Kỹ thuật lưu lượng mpls và ứng dụng trong mạng vnpt (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

---------------------------------------

TRẦN VĂN KHẢI

KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MPLS VÀ ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG CỦA VNPT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THƠNG
MÃ SỐ: 60.52.02.08

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2013


Luận văn được hồn thành tại:
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

Người hướng dẫn khoa học:
TS. ĐỖ MẠNH QUYẾT

Phản biện 1: ............................................................................................
.............................................................................................

Phản biện 2: ............................................................................................
.............................................................................................

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ
tại Học viện Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng

Vào lúc:

........ giờ ........ ngày ........ tháng ....... năm ...............

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


1
MỞ ĐẦU
Công nghệ thông tin, viễn thông thay đổi từng ngày góp phần đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao
hơn của người dùng. Một trong những xu thế đó là sự ra đời của các công nghệ chuyển mạch mới (chuyển
mạch mềm) nhằm thay thế cho các công nghệ chuyển mạch cũ (chuyển mạch kênh). Công nghệ chuyển mạch
nhãn đa giao thức MPLS là một công nghệ được phát triển nằm trong xu thế đó.
Vì vậy tơi chọn đề tài nghiên cứu về kỹ thuật lưu lượng MPLS và áp dụng trong mạng của VNPT.
Với mục đích muốn tìm hiểu và nắm bắt được công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thứ, kỹ thuật điều khiển lưu
lượng, điều khiển tránh tắc nghẽn mạng trong mạng MPLS.
Nội dung tìm hiểu của luận văn chia thành 3 chương:
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Chương này nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật lưu lượng MPLS, các khái niệm cơ bản, q trình xử lý gói tin của
MPLS, và kỹ thuật, cơ chế điều khiển lưu lượng trong MPLS
CHƢƠNG II: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG
MẠNG MPLS.
Nghiên cứu các kỹ thuật điều khiển lưu lượng và tìm hiểu về bài tốn tắc nghẽn trong mạng MPLS. Áp
dụng cáp phương pháp điều khiển nghẽn để giải quyết tắc nghẽn trong mạng MPLS.
Từ đó, nhà cung cấp dịch vụ sẽ giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong mạng và khả năng phục hồi nhanh giúp
giảm thiểu mất gói khi xảy ra lỗi.
CHƢƠNG III: GIẢI PHÁP TRONG ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG ĐỂ TRÁNH NGHẼN MẠNG
XẨY RA.
Đưa ra mơ hình, cấu trúc mạng đang sử dụng của nhà cung cấp dịch vụ. Thực hiện giám sát, quan

trắc, đo kiểm lưu lương mạng tại các thời điểm khác nhau. Từ đó sẽ đưa ra các một số giải pháp điều khiển
lưu lương để trách tắc nghẽn xẩy ra trong mạng.
Do nhiều mặt còn hạn chế nên nội dung của đề tài khó tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận
được ý kiến đóng góp của các thầy cơ và bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Đỗ Mạnh Quyết đã tận tình hướng dẫn em hồn thành luận văn.
Hà Nội, Ngày 12 Tháng 09 Năm 2013
Học viên

Trần Văn Khải


2
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về MPLS
1.1.1 Khái niệm cơ bản về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế, được các nhà công
nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng. Sự thành cơng và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà cơng nghệ
này có được là nhờ vào việc chuẩn hố cơng nghệ. Q trình hình thành và phát triển công nghệ, những giải
pháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM, Toshiba…. Những nỗ lực chuẩn hoá của tổ chức tiêu chuẩn IETF
trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấp cho chúng ta những nhận định ban đầu về xu hướng
phát triển MPLS.
MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về công nghệ thông tin trong triển
lãm về công nghệ thông tin, viễn thơng tại Texas. Sau đó Cisco và hàng loạt hãng khác như IBM,
Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng
chung bản chất công nghệ chuyển mạch nhãn.
MPLS thực hiện một số chức năng sau:
 Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN
 Định tuyến hiện (điều khiển lưu lượng)
 Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM
Có thể thấy rằng MPLS đã phát triển nhanh chóng và hiệu quả. Điều này cũng chứng minh những

yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới. Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được
ban hành dưới dạng RFC. Sau khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện, chúng sẽ được tập hợp lại để xây dựng
một hệ thống tiêu chuẩn MPLS
Các khái niệm cơ bản của chuyển mạch nhãn MPLS
a. Nhãn (Lable)
b. Ngăn xếp nhãn (Lable stack)
c. Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn
d. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR-Lable Switching Router)
e. Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC-Forward Equivalence Class)
f. Cơ sở thông tin nhãn (LIB-Lable Information Base)
g. Tuyến chuyển mạch nhãn (LSP-Lable Switching Path)

Quá trình xử lý thông tin trong MPLS


3
Core LSR
Edge LSR

Edge LSR

IP

IP

L1

Traditional
IP forwarding

IP

L2

IP

L3

IP

Traditional IP
forwarding

Label forwarding

Hình 1.4: Quá trình xử lý thơng tin trong MPLS
Q trình xử lý thơng tin cơ bản trong MPLS nhƣ sau:
1. Một LSP được thiết lập giữa 2 LER bằng LDP hoặc RSVP.
2. Khi gói tin IP đến LER đầu vào, router sẽ kiểm tra địa chỉ IP đích và gán cho nó một nhãn tương
ứng. Như vậy gói này đã được gán một nhãn MPLS trước khi chuyển đi.
3. Các router core LSR chuyển gói tin đi dựa trên các nhãn ingress và egress mà không cần quan
tâm đến địa chỉ IP của gói tin.
4. LER cuối cùng sẽ gõ bỏ nhãn MPLS và tìm đích của gói tin trong bảng định tuyến IP rồi đẩy gói
tin ra port cần thiết.
1.1.2 Cấu trúc và các thành phần của của một miền MPLS

Mạng MPLS bao gồm nhiều nút có chức năng định tuyến và chuyển tiếp nối với
nhau. Mỗi nút tương ứng với một thiết bị LSR ( Lable Switching Router). Mạng MPLS có
thể được chia thành hai miền là miền lõi MPLS( MPLS core) và miền biên MPLS
( MPLS Edge).Tương ứng với mỗi miền ta có thiết bị tương đương.

