Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp qos trong MPLS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN

KỸ THUẬT LƯU LƯNG VÀ
CUNG CẤP QoS TRONG MPLS

Chuyên ngành
Mã số ngành

: Kỹ thuật Vô tuyến - Điện tử
: 02.07.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5, năm 2003


Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----!"#-----

Cộng hoà Xã hội Chủ nghóa Việt Nam
Độc lập - tự do - hạnh phúc
-----!"#-----

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ
Họ và Tên học viên:
Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:

I.
TÊN ĐỀ TÀI:

NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN
17-08-1974
ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Phái:
Nam
Nơi sinh: Tp Đà nẵng
Mã số:
1011148

KỸ THUẬT LƯU LƯNG VÀ CUNG CẤP QoS TRONG MPLS

II.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
III.
NGÀY GIAO NHIỆM VU:
15-11-2002

IV.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
15-05-2003
V.
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHẠM HỒNG LIÊN
VI.
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: PGS. TS. NGUYỄN KIM
SÁCH
VII. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: ThS.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CÁN BỘ NHẬN XÉT 1
CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

TS. Phạm Hồng Liên

PGS. TS. Nguyễn Kim Sách

Th.S.

Nội dụng và đề cương luận văn thạc sỹ đã được Hội đồng Chuyên ngành thông qua
Ngày tháng năm 2003
TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
CHỦ NHIỆM NGÀNH


Lời cảm ơn
Tôi xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình
của Cô giáo hướng dẫn: TS. Phạm Hồng Liên,
xin cảm ơn sự dạy dỗ nhiệt tình của các thầy
cô giáo thuộc bộ môn Điện tử Viễn thông khoa

Điện - Điện tử, trường Đại học Bách khoa Tp
Hồ Chí Minh, xin cảm ơn sự giúp đỡ của các
đồng nghiệp trong bộ môn Điện tử Viễn thông
khoa Công nghệ Thông tin - Điện tử và Viễn
thông, trường Đại học Kỹ thuật Đại học Đà
nẵng và cuối cùng xin cảm ơn bạn bè và những
người thân đã hổ trợ cho tôi rất nhiều trong
khoảng thời gian thực hiện luận án.


TÓM TẮT
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) được
IETF (Internet Engineering Task Force) đề xuất khoảng giữa thập niên 90 đã chứng
tỏ được các ưu điểm của mình về mặt đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin mà các
giải pháp mô hình chồng phủ hiện nay không thể đáp ứng được.
Tuy nhiên, kỹ thuật lưu lượng và cụ thể là việc cung cấp chất lượng dịch vụ
QoS trong MPLS chưa được khai thác hết và là một trong những thách thức lớn đối
với các nhà điều hành mạng, các kỹ sư lưu lượng, các nhà phân tích, đánh giá và các
nhà nghiên cứu viễn thông nói chung.
Đề tài nghiên cứu về kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức, các khía
cạnh của kỹ thuật lưu lượng nhằm nâng cao khả năng cung cấp QoS cho MPLS
trên cơ sở bảo vệ và khôi phục đường dẫn, định tuyến chất lượng dịch vụ (QoS
routing) và dịch vụ phân biệt (Differential Service) trong MPLS.
Luận văn được chia thành 9 chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1: Đặt vấn đề và tình hình hiện nay
Trình bày về xu hướng phát triển và các vấn đề của Internet hiện nay, đó
cũng chính là nguyên nhân ra đời MPLS.
Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng trong Internet
Cùng với chương 1, chương này giới thiệu một số kỹ thuật được đề xuất để áp
dụng trong Internet đương đại, các mô hình đa dịch vụ, hỗ trợ QoS ở lớp IP, lớp tuyến

dữ liệu và lớp vật lý để cho thấy những khó khăn trong việc cung cấp QoS cho mạng
Internet hiện nay.
Chương 3: chuyển mạch nhãn đa giao thức
Trình bày các khái niệm tổng quan về MPLS, các cơ chế kỹ thuật lưu lượng
cho MPLS làm nổi bậc các ưu điểm tiềm tàng của MPLS so với các vấn đề đã đề cập
của chương trước.
Chương 4: Các yêu cầu về kỹ thuật lưu lượng trong MPLS
Giới thiệu khái quát về kỹ thuật lưu lượng, các yêu cầu về kỹ thuật lưu lượng
trong MPLS do các giới hạn của cơ chế IGP hiện nay. Các bài toán cơ bản và tăng
cường khả năng của kỹ thuật lưu lượng qua MPLS, các thuộc tính và các đặc trưng
trung kế lưu lượng, thuộc tính tài nguyên và định tuyến cơ sở ràng buộc.
Chương 5: Bảo vệ và khôi phục đường dẫn trong MPLS
Bảo vệ và khôi phục đường dẫn trong MPLS là một trong những khía cạnh
nhằm nâng cao khả năng cung cấp QoS, chương này nêu các khái niệm cơ sở của
việc bảo vệ và khôi phục đường dẫn, các cơ chế toàn cục Makam, cơ chế cục bộ
Shortest Dynamic, Simple Dynamic, Simple Static và cơ chế đảo.


Chương 6: Định tuyến chất lượng dịch vụ
Định tuyến chất lượng dịch vụ (QoS Routing) là một phạm trù con của định
tuyến cơ sở ràng buộc, chương này giới thiệu các thông tin chọn đường và các giải
thuật, đề xuất xây dựng cơ chế định tuyến chất lượng dịch vụ dựa trên việc mở rộng
giao thức OSPF version 2.
Chương 7: MPLS và DiffServ
Trình bày nội dung của dịch vụ phân biệt, miền dịch vụ phân biệt, dạng hành
vi từng chặng, các router MPLS và DiffServ, hoạt động đo lường, phân lớp, mã điểm
dịch vụ phân biệt, sử dụng nhãn MPLS trong DiffServ cho các mã điểm dịch vụ phân
biệt và các router chuyển mạch nhãn, tập hợp trình tự và các đường dẫn chuyển mạch
nhãn.
Chương 8: Thiết kế thực hiện, mô phỏng và đánh giá

Giới thiệu kiến trúc node MPLS, các hàm API và việc xây dựng mạng MPLS
trên trình mô phỏng Network Simulator Version 2.11b9 và thực hiện mô phỏng với
các kịch bản về định tuyến tường minh, định tuyến cơ sở ràng buộc, khôi phục và bảo
vệ đường dẫn, định tuyến QoS và DiffServ.
Chương 9: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Trong khoảng thời gian có hạn, với một mảng lớn kiến thức mới và kế thừa
cao, khó khăng trong vấn đề thực tế và mô phỏng nên đề tài không khỏi tồn tại nhiều
thiếu sót. Mong quý thầy cô giáo, các anh chị và các bạn góp ý đề hoàn thiện thêm
về mặt nội dung.
Thành phố HCM, tháng 5 năm 2003
NGƯỜI THỰC HIỆN

Nguyễn Duy Nhật Vieãn


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TÌNH HÌNH HIỆN NAY .................................... 1
1.1. XU HƯỚNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ CỦA SỰ PHÁT TRIỂN INTERNET: ........... 1
1.1.1. Khái niệm chung về Internet:.................................................................... 1
1.1.2. Các xu hướng và vấn đề phát triển trong Internet Backbone: ...................... 2
1.2. CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MULTI PROTOCOL LABEL
SWITCHING: MPLS) ......................................................................................... 4
CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT LƯU LƯNG TRONG INTERNET.............................. 7
2.1. GIỚI THIỆU: ................................................................................................... 7
2.2. GIAO THỨC INTERNET: ............................................................................ 7
2.2.1. Các mô hình mạng đa dịch vụ:.................................................................. 9
2.2.2. Hỗ trợ QoS ở lớp mạng IP:......................................................................12
2.2.3. Hỗ trợ QoS cho các dịch vụ IP ở lớp tuyến dữ liệu: ...................................15
2.2.4. Hỗ trợ QoS cho các dịch vụ ở lớp vật lý: ..................................................20
2.3. KẾT LUẬN .................................................................................................22

