(Ket hop DIFFSERV va MPLS trong viec dam bao chat luong dich vu chương 4

Chương 4 Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp DiffServ và MPLS
Chương 4
Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp
DiffServ và MPLS

4.1 Giới thiệu chương
Việc kết hợp giữa MPLS và DiffServ đã khai thác các điểm mạnh của mỗi
công nghệ và ngày càng nâng cao chất lượng dịch vụ QoS cho khách hàng, đặc biệt là
việc sử phân bố băng thông khi trong mạng xảy ra tắt nghẽn . Trong chương này với
việc sử dụng chương trình mô phỏng Ns2 sẽ mô phỏng một số kịch bản để dẫn chứng
cho việc kết hợp DiffServ và MPLS trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ.
4.2 Khái quát chung về NS-2
Theo các tài liệu NS2 [18], trình mô phỏng mạng NS-2 là trình mô phỏng các
sự kiện rời rạc cho các giải pháp mạng. Nó cung cấp các hỗ trợ thiết yếu cho việc mô
phỏng TCP, định tuyến, và các giao thức multicast trên các mạng có dây hoặc không
dây và cả vệ tinh. Ns2 hỗ trợ các đặc tính như các đường kết nối điểm- điểm, mạng
LAN, định tuyến unicast, định tuyến multicast, các giao thức vận chuyển như UDP,
TCP, các giao thức lớp ứng dụng, mobile IP, các mạng di động ad-hoc……
NS-2 là ngôn ngữ hướng đối tượng được xây dựng trên 2 ngôn ngữ là C++ và
Tcl còn được gọi là Otcl. Các đối tượng C++ lập thành mặt phẳng dữ liệu trong Ns2
và các đối tượng OTcl như mặt phẳng điều khiển. Sẽ có các đối tượng liên kết TclCL
để kết nối với các kiểu đối tượng khác nhau. Một bài toán mô phỏng thường đi theo
các bước sau đây:
• Tạo lịch trình các sự kiện
• Khởi động dấu vết (trace) bất kỳ
• Tạo các đối tượng node và đường liên kết mạng
• Thiết lập định tuyến unicast hay multicast
• Cài các module đo lỗi bất kỳ
• Khởi tạo các giao thức lớp vận chuyển như UDP hay TCP
-53-
Chương 4 Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp DiffServ và MPLS

• Khởi tạo các bộ phát sinh lưu lượng cho TCP hoặc UDP
• Kết hợp giao thức lớp ứng dụng với giao thức lớp vận chuyển đã chọn
Thường đa số các thành phần bên được sử dụng trong NS-2 là các đối tượng
node và các đối tượng đường kết nối. Các đối tượng node bao gồm các nhân
tố(agent) và các bộ phân lớp. Các nhân tố thường là các điểm cuối giao thức và các
bộ phân lớp thường là các bộ giải trộn gói tin. Các đối tượng đường liên kết thường
gói gọn 1 hàng đợi, trễ và có thể là kiểm tra thời gian TTL (Time To Live).
Việc mô phỏng mạng MPLS trên NS-2 (MNS) có thể mô phỏng một số ứng
dụng trên MPLS mà không cần xây dựng một mạng MPLS thực để kiểm chứng.
Trong kiến trúc MNS, đối tượng node NS-2 tham chiếu đến một bộ phân lớp mới gọi
là bộ phân lớp MPLS, xác định các gói đã nhận dù là được gán nhãn hay chưa gán
nhãn. Nếu đã gán nhãn, bộ phân lớp sẽ chuyển mạch lớp 2 thay vì định tuyến ở lớp 3.
Còn nếu chưa gán nhãn, một đường LSP sẽ được thiết lập trước đó với các giao thức
báo hiệu, các gói chưa gán nhãn sẽ được xử lý để gán nhãn (đây là điểm đặc biệt của
node MPLS khác với đối tượng node bình thường như trong hình 4.1). Trong trường
hợp này, node MPLS đóng vai trò như 1 router LSR đầu vào. Mặc khác, gói tin được
chuyển tiếp đến bộ phân lớp địa chỉ mặc định cho lớp 3 định tuyến. Trường hợp bình
thường, khi 1 gói tin đến và đã đựơc xử lý thì nó sẽ được chuyển đến phân lớp cổng
và phân phối đến các nhân tố của node này. Bộ phân lớp cổng ở đây sẽ được hiệu
chỉnh sao cho MPLS sẽ phân phối đến các nhân tố nếu như gói đã gán nhãn và đến
các nhân tố mặc định nếu như gói chưa được gán nhãn.
DiffServ được hỗ trợ trong NS2 bao gồm các đặc tính như gán DSCP cho các
IP header, điều hòa các đối ứng với các hiện trạng (profile), và lập lịch các đối xử đó.
Các hiện trạng có thể được định nghĩa ứng với các dạng lưu lượng như EF hay AF.
Các hiện trạng này sẽ được thêm vào trong bộ điều hòa. Khi một gói tin đi qua bộ
điều hòa, các hiện trạng sẽ ứng với các DSCP đã chọn. Các gói tin sẽ được kiểm tra
khi chúng phù hợp với các đặc tính tốc độ lưu lượng đã được chọn trong hiện trạng.
Nếu gói tin ko phù hợp, tùy theo dạng lưu lượng mà nó xử lý, ví dụ như đối với dạng
lưu lượng EF, nếu ko phù hợp chúng sẽ bị loại bỏ, còn đối với AF chúng sẽ được
-54-

