giới hạn những giao thức nào được hỗ trợ. Đặc biệt, khụng yờu cầu cỏc gúi tin mang trong LSP được thiết lập sử dụng RSVP phải là cỏc gúi tin IP.
3.3. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG SỬ DỤNG CễNG NGHỆ MPLS
Chớnh vấn đề nõng cao chất lượng dịch vụ QoS là một trong những yếu tố thỳc đẩy MPLS. So sỏnh với cỏc yếu tố khỏc, như quản lý lưu lượng và hỗ trợ VPN thỡ QoS khụng phải là lý do quan trọng nhất để triển khai MPLS. Nhưng chỳng ta sẽ thấy dưới đõy, hầu hết cỏc cụng việc được thực hiện trong MPLS QoS tập trung vào việc hỗ trợ cỏc thuộc tớnh QoS trong mạng.
Một trong những lý do để khẳng định MPLS khụng giống như IP là MPLS khụng phải là giao thức xuyờn suốt. MPLS khụng chạy trong cỏc mỏy chủ, và trong tương lai nhiều mạng IP khụng sử dụng MPLS vẫn tồn tại. QoS mặt khỏc là thuộc tớnh xuyờn suốt của liờn lạc giữa cỏc LSR cựng cấp. Vớ dụ, nếu một kờnh kết nối trong tuyến xuyờn suốt cú độ trễ cao, độ tổn thất lớn, băng thụng thấp sẽ giới hạn QoS cú thể cung cấp dọc theo tuyến đú. Một cỏch nhỡn nhận khỏc về vấn đề này là MPLS khụng thay đổi về căn bản mụ hỡnh dịch vụ IP. Cỏc nhà cung cấp dịch vụ khụng bỏn dịch vụ MPLS, họ bỏn dịch vụ IP (hay dịch vụ Frame Relay hay cỏc dịch vụ khỏc), và do đú, nếu họ đưa ra QoS thỡ họ phải đưa ra IP QoS (Frame Relay QoS, v.v..) chứ khụng phải là MPLS QoS.
Điều đú khụng cú nghĩa là MPLS khụng cú vai trũ trong IP QoS. Thứ nhất, MPLS cú thể giỳp nhà cung cấp đưa ra cỏc dịch vụ IP QoS hiệu quả hơn. Thứ hai, hiện đang xuất hiện một số khả năng QoS mới hỗ trợ qua mạng sử dụng MPLS khụng thực sự xuyờn suốt tuy nhiờn cú thể chứng tỏ là rất hữu ớch, một trong số chỳng là băng thụng bảo đảm của LSP.
Do cú mối quan hệ gần gũi giữa IP QoS và MPLS QoS, phần này sẽ được xõy dựng xung quanh cỏc thành phần chớnh của IP QoS. IP cung cấp hai
mụ hỡnh QoS: Dịch vụ tớch hợp InServ (sử dụng chế độ đồng bộ với RSVP) và dịch vụ DiffSer.
3.3.1. Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort)
Đõy là dịch vụ thường gặp trờn mạng Internet hay mạng IP núi chung. Cỏc gúi thụng tin được chuyển đi theo nguyờn tắc "đến trước được phục vụ trước" mà khụng cần quan tõm đến đặc tớnh lưu lượng của dịch vụ là gỡ. Điều này dẫn đến việc rất khú hỗ trợ cho cỏc dịch vụ đũi hỏi độ trễ thấp như cỏc dịch vụ thời gian thực hay Video. Cho đến thời điểm hiện nay, đa phần cỏc dịch vụ cung cấp bởi Internet vẫn sử dụng nguyờn tắc Best Effort này.
