QoS trong mạng IP core vinaphone

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG


LÊ HOÀNG LONG

QOS TRONG MẠNG IP-CORE VINAPHONE

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ





HÀ NỘI - 2013


Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG


Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐỖ VŨ ANH


Phản biện 1: …………………………………………………

Phản biện 2: …………………………………………………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc
sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn
thông


1

LỜI MỞ ĐẦU
Mạng IP/MPLS của Vinaphone là một mạng hội tụ, được
triển khai sử dụng để chạy các dịch vụ của mạng di động
như dữ liệu IP, thoại, di động và các dịch vụ video tương
ứng với các nhu cầu đa dạng của khách hàng.
Trong quá trình phát triển mạng, các dịch vụ mới liên
tục được đưa ra, đi kèm với nó là sự tăng trưởng lưu
lượng chạy trong mạng backbone truyền dẫn IP/MPLS,
điều này lý giải sự cần thiết phải đánh giá lại cơ sở hạ tầng
mạng lưới của Vinaphone. QoS (Quality of Service) là
thuật ngữ dùng để chỉ chất lượng dịch vụ, trong mạng viễn
thông di động, các dịch vụ thoại, video, các ứng dụng
multicast đều có một tiêu chuẩn nhất định để có thể hoạt
động tốt, vì vậy, việc triển khai QoS trong mạng IP/MPLS
Vinaphone là điều bắt buộc để có thể hỗ trợ tốt hơn các
dịch vụ đã và sẽ triển khai trong mạng.
Bản luận văn tập trung nghiên cứu về vấn đề QoS
trong mạng di động, mô hình QoS Diffserv của IETF,

chuẩn QoS trong mạng di động của 3GPP, về hỗ trợ QoS
2

trong các thiết bị Cisco sử dụng trong mạng lưới. Ngoài ra
còn đưa ra mô hình triển khai cụ thể đã áp dụng trong
mạng Vinaphone.
Về nội dung, luận văn được chia làm ba chương:
Chương 1: Trình bày hiện trạng mạng IP-Core
Vinaphone, sự cần thiết phải triển khai QoS trong mạng
IP-Core Vinaphone. Trình bày về mô hình Diffserv của
IETF, khuyến nghị của 3GPP về QoS cho mạng
IP/MPLS của mạng di động.
Chương 2: Trình bày về thiết kế QoS trong mạng,
những hỗ trợ cấu hình QoS của thiết bị Cisco.
Chương 3: Trình bày các phương pháp đánh giá đo
kiểm kết quả triển khai QoS. Trình bày kết quả đạt được
sau khi triển khai QoS trong thực tiễn mạng IP/MPLS
Vinaphone.


3

CHƢƠNG 1 - MẠNG IP/MPLS VÀ VẤN
ĐỀ QOS TRONG MẠNG DI ĐỘNG
1.1. Tổng quan hiện trạng mạng Vinaphone:
Hiện nay mạng IP/ MPLS là một hệ thống mạng lõi
rất quan trọng trong việc cung cấp các dịch vụ mạng 2G
và 3G của mạng Vinaphone. Mạng bao gồm các thiết bị
định tuyến bậc cao của Cisco như CRS-1 , 7609 , 6509 tại
các trung tâm VNP1, VNP2, VNP3 và các thiết bị của

Huawei tại các tỉnh thành có hệ thống RNC . Các thiết bị
Router đều có tính năng dự phòng, như bộ xử lý trung
tâm, nguồn điện và hệ thống làm mát.
1.2. Tổng quan và vai trò của QoS
1.2.1. Định nghĩa QoS
Chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và
có thể tiếp cận theo nhiều hướng khác nhau. Theo khuyến
nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía
cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả
mãn của người sử dụng đối với dịch vụ”. ISO 9000 định
4

nghĩa chất lượng là “cấp độ của một tập các đặc tính vốn
có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Trong khi IETF [ETSI –
TR102] nhìn nhận QoS là khả năng phân biệt luồng lưu
lượng để mạng có các ứng xử phân biệt đối với các kiểu
luồng lưu lượng, QoS bao trùm cả phân loại hoá dịch vụ
và hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại dịch vụ.
1.2.2. Vai trò của QoS
Với các xu hướng phát triển ồ ạt các dịch vụ
thương mại điện tử (e-commerce), vấn đề đảm bảo chất
lượng dịch vụ cho các ứng dụng trên mạng Internet trở
nên cần thiết hơn bao giờ hết.
1.2.3. Các thông số QoS
Các yêu cầu chất lượng dịch vụ phải được biểu thị
theo các tham số QoS đo được. Các tham số thông thường
nhất thường được biết đến là các tham số: Băng thông, độ
trễ, trượt, giá và xác suất mất gói. Các tham số sử dụng để
tính toán QoS có thể tuỳ thuộc vào kiểu mạng: Băng
thông, độ trễ, giá và độ tin cậy là các tham số thường được

