Nghiên cứu giải pháp mạng xếp chồng dịch vụ đảm bảo QoS cho mạng IP

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐỒN BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

NGUYEN THỊ THU HIEN

NGHIEN CUU GIAI PHAP

MANG XEP CHONG DICH VU DAM BAO QoS CHO MANG IP

CHUYEN NGANH : KY THUAT DIEN TU

MA SO: 60.52.70

LUAN VAN THAC SY KHOA HOC.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Lê Nhật Thăng

HÀ NỘI - 2009

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Luận văn được hồn thành tại:

Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng Tập đồn Bưu chính Viễn thơng Việt Nam

Người hướng dẫn khoahọc: >

TS. LÊ NHẬT THĂNG

Phản biện 1

Phản biện 2:

Phản biện 3:

HOC VIEN CONG NGHE BUU CHINH VIEN THONG

TRUNG TAM THONG TIN THU VIEN

N®:. pile. i)

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<small>Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm</small>

<small>luận văn tại Học viện Cơng nghệ Bưu chính</small>

Viễn thơng

<small>Vào lúc:... giờ ngày ... thang ...</small>

<small>Có thê tim hiéu luận văn tai:</small>

<small>Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưuchính Viên thơng</small>

MỞ DAU A. Đặt vấn đề

<small>Vào giữa những năm 1990, hai mạng</small>

điện thoại va IP bắt đầu hợp nhất ( hội tụ

<small>thoại và dữ liệu”). Với ý tưởng này, các hãng</small>

truyền thông bắt đầu lên kế hoạch hợp nhất

các mạng này thành mạng “hội tụ” để hoạt

động hiệu quả hơn và kinh tế hơn.

<small>Tuy nhiên, với sự hội tụ này, thách</small>

thức mới về kỹ thuật đã nảy sinh. Trong

mạng hội tụ, cách thức hoạt động “nỗ lực tối

đa” của mạng IP trước đó khơng đủ để đáp

ứng các u cầu hiệu năng khác nhau. Vì

vậy, QoS là cơng nghệ cung cấp các giải

pháp cho vấn đề kỹ thuật này. Các kỹ thuật

hàng đầu kể đến là mơ hình dịch vụ tích hợp

<small>(IntServ) và mơ hình dich vụ phân biệt</small>

(DiffServ). Song việc triển khai các mơ hình

kiến trúc này đã gặp phải một số trở ngại về

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<small>khả năng mở rộng và sự khơng tương thích</small> ngang cấp giữa các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Do vậy, gần đây đã có nhiều nghiên cứu đề xuất sử dụng mơ hình mạng xếp chồng dé thực hiện QoS từ đầu cuối đến

đầu cuối.

<small>B. Nội dung nghiên cứu</small>

e Nghiên cứu về các giải pháp QoS

<small>trong mạng IP như: IntServ, Diffserv,Diffserv/MPLS.</small>

e Nghiên cứu về giải pháp mang xếp chồng dịch vụ (SON) đảm bảo QoS

<small>bảo QoS cho các dịch vụ đa phương tiện thời</small>

<small>gian thực trong mang IP.</small>

D. Cấu trúc của đề tài

<small>- Khai niệm và các tham số đánh giá</small>

QoS được đề cập chỉ tiết trong

<small>chương 1.</small>

<small>- Cac giải pháp QoS trong mang IP</small>

được đề cập trong chương 2.

<small>- Chương 3 nghiên cứu về mạng SON</small>

<small>và các biện pháp thực hiện QoS trong</small>

Theo khuyến nghị E 800 ITU-T, chất lượng dịch vụ là “7áp các khía cạnh về hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả

<small>mãn của người sử dụng đối với dịch vụ được</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

cưng cấp”. Trong khi đó, IETF [ETSI

-TR102] định nghĩa QoS là khả năng của

mạng phân biệt luồng lưu lượng để có các ứng xử riêng biệt đối với các kiểu luồng lưu

lượng, QoS bao trùm cả phân loại dịch vụ và

hiệu năng tổng thể của mạng cho mỗi loại

<small>dịch vụ.</small>

Phân tích cụ thể về QoS từ hai quan

điểm: người sử dụng và nhà cung cấp mạng

được trình bày chỉ tiết trong trang 5. 1.2 Các tham số đánh giá QoS

1.3 Các yêu cầu chất lượng dịch vụ

Chỉ tiết ở trang 10 của luận văn.