CHƯƠNG 3 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS .........................23
3.1. TỔNG QUAN VỀ MPLS ............................................................................23
3.2. CÁC KHÁI NIỆM CHÍNH TRONG MPLS:.................................................24
3.2.1. Các thành phần và các cơ chế LDP: .....................................................25
3.2.2. Chọn đường............................................................................................37
3.2.3. Các kiểu phân bố nhãn ...........................................................................37
3.2.4. Các kiểu điều khiển LSP .........................................................................38
3.3. CÁC CƠ CHẾ KỸ THUẬT LƯU LƯNG CỦA MPLS:................................42
3.3.1. TE-RSVP................................................................................................43
3.3.2. CR-LDP.................................................................................................44
3.3.3. So sánh giữa hai kỹ thuật lưu lượng sử dụng trong MPLS...........................45
3.3.4. Thiết lập và duy trì CR-LDP....................................................................46
3.3.5. Thiết lập một CR-LSP để hỗ trợ các ứng dụng nhạy cảm suy hao ...............48
3.3.6. Thiết lập CR-LSR để hỗ trợ các ứng dụng không nhạy với suy hao .............48
3.4. KẾT LUẬN .................................................................................................48
CHƯƠNG 4 CÁC YÊU CẦU VỀ KỸ THUẬT LƯU LƯNG QUA MPLS ..........49
4.1. TỔNG QUAN..............................................................................................49
4.2. KỸ THUẬT LƯU LƯNG: .........................................................................49
4.2.1. Các đối tượng thi hành của kỹ thuật lưu lượng:.........................................49
4.2.2. Điều khiển lưu lượng và tài nguyên:.........................................................51
4.2.3. Giới hạn của cơ chế IGP hiện nay............................................................51
4.3. MPLS VÀ KỸ THUẬT LƯU LƯNG..........................................................52
4.3.1. Đồ thị MPLS thuyết phục ........................................................................53
4.3.2. Bài toán cơ bản của Kỹ thuật Lưu lượng qua MPLS...................................53
4.4. TĂNG CƯỜNG CÁC KHẢ NĂNG CHO KỸ THUẬT LƯU LƯNG


QUA MPLS .......................................................................................................54
4.5. NHỮNG THUỘC TÍNH VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA TRUNG KẾ LƯU LƯNG.54
4.5.1. Trung kế lưu lượng hai hướng ..................................................................55

4.5.2. Các hoạt động cơ bản trên các trung kế lưu lượng.....................................56
4.5.3. Theo dõi tính toán và thực hiện ................................................................56
4.5.4 Các thuộc tính của Kỹ thuật Lưu lượng cơ bản của các trung kế lưu lượng...56
4.5.5. Thuộc tính tham số lưu lượng...................................................................57
4.5.6. Thuộc tính chọn lọc và quản lý đường dẫn chung ......................................57
4.5.7. Thuộc tính ưu tiên ...................................................................................61
4.5.8. Thuộc tính sự chiếm trước .......................................................................61
4.5.9. Thuộc tính đàn hồi ..................................................................................62
4.5.10. Thuộc tính chính sách ...........................................................................63
4.6. THUỘC TÍNH TÀI NGUYÊN......................................................................63
4.6.1. Bộ nhân cấp phát cực đại ........................................................................63
4.6.2 Thuộc tính lớp tài nguyên .........................................................................64
4.7. ĐỊNH TUYẾN CƠ SỞ RÀNG BUỘC ...........................................................65
4.7.1. Đặc tính cơ bản của định tuyến cơ sở ràng buộc .......................................66
4.7.2. Các lưu ý thi hành ..................................................................................66
4.8. KẾT LUẬN .................................................................................................67
CHƯƠNG 5 BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG DẪN TRONG MPLS ..............68
5.1. TỔNG QUAN:.............................................................................................68
5.2. CHU KỲ KHÔI PHỤC ................................................................................69
5.2.1. Mô hình khôi phục MPLS ........................................................................69
5.2.2. Mô hình chu kỳ MPLS đảo.......................................................................70
5.2.3. Mô hình chu kỳ tái định tuyến động: ........................................................71
5.3. NỀN TẢNG KHÔI PHỤC MPLS CƠ SỞ......................................................72
5.3.1. Cấu hình khôi phục:................................................................................72
5.3.2. Bắt đầu thiết lập đường dẫn ....................................................................73
5.3.3. Bắt đầu phân bố tài nguyên:....................................................................73
5.3.4. Phạm vi khôi phục: .................................................................................74
5.3.5. Phát hiện lỗi ..........................................................................................75
5.3.6. Thông báo sự cố .....................................................................................76
5.3.7. Hoạt động chuyển đổi qua.......................................................................76

5.3.8. Hoạt động chuyển đổi lại ........................................................................76
5.4. CÁC CƠ CHẾ BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG DẪN TRONG MPLS .....76
5.4.1. Cơ chế toàn cục ......................................................................................77
5.4.2. Cơ chế cục bộ Shortest-Dynamic..............................................................78
5.4.3. Cơ chế cục bộ Simple-Dynamic................................................................78
5.4.5. Cơ chế cục bộ Simple-Static ....................................................................79
5.4.6. Cơ chế đảo .............................................................................................79
5.5. KẾT LUẬN .................................................................................................79
CHƯƠNG 6 ĐỊNH TUYẾN CHẤT LƯNG DỊCH VỤ.......................................80
6.1. TỔNG QUAN..............................................................................................80


6.2. ĐỊNH TUYẾN QOS.....................................................................................81
6.3. THÔNG TIN CHỌN ĐƯỜNG VÀ CÁC GIẢI THUẬT .................................82
6.3.1. Các phép đo ...........................................................................................82
6.3.2. Sự công bố của thông tin trạng thái tuyến ................................................83
6.3.3. Chọn đường dẫn .....................................................................................84
6.4. MỞ RỘNG GIAO THỨC OSPF....................................................................86
6.4.1. Các khả năng tuỳ chọn QoS.....................................................................86
6.4.2. Mã hoá các tài nguyên như TOS mở rộng .................................................87
6.4.4. Các định dạng gói: .................................................................................90
6.5. THỰC HIỆN CÁC MỞ RỘNG QOS CỦA OSPF...........................................90
6.5.1. Đối tượng và phạm vi thiết kế ..................................................................90
6.5.2. Kiến trúc................................................................................................91
6.6. KẾT LUẬN .................................................................................................92
CHƯƠNG 7 MPLS VÀ DIFFSERV.....................................................................93
7.1. NỘI DUNG CỦA DIFFSERV.......................................................................93
7.2. MIỀN DỊCH VỤ PHÂN BIỆT:.....................................................................93
7.3. CÁC DẠNG CỦA CÁC HÀNH VI TỪNG CHẶNG ......................................94
7.4. CÁC ROUTER MPLS VÀ DIFFSERV..........................................................96

7.5. PHÂN LỚP VÀ KIỂM TRA LƯU LƯNG...................................................96
7.5.1. Các bộ phân lớp DS................................................................................96
7.5.2. Tập hợp hành vi, tập hợp trình tự và các LSP ...........................................97
7.6. CÁC HOẠT ĐỘNG PHÂN LỚP ..................................................................99
7.7. CÁC HOẠT ĐỘNG ĐO LƯỜNG .................................................................99
7.8. MÃ ĐIỂM DS ...........................................................................................100
7.8.1. Các mã điểm ấn định ............................................................................101
7.8.2. Các mã điểm cho chuyển tiếp đảm bảo...................................................102
7.9. CÁC DSCP VÀ LSR SỬ DỤNG CÁC NHÃN MPLS...................................102
7.10. TẬP HP TRÌNH TỰ VÀ CÁC LSP MPLS ..............................................102
7.10.1. Các LSP EXP suy ra PSC ....................................................................103
7.10.2. Các LSP nhãn suy ra PSC....................................................................103
7.10.3. Dự trữ băng thông cho E-LSP và L-LSP ...............................................103
7.11. KẾT LUẬN .............................................................................................103
CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ, THỰC HIỆN MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ..............104
8.1. GIỚI THIỆU .............................................................................................104
8.1.1. Kiến trúc của node MPLS......................................................................104
8.1.2. Các hàm API cho LPD và CR-LDP ........................................................106
8.1.4. Xây dựng một mạng MPLS. ...................................................................106
8.2. KIẾN TRÚC CỦA TRÌNH MÔ PHỎNG MẠNG MPLS ..............................107
8.2.1. Lónh vực hoạt động cuả trình mô phỏng mạng MPLS...............................107
8.2.2. Khái niệm mô hình hỗ trợ QoS...............................................................108
8.3. THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN CỦA TRÌNH MÔ PHỎNG MẠNG MPLS ......109
8.3.1. Xử lý lưu lượng thời gian thực của MPLS................................................109
8.3.2. Dự trữ tài nguyên. ................................................................................109


