ng 2.7: Các giá trị AF mc loại bỏ gói

2.2.4.4 Phơn l p l u l ng vƠ đi u hòa

Miền DiffServ có thể chia làm 2 phần chính:

Phân lớp l u l ợng: Bộ phânlớp chọn lựa các gói tin dựa trên sự kết hợp các giá trị DSCP[15][16] trong tiêu đề IP. Có hai dạng phân lớp - Tập hợp đối xử BA[13] và tr ng đa dữ liệu MF[13]. BA chọn lựa gói tin dựa trên giá trị DSCP trong khi MF chọn lựa gói tin dựa trên sự kết hợp tr ng tiêu đề IP nh : Địa chỉ nguồn, địa chỉ đích, cổng nguồn, cổng đích…

Điều hòa l u l ợng: Thực hiện đo, định dạng, chính sách, đánh dấu và đánh dấu lại để đảm bảo l u l ợng vào miền DiffServ thích hợp theo m c thỏa thuận điều hòa l u l ợng TCA[13] và m c thỏa thuận dịch vụ SLA. Tại bộ định tuyến biên c a miền DiffServ, ch c năng điều hòa l u l ợng đ ợc thực thi, các ch c năng này đ ợc mô tả nh sau:

- Đo: Đo đặc tính th i gian c a luồng l u l ợng dựa vào phân lớp.

- Định dạng: Làm trễ các gói tin trong luồng l u l ợng phù hợp với các m c thỏa thuận dịch vụ SLA[15].

- Chính sách: Loại bỏ các gói tin trong luồng l u l ợng theo th tự phù hợp với m c m c thỏa thuận dịch vụ SLA.

đánh dấu và đánh dấu lại.

2.3 Chuy n m ch nhƣn đa giao th c MPLS ( Multiprotocol Label Switching ) 2.3.1 Khái ni m

Chuyển mạch nhưn đa giao th c MPLS[13][15][16][23][28] đ ợc IETF đ a ra vào năm 1997nhằmmở rộng khả năng định tuyếnc a lớpmạng. MPLS là kỹ thuật chuyển mạch gói, sử dụng các nhưn để chuyển tiếp gói tin và đ ợc xem nh là công nghệ lớp đệm (Shim layer), nằm trên lớp 2 nh ng d ới lớp 3, đôi khi đ ợc gọi là lớp 2,5 [13][23].

2.3.2 Ki n trúc MPLS

Hình 2.8: Kiến trúc MPLS[15]

Hình 2.8 kiến trúc MPLS gồm 2 phần chính: Phần chuyển tiếp - Mặt phẳng dữ liệu; phần điều khiển - Mặt phẳng điều khiển. Phần chuyển tiếp sử dụng cơ sở dữ liệu thông tin chuyển tiếp nhưn (LFIB) để thực hiện chuyển tiếp các gói tin, phần điều khiển có nhiệm vụ trao đổi thông tin định tuyến và trao đổi nhãn giữa các nút mạng[13][21].

2.3.3 Ki n trúc mi n MPLS

Hình 2.9 thể hiện kiến trúc miền MPLS đơn giản. Kiến trúc miền MPLS gồm 2 phần: Phần lõi (Core) và phần biên (Edge), các bộ định tuyến (Router) lõi đ ợc gọi là bộ định tuyếnchuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router)[15], các Router ở biên đ ợc gọi là bộ định tuyến nhưn biên LER (Label Egde Router)[15].

Hình 2.9: Kiến trúc miền MPLS

LER thực hiện việc gán và tháo nhưn cho các gói tin, các LSR thực hiện chuyển tiếp gói tin dựa trên việc dán nhãn ở Shim header giữa lớpliên kết vàlớp mạng. Đ ng chuyển mạch nhưn LSP (Label Switched Path)[15] nối giữa LER ngỏ vào (Ingress LER) với LER ngỏ ra (Egress LER) và đ ợc thiết lập bởi các LSR nhằm chuyển các gói tin đi xuyên qua miền mạng. Đầu tiên tại Router biên các luồng l u l ợng đ ợc nhận dạng (bằng việc phân tích một số tr ng trong mào đầu c a gói tin) và chuyển các luồng l u l ợng đó trong các LSP riêng với thuộc tính COS hay QoS c a nó.

