KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TIấN TIẾN
4.5 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG CHUYỂN MẠCH MPLS
4.5.1 Bỏo hiệu đảm bảo chất lượng dịch vụ
Như cỏc phần trờn đó trỡnh bày, hiệu năng của chuyển mạch phụ thuộc vào rất nhiều tham số
chủ yếu liờn quan đến đặc tớnh luồng lưu lượng và giải phỏp chuyển mạch. Cỏc vấn đề về giải phỏp kỹ thuật chuyển mạch đó được chỉ ra tại chương 3 và phần đầu của chương này. Với cỏc mục tiờu chuyển mạch đảm bảo chất lượng dịch vụ cho cỏc luồng thụng tin đa dịch vụ, cỏc giải phỏp nõng cao hiệu năng chuyển mạch được trỡnh bày trong mục này gồm hai phần: bỏo hiệu
đảm bảo chất lượng dịch vụ và định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ. Động lực cơ bản nhằm
Độ mềm dẻo để đảm bảo một số lượng lớn cỏc luồng lưu lượng vào mạng lừi mà khụng làm suy giảm hiệu năng mạng;
Dễ dàng quản lý cỏc luồng thớch hợp;
Gia tăng độ tin cậy và khả năng khụi phục lỗi của cỏc đường dẫn.
Hạn chế bớt thụng tin duy trỡ trạng thỏi luồng tại cỏc bộ định tuyến trung gian nhằm nõng cao hiệu năng mạng;
Hệ thống bỏo hiệu đảm bảo chất lượng dịch vụ thường thực thi qua cỏc tương tỏc với cỏc mỏy chủ chớnh sỏch, kỹ thuật lưu lượng và cỏc thành phần quản lý mạng. Nguyờn tắc chung của cỏc phương phỏp bỏo hiệu đảm bảo QoS hiện nay dựa trờn cỏc cơ chế phõn vựng và quản lý băng thụng.
Cơ chế phõn vựng bỏo hiệu của cỏc mạng tớch hợp đa dịch vụ băng thụng rộng dựa trờn cỏc miền chớnh sỏch khỏc nhau, trong đú bao gồm cả chớnh sỏch quản lý, chớnh sỏch định tuyến và kỹ thuật lưu lượng ứng dụng. Một hệ thống mạng lớn thường được chia thành hai vựng mạng: mạng lừi và mạng truy nhập. Cỏc phương phỏp bỏo hiệu cho vựng mạng truy nhập thực hiện trờn cỏc cơ sở mụ hỡnh Intserv với cỏc bỏo hiệu dành trước tài nguyờn như RSVP. Cỏc vựng mạng lừi thường sử dụng mụ hỡnh Diffserv với cỏc phương phỏp bỏo hiệu của PNNI mở rộng hoặc dựa trờn CR-LDP.
Cỏc phần tử quản lý băng thụng là một trong những phần tử quan trọng nhất trong cỏc kết nối liờn vựng, chớnh sỏch băng thụng được coi là chớnh sỏch ưu tiờn hàng đầu cho cỏc luồng lưu lượng khi chuyển qua cỏc vựng định tuyến khỏc nhau. Chiếm dụng tài nguyờn trong cỏc đường dẫn liờn mạng là một trong những vấn đề phức tạp yờu cầu rất nhiều cơ cấu đểđảm bảo tớnh mềm dẻo trong cỏc kết nối liờn vựng. Quản lý băng thụng trờn lớp liờn kết dữ liệu thực hiện việc ỏnh xạ cỏc yờu cầu QoS từ cỏc lớp cao tới liờn kết vật lý nhằm chiếm dụng tài nguyờn và xỏc lập cỏc thứ tựưu tiờn trong cỏc kết nối từđầu cuối tới đầu cuối.
4.5.2. Định tuyến và chuyển tiếp đảm bảo QoS
Định tuyến QoS xỏc định tuyến dựa trờn tài nguyờn mạng hiện cú và yờu cầu của luồng lưu lượng. Kết quả là chất lượng của ứng dụng được đảm bảo và cải tiến so với định tuyến nỗ lực tối đa truyền thống. Nú cú cỏc ưu điểm sau:
Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS lựa chọn tuyến đường đi khả thi bằng cỏch trỏnh cỏc nỳt và kết nối bị nghẽn.
Nếu tải lưu lượng vượt quỏ giới hạn của tuyến đường đang cú thỡ định tuyến đảm bảo QoS đưa ra nhiều tuyến khỏc để truyền lưu lượng dưđú.
Nếu xảy ra lỗi mạng hoặc lỗi nỳt thỡ định tuyến đảm bảo QoS sẽ lựa chọn một tuyến
đường đi thay thếđể nhanh chúng khụi phục lại việc truyền dữ liệu mà khụng làm giảm nhiều QoS.