8.3.3. Phân lớp ..............................................................................................110
8.4. MÔ PHỎNG..............................................................................................110
8.4.1. Kịch bản 1: Định tuyến tường minh trong MPLS .....................................110

8.4.2. Kịch bản 2: Định tuyến cơ sở ràng buộc .................................................112
8.4.3. Kịch bản 3: Định truyến tường minh với yêu cầu băng thông vượt quá băng thông
sẵn có trên tuyến ...........................................................................................113
8.4.4. Kịch bản 4: Định tuyến cơ sở ràng buộc với băng thông yêu cầu vượt quá băng
thông sẵn có trên tuyến ..................................................................................115
8.4.5. Kịch bản 5: Định tuyến cơ sở ràng buộc với quyền ưu tiên chiếm trước
(preemption)..................................................................................................116
8.4.6. Kịch bản 6: Định tuyến cơ sở ràng buộc với quyền ưu tiên chiếm trước
(preemption) với độ ưu tiên khác nhau.............................................................118
8.4.7. Kịch bản 7: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến drop. ......120
8.4.8. Kịch bản 8: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến L3 data control.
....................................................................................................................122
8.4.9. Kịch bản 9: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến L3 control driven.
....................................................................................................................123
8.4.10. Kịch bản 10: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến SimpleDynamic........................................................................................................124
8.4.11. Kịch bản 11: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến Haskin.125
8.4.12. Kịch bản 12: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến Makam.126
8.4.13. Kịch bản 13: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến ShortestDynamic........................................................................................................128
8.4.14. Kịch bản 14: Định tuyến QoS...............................................................130
8.4.15. Kịch bản 15: Định tuyến QoS với băng thông yêu cầu băng thông lớn ....131
8.4.16. Kịch bản 16: Diffserv ..........................................................................132
CHƯƠNG 9 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................. 136
THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................... 137
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 142


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
AF

Assured Forwarding

Chuyển tiếp đảm
bảo

AR

Access Router

Router truy cập

AS

BA
BGP
BR
CBQ

Autonomous
System

Hệ thống tự trị

Behavioral
Aggregate
Border Gatewate
Protocol
Border Router
Clas Based

Queueing

Tập hợp hành vi

Cung cấp các lớp khác nhau đảm bảo
chuyển tiếp cho các gói IP nhận được từ
một user. Có 4 lớp AF được định nghĩa và
mỗi lớp có 3 giá trị ưu tiên rơi.
Là một miền định tuyến có chung quyền
quản lý và thích hợp với chính sách định
tuyến nội. Một hệ thống tự trị AS có thể
tham gia vào nhiều giao thức định tuyến
bên trong một miền và giao tiếp với các AS
khác qua một giao thức định tuyến miền
chung
Tập hợp các gói có chung đặc trưng, định
danh và đáp ứng của mạng

Giao thức cổng biên
Router biên
Hàng đợi cơ sở lớp

CBR, CR

Constraint Based
Routing

Định tuyến cơ sở
ràng buột

Định tuyến cơ sở ràng buột trên mỗi node
tự động tính tốn những đường tường
minh cho mỗi trung kế lưu lượng từ node
nguồn. Trong trường hợp này, mỗi trung kế
lưu lượng là một đặc trưng của đường dẫn
chuyển mạch nhãn mà thoả yêu cầu được
biểu thị trong thuộc tính của trung kế, chịu
những ràng buột bởi tài ngun sẵn có,
chính sách quản lý, thơng tin trạng thái của
topo

CBS

Committed Burst
Size

Kích thước cụm uỷ
thác

Kích thước cụm tối đa cho phép ở tốc độ
dữ liệu uỷ thác CDR. Khi một bucket CBS
đầy thì nó tràn vào trong bucket EBS

CDR

Committed Data
Rate

Tốc độ dữ liệu uỷ
thác

Tốc độ mà miền MPLS uỷ thác cho CRLSP. Nó được xác định với các tham số tốc
độ dữ liệu uỷ thác (CDR) và kích thước
cụm uỷ thác (CBS)

Classical IP
Core Router
Constraint Based
Routing Label
Distribution
Protocol

IP kinh điển
Router trung tâm

DD

Diffirentiated+B13
Service Domain

Miền dịch vụ phân
biệt

DF

Default Forwarding

Chuyển tiếp mặc
định

CLIP
CR
CR-LDP

Giao thức phân bố
nhãn định tuyến cơ
sở ràng buột

Trang 137

Bao gồm một tập liên tục các node đồng ý
hay bất đồng dịch vụ phân biệt về một tập
hợp chung của các chính sách cung cấp
dịch vụ
Miền MPLS DS khơng có đáp ứng đặc biệt
trong một gói


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

DS

DiffServ,
Diffirentiated
Service

DSCP

Service Code Point

DWDM

Dense Wavelength
Division
Multiplexing

Dịch vụ phân biệt

Mã điểm dịch vụ
phân biệt
Ghép kênh phân
chia theo bước sóng
mật độ cao
Đo phạm vi cho lưu lượng được gởi trên
đường dẫn vượt qua tốc độ dữ liệu uỷ thác
CDR. Nó được định nghĩa như một giới
hạn thêm vào trong bucket thẻ CDR
Phương thức đảm bảo các gói có độ trễ và
suy hao thấp, tốc độ gói di chuyển khỏi bộ
Chuyển tiếp xúc tiến
đệm lớn hơn bằng tốc độ gói đưa vào bộ
đệm
Q trình này xác định một tuyến hay một
node đủ tài nguyên để thoả mãn QoS được
yêu cầu cho một luồng. FAC được ứng
Điều khiển chấp
dụng tiêu biểu bởi mỗi node trên đường
nhận luồng
dẫn của luồng trong thời gian thiết lập để
kiểm tra tài ngun sẵn có cục bộ.

Kích thước cụm
vượt

EBS

Excess Burst Size

EF

Expedited
Forwarding

FAC

Flow Admission
Control

FEC

Forwarding
Equivalence Class

Lớp chuyển tiếp
tương đương

Fault Information
Signal
FEC to NHLFE
Global Information

Infrastructure

Tín hiệu thơng tin sự
cố

FIS
FNT
GII

High-Level
Admission Control

Điều khiển chấp
nhận lớp cao

HR

Hosting Router

Router chủ

IETF

Internet Engineering
Task Force

IGP

Interior Gatewate
Protocol

ILM

Ánh xạ nhãn đưa
Incoming Label Map
đến

ISP

Integrated Service
Architecture
Internet Service
Provider

Tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi
các router, nghĩa là chúng được chuyển
tiếp cùng giao tiếp với cùng chặng tiếp theo
và được ấn định cùng một lớp phục vụ

Cơ sở hạ tầng thơng
tin tồn cầu

HLAC

ISA

Cung cấp các dịch vụ hơn là sự nỗ lực tốt
nhất, sử dụng trường dịch vụ phân biệt DS.
Cung cấp 3 lớp dịch vụ là Premium với ứng
dụng thời gian thực, Asssure với ứng dụng

yêu cầu độ tin cậy và Best Effort với các
ứng dụng chịu trễ

Là q trình xác nhận có một luồng được
thiết lập hay không dựa trên sự đánh giá và
các yêu cầu chính sách của tồn bộ sự sử
dụng tài ngun của một luồng.HLAC có
thể trả về một sự cố ngay cả khi FAC ở mỗi
node của luồng chỉ thị có đủ tài nguyên sẵn
có.

