Vấn đế chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT

....6 DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................11 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................12 LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................14 CHƯƠNG 1. MẠNG THẾ HỆ MỚI .....................................................16 1.1 Khái niệm.................................................................................16 1.2 Các đặc điểm của mạng NGN .....................................................17 1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới ........................................18 1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng ........................................22 1.4.1 Băng thông .......................................................................23 1.4.2 Trễ ..................................................................................23 1.4.3 Trượt ...............................................................................24 1.4.4 Mất gói .............................................................................25 CHƯƠNG 2. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) .....................................25 2.1 Khái niệm.................................................................................26 2.2 Các kỹ thuật QoS ......................................................................26 2.2.1 Mô hình dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) .........................28 2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service) ..................................28 2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) .....................30 2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)....................30 2.2.2.3 Kết luận .....................................................................30 2.2.3 Mô hình Differentiated Service ............................................31 2.2.3.1 Trường DS của DiffServ ..............................................32 2.2.3.2 Per-hop Behavior trong DiffServ ...................................32 2 2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ.....................................................36 2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ ...........................37 2.2.3.5 Kết luận về DiffServ....................................................38 2.2.4 So sánh 2 mô hình kiến trúc QoS chính ................................39 2.3 Các giao thức báo hiệu trong kỹ thuật QoS....................................39 2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên .............................................40 2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end ..................................................42 CHƯƠNG 3. PHÂN LOẠI, PHÂN MẢNH .............................................. VÀ NÉN GÓI DỮ LIỆU TRONG KỸ THUẬT QoS ...............................44 3.1 Phân loại gói dữ liệu ..................................................................44 3.1.1 Quyền ưu tiên IP ...............................................................45 3.1.2 Định tuyến chính sách (PBR) ..............................................47 3.1.2.1 Đặc điểm của PBR ......................................................47 3.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động ..................................................47 3.2 Phân mảnh gói dữ liệu (MLP) .....................................................48 3.2.1 Các đặc tính phân mảnh dữ liệu............................................48 3.2.2 Nguyên lý hoạt động...........................................................49 3.3 Các giải thuật nén tải tin .............................................................50 3.3.1 Nguyên tắc hoạt động .........................................................50 3.3.2 Nén tiêu đề ........................................................................52 3.3.2.1 Nén tiêu đề TCP..........................................................53 3.3.2.2 Nén tiêu đề giao thức thời gian thực (RTP) .....................53 CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT QoS TRONG ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN .....56 4.1 Tránh tắc nghẽn.........................................................................56 4.1.1 Phương pháp bỏ đuôi ..........................................................57 4.1.2 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên...........................................58 4.1.3 Phương pháp loại bỏ cân bằng ngẫu nhiên .............................59 3 4.1.4 Tốc độ truy nhập cam kết ....................................................61 4.1.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................61 4.1.4.2 Các chức năng của CAR...............................................62 4.1.4.3 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài......................................64 4.1.5 Sửa dạng lưu lượng (GTS)...................................................65 4.1.5.1 Đặc điểm của GTS ......................................................65 4.1.5.2 Cơ chế hoạt động của GTS ...........................................66 4.1.5.3 Kết luận .....................................................................67 4.2 Điều khiển tắc nghẽn............................................................................ 68 4.2.1 Hàng đợi vào trước ra trước (FIFO) ......................................69 4.2.1.1 Các ưu nhược điểm của hàng đợi FIFO ..........................69 4.2.1.2 Cấu hình FIFO............................................................70 4.2.2 Hàng đợi tuần tự (CQ) ........................................................71 4.2.2.1 Cơ chế hoạt động ........................................................71 4.2.2.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi CQ.........................75 4.2.2.3 Cấu hình thực thi hàng đợi CQ ......................................75 4.2.3 Hàng đợi ưu tiên (PQ).........................................................77 4.2.3.1 Cơ chế hoạt động ........................................................77 4.2.3.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi PQ .........................78 4.2.3.3 Cấu hình thực thi hàng đợi ưu tiên .................................78 4.2.3.4 Kết luận .....................................................................80 4.2.4 Hàng đợi cân bằng trọng số (WPQ).......................................81 4.2.