Khai báo MPLS

Quá trình c u hình MPLS trên các router đ ợc thực hiện theo các b ớc sau:

- C u hình MPLS ID trên các router trong miền MPLS

- C u hình MPLS chế độ frame mode cho các interface c a các router trong miền MPLS

- C u hình MTU

- C u hình IP TTL

- C u hình điều kiện phân phối nhưn

3.4.3 Khai báo ch t l ng d ch v QoS - DiffServ:

Hiện nay mạng vinaphone đư khai báo QoS theo mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ. Các dịch vụ đ ợc phân loại, đánh d u và áp dụng các chính sách khác nhau cho các dịch vụkhác nhau. Sau đây là chi tiết các quá trình:

3.4.3.1 Phân lo i l u l ng (Classifying).

Trên cơ s khai thác thực tế và theo tiêu chuẩn ETSI TS 123 107 V10.2.0

(2012-01) c a Viện Tiêu chuẩn Viễn thông châu Âu, mạng vinaphone phân loại các

dịch vụ sử dụng cho UMTS thành 4 lớp với tiêu chí phân loại dựa theo m c độ nhạy c m về trễ c a lớp dịch vụ đó.

B ng 3.1: Phân nhóm l u l ợng dựa trên ng dụng.

L p l u l ng Lo i d ch v

Lớp thoại/ Conversational Mobile Call, Mobile Video Call

Lớp luồng dữ liệu độ u tiên

cao/ Streaming 1

Mobile TV, Mobile Camera

Lớp luồng dữ liệu độ u tiên

th p/Streaming 2 ^{Music/ Video On Demand}

Lớp cơ b n/ Background Mobile Internet, Mobile Broadband, MMS, Mobile Game, FTP

60

Các lớp l u l ợng cho UMTS gồm có:

- Lớp thoại

- Lớp luồng dữ liệuđộ u tiên cao - Lớp luồng dữ liệu độ u tiên th p

- Lớp cơ b n

Lớp thoại và luồng dữ liệu ch yếu dành cho các ng dụng th i gian thực. Lớp cơ b n đ ợc áp dụng trên những ng dụng Internet truyền thống nh www, Email. B ng 3.1 liệt kê các nhóm l u l ợng và các dịch vụ t ơng ng.

3.4.3.2 Đánh d u gói tin (Marking)

Quá trình này đ ợc thực hiện trên các End point (MGW, MSS, xGSN, RNC, etc) hoặc trên các thiết bị mạng kết nối trực tiếp đến End-point

Từ quá trình phân loại trên, các gói tin c a các lớp l u l ợng đ ợc đánh d u

nh b ng 3.2:

B ng 3.2: Đánh d u gói tin

Traffic Description

Example Usage Queue DSCP

PHB

DSCP Decimal

Conversational Mobile Call, Mobile Video Call

Priority EF 46

Streaming 1 Mobile TV, Mobile Camera

Low Delay

AF41 34

Streaming 2 Music/ Video On Demand

Low Delay

AF42 36

Background Mobile Internet, Mobile Broadband, MMS, Mobile Game, FTP Low Loss AF11 10 3.4.3.3 Chính sách d ch v (Service Classes).

Áp dụng các chính sách khác nhau cho các loại l u l ợng khác nhau.

Tại các kết nối giữa router PE với router P và giữa router P với router P, các

lớp l u l ợng đ ợc áp dụng chính sách chiếm băng thông đ ng truyền trong tr ng hợp mạng bị tắc nghẽn nh hình 3.7.