2.3.4 MPLS Header ( Tiêu đ nhãn MPLS )

Hình 2.10: Tiêu đề nhãn MPLS[13]

Gán nhãn gói tin đ ợc thực hiện ở tiêu đề Shim header. Tiêu đề nhãn MPLS có 32 bit, nằm giữa tiêu đề lớp 2 và lớp 3 đ ợc thể hiện nh hình 2.10. Một Shim header có

chia ra thành nhiều tr ng nh sau:

- Nhãn_Label: 20 bit đầu tiên dùng cho nhưn, một gói tin có thể đ ợc “dán chồng ” nhiều nhưn, các nhưn này ch a trong một nơi gọi là ngăn xếp nhưn (label stack). Stack nhưn là một tập hợp gồm nhiều entry nhưn tổ ch c theo nguyên tắc FIFO[22]. Tại mỗi nút chỉ xử lý nhưn hiện hành trên đỉnh stack nhưn. Chính nhưn này sẽ đ ợc LSR sử dụng để chuyển tiếp gói tin. Nếu gói tin ch a có nhưn thì stack nhưn là rỗng (độ sâu c a stack nhưn bằng 0).

- Bit thực nghiệm_EXP: 3 bit dùng cho phân lớpdịch vụ (Exp/Cos) [13][21].

- Bit S (Bottom of stack): 1 bit (S) xác định nhưn cuối cùng trong ngăn xếp nhãn, khi một nhưn nằm ở đáy stack nhưn thì bít S thể hiện là 1, còn đối với các nhưn khác thì bit S đặt về 0 [13][21].

- Th i gian sống _TTL (Time To Live): 8 bit TTL dùng để tránh chuyển tiếp vòng lặp và cũng có thể dùng điều chỉnh đ ng đi, các LSR ngõ vào đặt th i gian sống TTL,

bộ đếm (Couter) sẽ giảm 1 giá trị TTL khi gói tin đi qua mỗi LSR dọc theo đ ng truyền. Nếu TTL hết hạng, LSR sẽ loạibỏ các gói tin [13][21].

2.3.5 Đ ng chuy n m ch nhƣn - LSP ( Label Switched Path )

Hình 2.11: LSP là đ ng nối giữa bộ định tuyến ngỏ vào (Ingress LER) vớibộ định tuyến ngỏ ra (Egress LER), đ ợc thiết lập bởi các bộ định tuyến LSR nhằm chuyển các gói tin đi xuyên qua mạng. LSP đi xuyên qua mạng đ ợc định nghĩa bằng các th tục hoán đổi nhưnbởi các LSR[15].

2.3.6 L p chuy n ti p t ng đ ng - FEC ( Forwarding Equivalence Class )

Là một tập hợp các gói tin đ ợc đối xử nh nhau bởi một LSR. Có thể xem FEC là một nhóm các gói IP đ ợc chuyển tiếp trên cùng một đ ng chuyển mạch nhưn LSP, đ ợc đối xử nh nhau và có thể ánh xạ vào một nhưn bởi bộ định tuyến LSR[15].

2.3.7 Kỹ thu t l u l ng MPLS ( MPLS ậ TE)

Kỹ thuật l u l ợng MPLS cần thiết nhằm đạt đ ợc việc thực thi các kết nối và tối u hóa nguồn tài nguyên mạng. Điều này thể hiện việc xem xét đ ng đi để chuyển tiếp các l u l ợng từ nguồnđến đích với các ràng buộc khác nhau.

Trong khi đó chuyển tiếp l u l ợng trên các đ ng đi thì không khả dụng đối với các mạng IP, bởi vì chuyển tiếp IP thực thi tại mỗi nút dựa vào địa chỉ đích, th ng là thực thi độc lập, còn đối với kỹ thuật l u l ợng MPLS thì khả năng định tuyến là đặt nguồn LSP để tính toán đ ng đi, tạo trạng thái chuyển tiếp MPLS và ánh xạ các gói tin vào LSP cụ thể. Việc ánh xạ và chuyển tiếp gói tin đ ợc thực hiện độc lập trên nhưn, tất cả các nút trung gian có thể thực thi độc lập để chuyển tiếp các gói tin.