LER
IP

LER

LSR

MPLS domain
LSR

LER

LSP
MPLS

LSR
LER

Hình 1.5 Cấu trúc miền MPLS


4
1.1.3 Mơ hình chuyển gói tin trong MPLS
Gói tin ở đây được đóng gói và đích cần đến đó là paris và London. Trước hết gói tin được đẩy lên tới
LSR ingress. Ở đây Ingress LSR xác định FEC và chia nhãn, Chuyển lưu lượng đến Paris trên LSP màu
vàng, Chuyển lưu lượng đến London trên LSP màu đỏ, Traffic sẽ được swap nhãn ở mỗi transit LSR

Ingress
LSR

LSP
Egress
LSR

Paris

LSP
London

MPLS

LER

Hình 1.8: Mơ hình chuyển gói tin trong MPLS
Khi gói tin đến Egress LSR gỡ nhãn MPLS, Chuyển gói đi tiếp dựa trên địa chỉ đích và chuyển đến
đích cần đến.
1.2 Hƣớng nghiên cứu của luận văn
1.1.2 Những nghiên cứu hiện tại về điều khiển lƣu lƣợng MPLS
Cùng với sự phát triển của mạng IP, các nhà nghiên cứu cố gắng tìm ra một phương pháp điều khiển
lưu lượng trong mạng một cách tối ưu để đáp ứng được nhu cầu người sử dụng. Các phương pháp điều khiển
lưu lượng truyền thống như IP, ATM cũng phần nào giải quyết được bài toán lưu lượng trong mạng IP. Tuy
nhiên các phương pháp này bộc lộ một số hạn chế nhất định. Chuyển mạnh nhãn đa giao thức, một công
nghệ chuyển mạch nhãn định hướng kết nối cung cấp các khả năng mới trong các mạng IP, trong khi khả
năng điều khiển lưu lượng được đề cập đến bằng cách cho phép thực hiện các cơ chế điều khiển lưu lượng
một cách tinh xảo.
MPLS khơng thay thế cho định tuyến IP nhưng nó sẽ hoạt động song song với các phương pháp định
tuyến đang tồn tại và các công nghệ định tuyến trong tương lai với mục đích cung cấp tốc độ rất cao giữa các
bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSP, đồng thời với việc hạn chế băng tần của các luồng lưu lượng với các
yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS khác nhau.
Hiện nay, có rất nhiều các nghiên cứu vềphương pháp điều khiển lưu lượng. Ví dụ như tác giả Trần

Cơng Hùng, về vấn đề điều khiển lưu lượng đã trình bầy phương pháp sử dụng định tuyến ràng buộc và
Enhanced IGP [11] thì việc điều khiển lưu lượng trong MPLS có thể được thực hiện hiệu quả hơn. Trong
khi đó để giải quyết vấn đề này thì tác George Swallow đã trình bầy phương pháp sử dụng giao thức báo hiệu
RSVP-TE trong điều khiển lưu lượng MPLS [8]. Theo yêu cầu để làm cho Traffic Engineering đạt hiệu quả,
IETF đã đưa ra kỹ thuật điều khiển lưu lượng sử dụng giao thức LDP cưỡng bức (CR-LDP)[2] cho phép các


5
nhà quản lý mạng thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn (LSP) một cách rõ ràng. CR-LDP là một sự mở
rộng của LDP. Nó hoạt động độc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong (IGP) khác. Nó được sử
dụng cho các dịng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mô phỏng mạng chuyển mạch kênh.
1.2.2 Lựa chọn hƣớng nghiên cứu, giải quyết trong điều khiển lƣu lƣợng MPLS của luận văn
Sau khi nghiên cứu các giải pháp của một số tác giả trong nước và nước ngoài gần đây và căn cứ
thực tế trong mạng của nhà khai thác tại Việt Nam, luận văn sẽ đi sâu vào giải quyết vấn đề điều khiển lưu
lượng IP/MPLS nhằm cân bằng tốt nhất cho lưu lượng vào giờ cao điểm tại các nút mạng lõi và biên của
miền MPLS.
Nội dung nghiên cứu của luận văn dự kiến sẽ tập trung, đi sâu vào nghiên cứu hai lĩnh vực. Thứ
nhất, luận văn sẽ đi sâu vào tìm hiểu phương pháp điều khiển lưu lượng sử dụng hai phương pháp: định
tuyến ràng buộc và Enhanced IGP và sử dụng giao thức báo hiệu RSVP-TE trong điều khiển lưu lượng
MPLS. Thứ hai, luận văn sẽ nghiên cứu về bài toán lưu lượng và điều khiển tránh tắc nghẽn mạng. Cụ thể,
luân văn sẽ tìm hiều các phương pháp điều khiển nghẽn mạng như các phương pháp DECbit, Điều khiển
chống tắc nghẽn trong TCP, FATE, EWA và FEWA [12].
Đồng thời, để điều khiển tránh tắc nghẽn mạng xẩy ra, ngoài các phương pháp nêu trên, luận văn
cũng đã nghiên cứu và tìm hiểu để kết hợp với các phương pháp như quan trắc, đo thử, thực nghiệm lưu
lượng trên mạng và rút ra được giải pháp phù hợp để áp dụng cho từng nút mạng khác nhau của nhà cung
cấp.
1.3 Kết luận chƣơng
Nội dung chương 1 đã trình bày tổng quan về MPLS. Quá trình hình thành và phát triển của MPLS,
các khái niệm cơ bản của mạng MPLS như: nhãn, ngăn xếp nhãn, bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn, bộ
định tuyến chuyển mạch nhãn(LSR-Lable Switching Router), lớp chuyển tiếp tương đương (FEC-Forward