Chương 4 Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp DiffServ và MPLS
đánh dấu lại với độ ưu tiên loại bỏ gói cao hơn. Bộ lập lịch trong trường hợp này sẽ
nhiều lớp lưu lượng EF,AF và BE xen kẽ nhau
Hình 4.1 Cấu trúc node MPLS
Hình 4.2 Cấu trúc node Unicast và node Multicast
4.3 Mô hình và kết quả mô phỏng
Dưới đây là topo mạng được sử dụng trong suốt quá trình mô phỏng với các
nguồn phát lưu lượng UDP tương ứng với các nút gởi S1, S2, S3 và ba nguồn thu lưu
lượng tương ứng với D1, D2, D3; băng thông của đường liên kết tương ứng như trên
hình vẽ. Những bài mô phỏng dưới đây sẽ chỉ ra được một số ưu và nhược điểm của
mạng IP và MPLS khi không sử dụng DiffServ và khi sử dụng Diffserv.
-55-
Chương 4 Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp DiffServ và MPLS
S3
S2
D2
D3
R4
R3
R1
S1
R0
R6
R7
R10
R8
R9
R3
R1
R2

R5
10M
10M
10M
10M
10M
10M
5M 5M
5M
5M
5M
5M
D1
Hình 4.3 Topo mạng sử dụng trong quá trình mô phỏng
4.3.1 Mô phỏng mạng IP không sử dụng DiffServ
4.3.1.1 Mô tả
Mạng IP với 10 node IP không hổ trợ MPLS với 3 node nguồn R0, R1, R2
tương ứng với 3 nguồn UDP, mỗi nguồn UDP mang một ứng dụng riêng.
• Ứng với node R0 là nguồn UDP1 sẽ đi đến node R8.
• Ứng với nguồn UDP2 là node R1 sẽ đi đến đích là R9.
• Và cuối cùng là nguồn UDP3 được gán vào node R2 đi đến đích là R10.
Các thông số của luồng cho ở bảng 4.1
Bảng 4.1
Luồng UDP1 Luồng UDP2 Luồng UDP3
Kích thước gói (bytes) 1000 1000 1000
Tốc độ truyền (Mbps) 2.5 2 1.5

4.3.1.2 Thực hiện và kết quả mô phỏng
-56-
Chương 4 Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp DiffServ và MPLS