<small>1.4 Mơ hình chức năng QoS của các thực</small>

<small>Mơ hình chức năng QoS gồm ba mặt</small>

phẳng: Mặt phẳng điều khiển (Control

<small>plane), Mặt phẳng dữ liệu (Data plane), vàmặt phẳng quản lý (Management plane).Phân tích chỉ tiết về chức năng của nhữngmặt phẳng này trình bày ở các trang 11-16</small>

<small>của luận văn.</small>

<small>CHƯƠNG 2: MỘT SÓ GIẢI PHÁP QoS</small>

<small>TRONG MẠNG IP</small>

<small>2.1 Giới thiệu chung</small>

<small>Trong vài năm gần đây, bốn côngnghệ đã nổi lên như là các giải pháp cho</small>

<small>phép đảm bao QoS trong mạng IP. Các kiến</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

trúc và các cơ chế phát triển trong những công nghệ này tập trung vào thực hiện hai

vấn đề cơ bản của QoS, đó là: (1) vấn đề gan

tài nguyên mạng: IntServ & DiffServ và (2) vấn đề tối ưu hoá hiệu năng mạng: MPLS

<small>2.2 Dịch vụ tích hợp (IntServ)</small>

Kiến trúc IntServ dựa trên việc đặt

trước tài nguyên (qua giao thức RSVP) cho

từng luồng. Điều đó có nghĩa là IntServ áp

dụng các biện pháp đảm bảo QoS cho từng

luồng IP.

Chi tiết về hoạt động của mơ hình

kiến trúc này được trình bày ở các trang

<small>18-21 của luận văn.</small>

Nói tóm lại, cấu trúc IntServ có ưu

điểm là đảm bảo chặt chẽ các yêu cầu QoS cho từng luồng IP. Song lại có nhược điểm là

<small>tính mở rộng khơng cao. Chính vì vậy,</small>

<small>IntServ chỉ phù hợp với các mạng nhỏ.</small>

<small>2.3 Dịch vụ phân biệt (Diffserv)</small>

Kiến trúc DiffServ được phát triển

<small>như là cơ chế gán tài nguyên cho mạng của</small>

<small>các nhà cung cấp. Diffserv được xem như</small>

<small>một giải pháp có tính khả thi cao hơn, khác</small>

<small>cơ bản so với IntServ. Thay vì thực hiện đặttrước từng luồng IP ở các bộ định tuyến lõi</small>

<small>và biên như trong IntServ, kiến trúc Diffserv</small>

<small>sử dụng kết hợp chức năng xử lý luồng IP</small>

<small>với lập lịch ở các bộ định</small>

<small>Chi tiết về hoạt động của Diffserv</small>

<small>được mô tả ở các trang 21-24 của luận văn.</small>

<small>2.4 Diffserv trên nền MPLS</small>

Chi tiết về giải pháp Diffserv/MPLS

<small>được mô tả ở các trang 24-26 của luận văn.</small>

<small>CHƯƠNG 3: MẠNG XÉP CHÒNG</small>

<small>DỊCH VỤ</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

cung cấp được bằng các phương thức truyền

thống tới người sử dụng đầu cuối. Nhìn chung, các kiến trúc xếp chồng bao gồm 2

1) Lớp xếp chồng: gồm các nút xếp

chồng và các liên kết ảo.