Equivalence Class), tuyến chuyển mạch nhãn (LSP-Lable Switching Path). Bài toán dự kiến nghiên cứu cũng
được đề cập đến trong nội dung nghiên cứu của chương này.
CHƢƠNG II: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG
MẠNG MPLS
2.1 MPLS và kỹ thuật lƣu lƣợng
2.1.1 Khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng
Kỹ thuật lưu lượng (TE- Traffic Engineering) là kỹ thuật điều khiển đường truyền chứa lưu lượng
qua mạng. Mục đích để cải thiện việc sử dụng tài nguyên mạng, tránh trường hợp một phần tử mạng bị
nghẽn trong khi các phần tử khác chưa được dùng hết. Ngoài ra, cịn để đảm bảo đường truyền có các thuộc
tính nhất định, tài nguyên truyền dẫn có sẵn trên một đường truyền cụ thể hay xác định luồng lưu lượng nào
được ưu tiên lúc xảy ra tranh chấp tài nguyên.
Mạng chuyển mạch đa nhãn giao thức (MPLS - MultiProtocol Label Switching) xây dựng đường
truyền chuyển nhãn (LSP - Label Switched Path) trong mạng nhằm giảm lưu lượng chuyển tiếp.MPLS-TE


6
dùng đường hầm TE (TE tunnel) hay đường hầm điều khiển lưu lượng để kiểm soát lưu lượng trên đường
truyền đến một đích cụ thể. MPLS-TE dùng định tuyến động (autoroute) để tạo bảng định tuyến bằng LSP
mà không cần thông tin đầy đủ của các tuyến lân cận (neighbor).MPLS-TE cịn có khả năng dự trữ băng
thơng khi xây dựng các LSP này. Nói chung, phương pháp này linh hoạt hơn kỹ thuật lưu lượng chuyển tiếp
chỉ dựa vào địa chỉ đích.
Kỹ thuật lưu lượng trong mơi trường MPLS thiết lập mục tiêu hướng tới 2 chức năng hoạt động : (a)
Định hướng lưu lượng và (b) định hướng tài nguyên.
MPLS có ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vì nó có thể cung cấp hầu hết các chức năng
hiện có ở một mơ hình chồng phủ nhưng theo cách tích hợp với chi phí thấp. Điều quan trọng là MPLS còn
đề xuất khả năng tự động hóa các chức năng kỹ thuật lưu lượng.
2.1.2 Bài tốn lƣu lƣợng
Chúng ta xemxét một mạng đơn giản như hình 2.1. Mạng bao gồm các bộ định tuyến
R1,R2,R3,R4,R5 cùng thuộc một miền quản trị.Các bộ định tuyến được kết nối với nhau như hình vẽ. Xét
hai luồng lưu lượng I-I‟,II-II‟ vào R1 và ra R5. Theo hình vẽ dễ thấy có hai đường đi có thể lựa chọn hai

luồng lưu lượng trên:
- R1-R2-R3-R5
- R1-R4- R5

Hình 2.1 Mơ hình mạng đơn giản
Với cấu hình này, nhà quản trị có thể sử dụng một trong các giải pháp định tuyến sau đây:
- Thứ nhất là sử dụng định tuyến tĩnh. Với giải pháp này, một đường đi sẽ được lựa chọn một cách
nhân công.


7

Hình 2.2 Lựa chọn đƣờng sử dụng Phƣơng pháp định tuyến tĩnh
- Thứ hai là sử dụng định tuyến động. Đó là sử dụng một trong các giao thức định tuyến IGP như
RIP, OSPF, IS-IS…Với giải pháp này, các bộ định tuyến tự động xây dựng và cập nhật bảng định tuyến của
mình bằng cách trao đổi, thu thập thơng tin định tuyến, tìm ra đường đi ngắn nhất. Hai phương pháp này có
những ưu nhược điểm riêng. Định tuyến tĩnh khơng địi hỏi việc trao đổi thơng tin định tuyến nhưng có
nhược điểm là khơng thích ứng với sự thay đổi cấu hình mạng. Sử dụng các giao thức định tuyến IGP cho
phép thích ứng nhanh với sự thay đổi cấu hình mạng nhưng lại tốn một lượng băng thơng cho việc trao đổi
thơng tin định tuyến. Thường thì định tuyến động được áp dụng cho mạng IP cỡ lớn.
Trong hình 2.1 nếu áp dụng giao thức định tuyến RIP thì cả hai luồng I-I‟,II-II‟ đi theo đường R1R4-R5, nếu áp dụng giao thức định tuyến OSPF thì cả hai luồng lưu lượng này đi theo đường R1-R2-R3-R5.
Với thuộc tính này có thể nói rằng giao thức định tuyến OSPF có ưu điểm hơn các giao thức định tuyến khác
nếu đứng trên quan điểm phân bổ lưu lượng.