Giao thức cổng nội
bộ

Kiến trúc dịch vụ tích
hợp
Nhà cung cấp dịch
vụ

Trang 138

Ánh xạ mỗi nhãn đưa đến tới một tập hợp
các NHLFE. Sử dụng khi chuyển tiếp gói
dán nhãn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

ITU

International
Hiệp hội viễn thông
Telecommunication
quốc tế
Union

LAN

Local Area Network Mạng cục bộ

LANE

LAN Emulation

LDP

Label Distribution
Protocol

LER

Label Edge Router

LIS
LSA

LSP

LSR
MAC

MAN

MPOA

NAP
NHLFE

Logical Internet
Protocol Subnet
Link State
Advertisements
Label Switching
Path
Label Switching
Router
Medium Access
Control
Metropolitan Area
Network

Mô phỏng mạng
LAN

Cung cấp phương tiện hỗ trợ cho các
mạng LANE thông thường qua mạng ATM
mà các ứng dụng đang tồn tại có thể truyên
trên khung dữ liệu giữa trạm đầu cuối nếu
chúng được nối với LANE truyền thống.
LANE không thay thế các router mà nó
cung cấp một dịch vụ lớp MAC hoàn chỉnh

Giao thức phân bố
nhãn

Tập hợp các thủ tục và thông điệp mà các
LSR thiết lập các đường dẫn chuyển mạch
nhãn qua mạng bởi việc ãnh ạ thông tin
định tuyến lớp mạng trực tiếp đến các
đường dẫn chuyển mạch lớp tuyến dữ liệu

Gồm một router và một chuyển mạch lớp 2
Router chuyển mạch
có khả năng chuyển tiếp các khung MPLS
nhãn biên
đi/đến từ miền MPLS.
Mạng con giao thức
Internet luận lý
Công bố trạng thái
tuyến
Là đường dẫn từ ngõ vào đến ngõ ra xây
Đường dẫn chuyển dựng qua các node MPLS để chuyển tiếp
mạch nhãn
các gói đã địng gói MPLS của một FEC
nào đó
Router chuyển mạch Chuyển tiếp các gói ở lớp 3 và chuyển tiếp
nhãn
khung đóng gói ở lớp 2
Điều khiển truy cập
trung gian
Mạng khu vực đô thị

Multi-Protocol Over Đa giao thức qua
ATM
ATM
Network Access
Point
Next Hop Label
Forwarding Entry

Điểm truy cập mạng
Mục chuyển tiếp
chặng tiếp theo

NHRP

Next Hop Resolution Giao thức phân giải
chặng kế
Protocol

NHS

Next Hop Server

Server chặng kế

OA

Ordered Aggregate

Tổng hợp trình tự

OC

Vật mang quang
Optical Carrier
Open Shortest Path Đường dẫn ngắn
nhất mở đầu
First

OSPF
PBS

Peak Burst Size

Hoạt động ở lớp 2 và lớp 3, có khả năng
cung cấp nối kết lớp 3 trực tiếp qua ATM
khi sử dụng các luồng tắt để khai thác các
đặc tính của ATM

Được sử dụng đối với gói dán nhãn
Có một NHS trong mỗi LIS, tất cả các host
trên LIS đăng ký đa truy cập phi băng rộng
và địa chỉ lớp liên mạng với NHS khi khởi
động
Tập hợp các BA có cùng ràng buột về thứ
tự

Giao thức định tuyến IP nội bộ thuộc giao
thức định tuyến trạng thái đường
Kích thước tối đa của cụm cho phép ở tốc

Kích thước cụm đỉnh
độ đỉnh PDR

Trang 139


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

PDR

Peak Data Rate

Tốc độ dữ liệu đỉnh

PHB

Per Hop Behavior

Hành vi từng chặng

Protection Ingress
LSR
Protection Mergin
LSP
Points of Presente

LSR ngõ vào bảo vệ

Điểm hiện diện

PSL

Protection
Switching LSR

LSR chuyển mạch
bảo vệ

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QoSR

QoS Routing

Định tuyến QoS

Random Early
Detection
Resource
ReSerVation
Protocol
Service Access
Point

Phát hiện ngẫu nhiên
đầu

PIL
PML
POP

RED
RSVP
SAP

SONET

TCP
ToS

Tốc độ tối đa mà lưu lượng có thể được
gởi đến đường dẫn chuyển mạch nhãn
định tuyến cơ sở ràng buột (CR-LSP). Nó
được định nghĩa với một bucket thẻ với các
tham số tốc độ đỉnh (PDR) và kích thước
cụm đỉnh (PBS).
Việc chuyển tiếp được tiến hành trên cơ sở
từng chặng do node dịch vụ phân biệt
quyết định sự chuyển tiếp. Tại mỗi node mã
điểm dịch vụ phân biệt được sử dụng để
chọn PHB xác định một lịch trình đối xử
cho gói và có thể đánh rơi gói.

LSP kết hợp bảo vệ
LSR mà có thể kết thúc một FIS và bắt đầu
chuyển mạch bảo vệ cho đường dẫn hoạt

động đến đường dẫn khôi phục
Xác định đường dẫn cho một luồng trên cơ
sở nhận biết tài nguyên có sẵn trong mạng
theo các yêu cầu QoS của luồng.

Giao thức dự trữ tài
nguyên
Điểm truy cập dịch
vụ

Là một tiêu chuẩn cho các hệ thống truyền
dẫn kết nối quang và vận chuyển các dữ
liệu của user trong các container. Là công
Synchronous
cụ truyền dẫn quang lớp vật lý được thiết
Mạng quang đồng bộ
kế để cung cấp một mơ hình truyền dẫn
Optical Network
tồn bộ và mơ hình ghép kênh với tốc độ
truyền dẫn Gigabits/s và là một hệ thống
vận hàng và quản lý hoàn chỉnh
Transmition Control Giao thức điều khiển
truyền dẫn
Protocol
Type of Service

Trường dạng dịch vụ

TP

Traffic Parametter

Tham số lưu lượng

TP

Traffic Profile

Hình thái lưu lượng

TT

Traffic Trunk

Trung kế lưu lượng

UBR

Unspecified Bit Rate

Tốc độ bit khơng xác
định

Trang 140

Các đặc trưng của các dịng lưu lượng
(chuyển tiếp lớp tương đương) vận chuyển
qua trung kế lưu lượng. Bao gồm tốc độ
đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước cụm
thừa nhận…chỉ thị yêu cầu tài nguyên của

trung kế lưu lượng
Xác định các tham số như tốc độ bit thay
đổi, không đổi, jitter và trễ
Tổng hợp các luồng lưu lượng thuộc về
cùng một lớp. Đôi khi cho phép bao gồm
tổng lưu lượng đa lớp


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

UDP
WFQ

User Datagram
Protocol
Weighted Fair
Queueing

Giao thức datagram
user
Hàng đợi cân bằng
trọng số

Trang 141


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TÌNH HÌNH HIỆN NAY

Trên thế giới, không có gì thay đổi nhanh chóng như Internet. Ngày nay,
Internet trở thành một trong các vật mang thông tin quan trọng. Mọi người còn sử
dụng Internet để thu nhận kiến thức, mua sắm, thanh toán, giao dịch cổ phiếu…
Khi Internet ngày càng trở nên quan trọng, thì các yêu cầu đối với Internet
ngày càng cao hơn. Dẫn đến việc cần thiết của băng thông, chất lượng dịch vụ (QoS)
và tính an toàn, đòi hỏi một sự cải thiện lớn của Internet. Trong chương này, ta đề cập
đến các xu hướng và các vấn đề của Internet.