61

MPLS EXP = 1 => class BACKGROUND Bandwith percent 10%

MPLS EXP = 4 => class STREAMING 1

MPLS EXP = 4 => class STREAMING 2 MPLS EXP = 5 => class CONVERSATION

Bandwith percent 40%

Bandwith percent 25%

Priority police rate percent 25%

Lưu lượng

vào

Hình 3.6: Chính sách l u l ợng trên router P

3.5 Đ xu t bi n pháp nơng cao hi u qu QoS:

Hiện nay mạng IP Core vinaphone đư khai báo QoS theo mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ. Các dịch vụ đ ợc đánh d u, phân loạingay từ các router PE đ u nối với các thiết bị viễn thông. Tuy nhiên kỹ thuật điều khiển l u l ợng dựa trên tính năng đ ng hầm l u l ợng ch a đ ợc ng dụng, khai thác trên mạng. Trên cơ s bài báo “QoS Performance Analysis in Deployment of DiffServ-aware MPLS Traffic Engineering” c a tác gi Dongli Zhang và Dan Ionescu làm việc tại tr ng

đại học Ottawa c a Canada, xu t b n năm 2007 trên tạp chí IEEE, tôi đư nghiên c u, tìm hiểu và mô phỏng việc kết hợp khai báo QoS DiffServ với việc ng dụng kỹ thuật l u l ợng đ ng hầm MPLS-TE, từ đó nâng cao ch t l ợng các dịch vụ

mạng di động 3G. Ch ơng tiếp theo trình bày các kịch b n mô phỏng và đánh giá

62

CH NG 4

CÁC K CH B N MÔ PH NG

4.1 Gi i thi u ch ng

Ch t l ợng các dịch vụ di động 3G đ ợc đánh giá qua các thông số nh : kh năng chiếm băng thông (thông l ợng), độ trễ, biến động trễ và tỉ lệ m t gói tin khi thực thi truyền các gói tin qua môi tr ng mạng. V n đề là khi mạng trong tình trạng x y ra tắc nghẽn, kh năng xử lý c a mạng nh thế nào để đ m b o đ ợc ch t l ợng dịch vụ theo yêu cầu. Ch ơng này tập trung sử dụng phần mềm OPNET để

mô phỏng các kịch b n. Các kịch b n này đ ợc đ a ra để làm rõ các phần đư trình bày trong các ch ơng tr ớc. Đánh giá ch t l ợng các dịch vụ giữa các kịch b n mô

phỏng.

4.2. Công c mô ph ng OPNET

OPNET là một công cụ phần mềm đ ợc sử dụng để mô phỏng mạng. OPNET ch a một l ợng th viện r tlớn về các mô hình mạng, mô hình node, mô hình liên kết, bao trùm từ mạng hữu tuyến cho tới mạng vô tuyến, với r t nhiều các giao th c mạng sẵn có, đặc biệt là th viện hỗ trợ cho DiffServ và MPLS. OPNET đ ợc thiết kế với cơ s dữ liệu phân lớp và h ớngđối t ợng, dựa trên nền

t ng bộ ngôn ngữ lập trình C/C++, tuy vậy OPNET lại có giao diện kéo th , tạo điều kiện t ơng tác dễ dàng hơn cho việc sử dụng để nghiên c u và mô phỏng mạng.

Ngoài việc mô phỏng mạng và các giao th c c a mạng, OPNET còn cung c p cho ta nhiều công cụ cho phép phân tích hiệu su t, tính toán đ ng đi,kh i tạo

l u l ợng, so sánh bằng đồ thị, … vô cùng linh hoạt,từ đó giúp ta không những chỉ tạo lập các hệ thống mạng mà còn giúp ta đánh giá hoạt động c a các hệ thống

63

4.3 Mô hình mô ph ng

Mục đích mô phỏng là để đánh giá ch t l ợng các dịch vụ di động 3G khi ng dụng kỹ thuật điều khiển l u l ợng MPLS-TE so với mô hình hiện tại đang áp dụng tại mạng truyền t i IP c a công ty vinaphone . Trên cơ s đó tôi xây dựng các kịchb nmô phỏng nh sau:

- Mô phỏng mạng khi ch a khai báo QoS - Mô phỏng mạng khi khai báo QoS DiffServ - Mô phỏng DiffServ MPLS-TE