Hình 2.3 Lựa chọn đƣờng sử dụng phƣơng pháp định tuyến OSPF


8

Hình 2.4 Lựa chọn đƣờng sử dụng Phƣơng pháp định tuyến RIP

2.1.3 Thiết lập đƣờng truyền thiết kế lƣu lƣợng sử dụng MPLS-TE
a. Thuộc tính ƣu tiên (priority) và sự chiếm trƣớc (preemption) LSP
Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priorty/Preemption)MPLS-TE dùng độ ưu tiên của LSP để đánh dấu
các LSP quan trọng hơn và cho phép chúng giành tài nguyên từ các LSP khác (hay chiếm trước LSP
khác).MPLS-TE đưa ra tám mức độ ưu tiên, 0 là tốt nhất và 7 là xấu nhất.
b. Phân phối thông tin – IGP mở rộng (extensions)
Trong việc thiết lập đường truyền thiết kế lưu lượng yêu cầu cần thiết ở đây là tìm được một đường
truyền trong mạng đáp ứng được các điều kiện (thơng tin) ràng buộc. Các điều kiện đó sẽ được đưa vào để
tính tốn các đường truyền khả thi đến đích. Các điều kiện ràng buộc như:
 Băng thông yêu cầu cho một LSP cụ thể
 Các thuộc ính (như màu sắc) của liên kết cho phép lưu lượng qua.
 Giá trị metic được gán cho liên kết.
 Số chặng mà lưu lượng được phép truyền qua.
 Độ ưu tiên thiết lập của LSP.

c. Tính tốn đƣờng truyền – CSPF:
Như thuật toán đường đi ngắn nhất (SPF - Shortest Path First), SPF ràng buộc (CSPF- Constrained
SPF) tính đường đi ngắn nhất dựa vào việc quản lý metric. CSPFchỉ tính các đường mà thỏa mãn một trong
các điền kiện ràng buộc bằng cách loại bớt các liên kết không thỏa. Ví dụ nếu điều kiện về băng thơng, CSPF
sẽ bỏ bớt các liên kết khơng có đủ băng thơng để dùng.


9

Hình 2.5: Ví dụ về CSPF

2.1 Điều khiển nghẽn
2.2.1 Điều khiển lƣu lƣợng trong mạng MPLS
Đây là một phương pháp được sử dụng đầu tiên để điều khiển lưu lượng trong mạng IP. Phương

pháp này phần nào khắc phục được tồn tại mà kế hoạch định tuyến để lại. Kĩ thuật lưu lượng dựa trên chính
sách định tuyến IP vẫn là phương pháp khá phổ biến, nhưng đây không phải là phương pháp tối ưu. Phương
thức chủ yếu để điều khiển hướng lưu lượng IP đi qua mạng là sự thay đổi cost trên một liên kết riêng biệt.
Khơng có cách hợp lí để điều khiển hướng mà lưu lượng chấp nhận trên cơ sở nơi mà lưu lượng đến từ đâumà chỉ là lưu lượng sẽ đi tới đâu. Sử dụng kĩ thuật lưu lượng IP phù hợp với nhiều mạng mạng lớn, tuy nhiên
vẫn cịn có một số vấn đề mà kĩ thuật lưu lượng IP không giải quyết được.
Các phần tử trong mạng IP ứng xử với các gói tin bằng các phân tích thơng tin mào đầu của gói tin
IP (điều khiển hướng gói).
Nếu mạng như hình 2.6 sử dụng phương pháp định tuyến tĩnh, việc chia lưu lượng đều trên hai
đường đi có thể được thực hiện một cách dễ dàng bởi nhà quản trị. Ví dụ luồng lưu lượng I-I‟ được áp đặt sử
dụng đường R1-R2-R3-R5 còn luồng lưu lượng II-II‟ được áp đặt đi trên đường còn lại R1-R4-R5.


10

Hình 2.6 Phân chia lƣu lƣợng dựa theo định tuyến tĩnh

Hình 2.7 Chia lƣu lƣợng thành hai phần
Chúng ta tiếp tục xem xét trường hợp sử dụng một trong các giao thức định tuyến (như OSPF). Sẽ có
hai giải pháp có thể áp dụng. Thứ nhất, kích hoạt tính năng chọn đa đường của giao thức định tuyến. Khi đó
giao thức định tuyến khơng chỉ tìm ra một đường đi ngắn nhất mà là một tập các đường đi ngắn nhất. Trong
trường hợp cụ thể này, chọn số đường đi ngắn nhất là 2. Nếu vậy, bộ định tuyến R1 sẽ sử dụng cùng một lúc
hai đường đi cho các luồng lưu lượng. Cần chú ý rằng giao thức định tuyến OSPF không hỗ trợ cân bằng tải
không đều mà chỉ hỗ trợ cân bằng tải đều. Muốn cân bằng tải kiểu khơng đều thì phải sử dụng giao thức định
tuyến EIGRP. Thứ hai, có thể kết hợp giao thức định tuyến với „điều kiện mở rộng khi quyết định hướng các
gói tin theo các tuyến tới đích. Thơng thường, để đưa ra ứng xử của mình với các gói tin, các bộ định tuyến
chỉ cần phân tích thơng tin về địa chỉ đích của gói tin IP đó. Khi áp dụng các „điều kiện mở rộng‟ tại các bộ
định tuyến, ngồi địa chỉ đích ra cịn một số thơng tin sau có thể xem xét khi đưa ra quyết định ứng xử:
 Địa chỉ nguồn
 Kích cỡ gói
 Loại ứng dụng (căn cứ vào địa chỉ cổng ứng dụng).