1.1. XU HƯỚNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ CỦA SỰ PHÁT TRIỂN
INTERNET:
1.1.1. Khái niệm chung về Internet:
Internet bao gồm nhiều mạng cục bộ (Local Area Network: LAN) và mạng khu
vực đô thị (Metropolitan Area Network: MAN) nối với nhau bởi một backbone. Các
mạng cục bộ LAN và các mạng diện rộng WAN có thể là các mạng của các trường
đại học, các đoàn thể, các nhà cung cấp dịch vụ vùng … Backbone của Internet bao
gồm một số nước và các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) toàn cầu như AT&T
WorldNet, Global Crossing, Sprint và UUNET. Các mạng của các ISP lớn thường
chồng chất lên nhau về mặt địa lý. Mạng của ISP được nối với nhau tại các điểm
chuyển đổi chung gọi là các điểm truy cập mạng Network Access Point (NAP) như

Hình 1-1 Phần tiêu biểu của một ISP.
CBHD: TS.Phạm Hồng Liên

Trang 1

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS
Mae-East và PAIX. Để ngăn ngừa nghẽn tại các NAP, các mạng của ISP còn được nối

bằng các tuyến ngang hàng cá nhân.
Một ISP network bao gồm các điểm hiện diện (points of presence: POPs) và
các tuyến liên nối giữa các POP. Hình 1-1 cho thấy một phần tiêu biểu của ISP
network. Nói ngắn gọn là một POP bao gồm sự kết hợp của một hay nhiều router truy
cập (access routers ARs) nối với các khách hàng truy cập từ xa, các router biên
(border router BRs) nối với các ISP khác, các router chủ (hosting routers HRs) nối với
các server Web của các công ty như Yahoo, và các router trung tâm (core router CRs)
nối với các POP khác. Lưu lượng từ ARs, BRs, HRs trước hết phải được gởi qua CR.
CR sẽ chuyển lưu lượng đến một CR khác, cho đến khi lưu lượng đến POP đích. Cấu
trúc của các POP thường là đối xứng như hình 1-1. Các POP khác nhau thường được
nối theo kiểu vòng ring để tăng độ tin cậy. Một ISP lớn có thể có nhiều hơn 50 POP.
1.1.2. Các xu hướng và vấn đề phát triển trong Internet Backbone:
1.1.2.1. Tốc độ cao hơn:
Trong những năm gần đây, các tuyến backbone tiêu biểu tiến triển từ DS3(45Mbps) đến OC-12c(622Mbps). Xu hướng này vẫn phát triển mạnh cho đến nay.
Các ISP như Global Crossing và Qwest đã triển khai nhiều tuyến OC-48c(2.5Gbps) và
thậm chí một vài tuyến như OC-192c (10Gbps).
Có hai nguyên nhân dẫn đến cho tuyến tốc độ cao trong backbone. Nguyên
nhân thứ nhất là hiện tượng gia tăng lưu lượng của Internet, mà tiêu biểu là tăng gấp
đôi cứ sau sáu tháng. Với nhiều DSL và cáp dẫn đến nhà riêng, và nhiều ứng dụng đa
môi trường xuất hiện trên Web, lưu lượng có thể gia tăng nhanh hơn trong tương lai.
Các ISP phải cung cấp đủ băng thông để thoả mãn yêu cầu lưu lượng. Một nguyên
nhân khác dẫn đến tuyến tốc độ cao là giá thành và hiệu quả. Ví dụ, một tuyến OC12c (622Mbps) có giá cao không gấp 4 lần tuyến OC-3c (155Mbps). Mặt khác, giá
thành trên một đơn vị băng thông là thấp hơn với các tuyến tốc độ cao hơn. Bên cạnh
đó, yêu cầu một sự cố gắng nhỏ để quản lý một tuyến OC-12c hơn là bốn tuyến OC3c.
Các vấn đề liên quan đến các tuyến tốc độ cao là:
A, Trễ lan truyền
Trễ lan truyền là thời gian truyền qua một khoảng cách địa lý giữa nguồn lưu
lượng và đích, tuỳ thuộc và môi trường truyền dẫn, trễ khoảng 8ms qua 1000 dặm.
Với các router/switching và các tuyến tốc độ cao, trễ sắp hàng trong mỗi router
thường dưới 1ms trong trường hợp thông thường. Giả thiết rằng lưu lượng được chuyển

qua bởi 10 router, switching thì trễ lan truyền là gần bằng hai phần ba lần trễ tổng.
Đây chính là sự xung đột trong việc cung cấp QoS trên Internet. Nó có nghóa là các cơ
cấu phức tạp để giảm trễ sắp hàng là ít quan trọng hơn, trừ khi mạng bị nghẽn và trễ
sắp hàng trở nên quá lâu. Việc điều khiển thích hợp của ánh xạ lưu lượng để ngăn
ngừa nghẽn có thể càng phong phú.

CBHD: TS.Phạm Hồng Liên

Trang 2

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS
Khi trễ lan truyền cho một tuyến là hằng số, tốc độ tuyến cao hơn có nhiều dữ
liệu trao đổi hơn. Ví dụ, lượng dữ liệu trao đổi bên trong tuyến OC-3c của thành phố
là 155Mbpsx25ms=0.47MB. Với một tuyến OC-192c, lượng dữ liệu trao đổi là
29.76MB. Đây không phải vấn đề của chính nó mà là vấn đề của một tuyến, dữ liệu
càng nhiều thì cần phải được đệm hoặc bị mất mát. Nguyên nhân này được xét trong
việc thiết kế hệ thống đệm của các router và switch tốc độ cao.
B, Tính sống còn của mạng
Tính sống còn của mạng là khả năng mạng tiếp tục cung cấp một mức chất
lượng dịch vụ nào đó trong suốt thời gian sự cố của tuyến hay router. Với router/tuyến
tốc độ cao thì tầm quan trọng tăng ở mỗi router và tuyến. Giải pháp thông thường để
cung cấp sự sống còn mạng cao là dự phòng các router và tuyến. Ví dụ chuyển mạch
bảo vệ tự động SONET, nếu một router/tuyến hỏng thì lưu lượng có thể chuyển sang
router/tuyến khác trong 50ms.
Sự sống còn có thể được cung cấp tại lớp mạng. Bởi vì các router được nối theo
kiểu ring nên chúng có nhiều đường dẫn giữa cặp nguồn đích. Khi có router/tuyến
hỏng theo đường dẫn gốc, lưu lượng có thể chuyển sang đường dẫn thay thế. Vấn đề ở

sự tiếp cận này là khi có sự cố, nó lấy các giao thức cổng nội bộ Interior Gateway
Protocols (IGPs) như OSPF hay IS-IS vài lần để truyền thông tin về sự cố và để các
router khác tính toán lại các đường của chúng. Tuỳ thuộc vào kích thước của mạng mà
nó mất vài giây đến vài phút để định tuyến hội tụ. Trong khoảng thời gian này, phần
lưu lượng gởi theo một đường dẫn bị ảnh hưởng sự cố sẽ bị mất bởi vì các router trung
gian không thể đệm dữ liệu này. Để giải quyết điều này, tái định tuyến nhanh được
đưa ra. Cơ cấu tái định tuyến nhanh sữa chữa tạm thời đường dẫn bị ảnh hưởng sao
cho có thể tiếp tục mang lưu lượng và ghi chú các nguồn bị ảnh hưởng để tính toán lại
các đường dẫn mới cho lưu lượng của chúng.
1.1.2.2. QoS
Thông thường, Internet chỉ cung cấp dịch vụ nỗ lực tốt nhất (best effort). Lưu
lượng được xử lý một cách nhanh chóng nếu có thể, nhưng không đảm bảo tính phân
phối lâu dài và chính xác. Với sự phát triển của thương mại điện tử, QoS đã trở nên
cần thiết. Có hai động lực thúc đẩy cho QoS, đó là các công ty mà kinh doang trên
Web cần QoS để phân phối tốt hơn các nội dung và các dịch vụ của chúng để lôi cuốn
nhiều khách hàng hơn và các ISP cần các dịch vụ giá trị gia tăng trong các mạng của
họ để tăng thu nhập.
Tích hợp các dịch vụ (Intserv) và phân biệt dịch vụ (Diffserv) là hai mô hình
để cung cấp QoS trên Internet. Bản chất của Intserv là dự trữ các tài nguyên (băng
thông tuyến và không gian bộ đệm) cho mỗi luồng riêng để chất lượng dịch vụ có thể
được đảm bảo nếu cần thiết. Bản chất của Diffserv là để phân chia lưu lượng thành
các lớp khác nhau và đối xử chúng khác nhau.
Để cung cấp QoS trên Internet, có một vài cơ cấu cần phải được triển khai.
Các cơ cấu này có thể ở tại lớp vận chuyển hay lớp mạng. Gần đây, còn có một vài cơ
cấu xuất hiện trong lớp ứng dụng.

