Nghiên cứu mô phỏng đánh giá chất lượng dịch vụ trên mạng MPLS
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.16 MB, 120 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN HOÀNG TRƯỜNG
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRÊN MẠNG MPLS
Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60 52 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN KIM GIAO
Hà Nội - 2009
1
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC 1
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6
DANH MỤC CÁC BẢNG 8
MỞ ĐẦU 9
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC . 10
1.1. Khái quát về Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 10
1.1.1. 10
1.1.2. 11
1.2. Công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) 13
1.2.1. 13
1.2.2. 14
1.2.3. 16
1.3. Các thành phần cơ bản Chuyển mạch nhãn Đa giao thức 19
1.3.1. 19
1.3.2. 21
1.4. Các Thành phần điều khiển hoạt động của Hệ thống MPLS 24
1.4.1. 24
1.4.2. 27
1.4.3. 27
1.5. Các ứng dụng của Chuyển mạch nhãn Đa giao thức 29
CHƢƠNG 2: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA
GIAO THỨC 33
2.1. Vấn đề Chất lƣợng dịch vụ (QoS) 33
2.1.1. 33
2.1.2. 33
2.2. Các đặc tính QoS 35
2.2.1. 35
2.2.2. 36
2.2.3. 36
2
2.2.4. 37
2.2.5. 37
2.3. Các công nghệ QoS 38
2.3.1. 38
2.3.2. 40
2.3.3. 42
2.4. Chất lƣợng dịch vụ trong MPLS 42
2.4.1. 43
2.4.2. 43
2.5. MPLS và công nghệ định luồng 47
CHƢƠNG 3: CÔNG NGHỆ ĐỊNH LUỒNG (STREAMING) 49
3.1. Tổng Quan về Công nghệ Streaming Media 49
3.1.1. Codecs 49
3.1.2. 51
3.1.3. 52
3.1.4. 53
3.2. Bộ Mã hoá/Giải mã và các chuẩn định luồng Media 57
3.2.1. H.263 57
3.2.2. -1 59
3.2.3. -2 59
3.2.4. MPEG-4 60
3.3. Các giao thức Định luồng Video 65
3.3.1. 65
3.3.2. Real-Time Transport Protocol (RTP) 66
3.3.3. Real-Time Control Protocol (RTCP) 68
3.3.4. Resource Reservation Protocol (RSVP) 70
3.3.5. Real-Time Streaming Protocol 72
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG TRONG
ĐỊNH LUỒNG MPLS 76
4.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá chất lƣợng Định luồng Đa phƣơng tiện 76
4.1.1. 76
4.1.2. 79
4.1.3.
80
4.2 Xây dựng mô hình thực nghiệm mô phỏng Công nghệ định luồng trên
MPLS 82
3
4.2.1. 82
4.2.2. 82
4.3 Xây dựng Phần mềm Đánh giá Chất lƣợng định luồng MPLS 89
4.3.1. 89
4.3.2. 90
4.3.3. 92
4.3.4. 92
4.3.5. 96
4.3.6. 97
4.4 Kết quả và Đánh giá 98
4.4.1. 99
4.4.2. 99
KẾT LUẬN 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO 109
PHỤ LỤC A 110
PHỤ LỤC B 114
PHỤ LỤC C 118
4
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Ch Truy không b
BGP
Border Gateway Protocol
Giao th C biên
CoS
Class of Service
L d v
CBR
Constant Bit Rate
d phát ra các yêu c truy có
t bit không
CR-LDP
Constraint-base routing LDP
Giao th phân ph nhãn dùng
tuy d vào các ràng bu
EGP
Exterior Gateway Protocol
Giao th C ngoài
FEC
Forwarding Equivalence Class
L tng ng v m chuy ti.