3.3.2. Mụ hỡnh dịch vụ tớch hợp (IntServ)
Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp cỏc dịch vụ thời gian thực (thoại, Video) và băng thụng cao (đa phương tiện) dịch vụ tớch hợp IntServ đó ra đời. Đõy là sự phỏt triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và cỏc dịch vụ thời gian thực. Động lực thỳc đẩy mụ hỡnh này chủ yếu do những lý do cơ bản sau đõy:
Dịch vụ cố gắng tối đa khụng cũn đủ tốt nữa: ngày càng cú nhiều ứng dụng khỏc nhau cú những yờu cầu khỏc nhau về đặc tớnh lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng ngày càng yờu cầu cao hơn về chất lượng dịch vụ.
Cỏc ứng dụng đa phương tiện cả gúi ngày càng xuất hiện nhiều: mạng
IP phải cú khả năng hỗ trợ khụng chỉ đơn dịch vụ mà phải hỗ trợ tớch hợp đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khỏc nhau từ thoại, số liệu đến Video.
Tối ưu hoỏ hiệu xuất sử dụng mạng và tài nguyờn mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyờn mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng cú độ ưu tiờn cao hơn, phần cũn lại sẽ dành cho số liệu dạng best effort.
Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mụ hỡnh dịch vụ IntServ cho phộp nhà cung cấp mạng cung cấp được dịch vụ tốt nhất khỏc biệt với cỏc nhà cung cấp cạnh tranh khỏc. Mụ hỡnh IntServ được mụ tả trong hỡnh sau:
Hỡnh 3-13. Mụ hỡnh dịch vụ IntServ.
Trong mụ hỡnh này cú một số thành phần tham gia như sau:
Giao thức thiết lập: Setup cho phộp cỏc mỏy chủ và cỏc router dự trữ động tài nguyờn trong mạng để xử lý cỏc yờu cầu của cỏc luồng lưu lượng riờng, RSVP, Q.2931 là một trong những giao thức đú.
Đặc tớnh luồng: xỏc định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riờng biệt. Luồng được định nghĩa như một luồng cỏc gúi từ nguồn đến đớch cú cựng yờu cầu về QoS. Về nguyờn tắc cú thể hiểu đặc tớnh luồng như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yờu cầu.
Điều khiển lưu lượng: trong cỏc thiết bị mạng (mỏy chủ, router, chuyển mạch) cú thành phần điều khiển và quản lý tài nguyờn mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yờu cầu. Cỏc thành phần điều khiển lưu lượng này cú thể được khai bỏo bởi giao thức bỏo hiệu như RSVP hay nhõn cụng. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm:
Điều khiển chấp nhận: xỏc định thiết bị mạng cú khả năng hỗ trợ QoS theo yờu cầu hay khụng;
Thiết bị phõn loại (Classifier): nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa trờn nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gúi;
Thiết bị phõn phối (Scheduler): cung cấp cỏc mức chất lượng dịch vụ QoS trờn kờnh ra của thiết bị mạng.
Cỏc mức chất lượng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm:
Dịch vụ bảo đảm GS: băng tần dành riờng, trễ cú giới hạn và khụng bị thất thoỏt gúi tin trong hàng. Cỏc ứng dụng cung cấp thuộc loại này cú thể kể đến: hội nghị truyền hỡnh chất lượng cao, thanh toỏn tài chớnh thời gian thực,...
Dịch vụ kiểm soỏt tải CL: khụng đảm bảo về băng tần hay trễ nhưng
khỏc best effort ở điểm khụng giảm chất lượng một cỏch đỏng kể khi tải mạng tăng lờn. Phự hợp cho cỏc ứng dụng khụng nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gúi như truyền multicast audio/video chất lượng trung bỡnh.
Dịch vụ Best effort.
3.3.3. Mụ hỡnh dịch vụ DiffServ
Việc đưa ra mụ hỡnh IntServ đó cú vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liờn quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiờn trờn thực tế, mụ hỡnh này khụng thực sự đảm bảo được QoS xuyờn suốt (End-to-end). Đó cú nhiều cố gắng để thay đổi điều này nhằm đạt được một mức QoS cao hơn cho mạng IP và một trong những cố gắng đú là sự ra đời của DiffServ. DiffServ sử dụng việc đỏnh dấu gúi và xếp hàng theo loại để hỗ trợ cỏc dịch vụ ưu tiờn qua mạng IP. Hiện tại IETF đó cú một nhúm làm việc DiffServ để đưa ra cỏc tiờu chuẩn RFC về DiffServ.