5

sử dụng trong mạng IP; sự biến đổi tốc độ tế bào, tỉ lệ mất
tế bào và trễ chuyển giao là các tham số thường sử dụng
trong mạng ATM; Trong khi đó đối với các mạng không
dây, các tham số đo thường sử dụng là băng thông, nhiễu,
suy hao và độ tin cậy.
1.3. Mô hình Diffserv và các chuẩn RFC về phân
chia loại dịch vụ trong mạng thông tin di
động:
Differentiated Services (DiffServ) là mô hình mới
nhất trong ba mô hình của QoS và việc phát triển nó
nhằm mục đích là giải quyết được những giới hạn của các
mô hình trước đó. DiffServ không phải là một mô hình có
thể đảm bảo hoàn toàn QoS cho ứng dụng, nhưng nó là
mô hình có khả năng mở rộng rất cao. Trong khi IntServ
được gọi là mô hình “Hard QoS” thì DiffServ được gọi là
mô hình “Soft QoS”.
Sau đây là ba điểm chính yếu của mô hình
DiffServ:
6

 Traffic mạng được phân lớp.
 Các chính sách QoS áp đặt các cách ứng xử
phân biệt lên các lớp traffic được định nghĩa từ
trước.
 Các lớp traffic và chính sách được định nghĩa
dựa trên các yêu cầu kinh doanh; người quản trị
sẽ lựa chọn cấp độ dịch vụ cho mỗi lớp traffic.

1.4. Chuẩn 3GPP cho QoS trong mạng IP/MPLS
phục vụ cho di động:
Mạng IP/MPLS Vinaphone được sử dụng chủ yếu để
vận chuyển lưu lượng IP cho dịch vụ di động, và do đó
việc bảo đảm các đặc tính của ứng dụng và thiết bị di
động là cần thiết. Từ quan điểm QoS, các nhà khai thác di
động thường sử dụng tiêu chuẩn công nghiệp và các nền
tẳng được khuyến cáo như là tài liệu tham khảo khi xây
dựng bản đồ lưu lượng để phân lớp dịch vụ. Tiêu chuẩn
được sử dụng ở đây là tiêu chuẩn 3GPP.
7

Chương trình hợp tác thế hệ thứ 3 (3GPP) đã tăng
cường khả năng của truy cập vô tuyến gói chung (GPRS)
để có thể kết hợp sự hỗ trợ của QoS. Để đáp ứng tiêu
chuẩn 3GPP cho thông tin di động GSM, kiến trúc
DiffServ cần phải đơn giản và dễ dàng quản lý sử dụng.
Số lớp được định nghĩa là tối thiểu để đảm bảo rằng sự
phân mảnh của các nguồn tài nguyên bộ đệm không làm
cho các gói tin nhận được là mất trật tự.
1.5. Phân loại lớp dịch vụ trong mạng thông tin
di động Vinaphone:
Bảng 1.1: Các lớp lưu lượng mạng IP/MPLS Vinaphone
Traffic
Classes
Queue
Example Usage
DSCP
PHB
DSC

P
Giá
trị
EXP
802.1p
CoS
Network
Control
System
Priority
Control network
protocols
(RSVP, OSPF,
BGP…)
CS6
48
6
6
Conversation
al
Priority
VoIP
Traffic of
UMTS
Conversational
Class
EF
46
5
5

Mobile
Signaling/Synch
/Control,
IEEE1588
CS5
40


Streaming
Low
Video
AF41
34
4
4
8

Delay
Conference,
Video phone
3G, Traffic of
UMTS
Streaming Class
Interactive
Low
Loss
Traffic of
UMTS

Interactive Class
AF21
18
2
2
Background
Default
Best-effort
traffic
BE
0
0
0

Bảng 1.2: Chi tiết về đánh dấu CoS trong mạng Vinaphone
Traffic
Description
Example Usage
DHCP
PHB
DHCP
802.1p
CoS
Conversational
Mobile Voice, Mobile
Video Call, Mobile VoIP
EF
46
5
Streaming