Khái ni c MPLS ch vi phân
lo các gói tin v phng di chuy
ti
FTN
FEC to NHLFE Map
Ánh x t FEC và NHLFE
GMPLS
Generalized Multiprotocol Label
Switching
Chuy m nhãn
quát hoá
IETF
Internet Engineering Task Force
Internet
IGP
Interior Gateway Protocol
Giao th C N b
IML
Incoming Label Map
Ánh x Nhãn
LDP
Label Distribution Protocol
Giao th Phân ph nhãn
LER
Label Edge Router
tuy Nhãn Biên
LIB
Label Information Base
C s thông tin nhãn
LSP
Label Switching Path
Tuy Chuy m nhãn
LSR
Label Switching Router
tuy chuy m nhãn
MPLambdaS
Multiprotocol Lambda Switching
Chuy m nhãn
vào Thông tin quang
MPLS
Multiprotocol Label Switching
Chuy m nhãn
MPEG
Moving Picture Experts Group
Nhóm các chuyên gia v Hình
chuy , tg là tên chu mã
hoá d li a phng ti mà nhóm
này a ra
NHLFE
Next Hop Label Forwarding
Entry
NS
Network Simulation
Mô ph M - S ph mô ph
c Phòng thí nghi Lawrence
Berkeley National Laboratory
OSPF
Open Shortest Path First
Phng pháp l ch tuy d
và i ng nh
PCM
Pulse Code Modulator
B i ch xung mã
QoS
Quality of Service
Ch l d v
RIP
Routing Information Protocol
Giao th Thông tin tuy
RSVP
Resource Reservation Protocol
Giao thc tr Tài nguyên
5
RTP
Real-Time Protocol
Giao th Th gian th Giao th
vân chuy chính c các Công ngh
th th
RTCP
Real-Time Control Protocol
Giao th i khi Th gian th
RTSP
Real-Rime Streaming Protocol
Giao th lu th gian th.
Giao th m d c công ngh
lu
TE
Traffic Engineering
TTL
Time-To-Live
Th gian s. Th là th gian t
t c m gói tin trên truy
UDP
Universal Datagram Protocol
VC
Virtual Chanel
Kênh . Khái ni c ATM ch
m tuy d li
VCI
Virtual Chanel
danh m
6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Định tuyến trong mạng IP 11
Hình 1.2: Mô hình chồng lấn trên mạng IP/ATM 13
Hình 1.3: Ví dụ về chuyển mạch truyền thống 19
Hình 1.4: Ví dụ về MPLS TE 21
Hình 1.5: Định dạng nhãn MPLS chung 22
Hình 1.6: Lớp liên kết dữ liệu ATM 22
Hình 1.7: Ngăn xếp nhãn. 23
Hình 1.8: Minh hoạ lớp chuyển tiếp tương đương. 23
Hình 1.9: Giao thức LDP với các giao thức khác. 28
Hình 1.10: Thủ tục báo hiệu trong RSVP. 29
Hình 1.11: Mạng Nhà cung cấp dich vụ 29
Hình 1.12: IP over ATM với vấn đề N(N-1)/2 30
Hình 1.13: MPLS trên các mạng ATM đã tồn tại 31
Hình 1.14: Ánh xạ MPLS/ATM QoS 31
Hình 2.1: Ví dụ về độ trượt 36
Hình 2.2: Mất gói trong mạng 37
Hình 2.3: Mối liên hệ giữa Công nghệ định luồng và MPLS 48
Hình 3.1: Truyền dữ liệu Video bằng phương pháp Download file Video 51
Hình 3.2: Truyền Video theo phương pháp Luồng Video 52
Hình 3.3: Bộ đệm ra được sử dụng để lưu trữ truyền đẳng thời 52
Hình 3.4: Máy chủ gửi các luồng video riêng biệt đến mỗi điểm 54
Hình 3.5: Multicast 54
Hình 3.6: Ethernet chuyển mạch cho truyền trên mạng LAN tín hiệu Video luồng 55
Hình 3.7: Tín hiệu Video được định luồng thông qua Internet 56