CBHD: TS.Phạm Hồng Liên

Trang 3

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

1.2. CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MULTI PROTOCOL
LABEL SWITCHING: MPLS)
Trong các mạng hiện nay, Multiprotocol Label Switching (MPLS) đang nổi bật
như một sự thay thế hiệu quả cho các trung tâm router truyền thống và Internet
Protocol (IP) chồng phủ lên các cấu trúc đang được sử dụng. Trong các router trung
tâm thông thường, giao thức cổng quốc nội (IGP) được sử dụng để định tuyến đến tất
cả các lưu lượng qua một thuật toán đường dẫn ngắn nhất dựa trên cơ sở tổng độ dài
ngắn nhất. Do sự tính toán đường dẫn của IGP là theo hướng topo nên dẫn đến một
vài sự phân bố không cân bằng của lưu lượng qua các tuyến mạng, kết quả là một sự
sử dụng không hiệu quả các tài nguyên. Do tính tự nhiên không kết nối của nó, nên nó
không thể lấy băng thông sẵn có hay các đặc trưng lưu lượng. Tóm lại, phương thức cơ
sở của kỹ thuật lưu lượng là đơn giản hoá việc hiệu chỉnh các phép đo (metric) của
tuyến. Tuy nhiên, khi sự thao tác của các phép đo không co giãn tốt thì nó càng khó
khăn để đảm bảo rằng sự hiệu chỉnh phép đo trong một phần nào đó của mạng không
dẫn đến các vấn đề trong phần khác.
Bởi vì router của mạng trung tâm không đề nghị bất kỳ sự điều khiển chính
xác qua lưu lượng, các vật mang di chuyển đến cơ cấu chồng phủ IP để nhận được sự
thuận lợi của kỹ thuật lưu lượng được đề nghị bởi trung tâm Frame Relay
(FR)/Asynchronous Transfer Mode (ATM). Trong trường hợp trong đó IP được định
tuyến qua RF/ATM thì các đường giao tiếp với đường khác bởi một tập hợp các mạch
ảo vónh viễn (Permanent Virtual Circuits PVCs) cấu hình qua topo vật lý ATM. Các
PVC là nối kết có hướng. Điều này có nghóa là với mỗi PVC, các nguồn của nó phải
được thiết lập một mạch hay một nối kết hoàn thành trước khi bắt đầu truyền dữ liệu.
Bởi vì các PVC được cấu hình trước đó, mỗi chuyển mạch theo đường dẫn có thể lưu
thông tin trên một VC, như độ ưu tiên của các VC và khoảng băng thông dự trữ cho

VC.
Các đại lượng thống kê này đề nghị sự theo dõi chính xác của tải lưu lượng
trong mỗi PVC, cho phép người thiết kế mạng tiến hành hiệu chỉnh topo vật lý hay sự
sắp đặt của các PVC để điều tiết sự thay đổi của các mẫu lưu lượng. Do PVC có thể
được ấn định các đường dẫn tường minh, một cơ cấu chổng phủ IP có thể cung cấp sự
hỗ trợ lưu lượng đầy đủ qua trung tâm FR/ATM của nó.
Các đường dẫn của cơ cấu chổng phủ IP chỉ nhận biết được lưu lượng lớp 3 mà
không biết các PVC lớp 2. Chức năng các PVC giống như các mạch logic. Các chi tiết
của topo vật lý hỗ trợ các PVC bị che từ các router nằm trong cơ sở hạ tầng lớp 2
FR/ATM.
Gần đây, các nhà thiết kế mạng khám phá rằng các khả năng của kỹ thuật lưu
lượng có thể được duy trì mà không gặp phải giá thành cao và phức tạp của FR/ATM
trung tâm. Hơn nữa, sự phân tách lớp 2 và lớp 3 của mô hình chổng phủ có thể được
gắn liền vào trong một router mạng. Đấy chính là chuyển mạch nhãn đa giao thức
(Multi Protocol Label Switching MPLS), một kỹ thuật mà chuyển mạch các gói qua

CBHD: TS.Phạm Hồng Liên

Trang 4

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS
router chuyển mạch nhãn (Label Switched Router LSR) theo các đường dẫn chuyển
mạch nhãn (Label Switched Path LSP) hay các “đường hầm”.
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi-Protocol Label Switching) được
phát triển từ các giải pháp của chuyển mạch IP nhanh, được đề nghị khoảng giữa thập
kỷ 90 bởi các công ty như Ipsilon, Cisco và IBM. MPLS được IETF chuẩn hoá với đối
tượng chính là tích hợp chuyển tiếp chuyển mạch nhãn với định tuyến lớp mạng.

Trong cơ cấu MPLS, các đường hầm LSP giả thiết một luật tương tự như các
PVC trong mạng FR/ATM. Các đường hầm LSP là đối tượng lớp 2 đã được xác định
trong cách tương tự như các PVC, từ nguồn đến đích yêu cầu một lượng băng thông
nào đó. Các đường hầm được nối hay dự trữ bởi phần mềm router/switch sử dụng định
tuyến cơ sở ràng buột (constraint-based routing).
Các đường hầm LSP biểu diễn một đường dẫn xác định trước theo các tuyến
của mạng. Tất cả các gói IP khi vào đường hầm được chuyển mạch theo đường dẫn
của nó, độc lập với IGP. Như vậy, các đường hầm bố trí tốt có thể được sử dụng để
thiết lập tải cân bằng tốt nhất bằng sự dịch chuyển lưu lượng theo cách từ đường dẫn
ngắn nhất được sử dụng bởi IGP sang các vùng nghẽn ít nhất trong mạng.
Trong việc định tuyến lớp mạng thông thường, một router nhận một gói và nó
đưa ra một quyết định chuyển tiếp độc lập cho gói này. Như vậy, mỗi router phân tích
header của các gói và tiến hành tra bảng định tuyến thích hợp nhất để đưa ra một
quyết định độc lập cho bước tiếp theo của gói như thế nào (kết quả của việc thực thi
một thuật toán định tuyến).
Các header của gói còn chứa nhiều hơn những thông tin cần thiết về việc chọn
bước kế tiếp. Việc chọn chặng kế tiếp có thể xem gồm hai chức năng: Chức năng thứ
nhất là tập hợp của các gói có khả năng trong tập “Các lớp chuyển tiếp tương đương
FEC (Fowarding Equivalence Classes)” và chức năng thứ hai là ánh xạ các FEC vào
chặng kế tiếp. Tất cả các gói thuộc về một FEC cụ thể và di chuyển vào một node cụ
thể sẽ theo cùng một đường dẫn (hay nếu đảm bảo các kiểu định tuyến đa đường được
sử dụng thì nó sẽ theo một trong tập hợp các đường dẫn kết hợp với FEC).
LER ngõ vào
Lấy thông tin lớp 3
Chuyển tiếp gói

Các LSR trung tâm
Lấy thông tin lớp 3
Chuyển tiếp gói

Lấy thông tin lớp 3
Chuyển tiếp gói

Gói
Chuyển tiếp IP
LER ngõ vào
Lấy thông tin lớp 3
Ấn định gói tới FEC
Chuyển tiếp gói

Các LSR trung tâm
Chuyển tiếp sử dụng
nhãn

Chuyển tiếp sử dụng
nhãn

Gói
Chuyển tiếp MPLS

Hình 1-2 So sánh kỹ thuật chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS
CBHD: TS.Phạm Hồng Liên