<small>2) Lớp tự nhiên (native layer): là lớp</small>

IP (mạng IP) mà mạng xếp chồng được xây

<small>dựng bên trên.</small>

Mạng xếp chồng dịch vụ (SON), là

<small>mạng lớp ứng dụng được xây dựng bên trên</small>

các mạng IP truyền thống, được khai thác bởi ISP thứ ba, sở hữu một tập các nút nằm

<small>trong các miền ISP phía dưới. Những nút xếp</small>

chồng này được kết nối bởi các liên kết xếp chồng ảo tương ứng với một hoặc nhiều liên kết IP.

<small>Các mạng SON được phân loại thành</small>

mạng xếp chồng người sử dụng đầu cuối

<small>(End-user Overlay Network) và mạng xếp</small>

chồng QoS đường trục (Backbone QoS

<small>Overlay Network).</small>

<small>3.3 Thực hiện QoS trong mạng SON [21]</small>

<small>Để thực hiện được các đảm bảo QoS</small>

<small>trong mạng xếp chồng, cần thiết có sự hỗ trợ</small>

<small>của mạng phía dưới. Xếp chồng QoS đượcthực hiện trên các liên kết mạng dành riêng</small>

<small>đặt trước để đảm bảo cho các ứng dụng</small>

<small>khơng vượt q các tài ngun mạng có sẵn.</small>

Chỉ tiết được đề cập ở trang 35-39

<small>trong luận văn.</small>

<small>3.4 Đánh giá giải pháp SON</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

3.4.1 Ưu điểm

Khái niệm cung cấp QoS từ đầu cuối

đến đầu cuối mở ra các đặc tính hấp dẫn qua

khái niệm đồng đẳng:

- Ít nâng cấp hạ tầng.

- Tránh được các vấn đề không đồng

nhất, đảm bảo cung cấp được QoS ngay cả

<small>trong trường hợp dịch vụ đa mạng.- Khung làm việc QoS chung.</small>

<small>- Mức độ tự do xử lý lưu lượng.</small>

3.4.2 Nhược điểm - Vốn đầu tư.

<small>- Các tác động ảnh hưởng của các cơ</small>

chế xếp chồng lên mạng phía dưới [17, 12].

<small>- Ma trận lưu lượng của các mạng</small>

phía dưới trở nên động hơn và dé bi thay đổi

<small>hơn, làm giảm hiệu quả của các hoạt độngTE của các ISP phía dưới. Thậm chí làm sai</small>

trong những nỗ lực đầu tiên thực hiện kết nói

các miền multicast với nhau. Kỹ thuật đường

hầm IP được sử dụng để truyền tải dữ liệu

qua các bộ định tuyến khơng có khả năng

nhận biết multicast. MBONE cung cấp kết

nối theo yêu cầu nhưng lại được đòi hỏi các

vấn đề về không tin cậy, mất mát lớn, thơng

lượng thấp, quản lý khó khăn. Hoạt động của xếp chồng multicast được chỉ ra ở hình 3.4,

<small>trang 42 của luận văn.3.5.2 Đảm bảo QoS</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<small>Mơ hình triển khai SON [7] đã được</small>

chấp nhận bởi nhiều tác giả trong việc tạo ra các kiến trúc dịch vụ cho các ứng dụng khác nhau. Kiến trúc Internet hướng dịch vụ là

một trường hợp của xếp chồng SON như hạ

tầng hoạt động dé cung cấp VoIP. Một ví dụ

<small>khác được xem là sự thực thi dựa trên mơ</small>

<small>hình SON là QRON [24].</small>

Trong QRON, các tác giả đề xuất việc tạo ra mạng xếp chồng cung cấp băng thông

giống như SON. Như với SON, QRON có

thể cung cấp đường xếp chồng đảm bảo QoS

<small>cho ứng dụng.</small>

<small>Nói chung, QoS là ứng dụng khó có</small>

thể thực hiện nếu khơng có sự hỗ trợ cụ thể

<small>của các ISP phía dưới. Tuy nhiên, OverQoS</small>

cung cấp một khía cạnh khác mà khơng có

Nội dung của chương này lần lượt đi

vào khảo sát các vấn đề liên quan đến bài

tốn thiết kế tơpơ xuất phát từ mơ hình SON

được đề xuất trong [7] qua các vấn đề như:

lựa chọn liên kết xếp chồng tốt nhát, liên kết

các hệ thống đầu cuối đến các nút truy nhập

xếp chồng [22]; vị trí đặt các nút xếp chồng

[6], [10], chọn nút xếp chồng thích hợp [6].