2.2.2 Cơ chế điều khiển lƣu lƣợng trong mạng MPLS
Kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng( Traffic Engineering)


11
Traffic Engineering đề cập đến khả năng điều khiển của những luồng lưu lượng trong mạng, với mục
đích giảm thiểu tắc nghẽn và tạo ra mức sử dụng hiệu quả nhất cho các phương tiện sẵn có. Lưu lượng IP
truyền thống định tuyến theo Hop by Hop cơ bản và theo IGP luôn sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất để
truyền lưu lượng. Lưu lượng đường dẫn IP có thể khơng đạt tối ưu vì nó phụ thuộc vào thông tin Link Metric
tĩnh không cùng với bất kỳ một hiểu biết nào của tài nguyên mạng sẵn có hoặc các yêu cầu của lưu lượng
cần thiết để mang trên đường dẫn đó. Sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất có thể gây ra các vấn đề sau :
- Đường dẫn ngắn nhất từ các tài nguyên khác nhau chồng lẫn lên một sốlink, gây ra tắcnghẽntrên
các link đó.
- Lưu lượng từ một nguồn đi tới một đích có thể vượt quá dung lượng của kỹ thuật đường dẫn ngắn
nhất, trong khi một đường dẫn dài hơn giữa hai Router đó được được sử dụng khơng đúng mức.
Trong hình 2.8, có hai đường dẫn từ Router C tới Router E được biểu thị bởi các đường dẫn 1 và
2,nếu một Router chọn một trong các đường dẫn theo kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất từ C tới E(C-D-E), thì
sau đó nó sẽ mang tất cả lưu lượng của đích cho E thông qua đường dẫn. Dung lượng lưu lượng cuối cùng
trên đường dẫn đó có thể gây ra tắc nghẽn, trong khi một đường dẫn khác (C-F-G-H-E) không được sử dụng.
Để toàn thể mạng hoạt động hiệu quả nhất nó có thể thiết kế nhằm thay đổi một vài phân số (fraction) của
lưu lượng từ link này tới link khác. Trong khi ta có cost đường dẫn C-D-E ngang bằng với cost đường dẫn CF-G-H-E như làviệc tiến lại gần hơn với sự cân bằng tải sẽ gây cản trở, nếu khơng thể có được một Topo
mạng chặt chẽ. Các đường dẫn của định tuyến tường minh, được thực hiện sử dụng MPLS, có thể được sử
dụng dẽ hiểu hơn và mềm dẻo hơn của việc đánh địa chỉ vấn đề này.
Để giải quyết vấn đề điều khiển lưu lượng dựa vào một thực tế là các nhãn và các đường dẫn Labelswitched có thể được thiết lập một cách đa dạng của cách kiểu điều khiển khác nhau. Ví dụ, kiểu điều khiển
lưu lượng có thể thiết lập một đường dẫn Label-switched từ B tới C tới F tới G tới H tới E (đường dẫn 1) và
một đường dẫn khác từ A tới C tới D tới E (đường dẫn 2) như được chỉ ra ở hình 2.9.

Hình 2.8 Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chon đƣờng ngắn nhất

12

Hình 2.9 Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lƣu lƣợng
2.2.3 Các giao thức phân bổ nhãn
MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vì một vài giao thức định tuyến đang
được sử dụng OSPF có thể hỗ trợ phân bổ nhãn. Tuy nhiên, IETF đã phát triển một giao thức mới để bổ sung
cho MPLS. Được gọi là giao thức phân bổ nhãn LDP. Một giao thức khác, LDP cưỡng bức (CR-LDP), cho
phép các nhà quản lý mạng thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn (LSP) một cách rõ ràng. CR-LDP là
một sự mở rộng của LDP. Nó hoạt động độc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong (IGP) khác.
Nó được sử dụng cho các dịng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mơ phỏng mạng chuyển mạch kênh.RSVPcó
thể được sử dụng để phân phối nhãnbằng việc sử dụng các bản tin Reservation và PATH, nó hỗ trợ các hoạt
động ràng buộc và phân bổ nhãn.

Hình 2.10 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS


13
2.2.4 Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP
Một số đặc điểm cơ bản về giao thức RSVP
- RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trị quan trọng trong mạng MPLS, được sử dụng để dành
trước tài nguyên cho một phiên truyền trong mạng Internet.
- RSVP được thiết kế để thiết lập các đường truyền cũng như bảo vệ giải thông trên các đường
truyền trong khi các giao thức IP là giao thức khơng kết nối nó khơng hỗ trợ việc thiết lập các đường cho
luồng lưu lượng
- RSVP yêu cầu các máy nhận lưu lượng về yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS cho luồng dữ liệu.
Các ứng dụng tại máy nhận phải giải quyết các thuộc tính QoS sẽ được truyền tới RSVP. Sau khi phân tích
các yêu cầu này, RSVP được sử dụng để gửi các bản tin tới tất cả các nút nằm trên tuyến đường của gói tin.
Hình 2.9 là một ví dụ về giao thức dành sẵn tài nguyên RSVP.
Ingress