Trang 5

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS
Trong chuyển tiếp IP thông thường, một router sẽ xét hai gói tiêu biểu trong

vùng một FEC, nếu có một vài địa chỉ prefix X trong các bảng định tuyến của router
đó thì X nghóa là thích hợp lâu nhất “longest match” cho mỗi địa chỉ đích của mỗi gói.
Khi gói đi qua mạng, mỗi chặng sẽ kiểm tra trở lại gói và ấn định nó với FEC.
Trong MPLS, việc ấn định của các gói với FEC cụ thể chỉ là 1 lần khi gói đi
vào mạng. FEC mã hóa bằng một giá trị có độ dài ngắn và cố định gọi là nhãn. Khi
một gói được chuyển tiếp đến chặng tiếp theo thì nhãn được gởi kèm theo nó và như
vậy nghóa là gói được dán nhãn trước khi được chuyển đi.
Ở các chặng sau, không phân tích header lớp mạng của gói nữa. Nhãn được sử
dụng như một chỉ số trong bảng xác định chặng tiếp theo và trong nhãn mới. Nhãn cũ
bị thay đổi bằng một nhãn mới và gói được chuyển đến chặng tiếp theo của nó.
Điều này dẫn đến một số ưu điểm của MPLS như sau:
- Chuyển tiếp đơn giản: Chuyển mạch nhãn cho phép gói chuyển tiếp
trên cơ sở thích hợp chính xác với một nhãn có chiều dài cố định mà không phải là
một thuật toán thích hợp lâu nhất cho các địa chỉ khi sử dụng chuyển tiếp datagram
thông thường.
- Định tuyến hiệu quả: Cho phép định tuyến tường minh được thực hiện
chỉ một lần ở thời điểm một đường dẫn chuyển mạch nhãn được thiết lập mà
không phải với mỗi gói. Trong khi với định tuyến của IP, thì định tuyến tường
minh được thực hiện trong mỗi gói và điều này là nguyên nhân tổng phí lớn.
- Kỹ thuật lưu lượng: Cho phép tải trên các tuyến và các router cân bằng
qua mạng, điều này là quan trọng đối với mạng khi các đường dẫn thay thế đã sẵn
sàng. Kỹ thuật lưu lượng có thể đạt được ưu điểm như vậy bằng sự hiệu chỉnh một
vài thông số trong định tuyến datagram. Tuy nhiên trong một mạng, với một lượng
lớn các đường dẫn giữa hai điểm, các lớp lưu lượng cân bằng trên tất cả các tuyến
là khó thực hiện bằng việc chỉnh các tham số sử dụng từng bước trong định tuyến
datagram.
Tuy nhiên, kỹ thuật lưu lượng được cung cấp bởi MPLS chưa được khai thác
hết các khả năng của nó. Khi các đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) được cung cấp
qua dịch vụ của nhà cung cấp mạng thì hiện nay chưa được quản trị linh họat để tái tối
ưu hoá các nguồn lưu lượng động. Vì vậy, việc nghiên cứu, đề xuất, xem xét, thử

nghiệm về kỹ thuật lưu lượng của MPLS luôn là bài toán đặt ra đầu tiên đối với các
nhà nghiên cứu, sản xuất, điều hành mạng. Đề tài sẽ trình bày về cơ sở kỹ thuật
chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, một số khía cạnh về kỹ thuật lưu lượng được
áp dụng nhằm nâng cao khả năng cung cấp QoS cho MPLS trên cơ sở bảo vệ, khôi
phục, định tuyến QoS và các dịch vụ phân biệt.

CBHD: TS.Phạm Hồng Liên

Trang 6

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

CHƯƠNG 2
KỸ THUẬT LƯU LƯNG TRONG INTERNET
2.1. GIỚI THIỆU:
Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của Internet và các nhu
cầu ngày càng tăng của các dịch vụ, các vật mang yêu cầu đề xuất một mạng chính
xác và tin cậy với hoạt động mạng phù hợp và có khả năng dự đoán trước để đáp ứng
nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Kỹ thuật lưu lượng là cần thiết để đạt được
“nhiệm vụ cấp bách” này của mạng.
Kỹ thuật lưu lượng là một khái niệm có thể được sử dụng bởi các nhà điều
hành mạng để cân bằng tải lưu lượng trên các tuyến, router, switch khác nhau trong
mạng để không quá mức sử dụng (over-utilised) hay dưới mức sử dụng (underutilised). Kỹ thuật lưu lượng nhắm đến năng lực để khai thác các nguồn tài nguyên
băng thông tốt nhất qua mạng. Kỹ thuật lưu lượng nên được xem như một sự gia tăng
của định tuyến cơ sở hạ tầng bằng việc cung cấp thông tin thêm mà cho phép lưu
lượng có thể được chuyển theo một đường dẫn thay thế qua mạng.
Để đạt được điều này, cần phải xét đến tính tương hợp để thay đổi trong mạng,

như topo, các tải lưu lượng, sự cố… cũng như cần tôn trọng các quyền của nhà quản trị
đã xác định. Như vậy, chức năng kỹ thuật lưu lượng thực hiện sự thi hành tối ưu của
các mạng điều hành, và các hoạt động mạng hiệu quả và chính xác, trong khi đó, một
vài xu hướng đề xuất thi hành QoS mà các khách hàng đã thoả thuận.
Trong môi trường mạng hiện nay, lưu lượng này càng tăng lên và được chuyển
qua mạng, nơi giao thức IP đóng vai trò thống trị. Mặc dù các mạng IP cung cấp khả
năng co giãn và linh hoạt, nhưng các mạng IP đang tồn t cần phải được cải thiện hơn
nữa trong các phạm vi khả năng sử dụng, tin cậy và chất lượng dịch vụ để cung cấp
một nhiệm vụ cấp bách của môi trường mạng.
Chương này cung cấp nền tảng trong các mạng hỗ trợ giao thức Internet, chỉ
tập trung vào các thành phần quan triọng trong việc triển khai các cơ chế kỹ thuật lưu
lượng.

2.2. GIAO THỨC INTERNET:
US Department of Defence (DoD) phát triển sau thập niên 60 là một giao thức
tích hợp để cho phép các máy tính trên các mạng khác nhau được thiết kế khác nhau
để chia xẻ tài nguyên qua một mạng liên thông chung. Các giao tiếp máy tính của
mạng không những điều khiển tập trung mà còn giả thiết rằng không có một tuyến
trong mạng đã chắc chắn. Mỗi bản tin được phân thành các gói và được đánh dấu với
địa chỉ của ngøi gởi và người nhận. Các gói sau đó được chuyển qua mạng qua sự nối
liền giữa các router về phía đích sử dụng giao thức Internet.

CBHD: TS. Phạm Hồng Liên

Trang 7

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS

IP là kiểu giao thức không nối kết datagram dựa trên giao thức lớp mạng mà
thực hiện các chức năng đánh điạ chỉ, định tuyến và điều khiển để truyền và nhận các
gói. Khi một gói được nhận bởi một router, thông tin địa chỉ IP, như địa chỉ đích, được
sử dụng để xác định “chặng kế” tốt nhất của gói theo đường đến đích cuối cùng.
Các datagram IP có thể có một chiều dài tối đa 65535 bytes làm cho nó thích
hợp để truyền dữ liệu không thời gian thực. Các datagram bao gồm ít nhất một header
20 bytes với các trường sau: số của phiên bản, độ dài header, dạng dịch vụ, tổng độ
dài của datagram, số nhận dạng các datagram, thông tin điều khiển phân mảnh, thời
gian time to live, dạng giao thức của trường dữ liệu, các địa chỉ nguồn và đích và
trường tuỳ chọn như trong hình 2-1.
0 3
VER

4

7
IHL

8

15 16

31

TOS

Indentification
Time to Live

Total length

O

D M
F F

Protocol

Fragment offset
Header Checksum

Source Address
Destination Address
Options + Padding
Data (max 65535 bytes)

Hình 2-1 Khuôn dạng datagram IP.
Trong đó:
Ver: 4 bits, chỉ phiên bản hiện tại của IP được cài đặt.
IHL: Internet Header Length 4 bits, chỉ độ dài phần đầu của datagram được
tính theo đơn vị từ một từ =32bit. Độ dài tối thiểu là 5 từ.
TOS: Type of Service 8 bits, đặc tả về tham số dịch vụ.
Total Length: 16 bits, chỉ độ dài toàn bộ datagram kể cả phần header tính theo
byte.
Indentification: 16 bits, cũng với các tham số khác như Source Address và
Destination Address, tham số này được dùng để định danh duy nhất cho một datagram
trong khoảng thời gian nó vẫn còn trên mạng.
Fragmentation Flag: Gồm 3 bits, như sau:
-

Nếu DF=1 nghóa là datagram không bị phân mảnh.