Trung kế l u l ợng đ ợc thiết lập để thực thi TE trong miền MPLS. Trung kế l u l ợng đ ợc định nghĩa nh việc chọn lựa các luồng l u l ợng đặt trong một LSP[15].

2.4 K t h p DiffServ - MPLS Prec/DSCP được ánh xạ đến trường EXP Miền MPLS-DiffServ MPLS Hrd Gói IPv4 Gói IPv4 EXP S TTL LABEL

20bits 3bits 1bit 3bits Prec/DSCP

MPLS cung cấp kỹ thuật l u l ợng cho DiffServ và DiffServ hỗ trợ MPLS về kiến trúc QoS. Vì thế kết hợp MPLS và DiffServ làm cho mạng có tính khả thi cao. Vấn đề thách th c đối với DiffServ là các LSR có thể áp dụng chuyển tiếp gói tin dựa trên vào hoặc là nhưn MPLS hoặc là tr ng DSCP. IETF khắc phục hạn chế này bằng cách đề nghị giải quyết 2 thông tin DiffServ trong Shim header MPLS. Th nhất là giải quyết khả năng áp dụng khi các mạng có thể hỗ trợ ít hơn 8 PHB. Nghĩa là 3 bit thực nghiệm (EXP) c a tiêu đề MPLS đ ợc sử dụng để ánh xạ các DSCP và mỗi việc kết hợp EXP đ ợc thể hiện nh hình 2.12 và bảng 2.8. B ng 2.8: Ánh xạ giữa tr ng DSCP và EXP[21] Expedited Fowarding (EF) Assured Fowarding (AF1) AF2 AF3 Best effort (BE)

DSCP 6 bits EXP 3bits

101110 001010 001100 001110 010010 010100 010110 AF4 011010 011100 011110 100010 100100 100110 000000 101 001 010 011 100 000 2.4.1 Đ ng chuy n m ch nhƣn E-LSP A B C D AF2 EF AF1 Miền MPLS Hình 2.13: Đ ng E-LSP

E-LSP là một kiểu LSP có thể truyền tải đồng th i nhiều lớp l u l ợng. Các LSR sử dụng tr ng EXP (CoS) trong tiêu đề Shim header để suy ra PHB mà gói tin yêu cầu. Hình 2.13 minh họa một mạng MPLS sử dụng E-LSP, trong tr ng hợp này có 2 E-LSP giữa A và D, mạng hỗ trợ 3 lớp dịch vụ: EF, AF1 và AF2[15].

2.4.2 Đ ng chuy n m ch nhƣn L-LSP A B C D AF2 EF AF1 Miền MPLS Hình 2.14: Đ ng L-LSP

L-LSP là một kiểu LSP chỉ truyền tải duy nhất một lớp l u l ợng. Các LSR có thể suy ra lớp liên kết với gói tin từ nhưn và xác định chính xác PHB sử dụng nhưn kết hợp với tr ng EXP. Hình 2.14 có bốn L-LSP giữa nút A và D, mạng hỗ trợ 3 lớp l u l ợng: EF, AF1 và AF2[15].

2.5 Các thu t toán

2.5.1 Lo i b gói tin ng u nhiên s m RED (Random Early Detection)

RED[2][13][22] phát hiện tắc nghẽn và loại bỏ gói tin ngẫu nhiên từ bộ đệm. RED ch a 2 module: Module dự báo tắc nghẽn và module hiện trạng loại bỏ gói tin. Ch c năng chính c a module dự báo tắc nghẽn là làm thế nào để ớc l ợng đ ợc hay đánh giá đ ợc hành vi c a l u l ợng trong bộ đệm theo th i gian và phát hiện khả năng tắc nghẽn. Cách tiếp cận đơn giản nhất là dựa vào chiều dài hàng đợi (N) và xác định trạng thái tắc nghẽn dựa trên cơ sở hàng đợi bị đầy hay không bằng cách so sánh với kích