Việc mô phỏng trực quan được thể hiện rõ trên cửa sổ ứng dụng NAM. Việc thực
hiện mô phỏng như sau:
• Tại thời điểm 0.1s cho nguồn UDP1 bắt đầu
• Đến thời điểm 1.0s nguồn UDP1 dừng và UDP2 bắt đầu
• Đến thời điểm 2.0s nguồn UDP2 dừng và UDP3 bắt đầu
• Thời điểm 3.0s cho cả 3 nguồn đều gởi gói
Kết quả được thống kê ở bảng 4.2
Bảng 4.2
Kết quả Luồng UDP1 Luồng UDP2 Luồng UDP3
Số gói truyền (gói) 7158 5725 4310
Số gói mất (gói) 1107 930 700
Tỉ lệ mất (%) 15.4 16.2 16.2
Hình 4.4 Mô phỏng mạng IP không sử dụng DiffServ
-57-
Chương 4 Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp DiffServ và MPLS
Hình 4.5 Đồ thị băng thông sử dụng bởi các luồng lưu lượng
4.3.1.3 Nhận xét
Với đồ thị xgraph thể hiện như trên hình 4.5 ta nhận thấy rằng: tại thời điểm
0.1-1s chỉ có luồng lưu lượng UDP1 chạy trên mạng, băng thông của đường kết nối
sẽ đáp ứng được yêu cầu của luồng. Tương tự cho luồng UDP2 và UDP3. Nhưng tại
thời điểm 3.0s khi lưu lượng trên mạng quá tải, cả 3 luồng cùng tham gia gởi gói, do
mạng IP sử dụng giao thức định tuyến theo đường ngắn nhất nên cả 3 luồng cùng đi
trên một đường R3-R4-R7. Trong khi băng thông của đường kết nối không đủ đáp
ứng cho cả 3 luồng cùng một lúc, việc chia sẻ băng thông cho cả 3 luồng thể hiện như
trên hình 4.5. Không có mức ưu tiên cho các gói tin, đối xử và loại bỏ gói là ngẫu
nhiên mất gói trên mạng sẽ xảy ra cho cả 3 luồng, mạng sử dụng băng thông không
hiệu quả trong lúc các đường liên kết khác lại rỗi. Khi thông tin trên mạng bị mất gói
quá nhiều, việc truyền tải thông tin sẽ bị gián đoạn, mất thông tin là nhược điểm mà
cả nhà cung cấp và cả khách hàng không mong muốn đến.
-58-

Chương 4 Các kịch bản và kết quả mô phỏng sự kết hợp DiffServ và MPLS
4.3.2 Mạng IP truyền thống sử dụng DiffServ
4.3.2.1 Mô tả
Giải pháp mà các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra là sử dụng DiffServ để cung
cấp chất lượng dịch vụ ứng với mỗi khách hàng khi lưu lượng trên đường truyền quá
tải. Trong bài mô phỏng này, mỗi khách hàng sẽ tương ứng với mỗi hợp đồng cung
cấp dịch vụ riêng. Ví dụ như khách hàng S1D1 sử dụng lưu lượng UDP_EF, yêu cầu
của khách hàng là phục vụ tốt nhất. Khách hàng S2D2 sử dụng lưu lượng UDP_AF.
Cuối cùng là khách hàng S3D3 sử dụng luồng UDP_BE
Trường hợp 1: sử dụng mode lập lịch PRI (Priority) sử dụng chế độ ưu tiên loại bỏ
gói, các thông số được cho ở bảng 4.3
Bảng 4.3
Luồng UDP_EF Luồng UDP_AF Luồng UDP_BE
Kích thước gói (bytes) 1000 1000 1000
Tốc độ truyền (Mbps) 2.5 2 1.5
Mã đánh dấu 10 20 30
Mức ưu tiên loại bỏ gói Thấp Trung bình Cao
Số gói truyền (gói) 7158 5725 4828
Số gói mất (gói) 0 0 2679
Tỉ lệ mất (%) 0.0 0.0 62.5
-59-