Hình 3.8: Thâm nhập Video đã định luồng thông qua mạng truyền thông công cộng 56
Hình 3.9: Bộ mã hoá trong mã hoá H.263 58
Hình 3.10: Quá trình giải mã H.263 59
Hình 3.11: Mô hình hệ thống MPEG-1 và MPEG-2 60
Hình 3.12: Kiến trúc Dựa vào đối tượng (Object-Based) 62
Hình 3.13: Truyền dữ liệu đã định luồng 64
Hình 3.14: Các phiên bản của MPEG-4 65
Hình 3.15: Các Giao thức Định luồng và ngăn xếp TCP/IP 66
Hình 3.16: Đóng gói RTP 67
Hình 3.17: Khuôn dạng Header RTP 68
Hình 3.18: Gói tin RTCP Sender Report 70
Hình 3.19: Kết hợp các yêu cầu RSVP Multicast 71
Hình 3.20: Quy trình Yêu cầu RSVP 72
7
Hình 3.21: Kết nối điều khiển RTSP 74
Hình 3.22: Kết nối RTSP 75
Hình 3.23: Các trạng thái của RTSP[12] 75
Hình 4.1: Mô hình thực nghiệm 86
Hình 4.2: Mô hình mô phỏng trên NS2 87
Hình 4.3: Khuôn dạng file log. 88
Hình 4.4: Quy trình tiến hành thực nghiệm 89
Hình 4.5: Phân rã Chức năng của Chương trình 90
Hình 4.6: Sơ đồ luồng dữ liệu 91
Hình 4.7: Lưu đồ Thuật toán Mô phỏng Máy trạm Định luồng 95
Hình 4.8: Lưu đồ Thuật toán Kết xuất các Tiêu chí thời gian 97
Hình 4.9: Lưu đồ Thuật toán Kết xuất Tiêu chí Chất lượng Hình ảnh Âm thanh 98
Hình 4.10: Độ mất mát gói tin toàn thể của 3 đoạn phim 100
Hình 4.11: Độ mất mát gói tin của Phim Công viên kỷ Jura ( không MPLS) 102
Hình 4.12: Độ mất mát gói tin của Phim Ngài Bean ( không MPLS) 102
Hình 4.13: Độ mất mát gói tin của Phim Aladdin và cây đèn thần (không MPLS) 103
Hình 4.14: Độ mất mát gói tin của Phim Công viên kỷ Jura (có MPLS) 103
Hình 4.15: Độ mất mát gói tin của Phim Ngài Bean ( có MPLS) 104
Hình 4.16: Độ mất mát gói tin của Aladdin và cây đèn thần ( có MPLS) 104
Hình 4.17: So sánh độ mất mát gói tin giữa 2 trường hợp (có MPLS và không MPLS)
của Phim Công viên kỷ Jura 105
Hình 4.18: So sánh độ mất mát gói tin giữa 2 trường hợp (có MPLS và không MPLS)
của Phim Ngài Bean 105
Hình 4.19: So sánh độ mất mát gói tin giữa 2 trường hợp (có MPLS và không MPLS)
của Aladdin và cây đèn thần 106
Hình 4.20: So sánh Độ mất mát cực đại trên 2 hệ thống 106
Hình 4.21: So sánh Độ mất mát trung bình trên 2 hệ thống 107
8
DANH MỤC CÁC BẢNG
Các công nghệ chuyển mạch đa lớp 14
Một số vấn đề gặp phải khi mạng không hỗ trợ QoS 34
Các tiêu chí lựa chọn để đánh giá chất lượng định luồng 81
Khuôn dạng của file dữ liệu mã hóa 84
Các bộ phim lựa chọn và thể loại 85
Thông số kỹ thuật của Phim Công viên kỷ Jura 85
Thông số kỹ thuật của Phim Ngài Bean 85
Thông số kỹ thuật của Phim Aladin và Cây đèn thần 86
Các Tham số của Mô hình thực nghiệm 86
Các Module chức năng của Chương trình 90
Thống kê gói tin của Công viên kỷ Jura 101
Thống kê gói tin của Ngài Bean 101
Thống kê gói tin của Aladdin và cây đèn thần 101
9
MỞ ĐẦU
Công n
(MPLS).