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................81 4.2.4.2 Hàng đợi cân bằng trọng số phân loại lưu lượng ..............82 4.2.4.3 Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp lưu lượng...............84 4.2.4.4 Hàng đợi cân bằng trọng số tốc độ cao ...........................85 4.2.4.5 Các ưu nhược điểm của hàng đợi WFQ ..........................87 4 4.2.4.6 Cấu hình thực thi WFQ ................................................87 CHƯƠNG 5. KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG IP/MPLS .....................89 5.1 Cơ sở .......................................................................................89 5.2 Định nghĩa chuyển mạch nhãn (MPLS) ........................................90 5.2.1 Chuyển mạch nhãn là gì?.....................................................90 5.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS................................................90 5.3 Kiến trúc MPLS ........................................................................91 5.3.1 Cấu trúc khối .....................................................................91 5.3.2 Một số khái niệm trong chuyển mạch nhãn ............................92 5.3.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)..............................92 5.3.2.2 Router chuyển mạch nhãn (LSR) ...................................92 5.3.2.3 Giao thức phân phối nhãn.............................................94 5.3.2.4 Tuyến đường chuyển mạch nhãn ...................................95 5.4 Thực hiện cơ chế QoS trong mạng MPLS .....................................95 5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn..........96 5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng.......................................................98 5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS........................................................99 5.5 Kết luận ...................................................................................99 CHƯƠNG 6. PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS ............................ TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT .................................. 100 6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT.............................................. 100 6.2 Phương án triển khai ................................................................ 101 6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh ....................................... 101 6.2.1.1 Chính sách định tuyến................................................ 104 6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router ............................................ 105 6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS) .................................. 106 6.2.2 Tích hợp dịch vụ .............................................................. 106 5 6.3 Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT............................ 107 6.4 Kết luận ................................................................................. 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 112 6 DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A API Application Program Interface ARQ Admission Request ATM Asynchronous Transfer Mode AF Assured forwarding ASN Autonomous System Number B BGP Border Gateway Protocol BA Behavior Aggregate C CAR Commited Access Rate CPE Customer Premise Equipment CIR Committed Information Rate CATV Community Antenna Television cRTP compressed Real-time Transport Protocol CQ Custom Queuing CBWFQ Class-Based Weighted Fair Queuing CL Controlled Load CS Class – Selector CPU Central Processing Unit CDT Congestive Discard Threshold D DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing DWFQ Distributed Weighted Fair Queuing DiffServe Differentiated Service 7 DSCP Differentiated Service Code Point DoS Denial of Service E Edge-LSR Edge Label Switching Router EXP Experimental Field EF Expedited Forwaring F FIFO First In First Out FEC Forwarding Equivalence Class FTP File Transfer Protocol FBWFQ Flow- Based WFQ G GRE Generic Route Encapsulation GSM Global System for Mobile Communications GTS Generic Traffic Shaping GS Guaranteed Service H HTML Hyper Text Mark Language HDLC Hyper level Data Link Control HQO Hold-queue I IPH IP Header IETF Interrnet Engineering Task Force IGP Interior Gateway Protocol IS-IS Intermediate System - Intermediate System ISP Internet Service Provider IXP Internet Exchange Point 8 ISDN Integrated Services Digital Network IP MTU IP Maximum Transfer Unit ITU-T International Telecommunication Union - Telecommunication standardization sector IntServ Integrated Service L LDP Label Distribution Protocol LFIB Label Forwarding Information Base LIB Label Information Base LSP Label Switching Path LSR Label Switching Router LFI Link Fragmentation and Interleaving LZ (LZV) Lempel – Ziv LAPB Link Access Procedure Balanced M MPLS Multi Protocol Label Switching MP-BGP Multiprotocol BGP MP_REACH_NLRI Multiprotocol Reachable NLRI MP_UNREACH_NLRI Multiprotocol Unreachable NLRI MTU Maximum Transfer Unit MCML PPP Multi- Class Multilink Point-to-Point Protocol MLP Multiling PPP MPPC Microsoft Point – to – point Compression MAC Medium Access Control N NH Next Hop NLRI Network Layer Reachability Information 9 O OSPF Open Shortest Path First P PSTN Public Switched Telephone Network PE Provider Edge POP Point Of Presence PVC Permanent Virtual Circuit PLMN Public Land Mobile Network PDH Plesiochronous Digital Hierarchy PQ Priority Queuing POS Packet over SONET PHB Per-hop behavior PPP Point – to – Point Protocol R RPT Resilient Packet Transport RFC Request for Comment RSVP Resource Reservation Protocol RESV Reservation request RTP Real-time Transport Protocol RIP S SDH Synchronous Digital Hierarchy SMTP Simple Mail Transfer Protocol SS7 Signalling System No 7 SVC Switched virtual circuit SONET Synchronous Optical Network SLA Service Level Agreement 10 STAC Stacker SQL Structured Query Language T TCP Transmission Control Protocol TDM Time Division Multiplex TTL Time-to-Live TAC Technical Assistance Center U UDP User Datagram Protocol V VC Virtual Circuit VPN Virtual Private Network VRF VPN Routing and Forwarding VoIP Voice over IP VIP Versatile Interface Processor Vd Ví dụ W WDM Wavelength Division Multiplexing WFQ Weighted Fair Queing WAN Wide Area Network WRED Weighted random early Drop/Detect WRR Weighted Round Robin 11 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai ........................... 22 Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối .......................... 25 Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB .......................... 35 Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS .......................... 39 Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS ............................. 