LSR

R1

Route RSVP = {R1, R4, R8, R9}

R4

R8

Egress
LSR

R9

Hình 2.14: Ví dụ về giao thức dành sãn tài nguyên
- RSVP sẽ thiết lập một giao thức dành sãn tài nguyên đi theo đường xác định theo tuyến từ R1 đến
R9 đã được lựa chọn theo IGP. Và sau đó phân phối nhãn ngược trở lại để thiết lập đường truyền vận chuyển
lưu lượng.
Thiết lập đƣờng sử dụng RSVP
RSVP đóng vai trị quan trọng trong việc thiết lập đường LSP và hỗ trợ các ứng dụng unicast hoặc
multicast. RSVP thích ứng với các thay đổi trong nhóm multicast hoặc trong bảng định tuyến. Việc duy trì
được thực hiện thông qua việc gửi các bản tin làm tươi định kì gửi theo LSP để duy trì trạng thái. Trong kỹ
thuật lưu lượng , các phiên RSVP xảy ra giữa các router ở các điểm đầu cuối trung kế. Các bản tin được sử
dụng trong quá trình thiết lập đường bao gồm: PATH, RESV, PATH_TEAR, PATH_ERR, RESV_ERR.
Điều khiển lƣu lƣợng với RSVP
Nhu cầu sử dụng RSVP bắt đầu từ việc sử dụng mạng IP để vận chuyển các lưu lượng thời gian thực
như thoại, hội nghị truyền hình vốn yêu cầu chặt chẽ về ràng buộc thời gian. Để đảm bảo yêu cầu, các ứng
dụng sẽ được đặt trước tài nguyên, tức tài nguyên khi này sẽ được dành riêng cho ứng dụng. RSVP định
nghĩa cách thức đặt trước tài ngun này. Khi đó với mỗi ứng dụng ví dụ như truyền file, truyền video,

RSVP sẽ thực hiện cho phép ứng dụng đặt trước tài nguyên mà các ứng dụng cần thiết và router sẽ từ chối
nếu khơng có tài ngun đặt trước khơng có sẵn.


14
Nơi nhận thực hiện đặt trước tài nguyên là điều hợp lý là vì nó biết rõ về tài ngun mà ứng dụng sẽ
cần. Hơn nữa người dùng cũng dễ dàng tham gia hoặc không tham gia nữa mà không gây ảnh hưởng đến
phía gửi. Hình dưới thể hiện dịng lưu lượng trong mạng, việc điều khiển lưu lượng để tối ưu hóa tài nguyên
sử dụng. Nó chuyển lưu lượng từ đường học được từ IGP sang đường LSP ít nghẽn hơn.

Destination

Source

Lưu lượng IP Layer3

Lưu lượng đã điều khiển

Hình 2.17: Điều khiển lƣu lƣợng với RSVP
2.3 Giải quyết tắc nghẽn trong mạng MPLS
2.3.1 Các khái niệm về tắc nghẽn

Tắc nghẽn là một hiện tượng rất quen thuộc trên mạng mà nguyên nhân nói chung là
do tài nguyên mạng giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin của con người lại khơng có
giới hạn, ngày càng tăng nhanh. Vì vậy, hiện tượng tắc nghẽn mạng là khó tránh khỏi.
Nguyên nhân là do bản chất tự nhiên của dữ liệu người dùng đưa vào mạng. Khi
mạng khơng kịp đối phó với sự gia tăng đột ngột của lưu lượng thì tắc ngẽn sẽ xẩy ra.
2.3.2 Hiện tƣợng tắc nghẽn
Khi lưu lượng trong mạng đến một điểm nào đó, sự tắc nghẽn nhẹ bắt đầu xảy ra, với sự giảm sút
trong thông lượng. Hình 2.19 chỉ ra vấn đề này.Nếu điều này tiếp diễn như đường tuyến tính, thì nó sẽ khơng

phải là vấn đề quá phức tạp. Tuy nhiên, tại một thời điểm khi hoạt động của mạng đạt đến một cấp độ nào đó
thì thơng lượng sẽ tụt xuống theo đường thẳng bởi vì sự tắc nghẽn nghiêm trọng và sự tích tụ lại các gói tại
hàng đợi.
Do đó, các mạng phải cung cấp một vài kỹ thuật để thông báo các node mắc phải trong mạng khi tắc
nghẽn xảy ra và cung cấp kỹ thuật điều khiển luồng trên thiết bị người dùng bên ngoài mạng.
Tắc nghẽn tối thiểu là một trong các mục đích hoạt động định hướng tài nguyên và lưu lượng quan
trọng nhất.Hình 2.19 chỉ ra việc tắc nghẽn diễn ra trong một thời gian dài. Với sự giả sử này, tắc nghẽn có
thể được miêu tả bởi 2 cách. Cách thứ nhất, đơn giản là khơng có đủ tài ngun để cung cấp cho lưu lượng
người dùng.Cách thứ 2, phức tạp hơn, có đủ tài nguyên mạng để hỗ trợ QoS của người dùng nhưng các dịng
lưu lượng khơng được sắp xếp hợp lý khi vào mạng. Do đó, một vài phần của mạng khơng được dùng đến
trong khi các phần khác thì bị chất đầy bởi lưu lượng người dùng.