Mô hình xây dựng để mô phỏng đ ợc xây dựng t ơng tự nh c u trúc mạng truyền t i IP hiện nay c a công ty vinaphone. Các kịch b n trên đều đ ợc mô phỏng trên cùng một mô hình nh hình 4.1 4.3.1 S đ mô ph ng P1_CTO PE_CTO Source_voice 1 Source_video 1 Source_video 2 Source_http 1 Dest_voice 1 Dest_video 1 Dest_video 2 Dest_http 1 P2_CTO P2_DNG P1_DNG P2_HCM P1_HCM PE_HCM Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng

Khu vực Cần Thơ bao gồmRouter PE_CTO và cặp Router P_CTO, Khu vực HCM bao gồm Router PE_HCM và cặp Router P_HCM, cặp Router P Đà Nẵng làm nhiệm vụ Backup cho đ ng kết nối giữa Cần Thơ và HCM khi đ ng kết nối giữa 2 khu vực này gặp sự cố m t liên lạc. Các nguồn l u l ợng voice, video, web

64

đ ợc đ u nối trực tiếp vào Router PE tại mỗi khu vực, l u l ợng do các thiết bị mạng sinh ra đ ợc chia thành 4 loại cơ b n sau:

- Source_http 1 đại diện cho l u l ợng c a lớpcơ b n (Background)

- Source_video 2 đại diện cho lớp luồng dữ liệu có độ u tiên th p (Streaming 2).

- Source_video 1 đại diện cho lớp luồng dữ liệu có độ u tiên cao (Streaming 1).

- Source_voice 1 đại diện cho lớp thoại (Conversational).

Các thông số c u hình chi tiết các nguồn l u l ợng voice 1, video1, video2,

http đ ợc miêu t chi tiết nh phụ lục P.1, P.2, P.3, P.4.

Tốc độ đ ng truyền từ các Router PE đến các Router P1 tại mỗi khu vực có tốc độ cao hơn so với h ớng kết nối đến Router P2. Đ ng kết nối giữa các thiết bị đếnRouter PE cùngkhu vực có tốc độ 10Mb/s. Đ ng kết nối giữaRouter PE với Router P và giữa các Router P các khu vực với nhau có tốc độ 8Mb/s. Riêng đ ng kết nối giữa PE và Router P1 các khu vực có tốc độ 9Mb/s. Bộ đệm c a các cổng là 1 Mbyte. Chi tiết nh b ng 4.1

B ng 4.1:Thông số các kết nối

H ng k t nối Băng thông

(Mbps) Kích th c b đ m

của interface (Mbyte)

Source voice 1 – PE_CTO 10 1

Source video 1 – PE_CTO 10 1

Source video 2 – PE_CTO 10 1

Source http 1 – PE_CTO 10 1 PE_CTO – P1_CTO 9 1 PE_CTO – P2_CTO 8 1 P1_CTO – P1_DNG 8 1 P1_CTO – P1_HCM 8 1 P2_CTO – P2_DNG 8 1 P2_CTO – P2_HCM 8 1 P1_DNG – P1_HCM 8 1 P2_DNG – P2_HCM 8 1

PE_HCM - Dest voice 1 10 1

PE_HCM - Dest video 1 10 1

PE_HCM - Dest video 2 10 1

65

Th i gian tiến hành mô phỏng là 10 phútvà đ ợc thực hiện trên 20 lần, trong

100s đầu tiên khi tiến hành mô phỏng, mạng thực thi các giao th c định tuyến

OPSF và MPLS để qu ng bá thông tin định tuyến và label, sau khi mạng hội tụ, tiến hành kh i tạo chạy các ng dụng voice, video, http.

4.3.2 Các b c c u hình c b n

Do mục đích mô phỏng là để so sánh kết qu với hiện trạng mạng Vinaphone

đang sử dụng nên việc xây dựng mô hình và các b ớc c u hình đ ợc thực hiện t ơng tự nh mạng Vinaphone đang sử dụng.