-

Nếu DF=0, cho thấy rằng router hoặc host có thể phân mảnh datagram IP.
Nếu MF=1 nghóa là bên thu có nhiều phân mảnh đưa đến.

-

Nếu MF=0 nghóa là đây là phân mảnh cuối cùng.

CBHD: TS. Phạm Hồng Liên

Trang 8

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS
Fragment Offset: 13 bits, chỉ vị trí các đoạn phân mảnh trong datagram, tính
theo đơn vị 64 bits.
Time to Live: 8 bits, quy định thời gian tồn tại của datagram trong Internet để
tránh tình trạng một datagram tồn tại quá lâu trên mạng.
Protocol: 8 bits, chỉ giao thức tầng kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích.
Header Checksum: 16 bits, mã kiểm tra lỗi 16 bits theo phương pháp CRC, chỉ
kiểm tra cho vùng header.
Options: Độ dài thay đổi, khai báo các tuỳ chọn do người gởi yêu cầu.
Padding: Độ dài thay đổi, vùng đệm, được dùng để đảm bảo cho phần header
luôn kết thúc ở mức 32 bits.
Data: Độ dài thay đổi, vùng dữ liệu, có độ dài là bội số của 8 bits, tối đa là
65536 bits.

Các mạng IP thông thường có sự cạnh tranh công bằng của tất cả các gói của
người sử dụng cho các tài nguyên mạng với một mẫu dịch vụ hiệu quả tốt nhất bất kể
chúng thuộc ứng dụng nào. Nhu cầu của các ứng dụng mới như audio và video thời
gian thực ngày càng tăng, đòi hỏi một khả năng phục vụ vận chuyển cho các yêu cầu
QoS thực tế. Đối với việc giới hạn và thiếu hiệu quả sử dụng của tài nguyên mạng
(băng thông, bộ đệm hạn chế), nghẽn thất thường và liên tục là hiện tượng chung xảy
ra trong mạng IP hiện nay. Tác động thất thường này không giúp cho việc khai thác
các mạng IP là một môi trường vận chuyển thời gian thực. Vì vậy, việc tăng cường cơ
sở hạ tầng của mạng IP để hỗ trợ các ứng dụng mới này là một trong các thách thức
chính của nhà cung cấp mạng.
2.2.1. Các mô hình mạng đa dịch vụ:
Trong số các mô hình dịch vụ tích hợp đã được đề xuất có 3 mô hình nổi tiếng,
đó là mô hình Cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure)
của ITU (International Telecommunication Union), mô hình ISA (Integrated Service
Architecture) của IETF (Internet Enginerring Task Force) và mô hình (Diffserv) Dịch
vụ phân biệt của IETF. Ba kiến trúc phục vụ này phản ảnh các quan điểm của các tổ
chức của chúng.
2.2.1.1. Kiến trúc dịch vụ tích hợp ISA:
Nhóm làm việc ISA đã tổ chức một hợp đồng hỗ trợ QoS trong mạng IP bằng
việc định nghóa hai lớp dịch vụ: đảm bảo với các ứng dụng nhạy trễ và tải được điều
khiển với các ứng dụng liên quan đến thời gian thực yêu cầu độ tin cậy nhưng không
yêu cầu có trễ cố định, hơn nữa, còn để hỗ trợ tốt nhất cho các ứng dụng như ftp và
email.
Các thành phần dịch vụ tích hợp là thuật toán điều khiển chấp nhận, lịch trình
gói, phân lớp và giao thức dự trữ tài nguyên. Thuật toán chấp nhận sẽ xác định một
yêu cầu cho các tài nguyên có thể được công nhận hay không. Giao thức dự trữ tài
nguyên RSVP (ReSerVation Protocol) được sử dụng như một giao thức báo hiệu IP để
CBHD: TS. Phạm Hồng Liên

Trang 9

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS
dự trữ tài nguyên trong các mạng cục bộ. Nó bao gồm thông diệp đường dẫn từ nguồn
đến đích theo bởi việc thu thập các yêu cầu dự trữ gởi đến các router theo đường dẫn
phản hồi về nguồn. Phân lớp xác định các lớp của gói trên cơ sở thông tin trong các
header, như các địa chỉ IP và địa chỉ nguồn và đích của cổng, lịch trình xác định thứ tự
trong các gói sẽ được phục vụ bằng việc đặt chúng vào trong một hàng đợi ưu tiên.

INTERNET

CAC/RR

Host

CAC/RR
Policy
CAC/RR
Policy

CAC/RR
Policy

CAC/Shape
CAC/RR
Policy
Host

EdgeRouter

Core Router

CAC Conection Admission Control
RR

Resource Reservation

Hình 2-2 Kiến trúc dịch vụ tích hợp
ISA của IETF là một thử nghiệm đầu tiên để phát triển một kiến trúc đa dịch
vụ trên cơ sở mở rộng của các dịch vụ nỗ lực tốt nhất của Internet. Hai dịch vụ gia
tăng được đề xuất chính là dịch vụ băng thông trong trường hợp đảm bảo xấu nhất và
tải được điều khiển cân bằng là tốt nhất để phân phối cùng chất lượng dịch vụ mạng
phân phối cho gói không nghẽn. Điều này đạt được nhờ vào việc nhận các tài nguyên
băng thông và bộ đệm qua các router sử dụng hệ thống điều khiển chấp nhận kết nối
như mô tả trong hình 2-2.
2.2.1.2. Kiến trúc hạ tầng thông tin toàn cầu:
ITU phát triển kiến trúc hạ tầng thông tin toàn cầu GII với mục đích của nó là
đưa ra một tập các dịch vụ QoS điểm tới điểm phạm vi từ nỗ lực tốt nhất, tốc độ bit
sẵn có, tốc độ bit xác định v.v… trên cơ sở một kiến trúc với ATM trong truy cập trung
tâm và IP tuỳ chọn trong truy cập cuối cùng đến máy tính như hình 2-3.
2.2.1.3. Kiến trúc dịch vụ phân biệt:
Gần đây, IETF xây dựng một nhóm làm việc mới nhằm phát triển một Kiến
trúc các dịch vụ phân biệt [DIFF], như trong hình 2-4, một mục đích của kiến trúc thực

CBHD: TS. Phạm Hồng Liên

Trang 10

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn


Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp QoS trong MPLS
hơn ở sự khác biệt của dịch vụ mà rõ ràng ngăn ngừa các sự hiệu chỉnh đến ngăn xếp
giao thức của host. Ngoài ra, các dịch vụ được đề xuất bao gồm dịch vụ bảo đảm
(asssured service) và xúc tiến chuyển tiếp (expedited forwarding) (hay “dịch vụ bảo
hiểm” (“premium service”)). Hơn nữa, theo sự phân lớp đơn giản (nghóa là dùng 8 bits
để xác định) và điều khiển chấp nhận kết nối (CAC) và dự trữ tài nguyên là hạn chế
các biên của miền. Đề xuất này giả sử rằng lưu lượng nỗ lực tốt nhất sẽ giữ nguyên là
tải nổi bậc trên Internet và đề nghị một tiếp cận với sự nâng cấp lớn. Tuy nhiên, các
cơ chế xác định tài nguyên (ví dụ băng thông Broker) chưa được xác định.

Internet/Intranet
Layer 3
Miền QoS

H323
GateKeeper

Access
System

Miền QoS

Telephony
Call Server

H245
Conection

Server

Access
System

ATM Network Layer 2

Hình 2-3 Các kỹ thuật cho phép cho Kiến trúc đa môi trường GII
Nhóm làm việc các dịch vụ phân biệt của IETF đã tập trung vào việc cung cấp
các dịch vụ hơn là nỗ lực tốt nhất; bằng việc sử dụng một trường trong header IP gọi
là dịch vụ phân biệt (Differentiated Service DS) [RFC2474]. Kiến trúc này cung cấp 3
lớp dịch vụ: Premium với các ứng dụng thời gian thực, Assure với các ứng dụng yêu
cầu độ tin cậy nhưng không yêu cầu các bảo đảm về các ràng buột trễ; Best Effort với
các ứng dụng chịu được trễ.

CBHD: TS. Phạm Hồng Liên

Trang 11

HVTH: Nguyễn Duy Nhật Viễn