46 Bảng 3-2 Phạm vi sử dụng của các giải thuật nén..................................... 51 Bảng 3-3 Hiệu quả nén tiêu đề TCP ...................................................... 53 Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR................................................... 94 Bảng 5-2 Mô tả mối liên hệ giữa giá trị IP DSCP và MPLS EXP ..............97 Bảng 6-1 Thống kê chính sách QoS ............................................................ 107 12 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng..................................................................... 19 Hình 1.2 Chiến lược phát triển........................................................................ 20 Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng................................................................... 21 Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập............................................... 23 Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng...................................................................... 24 Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP ..................................................... 27 Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ ................................................................ 29 Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ .......................................................... 32 Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP............................................. 34 Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà lưu lượng................................. 36 Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP ............................ 42 Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP ........................... 43 Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP......................................................... 45 Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của LFI ......................................................... 49 Hình 3.3 Minh họa quá trình thực hiện thuật toán nén ................................... 51 Hình 3.4 Minh họa thuật toán nén tiêu đề....................................................... 52 Hình 3.5 Minh họa hiệu quả nén TCP ............................................................ 53 Hình 3.6 Cơ chế nén tiêu đề RTP ................................................................... 54 Hình 4.1 Thuật toán RED ............................................................................... 58 Hình 4.2 Cơ chế hoạt động của WRED .......................................................... 60 Hình 4.3 Sơ đồ khối của CAR ........................................................................ 62 Hình 4.4 Lưu đồ chức năng của CAR............................................................. 63 Hình 4.5 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài........................................................ 64 Hình 4.6 Sơ đồ các khối chức năng của GTS ................................................. 67 Hình 4.8 Ví dụ cấu hình hàng đợi FIFO ......................................................... 70 13 Hình 4.9 Cơ chế hoạt động của CQ ................................................................ 72 Hình 4.10 Một trường hợp xấu nhất xảy ra đối với hàng đợi CQ .................. 73 Hình 4.11 Minh họa tính toán băng thông và độ trễ tối đa ............................. 73 Hình 4.12 Ví dụ cấu hình hàng đợi CQ .......................................................... 76 Hình 4.13 Cơ chế hoạt động của PQ............................................................... 77 Hình 4.14 Một Ví dụ cấu hình hàng đợi PQ ................................................... 80 Hình 4.15 Cơ chế hoạt động của WFQ........................................................... 82 Hình 4.16 Sự phân lớp WFQ dựa trên tiêu đề gói tin..................................... 85 Hình 5.1 Mạng IP chạy trên mạng trục ATM................................................. 89 Hình 5.2 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS chạy trên nền IP.................. 91 Hình 5.3 Kiến trúc của Edge-LSR .................................................................. 93 Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label)........................................................................ 97 Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS ....................... 99 Hình 6.1 Sơ đồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT ..................................... 101 Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT ......................................................... 102 Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau............ 104 14 LỜI NÓI ĐẦU Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn bao giờ hết. Trong đó chất lượng dịch vụ là chìa khoá để có thể dẫn tới thành công. Song song với xu thế này, công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin phát triển cũng có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải hội tụ được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Để đáp ứng các yêu cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ mới (Next Generation Network – NGN). NGN không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này dựa trên cơ sở chuyển mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS. Tuy nhiên bên cạnh những ưu thế nổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là đảm bảo chất lượng truyền tải âm thanh và dữ liệu. Đây thực sự là một thách thức khó khăn về mặt công nghệ, vì các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ khác nhau. Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN thì việc triển khai các kỹ thuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đảm bảo các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra. Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi là “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT” Nội dung gồm 6 chương: Chương 1 – Mạng thế hệ mới (NGN). Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới. Tác giả phân tích xu thế phát triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm về dịch vụ, công nghệ và kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn. Phân tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần được giải quyết. 