Ngồi ra, trong q trình thiết kế tơpơ

<small>mạng việc chọn tơpơ thích hợp có ảnh hưởng</small>

nhiều đến hiệu năng mạng. Vì vậy, trong

<small>chương này của luận văn tôi thực hiện khảo</small>

sát một số tôpô mạng xếp chồng.

4.2 Lựa chọn liên kết xếp chồng và liên kết

các hệ thống đầu cuối đến nút truy nhập

xếp chồng [22]

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<small>Trong nghiên cứu [22], tác giả đã xem</small>

xét đến bài tốn thiết kế tơpơ của mạng xếp chồng dịch vụ với cấu trúc chỉ phí cụ thể, các

<small>thuật tốn thích hợp có thể được sử dụng cho</small>

<small>lời giải hiệu quả với chi phí tính tốn tương</small>

đối nhỏ. Đồng thời, tác giả đề xuất các

<small>phương pháp chỉ đạo việc thiết kế tôpô SON</small>

<small>ở phạm vi rộng.</small>

<small>Tác giả nhằm mục tiêu tối thiểu chỉ</small>

phí kết hợp với việc kết nối các nút xếp chồng qua nhiều miền ISP trong khi cung cấp truy nhập tốt nhất tới người sử dụng đầu cuối.

<small>Bài tốn thiết kế tơpơ được giải quyếtdưới dạng bài toán tối ưu. Qua việc xem xétcác dữ kiện đầu vào là các kết nối giữa cáchệ thống đầu cuối (khách hàng), nút nhàcung cấp và các ISP. Tơpơ kết quả tối thiểuhố bộ tham số chỉ phí đã cho được tạo ra.</small>

<small>Ệ 15</small>

Bộ tham số được chọn này phản ánh chi phí

đối với mạng nhà cung cấp.

4.3 Số nút xếp chồng, vị trí nút xếp chồng và dung lượng đặt trước trên các liên kết

xếp chồng [6]

Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất

hai mô hình thiết kế lý thuyết về mạng xếp

chồng với tiêu chí lựa chọn tối ưu số nút và

vị trí nút xếp chồng cũng như dung lượng đặt

trước đối với mỗi liên kết xếp chồng có xem

xét đến vấn đề định tuyến lưu lượng.

Phương pháp tiếp cận chung đối với thiết kế mạng là xem xét đến các vị trí khả

thi của các điểm tập trung lưu lượng trong

vùng phục vụ, tạo lưu lượng hướng đến các nút đích, các điểm khả thi này là các điểm

mà các nút xếp chồng được lắp đặt. Vi trí đặt

các điểm này phụ thuộc vào sự phân bố lưu

<small>lượng và tơpơ mạng phía dưới. Tuỳ theo vị</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

trí đặt của các điểm, tơpơ mạng phía dưới để

tính tốn các tham số kết nói.

4.4 Khảo sát một số tơpơ mạng xếp chồng <small>hiện có</small>

Chỉ tiết về các tơpơ được trình bày ở

<small>các trang 53-57 trong luận văn.</small>

<small>4.4 Đánh giá ảnh hưởng của các tôpô quatỉ lệ khôi phục lỗi [14]</small>

Kết luận chung trong nghiên cứu [14]:

(1) Hiệu năng của dịch vụ định tuyến xếp

chồng phụ thuộc nhiều vào việc xây dựng tôpô xếp chồng.