- C u hình OSPF

- C u hình MPLS

4.4 K ch b n 1: mô ph ng m ng khi ch a khai báo QoS 4.4.1 Mô t k ch b n

kịch b n này, đề tài đư mô phỏng mô hình nh sơ đồ hình 4.1, các dịch vụ trên mạng ch a khai báo QoS. Các l u l ợng trong kịch b n này do không có QoS

nên toàn bộ mặc định là Best Effort. Do giao th c định tuyến là giao th c OSPF nên đ ng kết nối PE_CTOP1_CTOP1_HCMPE_HCM có băng thông 9Mb cao

hơn kết nối từ PE_CTOP1_CTO có băng thông 8Mb và là đ ng đi ngắn nh t

nên sẽ là h ớng kết nối chính cho toàn bộ l u l ợng chuyển từ PE1_CTO đến

PE_HCM. Điều này làm cho l u l ợng ngõ ra c a Router PE_CTO đến Router P1_CTO sẽ bị nghẽn do tập trung quá nhiều l u l ợng cho kết nối này. Thông

l ợng đầu vào c a video_1 là 4,5Mbps, c a video_2 là 8,5Mbps, c a voice_1 là 120 Kbps, c a http_1 là 2,5 Kbps

4.4.2 K t qu mô ph ng

Kết qu mô phỏng nh b ng 4.2 cho th y khi không khai báo QoS thông l ợng tại đầu ra c a các nguồn l u l ợng th p hơn nhiều so với đầu vào và thông

l ợng ngõ ra biến động liên tục. Các chỉ tiêu về độ trễ, biến động trễ, tỷ lệ m t gói tin đ ợc miêu t chi tiết tại mục 4.7

66

Hình 4.2: Thông l ợng các luồng dữ liệu tại ngõ vào và ra khi ch a khai báo QoS

B ng 4.2: Thông l ợng ngõ vào và ngõ rakhi ch a khai QoS

Loại l u l ợng Thông l ợng ngõ vào Thông l ợng ngõ ra

Voice_1 120 Kbps 10 – 85 Kbps

Video_1 4,5 Mbps 2,0 – 3,5 Mbps

Video_2 8,5 Mbps 5,9 – 8,0 Mbps

http_1 4,5 Kbps 2,5 – 3,0 Kbps

4.5 K ch b n 2: Mô ph ng m ng khi đƣ khai báo QoS DiffServ 4.5.1 Mô t k ch b n

kịch b n này, mô hình mô phỏng cũng giống nh sơ đồ hình 4.1 trên

nh ng đư khai báo ch t l ợng dịch vụ QoS theo mô hình dịch vụ phân biệt

DiffServ. Quá trình phân lớp, đánh d u l u l ợng đ ợc thực hiện tại Router biên

đầu vào mạng MPLS là router PE_CTO. Quá trình này đ ợc thực hiện nh sau: - Phân lớp l u l ợng tại ngõ vào c a Router PE_CTO.

- Dựa trên kết qu phân lớp, quá trình đánh d u DSCPđ ợc thực hiện ng với từng lớpl u l ợng cụ thể.

- Khai báo hàng đợi CBWFQ và chính sách chống tắc nghẽn thông qua khai báo WRED cho từng lớp t ơng ng.

67

4.5.2 Phơn l p l u l ng t i ngõ vƠo của Router PE_CTO

Quá trình phân lớp l u l ợng này đ ợc thực hiện thông qua các ACL đ ợc c u hình tại Router biên PE_CTO, sau khi phân lớp l u l ợng thông qua các ACL này, l u l ợng sẽ đ ợc đánh d u DSCP t ơng ng với các lớp thông qua áp dụng

chính sách Traffic_Input_Policy trên các ngõ vào c a Router PE_CTO.