15 Chương 2 – Chất lượng dịch vụ (QoS). Phân tích những yêu cầu cần thiết phải triển khai QoS trong mạng NGN, các khái niệm, các kỹ thuật triền khai và các giao thức báo hiệu trong QoS. Chương 3 – Phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ thuật QoS. Phân tích các cơ chế phân loại, phân mảnh và nén gói dữ liệu trong kỹ thuật QoS. Các ưu, nhược điểm của những cơ chế này trong việc góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ. Chương 4 – Kỹ thuật QoS trong phòng tránh và điều khiển tắc nghẽn. Phân tích các cơ chế hàng đợi và các cơ chế loại bỏ gói dữ liệu, cũng như ảnh hưởng của các cơ chế đó như thế nào trong việc đảm bảo QoS. Chương 5 – Kỹ thuật QoS trong mạng IP/MPLS. Phân tích những mặt hạn chế của công nghệ IP và miêu tả kiến trúc của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Giới thiệu cách thực hiện MPLS QoS Chương 6 – Đề xuất phương án triển khai MPLS QoS. Phân tích các giải pháp xây dựng mạng MPLS QoS trên cơ sở hạ tầng mạng của công ty SPT để giải quyết một yêu cầu cụ thể. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bạn bè và đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin đặc biệt chân thành cảm ơn thầy giáo GSTS. Nguyễn Thúc Hải đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo để tôi hoàn thành bản luận văn này. Do thời gian nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn chắc chắn không tránh khỏi sơ suất cả về nội dung và hình thức. Kính mong nhận được sự góp ý của thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp. Hà Nội, tháng 11 năm 2006 NGƯỜI THỰC HIỆN KS. Nguyễn Văn Ngoan 16 CHƯƠNG 1 MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) Trong những năm gần đây, công nghệ mạng và các dịch vụ viễn thông phát triển hết sức nhanh chóng, trong đó lưu lượng các dịch vụ dữ liệu đã vượt qua lưu lượng thoại. Sự phát triển nhanh của các dịch vụ dữ liệu đòi hỏi có một sự chuyển biến trong việc xây dựng, quản lý và khai thác mạng. Có thể nói sự ra đời của mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) sẽ thoả mãn được yêu cầu tăng trưởng nhanh của lưu lượng dữ liệu và cả lưu lượng thoại trong thời gian tới. Trong chương này tác giả sẽ phân tích tổng quan về các đặc điểm và kiến trúc mạng NGN cũng như các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng. 1.1 Khái niệm Cho tới nay, đã có rất nhiều các tổ chức viễn thông quốc tế cũng như các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển mạng NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa chính xác và thống nhất nào cho mạng NGN. Sau đây là những khái niệm tương đối chung nhất khi đề cập đến NGN ƒ Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ). ƒ Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng). ƒ Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau). ƒ Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM - Time Division Multiplex). 17 1.2 Các đặc điểm của mạng NGN Sự phát triển của các dịch vụ truyền thông hiện nay sẽ hướng đến việc các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải có sự mềm dẻo để có thể phục vụ được cả thị trường lớn và nhỏ. Các quyết định về việc cung cấp dịch vụ của họ có thể có nhiều vấn đề phải quyết như giá cả, việc đóng gói, tiếp thị và sự thuận tiện như là các dịch vụ thực tế họ cung cấp. Khi có nhiều phương tiện truyền tin, nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp thiết bị và các doanh nghiệp thương mại khác, tất cả phối hợp để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng. Dưới đây là trình bày một số đặc trưng dịch vụ quan trọng trong môi trường NGN: ƒ Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện - đảm bảo độ tin cậy, thân thiện trong việc liên kết mọi người, truy nhập tốc độ cao và truyền tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, bất kỳ thời gian nào, bất kỳ đâu, và trong bất kỳ kích cỡ nào. ƒ Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SoftSwitch) thay thế các thiết bị tổng đài chuyển mạch phần cứng cồng kềnh. Các mạng của từng dịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ chuyển mạch mềm. ƒ Nhiều mạng thông minh (network intelligence) được phân bố trên toàn mạng. Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các dịch vụ mạng độc lập với lớp truyền tải và lớp truy nhập của mạng thông qua cổng giao diện lập trình ứng dụng (API - Application Program Interface). Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay mặt cho nhà cung cấp dịch vụ hoặc mạng. Ta có thể hiểu nó như một tác tử quản lý (management agents) mà nó có thể giám sát tài nguyên 18 mạng, tập hợp các số liệu hay sử dụng, cung cấp việc gỡ rối, hoặc môi giới các dịch vụ mới từ các nhà cung cấp khác,.… ƒ Dễ dàng sử dụng. Đó là việc làm trong suốt đối với người sử dụng về tính phức tạp của thu thập, xử lý, chế tạo và truyền thông tin. Nó cho phép dễ dàng sử dụng và truy nhập các dịch vụ mạng, bao gồm giao diện người sử dụng cho phép tương tác giữa người và mạng một cách tự nhiên, cung cấp các thông tin, trợ giúp, lựa chọn động theo ngữ cảnh (nhạy ngữ cảnh), quản lý một cách trong suốt các tương tác đa dịch vụ, cung cấp các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm ngược lại với những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp môi trường thống nhất cho tất cả các dạng truyền thông. ƒ Quản lý và chế tạo các dịch vụ cá nhân: Nó bao gồm khả năng của người sử dụng để quản lý các thông tin cá nhân của họ, các dịch vụ mạng cung cấp, giám sát thông tin sử dụng và tính cước. ƒ Quản lý thông tin thông minh: Nó giúp người sử dụng quản lý tình trạng quá tải thông tin bằng việc đưa khả năng tìm kiếm, sắp xếp, và lọc các bản tin hoặc dữ liệu. 1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới Mạng thế hệ mới ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến để phát triển, kiến trúc mạng NGN dựa trên mạng chuyển mạch gói và cung cấp nhiều dịch vụ mới. Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau: ƒ Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. ƒ Mạng có cấu trúc đơn giản. ƒ Nâng cao hiệu quả sử dụng chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng. 19 ƒ Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. ƒ Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao của mạng. Sau đây chúng ta xem xét quá trình tiến hóa về cấu trúc từ mạng hiện có lên cấu trúc mạng NGN hình 1.1 Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng Như hình vẽ 1.1, chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng “hỗn hợp”, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau. Ví dụ xét mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc trưng. Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính thời gian thực (như thoại truyền thống). Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu: ƒ NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành. 20 ƒ Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch qua nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau, nhưng tất cả đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối. ƒ Một mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối, thiết lập đường truyền trong suốt cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến. Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất lượng dịch vụ QoS). Chiến lược phát triển mạng xem hình 1.2 Hình 1.2 Chiến lược phát triển Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức (kể cả kết nối và chuyển mạch). Thứ nhất là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn. Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới. Trong đó: 21 ƒ Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý. ƒ IP/MPLS làm nền cho lớp 3 ƒ Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn các điều kiện như: Đơn giản, tối ưu hóa truyền tải gói dữ liệu, có khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố. Hiện tại công nghệ RPT (Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm đáp ứng các chỉ tiêu này. Thứ 2 là chuyển dịch mạng đường dài (mạng truyền dẫn): Tín hiệu từ các cổng trung kế tích hợp hoặc độc lập được chuyển đến mạng IP hoặc ATM (Asynchronous Transfer Mode), rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển luồng và cung cấp dịch vụ. Sử dụng phương thức này có thể giải quyết được vấn đề tắc nghẽn trong chuyển mạch kênh (Xem hình 1.3). Content Mạng lõi IP CATV Wireline Access Wireless Access Cable Access ` Hiện tại các mạng dịch vụ riêng lẻ Tương lai mạng đa dịch vụ Media Gateway Các mạng truy nhập, truyền dẫn, chuyển mạch riêng lẻ Liên mạng trên cơ sở IP Cellular PLMN PSTN/ ISDN Data/IP Network Điều khiển và quản lý các dịch vụ truy nhập Dịch vụ Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng 22 Bảng 1-1 dưới đây so sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai Thành phần mạng Công nghệ hiện tại Công nghệ tương lai Cáp xoắn băng hẹp Cáp xoắn băng hẹp Truyền hình cáp số và tương tự chuyên dụng Truyền hình cáp số và tương tự chuyên dụng GSM không dây GSM không dây Cáp quang Cáp quang Cáp xoắn băng rộng Modem cáp IP qua vệ tinh Mạng truy nhập Ethernet Tổng đài PSTN Định tuyến IP Chuyển mạch ATM Chuyển mạch quang Chuyển mạch Frame Relay Chuyển mạch và định tuyến Định tuyến IP PDH DWDM Mạng truyền dẫn đường trục SDH Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai 1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng Như đã phân tích ở trên, mạng NGN là mạng hạ tầng thông tin dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, nên việc đánh giá chất lượng mạng chủ yếu dựa trên 4 tham số cơ bản là: băng thông, độ trễ gói, trượt (jitter) và tỉ lệ mất gói. 23 1.4.1 Băng thông Thuật ngữ băng thông được sử dụng để chỉ khả năng truyền một lượng dữ liệu của một giao thức, phương tiện hoặc của một kết nối. Nói chung, kết nối của ._.các dịch vụ được đảm bảo sẽ có các yêu cầu đối với mạng để cấp phát một lượng băng thông tối thiểu. Ví dụ một mạng có kiến trúc đa truy nhập ví dụ như Frame Relay, ATM. Băng thông thực tế đạt được dựa trên thỏa thuận kết nối dịch vụ giữa nhà cung cấp với khách hàng hay giữa các nhà cung cấp khác nhau. Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập Có vẻ như cách tốt nhất để giải quyết vấn đề băng thông là dành càng nhiều băng thông cho các kết nối càng tốt. Tuy nhiên thực tế để tăng băng thông, ngoài chi phí phát triển mạng lưới còn phát sinh các vấn đề trễ như trong các mạng hội tụ nhiều dịch vụ. 1.4.2 Trễ Tất cả các gói tin trong mạng đều trải qua một vài khoảng trễ nhất định trước khi tới được đích, hay nói cách khác trễ có rất nhiều loại, ở đây chỉ nêu ra một số loại cơ bản sau: ƒ Trễ lan truyền (Propagation Delay): Được định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để truyền 1 bit thông tin từ nơi gửi đến đích trên một liên kết môi trường vật lý. ƒ Trễ mạng (Network Delay): Đây là thời gian để một thiết bị nhận và chuyển một gói đi. Khoảng thời gian này thường nhỏ hơn sµ10 . Tất cả 24 các gói trong một luồng không có cùng độ trễ trong mạng. Độ trễ của mỗi gói biến đổi tuỳ theo điều kiện của từng chặng trên mạng. Nếu mạng không bị tắc nghẽn, các router sẽ không cần có hàng đợi, do đó trễ chuyển gói sẽ không còn. Điều này làm giảm rất nhiều độ trễ gói trong mạng. Nếu mạng bị tắc nghẽn. trễ hàng đợi sẽ ảnh hưởng rất lớn tới gói và gây ra sự biến đổi trễ của gói. Sự biến đổi trễ của mỗi gói là khác nhau và điều này gọi là jitter. Tóm lại trễ mạng là biến đổi và khó xác định trước nó phụ thuộc vào nhà cung cấp, trạng thái các tuyến trong mạng, vấn đề tắc nghẽn,... Trong một số trường hợp nhà cung cấp có thể giới hạn trễ này tùy theo thỏa thuận mức dịch vụ giữa nhà cung cấp và khách hàng hay giữa các nhà cung cấp với nhau (xem hình 1.5). Ngoài ra còn có các trễ cố định có thể xác định được như: Trễ mã hóa, trễ hàng đợi, trễ sửa dạng và trễ nén. Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng ƒ Trễ chuyển tiếp và xử lý ( Forwading/ Processing Delay): Trễ xuất hiện do nguồn đẩy gói ra chậm so với tốc độ quy định. Loại trễ này phụ thuộc vào băng thông của kết nối cũng như kích thước gói được đẩy ra. 1.4.3 Trượt (Jitter) Jitter được định nghĩa là sự biến đổi trễ xuyên qua mạng trong quá trình truyền tin. Nguyên nhân chính của Jitter là thời gian trễ của các gói tin khi được phân phát từ nơi gửi đến đích là khác nhau. Trong mạng chuyển mạch gói, với các thành phần có trễ biến đổi thì hiện tượng Jitter luôn xảy ra. Bởi 25 vậy một vấn đề cần đặt ra là làm sao cho ảnh hưởng của Jitter không đủ để làm suy giảm chất lượng dịch vụ. 1.4.4 Mất gói (Loss Packet) Tỉ lệ mất gói chỉ ra số lượng gói bị mất trong mạng trong suốt quá trình truyền dẫn. Mất gói do hai nguyên nhân chính: gói bị loại bỏ khi mạng bị tắc nghẽn nghiêm trọng hoặc gói bị mất khi đường kết nối bị lỗi. Loại bỏ gói có thể xảy ra tại các điểm tắc nghẽn do kỹ thuật QoS khi số lượng gói đến vượt quá kích thước hàng đợi tại đầu ra. Kết luận: QoS có thể giúp giải quyết một số vấn đề như: mất gói, jitter, và xử lý trễ. Nhưng một số vấn đề mà QoS không thể giải quyết được như là trễ lan truyền, trễ do mã hóa/ giải mã, trễ lấy mẫu và trễ do số hóa. Điều quan trọng là phải biết phần nào không thể thay đổi và phần nào có thể điều khiển được theo như bảng 1-2 (trích tài liệu: Tiêu chuẩn G.114 “One-way transmission time”). Trễ cố định Trễ thay đổi Trễ mã hóa G.729 (5 ms) 5 ms Trễ mã hóa G.729 (10 ms/frame) 20 ms Trễ đóng gói bao gồm trong trễ mã hóa Trễ xếp hàng trên trung kế 64 kbps 6 ms Trễ chuyển nối tiếp trên trung kế 64 kbps 3 ms Trễ truyền lan (trên các dây riêng) 32 ms Trễ mạng (Vd Frame Relay) Đệm loại bỏ Jitter 2-200ms Tổng cộng – Giả sử Jitter Buffer 50 ms 110 ms Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối Khuyến nghị G.114 của ITU-T cho rằng