(2) Tôpô xếp chồng dựa trên việc nhận biết tơpơ lớp IP có thể có hiệu năng tốt hơn trong

việc cung cấp dịch vụ định tuyến khôi phục

Kết luận chung trong nghiên cứu [1]:

MT có hiệu năng kém nhất so với các tôpô xếp chồng khác. Hơn nữa, khi kích

<small>thước của mạng lớp IP theo mơ hình “flat”</small>

lớn và số nút xếp chồng nhỏ thì KSPT là tuỳ

<small>chọn có giá trị. Thay vào đó, khi mạng lớp IP</small>

theo mơ hình phân cấp, tơpơ AC có hiệu

năng tốt nhất so với các tơpơ khác, bởi nó nhận biết được tơpơ mạng phía dưới.

Từ đây, có thể rút ra một số nhận xét:

(1) Bài toán thiết kế mạng SON là bài tốn

khó. Tất cả các bài tốn thiết kế tơpơ SON

đều quy về bài toán tối ưu NP-hard với độ phức tạp đa thức. Với kiểu bài tốn này chỉ

có thể sử dụng phương pháp heuristic.

(2) Tơpơ xếp chồng có ảnh hưởng đáng ké

đến hiệu năng định tuyến xếp chồng. Hiệu

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

năng định tuyến sẽ khác khi mạng dịch vụ xếp chồng nhận các tơpơ khác nhau. Ngồi

ra, thơng tin về tơpơ của mạng lớp IP phía

dưới rất hữu ích trong việc xây dựng hiệu

quả các tơpơ xếp chồng.

(3) Qua các kết quả mô phỏng đánh giá ở

trên đều có đánh giá chung về tơpơ MT:

khơng phải là tôpô tốt khi chọn làm tôpô

mạng xếp chồng dịch vụ. Các tôpô AC và

tôpô K cây khung nhận biết tôpô có thể cung

cấp hiệu năng tốt hơn các tơpơ khác. KET LUẬN

<small>Luận văn đã nghiên cứu các giải pháp</small>

QoS cho mang IP được đề xuất từ trước đến

<small>nay, đặc biệt là giải pháp mạng SƠN . Qua</small>

nghiên cứu về mạng SON, tơi nhận thấy đây

<small>là một giải pháp có những mặt mạnh riêng</small>

như: cho phép triển khai dịch vụ mới tương

đối nhanh trên hạ tầng mạng hiện có, chỉ phí

đầu tư khơng lớn, khơng cần thiết việc tiêu chuẩn hố, khắc phục được những hạn chế của kiến trúc mạng IP về bảo mật, QoS, tính

<small>di động, multicast,....</small>

<small>Hiện nay xu hướng tiến tới cung cấp</small>

<small>mọi loại hình dịch vụ ở mọi nơi, mọi lúc, cho</small>

<small>mọi đối tượng đòi hỏi sự phát triển và tích</small>

<small>hợp hợp lý của tất cả các mạng. Vì vậy, đảmbảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối làm nảysinh câu hỏi nên áp dụng mơ hình hoạt động</small>

<small>vĩ mô nào: phối hợp hoạt động của các ISP</small>

<small>hay dựa vào mơ hình mạng xếp chồng đối</small>

<small>tác thứ ba (mạng SON). Vì vậy, nghiên cứu</small>

về mảng đề tài này có giá trị thực tiễn cao. KIÊN NGHỊ

<small>Qua nghiên cứu giải pháp công nghệmạng xếp chồng dịch vụ, tôi nhận thấy đây</small>

<small>là một trong những giải pháp hứa hẹn hướng</small>

<small>phát triển tiếp theo của mạng trong tương lai</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

gần. Song cơng trình nghiên cứu về thiết kế

tơpơ mạng SƠN chưa nhiều, vì vậy đây chính là tiềm năng để người nghiên cứu thoả

sức sáng tạo và cống hiến. Kiến nghị mong

muốn là đề xuất được tôpô cụ thể cho mạng

SON thoả mãn mục tiêu thiết kế. Chứng

minh được tính ưu việt về hiệu năng của tơpơ

này so với các tơpơ hiện có.

</div>