15

Thơng lượng
Ít tắc nghẽn

Tắc nghẽn nghiêm trọng

u cầu
sửa chữa

Hình 2.19 Các vấn đề tắc nghẽn tiềm tàng

2.3.3 Phƣơng pháp giải quyết tắc nghẽn
a. Một số phƣơng pháp điều khiển chống tắc nghẽn truyền thống
1. Phương pháp điều khiển chống tắc nghẽn DECbit [12]
2. Điều khiển chống tắc nghẽn trong TCP [12]

b. Một số phƣơng pháp điều khiển chống tắc nghẽn mới
1. Kĩ thuật điều khiển tắc nghẽn FATE [12]

Trong các mạng IP đang hoạt động, sẽ rất khó khăn trong việc kết hợp chặt chẽ quá
trình điều khiển lưu lượng một cách có hiệu quả dựa vào các khả năng của công nghệ
IP.Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đề xuất các khả năng mới đối với các cơ chế điều
khiển lưu lượng. Phương thức FATE cho phép giải quyết các vấn đề liên quan đến việc
quản lí các luồng lưu lượng động qua mạng bằng cách tái cân bằng các luồng lưu lượng
trong khoảng thời gian mạng bị tắc nghẽn.
2. Kĩ thuật điều khiển tắc nghẽn EWA và FEWA [12]
Phương pháp EWA (Explicit Window Adaptation) dùng thông báo một cách rõ ràng đến phía gửi về
băng thơng cịn khả dụng của các đường ra bằng cách sử dụng cơ chế điều khiển lưu lượng giống như trong
TCP để truyền thông tin phản hồi từ các bộ định tuyến đến phía gửi. Bên trong bộ định tuyến EWA thơng
tin phản hồi được tính tốn định kỳ dựa trên đánh giá dung lượng rỗi hiện tại của hàng đợi trong bộ định
tuyến nhân với một biến α. α tuỳ thuộc vào giá trị khởi tạo và kích thước hàng đợi hiện tại. Nó được điều
khiển theo thuật tốn AIMD. EWA cho thấy các kết quả hoạt động tốt trong các bộ định tuyến có tải lớn,
nhưng có một số vấn đề trong các bộ định tuyến hoạt động ở dưới mức tải trong hầu hết thời gian. Lý
do nằm ở việc tính tốn α, nó đặt q nhiềuvào trọng tải trước đó của bộ định tuyến, vì vậy khơng
thể phản ứng lại đủ nhanh đối với những thay đổi lớn của các điều kiện tải.
Chính vì hạn chế đó EWA mờ (FEWA- Fuzzy EWA) đã phát triển, khác với EWA cũ chủ yếu ở
việc tính tốn α. FEWA sử dụng một bộ điều khiển mờ để tính α dựa theo giá trị hiện tại và một giá trị gần


16
nhất của bộ đệm bộ định tuyến. Với các thay đổi này trong việc tính tốn phản hồi bên trong bộ định tuyến,
hiệu suất từ đầu cuối đến đầu cuối có thể đạt được lớn hơn so với EWA.
2.3 Kết luận chƣơng
Nội dung chương 2 đã trình bày về kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS và điều khiển tắc nghẽn mạng
MPLS. Các giao thức định tuyến đưa lưu lượng qua mạng theo con đường ngắn nhất mà không quan tâm đến
các tham số khác dẫn đến việc sử dụng khơng hiệu quả băng thơng sẵn có trong mạng. Giao thức chiếm dụng

tài nguyên RSVP, với những khả năng nó hỗ trợ, các cơ chế điều khiển lưu lượng trong mạng sẽ rất dễ dàng,
giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong mạng. Một ưu điểm nữa là khả năng hồi phục nhanh, giúp giảm thiểu tỉ lệ
mất gói khi xảy ra lỗi trên các liên kết hoặc các nút chuyển mạch nhãn. Trong thực tế, RSVP là giao thức
thông dụng nhất, được lựa chọn cho quá trình điều khiển lưu lượng trong một mạng.

CHƢƠNG 3: GIẢI PHÁP TRONG ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG ĐỂ TRÁNH NGHẼN MẠNG XẨY RA
Trong phần này luận văn sẽ trình bày kiến trúc mạng IP/MPLS của một nhà khai thác điển hình tại
Việt Nam và giải pháp điều khiển lưu lượng để giải quyết tránh tắc nghẽn mạng xảy ra. Các số liệu topo
mạng, lưu lượng được đo theo thời gian thực và xử lý bằng phương pháp thống kê. Tuy nhiên để đảm bảo bí
mật thông tin luận văn xin được phép bỏ các thông tin gắn liền với tên thết bị và tên nhà khai thác.
3.1 Cấu hình mạng MPLS của VNPT
Mạng IP/MPLS core của nhà khai thác là mạng đám mây thực hiện chức năng lớp transport trong
mạng NGN, nó hiện được coi là ngơi nhà chung của tồn mạng của nhà cung cấp dịch vụ, chứa đựng tất cả
các mạng MAN, Internet tốc độ cao phân bổ trong mạng Core và mở ra một mạng core của mạng thế hệ sau
NGN. Mạng được xây dựng và mở rộng để cung cấp tất cả các dịch vụ đang tồn tại và hỗ trợ đưa ra một số
dịch vụ mới như IPTV và video-on-demand và thực hiện việc cân bằng của mạng quốc gia backbone NGN
với khả năng phân chia các dịch vụ như đã được mô tả bởi mạng của nhà cung cấp:
- Internet tốc độ cao (truy nhập Broadband )
- Voice trên IP (VoIP)
- Những dịch vụ Multicast Video (ví dụ như IP TV, Video Conferencing)
- Những dịch vụ Unicast (ví dụ như Video on Demand)
- Dịch vụ IP-VPN lớp 3
- Dịch vụ VPN lớp 2(VPLS&Pseudo-wire/VPWS)
3.1.2 Mơ hình mạng và thành phần chính cấu thành lên mạng IP/MPLS

Xây dựng mơ hình mạng áp dụng cơng nghệ IP/MPLS
Mơ hình mạngdựa trên kế hoạch thiết kế với dual LSR core với 5 vùng chính. Đó là HNI, HCM,
HPG, DNG và CTO. Nhà cung cấp LSR biên với 5 vùng đó sẽ được kết nối đến 2 vị trí router trong trung
tâm của vùng.