th ớc bộ đệm hàng đợi (B). Một ph ơng pháp khác đ ợc sử dụng để dự đoán tắc nghẽn là dựa vào thuật toán th i gian trung bình c a hàng đợi, đầu ra c a module dự đoán tắc nghẽn là chiều dài hàng đợi trung bình trọng số (Nη). Gọi α là phần trăm bộ đệm bị đầy và đ ợc tính theo công th c sau: α = Nη/ B. Ch c năng module hiện trạng loại bỏ gói tin là đ a ra các ng ỡng khống chế

α

α

Hình 2.15: Kiến trúc giải thuật RED[2]

2.5.2 Lo i b gói tin ng u nhiên s m theo tr ng số WRED (Weighed Random Early Detection)

WRED là phiên bản mở rộng c a RED, áp dụng kỹ thuật loại bỏ gói sớm có trọng số. WRED khác RED ở chỗ, thay vì RED sử dụng một hồ sơ loại bỏ gói đối vớitất cả các hàng đợi, WRED sử dụng nhiều hồ sơloại bỏ gói cho mộthàng đợi[2][4][13].

2.5.3 HƠng đ i cơn bằng theo tr ng số WFQ (Weighed Fair Queuing)

Hình 2.17: Lập lịch WFQ

Hình 2.17: WFQ là thuật toán xếp hàng l u l ợng có trọng số, đ ợc thiết kế nhằm giải quyết những hạn chế c a mô hình hàng đợi công bằng FQ. Trong mô hình WFQ [13][19][22][29], các gói tin đến đ ợc phân lớp l u l ợng và mỗi l u l ợng đ ợc xếp hàng theo nguyên tắc vào tr ớc ra tr ớc FIFO[13]. Nếu tất cả các l u l ợng có cùng u tiên trọng số, WFQ sẽ chia đều băng thông cho tất cả các l u luợng. Bộ lập lịch gửi đi các gói từ các hàng đợi dựa trên cơ sở th tự đư đ ợc tính toán th i gian hoàn tất gói.

2.5.4 HƠng đ i cơn bằng theo tr ng số d a trên c s l p CBWFQ (ClassậBased Weighed Fair Queuing)

Hình 2.18: CBWFQ[4][13] là thuật toán xếp hàng l u l ợng có trọng số dựa trên cơ sở lớp. Trong hàng đợi CBWFQ các luồng l u l ợng vào đ ợc nhóm vào m lớp và băng thông cổng ra đ ợc phân phối tới m lớp tùy thuộc vào trọng số yêu cầu băng thông c a từng lớp, trọng số có thể tăng đến 100% và đ ợc tính theo công th c 2-1.





Wi

%

100

Wi: Trọng sốbăng thông cổng ra cho lớp i

Hình 2.18: Lập lịch CBWFQ[4]

Đối với hàng đợi CBWFQ, trong một lớp, các luồng riêng biệt đ ợc lập lịch bởi hàng đợi WFQ, biểu thị số hàng đợi WFQ trong lớp i là Ni. Tổng số hàng đợi WFQ đ ợc tính theo công th c 2-2.





N

WFQ

Wij = Wi * wij (Công th c 2-3) Trong đó:

Wij: Trọng số băng thông cổng ra cho hàng đợi th j trong lớp i Wi: Trọng sốbăng thông cổng ra cho lớp i

Ch ng 3

MÔ PH NG IPTV TRÊN OPNET

3.1. Vấn đ v mô ph ng

Chất l ợng dịch vụ IPTV đ ợc đánh giá qua tiêu chuẩn các thông số nh : Thông l ợng, độ trễ, độ tr ợt và tỉ lệ mất gói tin khi thực thi truyền các gói tin qua môi tr ng mạng. Vấn đề là khi mạng trong tình trạng xảy ra tắc nghẽn cao, khả năng xử lý c a mạng nh thế nào để đảm bảo đ ợc chất l ợng dịch vụ theo yêu cầu. Trong ch ơng này với sự hỗ trợ c a công cụ mô phỏng OPNET 14.5[31] sẽ mô phỏng một số kịch bản để dẫn ch ng cho khả năng hoạt động c a mạng trong việc đảm bảo chất l ợng dịch vụ IPTV. Chi tiết thông tin về cấu hình thuộc tính mạng đề nghị xem trong phần phụ lục.