Nguyờn tắc cơ bản của DiffServ như sau:
Định nghĩa một số lượng nhỏ cỏc lớp dịch vụ hay mức ưu tiờn. Một
lớp dịch vụ cú thể liờn quan đến đặc tớnh lưu lượng (băng tần min- max, kớch cỡ burst, thời gian kộo dài burst..).
Phõn loại và đỏnh dấu cỏc gúi riờng biệt tại biờn của mạng vào cỏc lớp dịch vụ.
Cỏc thiết bị chuyển mạch, router trong mạng lừi sẽ phục vụ cỏc gúi theo nội dung của cỏc bớt đó được đỏnh dấu trong mào đầu của gúi.
Với nguyờn tắc này, DiffServ cú nhiều lợi thế hơn so với IntServ:
Khụng yờu cầu bỏo hiệu cho từng luồng;
Dịch vụ ưu tiờn cú thể ỏp dụng cho một số luồng riờng biệt cựng một lớp dịch vụ. Điều này cho phộp nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng cung cấp một số lượng nhỏ cỏc mức dịch vụ khỏc nhau cho khỏch hàng cú nhu cầu;
Khụng yờu cầu thay đổi tại cỏc mỏy chủ hay cỏc ứng dụng để hỗ trợ
dịch vụ ưu tiờn. Đõy là cụng việc của thiết bị biờn;
Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN.
Tuy nhiờn cú thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như:
Khụng cú khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo như GS của
IntServ hay ATM;
Thiết bị biờn vẫn yờu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gúi giống như trong mụ hỡnh IntServ;
Vấn đề quản lý trạng thỏi phõn loại của một số lượng lớn cỏc thiết bị biờn là một vấn đề khụng nhỏ cần quan tõm;
Chớnh sỏch khuyến khớch khỏch hàng trờn cơ sở giỏ cước cho dịch vụ
cung cấp cũng ảnh hưởng đến giỏ trị của DiffServ.
Mụ hỡnh DiffServ tại biờn và lừi được mụ tả trong hỡnh sau đõy:
Phõn loại Multi-byte Giỏm sỏt Đỏnh dấu gúi Quản lý hàng đợi và phõn phối
Phõn loại Quản lý hàng đợi và
phõn phối
Router lừi
Hỡnh 3-14. Mụ hỡnh DiffServ tại biờn và lừi của mạng
Mụ hỡnh DiffServ bao gồm một số thành phần như sau:
DS-Byte: byte xỏc định DiffServ là thành phần TOS của IPv4 và trường loại lưu lượng IPv6. Cỏc bớt trong byte này thụng bỏo gúi tin được mong đợi nhận được thuộc dịch vụ nào.
Cỏc thiết bị biờn (router biờn): nằm tại lối vào hay lối ra của mạng cung cấp DiffServ.
Cỏc thiết bị bờn trong mạng DiffServ.
Giỏm sỏt: cỏc cụng cụ và nhà quản trị mạng giỏm sỏt và đo kiểm đảm
bảo SLA giữa mạng và người dựng.
3.3.4. Mụ hỡnh phõn luồng lưu lượng MPLS
Tương tự như DiffServ, MPLS cũng hỗ trợ chất lượng dịch vụ trờn cơ sở phõn loại cỏc luồng lưu lượng theo cỏc tiờu chớ như độ trễ, băng tần... Đầu tiờn tại biờn của mạng, luồng lưu lượng của người dựng được nhận dạng (bằng việc phõn tớch một số trường trong mào đầu của gúi) và chuyển cỏc luồng lưu lượng