Source_video_1 sẽ đ ợc đánh d u theo lớp AF41, Source_video_2 sẽ đ ợc đánh d u vào lớp AF42, Source_voice_1 sẽ đ ợc đánh d u vào lớp EF, http_source_1 sẽ đ ợc đánh d u vào lớp AF11, chi tiết đánh d u nh b ng 4.3

B ng 4.3: Đánh d u DSCP cho các lớp l u l ợng

ACL name Action ^Source DSCP

Device IP

ACL_Voice_1 Permit Source_Voice_1 192.0.19.1 EF ACL_Video_1 Permit Source_Video_1 192.0.18.1 AF41 ACL_Video_2 Permit Source_Video_2 192.0.25.1 AF42 ACL_HTTP_1 Permit Source_Http_1 192.0.17.1 AF11

Sau khi phân lớp và đánh d u l u l ợng, khai báo hàng đợi CBWFQ (Class- Based Weighted Fair Queuing) và chính sách rớt gói tin WRED cho từng lớp l u l ợng cụ thể. Trong tr ng hợp mạng bị nghẽn, các lớp l u l ợng chiếm băng thông theo tỷ lệ tối thiểu đư đ ợc xác định tr ớc nh b ng 4.4 và chỉ có lớp thoại đ ợc u tiên. Tr ng hợp mạng không nghẽn các lớp chiếm băng thông theo l u l ợng nguồn phát. Chính sách l u l ợng Traffic_Output_Policy đ ợc áp dụng tại các ngõ ra c a router biên PE_CTO.

B ng 4.4: Phân bổ băng thông cho các lớp l u l ợng

Profile Name Bandwidth type Bandwidth (%) ^Priority Queue limit (packet)

WFQ_EF Relative 10 Enable 64

WFQ_AF41 Relative 40 Disable 64

WFQ_AF42 Relative 25 Disable 64

68

B ng 4.5: Các thông sốc u hình WRED

Name _{Match Value} ^DSCP _{Threshold (packets)} ^Minimum _{Threshold (packets)} ^Maximum

RED_EF 46 100 200

WRED_AF41 34 100 200

WRED_AF42 35 100 200

WRED_AF11 10 100 200

4.5.3 K t qu mô ph ng

Hình 4.3:Thông l ợng các luồng dữ liệu tại ngõ vào và ngõ ra khi khai báo QoS DiffServ

Kết qu mô phỏng nh hình 4.3 cho th y khi khai báo QoS DiffServ các chỉ tiêu về thông l ợng, độ trễ, biến động trễ, số l ợng gói tin nhận c a các loại l u l ợng đư đ ợc c i thiện nhiều so với khi ch a khai báo QoS.

B ng 4.6so sánh thông l ợng các nguồn l u l ợng khi ch a khai báo QoS

và khi khai báo QoS DiffServ

B ng 4.6: Thông l ợng ngõ ra khi ch a khai báo QoS và khi khai báo QoS

DiffServ

Loại l u l ợng Ch a khai báo QoS Khai báo QoS DiffServ

Voice_1 10 – 85 Kbps 120 Kbps

Video_1 2,0 – 3,5 Mbps 3,8 Mbps

Video_2 5,9 – 8,0 Mbps 4,3 Mbps

69

Kết qu cho th y thông l ợng ngõ vào c a nguồn voice_1 là 120 kbit/s, tại ngõ ra cũng thu đ ợc x p xỉ là 120 kbit/s, tại vì khi khai báo QoS DiffServ nguồn voice_1 đư đ ợc đánh d u DSCP là EF nên có u tiên cao, do vậy băng thông cho l u l ợng voice_1 đ ợc đ m b o. Thông l ợng c a video_1 tăng lên 3,8 Mbps, c a l u l ợng video_2 gi m xuống 4,3 Mbps tại vì video_1 đ ợc đánh d u DSCP là AF41 có độ u tiên loại bỏ gói ít hơn video_2 đ ợc đánh d u DSCP là AF42. Thông l ợng thu đ ợc c a http_1 cũng đư tăng lên 120 kbit/s.

Số liệu chi tiết về độ trễ, biến động trễ, tỷ lệ m t gói đ ợc trình bày chi tiết tại mục 4.7

4.6 K ch b n 3: Mô ph ng m ng khi đƣ khai báo QoS DiffServ MPLS-TE 4.6.1 Mô t k ch b n

Kịch b n này áp dụng theo mô hình kịch b n đư khai báo QoS DiffServ