Cỏc loại lưu lượng khỏc nhau cú yờu cầu QoS khỏc nhau, cỏc tổ hợp lưu lượng cú nguồn và đớch giống nhau cú thểđi cỏc tuyến đường khỏc nhau.
Tuy nhiờn, cỏc ưu điểm này của định tuyến QoS cũng phải chịu chi phớ để phỏt triển cỏc giao thức định tuyến mới hay mở rộng cỏc giao thức hiện tại. Một số khú khăn chủ yếu là:
Thứ nhất: do cỏc ràng buộc về chất lượng (trễ, rung pha, tỉ lệ mất gúi, băng thụng..) của cỏc ứng dụng phõn tỏn thường thay đổi. Nhiều ràng buộc đồng thời thường làm cho việc định tuyến trở nờn phức tạp vỡ rất khú cựng một lỳc thoả món được tất cả cỏc ràng
buộc. Hơn nữa, độ phức tạp của giao thức định tuyến QoS cũng phụ thuộc vào sự phõn nhỏ của nú sử dụng trong cỏc quyết định định tuyến
Thứ hai: bất kỡ một mạng tớch hợp dịch vụ nào trong tương lai cũng sẽ truyền tải cả lưu lượng QoS và lưu lượng BE, điều đú làm cho vấn đề tối ưu hoỏ trở nờn phức tạp hơn và rất khú cú thể xỏc định được điều kiện để thoả món tốt nhất cả hai loại lưu lượng trờn nếu chỳng phõn bốđộc lập.
Thứ ba: trạng thỏi mạng thay đổi thường xuyờn do tải khụng ổn định, cỏc kết nối được tạo ra và giải phúng liờn tục, kớch thước mạng ngày càng lớn làm cho việc thu thập thụng tin về trạng thỏi mạng trở nờn khú khăn hơn, đặc biệt khi bao gồm cả mạng vụ tuyến. Hoạt động của cỏc thuật toỏn định tuyến QoS cú thể bịảnh hưởng nghiờm trọng nếu khụng cập nhật thụng tin trạng thỏi mạng kịp thời.
4.5.3 Cỏc giải phỏp thực tiễn
Cỏc giải phỏp thực tiễn đưa ra trong mục này tập trung vào cỏc giải phỏp thực tiễn thực hiện trờn mạng chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS. Cỏc giải phỏp bỏo hiệu đảm bảo QoS trong MPLS được xõy dựng trờn hai giao thức RSVP-TE và CR-LDP mở rộng trờn mụ hỡnh phõn vựng RSVP-TE tại mạng biờn và CR-LDP tại mạng lừi, mụ hỡnh này tương thớch với hầu hết cỏc nhà cung cấp thiết bị vỡ phần lớn cỏc hệ thống định tuyến biờn mạng cú sẵn giao thức RSVP nhằm phục vụ cho lưu lượng IP. Bỏo hiệu RSVP mở rộng thờm một sốđối tượng như: tuyến hiện, đối tượng yờu cầu nhón, đối tượng đặc tớnh phiờn và đối tượng ghi lại tuyến trong một phần mở rộng (mờ) của RSVP. Cỏc đối tượng này được định nghĩa trong một bản tin gồm cú 3 trường chức năng chớnh trong tiờu đề gồm: Trường độ dài, trường kiểu bản tin và trường giỏ trịđược gọi tắt là TLV ( Type; Length, Value).
Cỏc giải phỏp định tuyến đảm bảo QoS trong MPLS được cải thiện từ thuật toỏn tỡm đường ngắn nhất và bổ sung một sốđiều kiện ràng buộc của mạng. Một số phương phỏp cơ bản gồm:
(i) Thuật toỏn bước nhảy tối thiểu MHA (min Hop Algorithm)
Thuật toỏn bước nhảy tối thiểu là thuật toỏn đơn giản nhất nhằm tỡm ra một đường dẫn với số
bước nhảy tối thiểu từ nguồn tới đớch, mặc dự thuật toỏn này cú khả năng tỡm được đường dẫn
đỏp ứng được yờu cầu băng thụng và cú ưu điểm là tớnh toỏn nhanh, nhưng MHA gõy ra hiện tượng nghẽn cổ chai tại liờn kết tải lớn trong mạng. MHA cú khuynh hướng sử dụng cựng một
đường dẫn cho tới khi đạt tới tỡnh trạng bóo hoà trước khi chuyển sang cỏc đường dẫn khỏc cú mức tải thấp hơn.