Mobile TV, Mobile
Camera, Music/Video On
Demand (in future),
O&M
AF41
34
4
Interactive
Mobile Game (In future)
AF21
18
2
Background
Mobile Internet, Mobile
Broadband, MMS, etc …
BE
0
0




9

CHƢƠNG 2 – CÁC THÔNG SỐ VÀ CẤU
HÌNH QOS CHO MẠNG IP/MPLS
VINAPHONE
2.1. Hỗ trợ của thiết bị Cisco trong cấu hình
QoS:
2.1.1. Vai trò của router Cisco trong QoS:

QoS yêu cầu việc xử lý chuyên sâu, do đó cần thiết
phải phân biệt chức năng giữa các thiết bị biên mạng và
thiết bị lõi.
Các thiết bị biên mạng chịu trách nhiệm kiểm tra
các gói tin IP đến từ các thiết bị CE về các đặc tính khác
nhau như loại ứng dụng (thoại, video …) và đích đến của
gói tin. Từ đó cung cấp quản lý băng thông đầu vào từ các
giao diện người sử dụng và quản lý hàng đợi đầu ra đến
thiết bị lõi.
Các thiết bị lõi thực hiện đẩy nhanh gói tin trong
khi việc phân chia mức QoS được thực hiện tại các thiết bị
10

biên mạng. Thiết bị lõi thực hiện điều này bằng cách kết
hợp các giá trị ToS hoặc Experimental trong nhãn của các
gói tin với các hàng đợi ra khác nhau trong quá trình
truyền tải, cung cấp lớp thích hợp của dịch vụ.
2.1.2. Phân loại và đánh dấu gói tin:
Phân loại là quá trình phân loại lưu lượng vào các
lớp đã được xác định từ trước trong mạng.
Phân loại gói tin có thể dựa vào một trong các
thông số sau:
 IP-Precedence.
 IP DSCP
 MPLS Experimental
 CoS
2.1.3. Giới hạn tốc độ và tối ƣu hóa lƣu lƣợng:
2.1.3.1. Giới hạn tốc độ (Policing):
Chính sách lưu lượng luôn theo dõi, điều chỉnh lưu
lượng truy cập mạng cho phù hợp với hợp đồng lưu lượng,

và nếu như được yêu cầu, nó sẽ làm giảm hoặc thậm chí
11

vứt bỏ lưu lượng vượt quá ngưỡng nhằm mục đích thực
thi chính sách phù hợp trên đường truyền.
2.1.3.2. Tối ƣu hóa luồng lƣu lƣợng (Shaping):
Các công cụ định hình lưu lượng (traffic-shaping -
TS) làm chậm các gói tin khi các gói đi ra khỏi một router
sao cho tốc độ truyền tổng thể không vượt quá một giới
hạn đã định nghĩa.
2.1.4. Tắc nghẽn và quản lý tránh tắc nghẽn:
2.1.4.1. Weighted Random Early Detection (WRED):
WRED cung cấp khả năng tránh tắc nghẽn. Kỹ
thuật này theo dõi tải lưu lượng trên mạng nhằm dự đoán
và tránh tắc nghẽn trong mạng, trái ngược với kỹ thuật
quản lý tránh tắc nghẽn thường hoạt động để kiểm soát tắc
nghẽn khi nó đã xảy ra.


12

2.1.4.2. Class-based Weighted Fair Queuing
(CBWFQ):
CBWFQ là cơ chế quản lý chống tắc nghẽn phổ
biến nhất được sử dụng ngày nay trong các IOS của Cisco.
CBWFQ cung cấp khả năng sắp xếp lại gói tin, kiểm soát
độ trễ tại biên và lõi mạng. Bằng cách chỉ định trọng số
khác nhau cho các lớp dịch vụ khác nhau, một thiết bị
switch hoặc router có thể quản lý bộ đệm và băng thông
cho từng lớp dịch vụ.

2.1.4.3. Modified Deficit Round Robin (MDRR):
Thiết bị router CRS-1, 12000 cung cấp cơ chế xếp
hàng gọi là “Modified Deficit Round Robin” trên một số
line card. Trên engine 0 của line card, cơ chế xếp hàng là
“Deficit Round Robin”. Sự khác biệt giữa DRR và MDRR
là sự vắng mặt của một hàng đợi độ trễ thấp trên line card
DDR. DRR/MDRR về cơ bản là tương tự như CBWFQ.
Với MDRR, một trong số các hàng đợi được gọi là
hàng đợi ưu tiên cao và được đối xử khác biệt với các
13