công ngh nh v, bên c vi tìm hi làm ch công ngh thì vi
giá hi qu c c công ngh v các d c th c là m vi
làm có ý ngh c trong lý thuy l th
Chính vì lý do , ch tài Nghiên cứu mô phỏng, đánh giá chất lượng
dịch vụ trên mạng MPLS nh m vi giá hi qu c công ngh
Chuy m nhãn d c th là Công ngh lu
(Streaming Media) - m công ngh th ph bi hi nay trên Internet.
báo cáo các k qu th hi , lu vn này t ch thành 4 chng:
- Các chng 1, 2, 3 t trung vào các c s lý thuy, trình bày v các v c
b c Chuy m nhãn ông ngh
lu, và m liên h gi chúng.
- Chng 4 i sâu vào vi xây d phng pháp ti hành th nghi giá
hi qu và phân tích m s k qu thu .
- Ph k lu a ra m s h nghiêi theo làm rõ thêm hi qu
c Chuy m nhãn Công ngh lu.
-
-
10
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA
GIAO THỨC
1.1. Khái quát về Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
1.1.1. Giới thiệu
vô cùng
,
.
c
nternet,
tà
,
p
plug-and-play
có tính cao
[6].
G
,
(connection-oriented) (connectionless)
(IP over
ATM).
n mnhãn (MPLS – Multiprotocol Label Switching
QoS –
Quality of ServiceTraffic Enginering
.
11
IP trên IP.
nh cao.
(dựa trên các thước đo QoS và chất lượng dịch vụ
n . Ngoài ra, nó
c ATM – Asyncronous Transfer Mode)
,
1.1.2. Vấn đề của mạng IP và ATM
Mạng IP
H
.
th,
(router) :
(routing) (switching hoă
̣
c forwarding ).
:
-
-
; không
(
).
-
.
Hình 1.1: Định tuyến trong mạng IP
COLL (Connection-Oriented Link Layer I
.
có tắc nghẽn) và
có
12
, nên .
do
[5].
Ngoài ra, hop-by-hop)
g
-rõ
g và các
nói chung.
.
H .
. S
IP
àng[6].
Mạng ATM
(53 bytes)
(ATM Cell). C
delay jitter. Ngoài ra, kích
(theo lý thuyết tốc độ có thể lên tới 1,2Gbit/s).
virtual channelvirtual
path . C
và
.
T
13
Hình 1.2: Mô hình chồng lấn trên mạng IP/ATM
(full mesh
2
,
n-square problem).
này[10].
1.2. Công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS)
1.2.1. Sự ra đời của MPLS
dựa trên tổng đài
dựa trên lớp mạng). :
Công nghệ
Nhà sản
xuất/Chuẩn
Mục đích
Tổng quan
Multiprotocol
over ATM
(MPOA)
IETF
LAN,
WAN
. MPOA
ATM.
IP Switching
Nokia
(Ipsilon)
LAN,
WAN
14
Cell-
Switched
Routers
Toshiba
LAN,
WAN
bộ định tuyến chuyển mạch tế
bào
Aggregate
Route-based
IP Switching
(ARIS)
IBM
WAN
nó
cung cấp cơ chế ngăn ngừa vòng mà ATM
không có
Tag
Switching
Cisco
WAN
-
-
-
-
Bảng 1.1: Các công nghệ chuyển mạch đa lớp
C (MPLS
[13].
1.2.2. Một số đặc điểm của MPLS
15
LSR (Label Switching Router
(Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol
h
FEC - Forwarding Equivalence
Class
ví dụ như trễ xuyên suốt
của miền MPLS
tru
MPLS thực hiện các chức năng sau:
16
ng
nhau.