17

Hình 3.1 Mơ hình mạng áp dụng cơng nghệ IP/MPLS
3.1.3 Định tuyến IP trong mạng IP/MPLS
Topo logic của mạng IP/MPLS bao gồm tên của các thiết bị và các interface, link, địa chỉ ảo và bộ
giao thức định tuyến và điều khiển, bao gồm cả phạm vi cá nhân và các mối quan hệ khác, được sử dụng để
tổ chức và ràng buộc với nhau các thiết bị bên trong để mạng hoạt động.
Mạng MPLS sử dụng sự kết hợp 4 giao thức cơ bản để định tuyến và điều khiển chuyển tiếp được
lựa chọn sử dụng trong mạng IP/MPLS core. Đó là: Đa giao thức MP-BGP; IS-IS; LDP; RSVP.
3.1.4 Các dạng lƣu lƣợng trong mạng MPLS
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã
dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác. Lưu lượng lớn nhất hiện nay
trên mạng trục là lưu lượng IP. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức là tất cả các xu hướng phát triển
công nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP. lớp mạng, hệ quả
3.1.5 Một số dịch vụ IP trên mạng IP/MPLS


18
3.2 Đề xuất giải pháp xử lý tắc nghẽn trong mạng IP/MPLS của VNPT
3.2.1 Đo lƣờng và giám sát lƣu lƣợng trên mạng
Mạng IP/MPLS có rất nhiều dịch vụ chạy vì thế lưu lượng đổ vào mạng Core là vơ cùng lớn. Phần
tiếp theo luận văn sẽ trình bầy về thống kê lưu lượng chạy qua một nút mạng địa phương( Cao Bằng).

Hình 3.5 : Mơ hình mạng tại tỉnh Cao Bằng với các link kết nối

Kết quả đo được thể hiện như các hình dưới.


19

Hình 3.6: Lƣu lƣợng PE1/ CBG <-> P2 / HNI trong 2 giờ, 2 ngày, 30 ngày
Một số đánh giá và nhận xét về số liệu thu đƣợc
Số liệu thu được phù hợp với yêu cầu của luận văn về cơ chế điều khiển lưu lượng(TE) nhằm xử lý
tắc nghẽn trong mạng MPLS của nhà cung cấp dịch vụ.Băng thông là tham số quan trọng giúp ISP biết được
mạng lưới mình quản lý đang thơng suốt hay có xảy ra tắc nghẽn.


20
Nhờ giám sát băng thông của các kết nối trong mạng Core và kết nối xuống ManE mà nhà cung cấp
dịch vụcó thể phát hiện các thời điểm xảy ra nghẽn, lưu lượng giờ cao điểm; để từ đó đưa ra các phương án
điều chỉnh kịp thời giúp cân bằng lưu lượng trong mạng mình quản lý.
3.2.2 Điều khiển lƣu lƣợng trong mạng Core-MPLS của VNPT
Trường hợp tiếp theo đây là q trình theo dõi và phân tích lưu lượng từ mạng lõi MPLS đến một
nút mạng địa phương.
Từ topo mạng của tỉnh Phú Thọ ta thấy hướng kết nối như sau:
- Từ PE1-PTO có 1 link 2,5G kết nối đến HNI-P1 và 1 link 2,5G đến HNI-P2. Lưu lượng của các
dịch vụ sẽ đổ về PE-PTO theo 2 hướng này:
HNI-P1
MANE1-Việt Trì

2.5 GE
1 x 10GE & 2 x 1GE
PTO-PE1

1 GE

GE
2.5

MANE Phú Thọ

2.5
GE

PTO-PE2
1 x 10GE & 2 x 1GE

2.5 GE

MANE02
Phú Thọ
HNI-P2

Hình 3.12: Topo hiện tại của mạng IP của VNPT Phú Thọ

Các kết quả đo kiểm lưu lượng khi chưa có sự can thiệp như sau:


21

Hình 3.14: Lƣu lƣợng HNI-P2-VTN <->PTO-PE1 trong 2 ngày
Trên 2 hình trên, ta thấy lưu lượng từ HNI-P1 và HNI-P2 về PTO-PE đang không đều băng thông.
Cụ thể, băng thông max HNI-P1 PTO-PE~1.8Gbs, băng thông max HNI-P2-> PTO-PE~1Gbs. Chúng ta
điều chỉnh lưu lượng MPLS TE bằng cách: trên HNI-P1 sẽ tạo thêm 1 LSP trỏ về PTO-PE nhưng đi theo
hướng HNI-P2 để san bớt lưu lượng qua HNI-P2 cân bằng tải 2 link HNI-P1<-> PTO-PE và HNI-P2<->
PTO-PE.

Sau khi cấu hình cơ chế MPLS-TE, lưu lượng trên 2 link HNI-P1<-> PTO-PE1 và
HNI-P2<-> PTO-PE1 đã tương đối đều như hình vẽ:

22

Hình 3.15: Lƣu lƣợng HNI-P1-VTN <->PTO-PE1 trong 2 ngày sau khi điều khiển

Hình 3.16: Lƣu lƣợng HNI-P1-VTN<-> PTO-PE1 trong 2 ngày sau khi điều khiển


23
3.3.3 Cơ chế để điều khiển nghẽn trong mạng

Hình 3.17 minh họa bốn bước của một quá trình điều khiển lưu lượng.Quy trình điều
khiển lưu lượng là quy trình điều khiển quá trình cấp phát tài nguyên để đáp ứng các thay
đổi của lưu lượng nên nó đc lặp đi lặp lại.

Hình 3.17: Quy trình điều khiển lƣu lƣợng