hàng đợi khác, Nó được xử lý bằng cách sử dụng chế độ
ưu tiên nghiêm ngặt hay chế độ ưu tiên luân phiên. Nó
cung cấp tính năng giống như hàng đợi độ trễ thấp trong
CBWFQ.
2.2. Thiết kế QoS trên router trong mạng
IP/MPLS Vinaphone:
2.2.1. QoS trên router biên (7600):
Bộ định tuyến biên thường là lựa chọn đầu tiên của
các nhà cung cấp dịch vụ cho việc triển khai QoS do bộ
định tuyến biên mạng có khả năng hơn trong việc xử lý
tắc nghẽn so với các bộ định tuyến lõi do kết hợp giao
thông cạnh và liên kết truy cập băng thông thấp hơn
2.2.1.1. QoS trên LAN card Cisco 7600:
Giao diện card LAN trên router Cisco 7600 không
hỗ trợ cấu hình Cisco Modular QoS CLI mà sử dụng một
cách gọi khác là PFC-QoS (Policy-Feature-Card) trong đó
việc quản lý chất lượng dịch vụ QoS được thực hiện trong
phần cứng và các ASIC.
14

Hình 2.1: Kiến trúc QoS của router Cisco 7600
Tương ứng với khả năng của các module LAN ở trên, một
sơ đồ gồm 4 hàng đợi (1 hàng đợi ưu tiên và 3 hàng đợi
tiêu chuẩn) là cần thiết. Giao diện LAN trên Cisco 7600
sử dụng CoS để ánh xạ gói tin IP/MPLS đến hàng đợi.




15

Bảng 2. 1 Ánh xạ lớp QoS đến các hàng đợi và các ngưỡng.
DSCP
MPLS
EXP
CoS
1p3q8t
WS-
X6748-
GE-TX
1p7q8t
WS-
X6704-
10GE
Chú thích
0
0
0

Q1T1
Q1T1
Background
18
2
2
Q1T2
Q1T2
Interactive
34
4
4
Q2T1
Q2T1
Streaming, O&M,
Network Management
48
6
6
Q3T1
Q3T1
IP/MPLS Network
Control Plane
46
5
5
P
P
Conversational, Mobile
Signaling/Synch/Control

Bước tiếp theo là gán trọng số băng thông WRR vào từng
hàng đợi. Hàng đợi không được sử dụng sẽ được gán băng
thông bằng không. Những trọng số sau đây sẽ được áp
dụng cho các hàng đợi khác nhau ứng với những line card
khác nhau.



16

Bảng 2. 2 Gán trọng số băng thông WRR
Linecard
WS-X6748-GE-TX
Queue
Q1
Q2
Q3
WRR weight
35
15
5

2.2.1.2. QoS trên card SIP-400:
Tính năng QoS trên card SIP-400 được kích hoạt
bằng Modular QoS CLI. Như tên gọi của nó, ta thấy QMC
sử dụng để kích hoạt tính năng QoS. Một trong những
mục tiêu của MQC là cung cấp một nền tảng giao diện độc
lập để cấu hình QoS trên các thiết bị Cisco. Để đạt được
nền tảng độc lập này, các lệnh trong MQC sẽ xác định

chức năng của QoS, hành vi thực hiện độc lập, thuật toán.
Line card
WS-X6704-10GE
Queue
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
WRR
weight
35
15
5
0
0
0
0
17


Hình 2. 2 QoS trên Cisco FlexWAN, SIP200/SIP400
2.2.2. QoS trên router lõi (CRS-1):
2.2.2.1. Chế độ đƣờng hầm DiffServ:
Chế độ đường hầm DiffServ giới thiệu một cách xử
lý từng hop (PHB) mới, nó cho phép phân biệt QoS trong
mạng của nhà cung cấp. Các chế độ đường hầm được định
nghĩ ở biên mạng, thông thường trong các bộ định tuyến

PE chuyển đổi nhãn (LSRs) (ở cả đầu vào và đầu ra).
Có nhiều cách khác nhau để trển khai CoS trong suốt
trong mạng lưới cung cấp dịch vụ ngày nay. Cách được sử
dụng nhiểu nhất là sử dụng các phương thức đường hầm
DiffServ MPLS. Chuẩn RFC3270 mô tả ba mô hình khác
nhau là Pipe Mode, Short Pipe Mode và Uniform Mode.
18