ó
nguyên (RSVP-Resource Reservation Protocol
OSPF).
Trong MPLS, ãn LSPs
(Label Switching Path
Label Distribution
Protocol
BGP
1.2.3. Một số ƣu điểm của MPLS
.
Các mạng riêng ảo (VPN-Virtual Private Network
riêng
tin theo
hàng kênh
17
Định tuyến gián tiếp
Hỗ trợ đa kết nối và đa giao thức
Khả năng mở rộng
p
Định tuyến liên vùng
cụ thể là lưu lượng của nguồn và đích là không
cùng trên một mạng).
Hỗ trợ cho tất cả các loại lƣu lƣợng
unicast và các gói multicast.
cho
[13].
Điểm vƣợt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM
Khi h
Platform
18
l
hierarchical
structure
- Sự tích hợp:
trên ATM
như PNNI).
- Độ tin cậy cao hơn:
router xung quanh
-to-router link, gây
- Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ:
(Class of Service - CoS
- Hỗ trợ hiệu quả Multicast và RSVP
P.
.
- Sự đo lƣờng và quản lý VPN: MPLS c
-BGP (Multiprotocol Border Gateway Protocol
MPLS-based VPN
-based VPN
.
- Giảm tải trên mạng lõi:
19
- Khả năng điều khiển lƣu lƣợng:
1.3. Các thành phần cơ bản Chuyển mạch nhãn Đa giao thức
1.3.1. Định tuyến Cơ bản
Định tuyến truyền thống
-by-IGP
Routing Information Protocol – RIP) và
Open Shortest Path First – OSPF), ho
(EGPBorder Gateway Protocol – BGP
hop)
cùng
n. Quá trình
Hình 1.3: Ví dụ về chuyển mạch truyền thống
3
20
các biểu đồ, thường dựa vào băng thông
-
ình 1.3,
.3
h
-
-
Kỹ thuật lƣu thông MPLS (MPLS Traffic Engineering)
các Định tuyến
Nhãn Sườn - Labels Edge Router
Forwarding Equivalence Class – FEC). Các gói
chúng, thông qua v
Ý tưởng quan trọng nhất là chỉ cần thêm một nhãn đơn giản, các LSR có thể chuyển
các gói tin hiệu quả hơn, nhờ vào phần tử chuyển tiếp đơn giản, tương phản với cơ sở
hop-by-hop được sử dụng trong định tuyến truyền thống.
Nhãn (Label Information Base – LIB
gói tin,
21
LSP
Hình 1.4: Ví dụ về MPLS TE
Trong hình 1.4
như OSPF
1.3.2. Các Khái niệm Cơ sở
Nhãn
p
Forwading Equivelance Class - FEC
22
5:
Hình 1.5: Định dạng nhãn MPLS chung
Hình 1.6: Lớp liên kết dữ liệu ATM
-
multicast.
Ngăn xếp nhãn (Label Stack).
Label Switching Path - LSP
một nhãn cho EGP
và một nhãn cho IGP
3bits
1bits
8bits
Nhãn Exp.bits BS TLL
20 bits
32bits
23
Hình 1.7: Ngăn xếp nhãn.
Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
LSR
Các lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng (FEC – Forwading Equivelance Class)
chúng đều gửi tới chặng tiếp theo như nhau
Hình 1.8: Minh hoạ lớp chuyển tiếp tương đương.
24
Cơ sở dữ liệu nhãn
Tuyến chuyển mạch nhãn
Định tuyến tƣờng minh
vào (LSR mà dữ liệu bắt đầu truyền-LSP
Định tuyến theo từng bƣớc truyền
-PNNI
Gói tin dán nhãn
Gói tin dán
gán nhãn. Trong
Ấn định và phân phối nhãn
1.4. Các Thành phần điều khiển hoạt động của Hệ thống MPLS
1.4.1. Thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn
ATM VCI/VPI, và đặc biệt là