3.2 Công c mô ph ng ậ OPNET 14.5 3.2.1 Gi i thi u

Lý do để chọn OPNET là tính phổ biến c a nó, OPNET tuy là phần mềm th ơng mại, nh ng miễn phí cho các tr ng Đại học, Học viện. Phiên bản OPNET 14.5 có nhiều th viện phong phú, đặc biệt là th viện hỗ trợ cho DiffServ và MPLS.

3.2.2. CƠi đặt OPNET 14.5

OPNET 14.5 chạy trên môi tr ng Widows XP và liên kết với ngôn ngữ C. Các b ớc cài đặt đ ợc thực hiện nh sau:

- B ớc1: Cài Microsoft Visual Studio 2005 (cài Full).

- B ớc 2: Cài OPNET 14.5.A bao gồm: a. modeler_ 145A_PL8_7808_Win.exe. b. modeler_ docs_02-Sep-2008_Win.exe.

c. models_ 145A_PL8_24Sep08_Win.exe.

- B ớc 3: Cấu hình lại (đ ng dẫn, các hàm) trong hệ thống (b ớc quan trọng). - B ớc 4: Chạy tập tin Crack (OPNET.Modeler.14.5, Licence.Maker FFS).

3.3 Mô ph ng IPTV trên OPNET

Mục tiêu mô phỏng là xem xét khả năng chịu tải khác nhau c a cấu trúc mạng trong các kịch bản. Vấn đề thay đổi tải sẽ đ ợc thực hiện cụ thể nh : Tăng tải l u l ợng Video, Voice, Ftp, Http cần truyền, tăng tải l u l ợng nền…sao cho mạng từ nghẽn thấp đến nghẽn cao để có thể xem xét và đánh giá khả năng đảm bảo chất l ợng c a chúng. Thực nghiệm đ ợc chạy trên cùng một cấu trúc mạng với các kỹ thuật nh : Kỹ thuật Baseline, DiffServ và DiffServ - MPLS.

3.3.1 Cấu hình m ngmô ph ng

Cấu hình mạng mô phỏng đ ợc thực hiện thông qua 9 nút mạng (2 nút biên và 7 nút lõi) cùng với 6 cặp truyền và nhận tín hiệu cụ thể nh sau:

- Router biên: Ethernet2_slip8_ler. - Router lõi: Ethernet2_slip8_lsr.

- Máy trạm_Client: Ethernet_wkstn_adv. - Máy ch _Server: Ethernet_Server_adv.

- Kết nối các máy trạm,máy ch với Router biên: 10BaseT hai chiều.

- Kết nối các Router: PPP_adv 20Mbps hai chiều, tải l u l ợng nền đ ợc cài đặt tăng từ 85% đến 95%.

- Cấu hình các ng dụng: Application_Config. - Cấu hình các profile: Profile_Config.

- Cấu hình các dịch vụ: QoS_Config.

- Cấu hình chuyển mạch nhưn đa giao th c: MPLS_Config (FEC và trung kế l u l ợng ).

- Đ ng chuyển mạch nhưn tĩnh: MPLS_E-LSP_STATIC, tạo các bản định tuyến tĩnh tại mỗi nút mà LSP đi ngang qua.

3.3.2 Các kịch b n mô ph ng

Thực nghiệm đ ợc chạy trên OPNET 14.5 với các l u l ợng ng dụng Video, Voice, Ftp, Http (phụ lục bảng P.1 đến P.6) cùng với 9 kịch bản cụ thể nh sau:

- Kịch bản 1_ Baseline: Không thực thi QoS, l u l ợng Ftp, Http, Voice cùng với