(ii) Thuật toỏn tỡm đường ngắn nhất và rộng nhất WSPA (Widest Sortest Path Algorithm)
Thuật toỏn tỡm đường ngắn nhất và rộng nhất (WSPA) là một thuật toỏn cải tiến từ thuật toỏn bước nhảy tối thiểu nhằm cõn bằng tải lưu lượng mạng. Trong thực tế, WSP sử dụng bước nhảy như là một hệđo lượng và chọn đường dẫn cú ớt bước nhảy nhất thoả món cỏc yờu cầu, nếu tồn tại nhiều đường dẫn, thuật toỏn sẽ chọn một đường dẫn với băng thụng cũn dư tối đa. Tuy nhiờn, thuật toỏn này vẫn cú điểm hạn chế giống như MHA khi lựa chọn đường dẫn được thực hiện giữa cỏc đường dẫn ngắn nhất được dựng tới khi bóo hoà, hơn nữa thuật toỏn khụng tớnh tới sự liờn quan giữa cỏc yếu tố bước nhảy và băng thụng.
(iii) Thuật toỏn tỡm đường rộng nhất và ngắn nhất SWPA (Shortest Widest Path Algorithm)
Thuật toỏn tỡm đường rộng nhất và ngắn nhất (SWPA) sử dụng băng thụng như là một tham sốđo lượng và lựa chọn đường dẫn với băng thụng nghẽn cổ chai tối đa. Băng thụng nghẽn cổ
đường dẫn. Nếu cú nhiều hơn một đường dẫn cú cựng băng thụng dư tối thiểu, thuật toỏn sẽ
chọn đường cú số lượng bước nhảy ớt nhất. Nhược điểm của thuật toỏn này là ưu tiờn băng thụng nhằm tối ưu tải liờn kết mà bỏ qua cỏc tham số khỏc.
(iv) Thuật toỏn định tuyến nhiễu tối thiểu MIRA ( Minimum Inteference Routing Algorithm)
Mục tiờu của thuật toỏn này là cung cấp đường dẫn cú nhiễu ớt nhất với cỏc yờu cầu kết nối
đường dẫn chuyển mạch nhón (LSP) trong tương lai giữa cỏc cặp nguồn – đớch khỏc (Sj,Tj). thuật toỏn này giả thiết cú một số nhận định về tiềm năng của cỏc cặp nguồn- đớch. Nhận định về tiềm năng của cặp nguồn- đớch cho phộp định tuyến lưu lượng mới dọc theo cỏc đường dẫn khụng bị tới hạn bởi yờu cầu trong tương lai, vỡ vậy nú giảm được cỏc số từ chối yờu cầu kết nối. Nhiễu của một đường dẫn cú thểđược định nghĩa như là sự suy giảm giỏ trị luồng tối đa của một cặp nguồn đớch do vấn đềđịnh tuyến trờn cựng một LSP của cỏc cặp nguồn đớch khỏc. Cỏc liờn kết tới hạn là cỏc liờn kết khi sử dụng trong một hướng mới giữa một cặp nguồn-đớch, nú làm suy giảm tốc độ luồng tối đa giữa cỏc cặp khỏc. Nú tớnh toỏn đường dẫn ngắn nhất bằng cỏch đặt giỏ liờn kết là tham số tới hạn và chạy thuật toỏn Dijkstra. Nhược điểm của thuật toỏn này là sử dụng phương phỏp tớnh nhằm đạt được tối đa số cỏc yờu cầu, vỡ vậy nú cú thể chọn cỏc đường dẫn dài và tải cao thay vỡ cỏc đường dẫn cú số bước nhảy ngắn nhưng rơi vào tới hạn, điều đú sẽ dẫn tới tải tổng thể của mạng sẽ tăng lờn. Hơn nữa, khi sử dụng cỏc cặp nguồn –đớch để tớnh cỏc liờn kết tới hạn, thuật toỏn khụng xỏc nhận tải thực tế sử dụng trờn cỏc cặp liờn kết này, vỡ vậy mức ảnh hưởng của cỏc cặp liờn kết cú tải khỏc nhau là khỏc nhau. Nhược
điểm cuối cựng là MIRA khụng tớnh toỏn cho cỏc yờu cầu trờn cựng một cặp nguồn - đớch (trường hợp tự can nhiễu).
Đó cú rất nhiều cỏc giải phỏp định tuyến ràng buộc được đề xuất trong MPLS như trỡnh bày trờn đõy, mục tiờu cơ bản của cỏc giải phỏp này là đưa cỏc điều khiển ràng buộc băng thụng vào trong cỏc bài toỏn tỡm đường dẫn ngắn nhất. Một sốđiều kiện khỏc nhưđộ trễ, độ tin cậy hay tổ hợp cỏc tham số tớnh toỏn cũng được đề xuất, tuy nhiờn khi sử dụng phương phỏp tổ hợp cỏc tham sốđo trong điều kiện thực tế gặp rất nhiều khú khăn vỡ sự biến động của lưu lượng lượng mạng và độ phức tạp trong tớnh toỏn định tuyến.