Pipe và Short-Pipe mode thường được sử dụng khi
một gói tin đi qua nhiều vùng DiffServ với các chính sách
QoS khác nhau. Với Pipe và Short-Pipe mode, nhà cung
cấp dịch vụ MPLS có thể cung cấp QoS cho các gói tin
mà không sửa đổi các thông tin DiffServ (Mã hóa trong
IP-Precedence/DSCP hay MPLS EXP) trên các gói tin
nhận được. Các chế độ này là hai cách tiêu chuẩn cung
cấp QoS trong suốt đến tận đầu cuối.
Trong Uniform Mode, một gói tin giả sử được gửi qua
một miền DiffServ. Như vậy một nhà cung cấp dịch vụ
MPLS có thể thay đổi thông tin DiffServ trên gói tin nhận
được nhằm mục đích cung cấp QoS thích hợp cho nó. Khi
ra khỏi mạng của nhà cung cấp dịch vụ, giá trị MPLS EXP
được sao chép xuống giá trị IP-Precedence hoặc trường
DSCP. Do đó nhà cung cấp có thể thay đổi độ ưu tiên IP-
Pre/DSCP trên gói tin của khách hàng và như vậy giá trị
CoS là không trong suốt.


19

2.2.2.2. Cấu hình QoS trên P Router CRS-1:

Mặc định, IOS XR không sao chép giá trị EXP đầu
vào cho nhãn gói tin MPLS đầu ra khi đẩy gói tin ra
ngoài.
Short Pipe Mode là Mode mặc định.
Pipe Mode yêu cầu cấu hình đánh dấu “qos-group”
trên đầu vào line card trong các bộ định tuyến.

Hình 2. 1 Ứng xử QoS trong Cisco CRS-1/XR

20

CHƢƠNG 3 – KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ KẾT
QUẢ SAU KHI TRIỂN KHAI QOS TRONG
MẠNG IP/MPLS TẠI VINAPHONE
3.1. Các phƣơng pháp đánh giá, đo kiểm kết quả
triển khai QoS
Việc đo kiểm hiệu suất của mạng IP/MPLS có thể được
chia thành bốn phần cơ bản:
 Phương pháp lấy mẫu: Chính xác là lưu lượng nào
được đo kiểm và tại sao ?
 Phương pháp thu thập: Làm thế nào để thu thập lưu
lượng lấy lẫu để so sánh?
 Phạm vi đo kiểm: Cần chú ý những thông số nào về
hiệu suất ?
 Quan điểm đo kiểm: Là đứng từ quan điểm của
người sử dụng dịch vụ hay từ mạng ?
Ba lựa chọn đo kiểm chủ yếu là:
 Sử dụng SNMP
21

 Sử dụng phần mềm NetFlow theo dõi mạng lưới.
 Sử dụng IP SLA.
3.2. Kết quả đạt đƣợc sau khi triển khai QoS
trong thực tiễn mạng IP-Core Vinaphone:
Đo kiểm chất lượng các dịch vụ cung cấp khi mạng tắc
nghẽn
IPCORE VNP
PE mobile HN PE mobile HCM
Máy đo 1
Máy đo 3
1G
1G
Máy đo 2
Máy đo 4

Hình 3. 1: Sơ đồ đo kiểm
Thử nghiệm đo kiểm cho thấy sau khi gán QoS vào các
interface các luồng lưu lượng được đảm bảo theo đúng
22

cấu hình đã được định trước. Lưu lượng thuộc lớp ưu tiên
có thông số về độ trễ, jitter tốt hơn các lớp khác.

23

KẾT LUẬN

Cùng với những yêu cầu ngày càng tăng về chất
lượng và sự đa dạng dịch vụ ngày càng trở nên rõ ràng
nhằm cung cấp những dịch vụ tốt nhất, thuận tiện nhất cho
khách hàng. Nhu cầu sử dụng các dịch vụ truy cập Internet
tốc độ cao dành cho các thiết bị di động sẽ ngày càng phát
triển. Lưu lượng chạy trong mạng lõi IP sẽ ngày càng
tăng, yêu cầu về QoS sẽ ngày càng trở nên cấp thiết.
Trong khuôn khổ của luận văn này, em chỉ mong
muốn đưa ra những vấn đề cơ bản về kiến trúc, nguyên lí
và thực tiễn đã được áp dụng tại mạng lõi IP của nhà
mạng Vinaphone. Đây là kết quả của quá trình học tập,
tìm hiểu vấn đề và qua thực tiễn triển khai tai mạng IP-
Core Vinaphone. Tuy nhiên, do trình độ và thời gian có
hạn, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để có thể hoàn
thiện thêm kiến thức của mình.