trễ từ đầu cuối đến đầu cuối không vượt quá 150ms là duy trì được chất lượng thoại tốt. 26 CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) Một trong những vấn cần giải quyết trong mạng NGN là tránh sự va chạm giữa các dịch vụ và đảm bảo chất lượng dịch vụ của chúng ở mức người dùng có thể chấp nhận được. Điều này khó có thể đảm bảo nếu mạng không áp dụng các kỹ thuật QoS. Thuật ngữ “kỹ thuật QoS” được tác giả đề cập đến xuyên suốt luận văn và được hiểu là kỹ thuật đảm bảo QoS cho phép mạng có thể ước lượng và dự đoán từng thay đổi của dịch vụ về các ứng dụng, lưu lượng và sử dụng nó để nâng cao các tính năng như điều khiển nguồn tài nguyên, dự trữ băng thông và đáp ứng các yêu cầu đặc biệt. Ngoài ra QoS còn góp phần nâng cao độ an toàn và tin cậy trong mạng và có thể mở rộng các dịch vụ trong tương lai. Trong chương này tác giả giới thiệu khái niệm QoS, các kỹ thuật QoS và ứng dụng. Ngoài ra các giao thức báo hiệu trong QoS cũng được phân tích trong chương này. 2.1 Khái niệm Chất lượng dịch vụ (QoS) là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiểu một cách đơn giản QoS là các cơ chế, công cụ đảm bảo cho các mức dịch vụ khác nhau thỏa mãn các tiêu chuẩn về băng thông và thời gian trễ cần thiết cho một ứng dụng đặc biệt nào đó. Có nhiều công cụ cho phép chúng ta thực hiện QoS. Trong một vài trường hợp chúng ta có thể không dùng đến công cụ nào mà vẫn đạt được QoS. 2.2 Các kỹ thuật QoS (hay còn gọi là các mô hình dịch vụ QoS) Một mô hình dịch vụ còn được gọi là một mức dịch vụ mô tả khả năng thiết lập từ đầu cuối đến đầu cuối của QoS, đầu cuối đến đầu cuối QoS là khả năng của mạng có thể phục vụ các yêu cầu đặc biệt tới mạng khác. Kỹ thuật QoS cung cấp 3 kiểu mô hình dịch vụ là: Best effort, Integrated và Differentiated services. 27 Chúng ta cần quan tâm đến những dữ kiện sau khi xác định kỹ thuật QoS sẽ được triển khai trong mạng: ƒ Các ứng dụng hoặc vấn đề bạn đang cố gắng giải quyết. ƒ Những khả năng bạn muốn cho phân chia tài nguyên. ƒ Phân tích những lợi ích về giá, Vd giá thành cần thiết cho các phương tiện và triển khai dịch vụ Differentiated services chắc chắn là đắt hơn rất nhiều so với dịch vụ Best effort. Các kỹ thuật Qos được mô tả trong hình 2.1 Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP Không phải tất cả các công nghệ QoS đều phù hợp cho tất cả các mạng định tuyến. Bởi vì định tuyến cho các nhánh và đường trục trong một mạng không cần thiết thực hiện giống nhau. QoS có thể thực hiện tốt các nhiệm vụ khác nhau. Vd cấu hình lưu lượng thoại thời gian thực cho một mạng IP bạn cần cân nhắc các chức năng định tuyến của cả đường trục và đường nhánh trong mạng, sau đó lựa chọn các tính chất QoS cho phù hợp. 28 2.2.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) Best Effort là một mô hình dịch vụ đơn và phổ biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung, cho phép ứng dụng gửi dữ liệu bất cứ khi nào với bất cứ khối lượng nào nó có thể thực hiện và không đòi hỏi sự cho phép hoặc thông tin cơ sở mạng, nghĩa là mạng phân phối dữ liệu nếu nó có thể mà không cần sự đảm bảo về độ tin cậy, độ trễ hoặc khả năng thông mạng. QoS đặc tả dịch vụ Best Effort là xếp hàng đợi: firt - in, firt – out (FIFO). Dịch vụ Best Effort rất phù hợp cho những ứng dụng của mạng dải rộng như truyền file hoặc email. Cho đến thời điểm này đa phần các dịch vụ được cung cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng mô hình dịch vụ này. 2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service) Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực (Thoại, Video,...) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời (xem hình 2.2). Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực. Sau đây là những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình này: ƒ Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủ đáp ứng nữa: ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày càng cao hơn. ƒ Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn hỗ trợ đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video. ƒ Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn. 29 ƒ Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các đối thủ cạnh tranh khác. Appl Classifier Setup Sheduler Setup Classifier Các giao thức định tuyến / Database Sheduler Điều khiển chấp nhận/cưỡng bức Các bản tin Setup đặt trước Data IP Data Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ Một số thành phần trong mô hình 2.2 như: ƒ Giao thức thiết lập Setup: cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng. RSVP (Resource Reservation Protocol), Q2391 là một trong những giao thức đó. ƒ Đặc tính luồng: xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác định, luồng ở đây được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu. ƒ Điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu lượng này có thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm: 30 • Điều khiển chấp nhận: Xác định các thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không. • Thiết bị phân lớp (Classifier): Nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gói. • Thiết bị lập lịch và phân phối (Scheduler): Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) ở kênh đầu ra của thiết bị. Các mức QoS cung cấp bởi IntServ gồm: ƒ Dịch vụ Best Effort ƒ Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) ƒ Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load) Sau đây chúng ta sẽ phân tích các dịch vụ được cung cấp bởi IntServ. 2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) GS cung cấp các dịch vụ chất lượng cao như: Dành riêng băng thông, giới hạn độ trễ tối đa và không bị mất gói tin trong hàng đợi. Các ứng dụng có thể kể đến: Hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,.... 2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load) CL không đảm bảo về băng tần hay trễ, nhưng khác với Best Effort ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình. 2.2.2.3 Kết luận Mô hình dịch IntServ có thể sử dụng giao thức báo hiệu RSVP cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau: Guaranteed Rate Service loại hình này cho phép dành sẵn độ rông băng thông để phù hợp với những yêu cầu của chúng, Vd ứng dụng VoIP có thể dành 32 Mbps từ đầu cuối đến đầu cuối sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng 31 xếp hàng cân bằng trọng số (WFQ) kết hợp với giao thức dành sẵn tài nguyên (RSVP) để cung cấp loại hình dịch vụ này. Controlled Load Service, loại hình này cho phép các ứng dụng có độ trễ thấp và tốc độ lưu lượng cao thậm trí ngay cả khi tắc nghẽn. Vd các ứng dụng không nhạy cảm với thời gian thực như khi phát lại băng ghi âm cuộc hội thoại có thể sử dụng loại hình dịch vụ này. QoS sử dụng RSVP kết hợp với Weighted Random early Detect (WRED) cung cấp loại hình dịch vụ này. 2.2.3 Mô hình Differentiated Service Việc đưa ra mô hình IntServ có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trong thực tế mô hình này đã không đảm bảo được QoS xuyên suốt (end to end). Đã có nhiều cố gắng nhằm thay đổi điều này nhằm đạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ (xem hình 2.3). DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm nghiên cứu DiffServ để đưa ra các khuyến cáo RFC về DiffServ. Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau: ƒ Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp dịch vụ. Việc phân loại có thể dựa trên nhiều cách thức như sửa dạng lưu lượng, loại bỏ gói tin, và cuối cùng là đánh dấu trường DS (DiffServ) trong mào đầu gói tin để chỉ thị lớp dịch vụ cho gói tin. ƒ Điều chỉnh lưu lượng này tại biên mạng. DS là mô hình có sự phân biệt dịch vụ trong mạng có nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm cả lưu lượng thời gian thực có thể được đáp ứng mức dịch vụ của chúng trong khi vẫn có khả năng mở rộng các hoạt động trong mạng IP lớn. Khả năng mở rộng có thể đạt được bằng: • Chia nhỏ lưu lượng ra thành nhiều lớp khác nhau. 32 • Ánh xạ nhiều ứng dụng vào trong các lớp dịch vụ này trên biên mạng. Chức năng ánh xạ này đựơc gọi là phân loại (classification) và điều hoà (conditioning) lưu lượng. ƒ Cung cấp các xử lý cố định cho mỗi lớp dịch vụ tại mỗi hop (được gọi là Per-hop behavior - PHB) tương ứng với các yêu cầu QoS của nó). PHB bao gồm hàng đợi, phân lịch, và các cơ chế loại bỏ gói tin. Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ 2.2.3.1 Trường DS của DiffServ Trường DS là trường được quá trình điều hoà và phân loại lưu lượng sử dụng tại biên mạng để mã hoá giá trị DSCP. Giá trị này được các router DiffServ sử dụng tại mỗi hop để lựa chọn PHB thích hợp cho mỗi gói tin. DSCP là giá trị 6 bit, được mang trong trường ToS của mào đầu gói tin. Với 6 bit có thể tạo ra đến 64 lớp dịch vụ. Tuy nhiên, trong thực tế chỉ có một số lớp dịch vụ được triển khai. Giá trị IP Precedence (đạt được từ 3 bit có trọng số lớn nhất trong trường ToS) có thể được ánh xạ đến trường DSCP, vừa vặn với các bit trong trường này. Tập hợp các gói tin có cùng giá trị DSCP, và di chuyển qua mạng theo cùng một hướng được gọi là tập hợp hành vi (Behavior Aggregate - BA). PHB sẽ thực hiện các chức năng của nó (hàng đợi, phân lịch, đánh rớt) cho bất kì gói tin nào thuộc về một BA 2.2.3.2 Per-hop Behavior trong Diff Serv Có 4 PHB quan trọng trong khi triển khai DiffServ là: Default PHB (PHB 33 mặc định), Class – selector PHB (PHB lựa chọn theo lớp), Expedited Forwaring PHB (PHB chuyển tiếp ưu tiên nhất – EF PHB), Assured forwarding PHB (PHB chuyển tiếp được đảm bảo – AF PHB). PHB không đưa ra các cơ chế thực thi cụ thể cho gói tin. Để miêu tả cho một PHB cụ thể, nhà quản trị mạng kích hoạt, điều chỉnh, và kết hợp các cơ chế phân lịch gói tin thích hợp cũng như kích hoạt các cơ chế quản lý hàng đợi (như Priority Queueing, Class-based Weight Fair Queue) hay các cơ chế tránh tắc nghẽn như (WRED, CAR,...) được các router Diff-serv hỗ trợ. ƒ Default PHB: Mặc định PHB tương ứng với tiến trình chuyển tiếp gói tin best-effort, nó là mặc định trên tất cả các router. Nó chỉ đơn giản phân phối càng nhiều gói tin càng tốt. PHB này không có sự cam kết về chất lượng dịch vụ cho gói tin. Các gói tin được ánh xạ đến PHB này sẽ có giá trị DSCP là 0. ƒ Class – selector PHB: Trong một vài triển khai IP QoS, giá trị IP Precedence thường được sử dụng vì tính đơn giản và dễ sử dụng của nó. Do đó, để cho tương thích với các giá trị Precedence, các giá trị DSCP được định nghĩa dưới dạng xxx000 (trong đó x có thể là 0 hay 1). Các giá trị đó được gọi là class – selector codepoint. Giá trị mặc định là 0. PHB kết hợp với một class – selector codepoint được gọi là Class – selector PHB. Các PHB này sẽ có cùng kiểu chuyển tiếp như các node sử dụng giá trị IP Precedence. Ví dụ, các gói tin có giá trị DSCP là 101000 (IP Precedence là 101) sẽ có độ ưu tiên chuyển tiếp lớn hơn các gói tin có giá trị DSCP là 011000 (IP Precedence 011). ƒ EF PHB: PHB chuyển phát nhanh EF PHB là PHB đáp ứng cho gói tin các dịch vụ có việc mất gói tin thấp (low - loss), độ trễ thấp (low - delay), độ jitter thấp (low - jitter). EF PHB đảm bảo rằng lưu lượng của nó được phục vụ ở tốc độ ít nhất là bằng với tốc độ dịch vụ cam kết. 34 Các ứng dụng như VoIP, video, thương mại điện tử được sử dụng PHB này. Bất kì lưu lượng nào vượt qúa hợp đông lưu lượng sẽ bị huỷ bỏ. Giá trị DSCP (xem hình 2.4) cho EF là 101110. ƒ AF PHB: PHB chuyển phát đảm bảo Đây là công cụ được sử dụng để đưa ra các mức dịch vụ đảm bảo chuyển tiếp cho gói tin của người dùng. Có tất cả 4 lớp AF. Trong mỗi lớp AF, một gói tin được đăng kí một trong 3 mức ưu tiên đánh rớt, tức là gói tin có 3 giá trị ưu tiên đánh rớt khác nhau trong cùng một lớp dịch vụ. Mỗi PHB sẽ tương đương với một lớp khác nhau và được gọi là AFij, trong đó i là lớp AF, và j là độ ưu tiên đánh rớt. Mỗi lớp AF được chỉ định với số lượng nguồn tài nguyên nhất định phụ thuộc vào hợp đồng mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement) của khách hàng, gồm có băng thông và không gian bộ đệm. Việc chuyển tiếp được thực hiện độc lập dọc mỗi lớp AF. Class Drop Precedence 011101 DSCP EF CU 0yyxxx DSCP AFxy CU Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP Vì có 4 lớp nên các lớp có thể là AF1y, AF2y, AF3y, AF4y. Trong mỗi lớp Afx, có đến 3 giá trị ưu tiên đánh rớt. Nếu có nghẽn xảy ra trong mạng Diff-serv trên một kết nối nào đó, các gói tin thuộc về lớp AF nào đó sẽ bị đánh rớt. Độ ưu tiên đánh rớt của các gói tin là như sau: dp(AFx1)<=dp(AFx2)<=dp(AFx3)<=dp(AFx4), trong đó dp(AFxy) là xác suất mà các gói tin của lớp Afxy bị đánh rớt. 35 Ví dụ, AF23 sẽ bị đánh rớt trước AF22, AF22 sẽ bị đánh rớt trước AF21. Lớp AFx có thể được biểu diễn bằng giá trị DSCP xyzab0, trong đó xyz là 001, 010, 011, 100 và ab là bit ưu tiên đánh rớt. Bảng 2-1 là giá trị của IP Precedence và DSCP trong các PHB DSCP in Binary DSCP in Decimal Precedence PHB 000000 0 0 Default 001000 8 1 CS1 001010 10 1 AF11 001100 12 1 AF12 001110 14 1 AF13 010000 16 2 CS2 010010 18 2 AF21 010100 20 2 AF22 010110 22 2 AF23 011000 24 3 CS3 011010 26 3 AF31 011100 28 3 AF32 011110 30 3 AF33 100000 32 4 CS4 100010 34 4 AF41 100100 36 4 AF42 100110 38 4 AF43 101000 40 5 CS5 101110 46 5 EF 110000 48 6 CS6 111000 56 7 CS7 Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB 36 2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ Hai chức năng này được thực hiện tại biên mạng giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ hoặc giữa hai mạng nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Nó được áp đặt trên mỗi gói tin đi vào và dùng nhận diện lưu lượng với nhiều dịch vụ khác nhau (phân loại), sau đó áp đặt giá trị DS (DiffServ) cho mỗi lưu lượng đó (điều hoà). Rõ ràng, chính sách phân loại và điều hoà lưu lượng đáp ứng yêu cầu của khách hàng các các lớp dịch vụ do nhà cung cấp đưa ra. Hình 2.5 mô tả sơ đồ khối cơ chế phân loại và điều hòa lưu lượng. Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà đến lưu lượng Cơ chế phân loại gói: Việc phân loại có thể dựa trên trường DS, có thể dựa trên các giao thức được vận chuyển như SMTP, HTTP, hoặc là địa chỉ nguồn và đích. Phân loại lưu lượng được sử dụng để chuyển tiếp gói tin đến trạng thái điều hoà lưu lượng thích hợp. Bộ phân loại hoạt động ở hai chế độ: ƒ Bộ phân loại tổng hợp hành vi (BA) phân loại các gói tin chỉ dựa trên giá trị DSCP. ƒ Bộ phân loại đa trường (multifield) phân loại các gói tin bởi nhiều trường trong gói, như là địa chỉ, số cổng,…. Cơ chế điều hòa lưu lượng: Điều hoà lưu lượng bao gồm các thành phần sau : hoạt động đo, hoạt động đánh dấu, hoạt động sửa dạng, và hoạt động đánh rớt gói tin. 37 ƒ Hoạt động đo (meter): Sau khi gói tin được phân loại, meter sẽ đo tốc độ luồng lưu lượng. ƒ Hoạt động đánh dấu thiết lập trường DS của mào đầu gói tin dựa vào kết quả có được từ bộ đo. ƒ Hoạt động sửa dạng sẽ làm trễ vài gói tin trong luồng dữ liệu được phân loại, định hướng lưu lượng trước khi đi vào miền DiffServ. ƒ Hoạt động đánh rớt sẽ đánh rớt gói tin trong luồng dữ liệu đó (ví dụ các gói tin vượt quá profile được nhận diện trong bộ đo), tiến trình này được gọi là policing. Nghĩa là các gói tin được đưa đến bộ điều hoà lưu lượng có thể là in-profile hoặc là out-of-profile. Các gói in-profile là các gói tuân thủ theo hợp đồng mức dịch vụ giữa khách hàng và nhà cung cấp. Các gói out-of-profile nằm bên ngoài hợp đồng SLA, hoặc do hành vi mạng mà các gói này đến bộ điều hoà, tại đây bộ điều hoà sẽ có những xử lý thích hợp. 2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ Với nguyên tắc này, Diffserv có nhiều lợi thế hơn so với IntServ: ƒ Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng. ƒ Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ dễ dàng phân phối một số mức dịch vụ khác nhau cho khách hàng cho nhu cầu. ƒ Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên. Đây là nhiệm vụ của thiết bị biên. ƒ Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN (Virtual Private Network). Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như: ƒ Không có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo như GS của IntServ hay ATM (Asynchronous Transfer Mode). 38 ƒ Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ. ƒ Vấn đề quản lý trạng thái Classifier của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm. ƒ Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ. 2.2.3.5 Kết luận về DiffServ Differentiated Service là một mô hình đa dịch vụ, chúng có thể làm thỏa mãn các yêu cầu QoS khác nhau. Dẫu sao nó không giống mô hình dịch vụ Integrated, một ứng dụng sử dụng mô hình dịch vụ Differentiated không cần xác định rõ ràng tín hiệu tới bộ định tuyến trước khi gửi dữ liệu. Bởi vì đối với dịch vụ Differentiated, mạng cố gắng phân loại dịch vụ dựa trên lý thuyết QoS cho mỗi gói tin. Đặc điểm kỹ thuật này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, Vd sử dụng IP Precedence bit thiết lập trong gói IP hoặc địa chỉ nguồn và đích, mạng sử dụng đặc điểm kỹ thuật QoS để phân loại, đánh dấu, sửa dạng và chính sách điều khiển lưu lượng nhằm xếp hàng đợi thông minh. Mô hình dịch vụ Differentiated được sử dụng dành cho những ứng dụng đặc biệt và để cung cấp đầu cuối tới đầu cuối QoS. Tiêu biểu cho loại hình dịch vụ này phù hợp cho việc tập trung lưu lượng, bởi vì nó thực hiện việc phân loại lưu lượng ở cấp độ thô. QoS cung cấp các mô hình dịch vụ Differentiated sau: ƒ Committed access rate (CAR), loại hình này thực hiện phân loại gói thông qua IP Precedence và thiết lập nhóm QoS. CAR thực hiện đo và điều khiển lưu lượng, quản lý độ rộng băng thông. ƒ Xếp hàng đợi thông minh như WRED và WFQ và những đặc tính tương đương dựa trên bộ xử lý giao diện đa năng – Versatile Interface 39 Processor (VIP) gọi là VIP – Distributed WRED và VIP – Distributed WFQ. Những đặc điểm này có thể được sử dụng với CAR để phân phối các dịch vụ Differentiated. 2.2.4 So sánh hai mô hình kiến trúc QoS chính ƒ Integrated Services (IntServ) ƒ Differentiated Serviecs (DiffServ) Vậy giữa chúng có những đặc điểm gì khác nhau. Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình trên: DiffServ IntServ Có ít phần tử mạng Có nhiều phần tử mạng Tỉ lệ ứng dụng lớn, được các nhà cung cấp dịch vụ ngày nay ưu dùng Tỉ lệ ứng dụng nhỏ, phù hợp với một vài đặc tính mạng vd admission control Không có trạng thái bảo dưỡng trong mạng Trạng thái mềm dẻo bảo dưỡng ở bất kỳ nút mạng nào Không có điều khiển quản trị nguồn tài nguyên Điều khiển quản trị nguồn tài nguyên Không có điều khiển quản trị chính sách Điều khiển quản trị chính sách Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS Trong tương lai để cung cấp một giải pháp đầy đủ đầu cuối tới đầu cuối cần có sự kết hợp cả 2 mô hình kiến trúc trên. 2.3 Các giao thức và cơ chế báo hiệu trong kỹ thuật QoS Bên cạnh các đặc tính về xử lý lưu lượng, báo hiệu cũng là một thành phần khá quan trọng của QoS. Cũng như các dạng báo hiệu khác, báo hiệu QoS là một dạng của mạng thông tin mà cho phép các phần tử nút mạng, các trạm đầu xa bắt tay nhau để thực hiện quá trình truyền dữ liệu. 40 Một mạng QoS end-to-end yêu cầu mỗi phần tử trong mạng, Router, Switch, Firewall, Host..., đóng vai trò như là một phần của QoS và tất cả các thành phần này được phối hợp liên kết bởi báo hiệu QoS. Có nhất nhiều giải pháp báo hiệu QoS được áp dụng trong mạng, tuy nhiên chúng thường bị giới hạn bởi phạm vi hoạt động của mạng. Đối với mạng ứng dụng trên nền IP đưa ra các tính năng cho phép ứng dụng báo hiệu QoS trên cơ sở của các mạng không đồng nhất. Đó là các giải pháp báo hiệu QoS lớp 2 của RSVP (Resource Reservation Protocol) và phương thức báo hiệu QoS IP lớp 3 dựa trên đặc tính về quyền ưu tiên IP. Tương ứng là cơ chế báo hiệu trong băng (IP precedence) và báo hiệu ngoài băng (RSVP). Báo hiệu IP Precedence phân biệt QoS, còn báo hiệu RSVP nhằm đảm bảo QoS. 2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên (Resource Reservation Protocol) RSVP là giao thức chuẩn cho phép cài đặt QoS đầu cuối đến đầu cuối trên một mạng hỗn hợp. RSVP chạy trên nền IP rất hữu hiệu trong dự trữ băng thông mạng. Sử dụng RSVP, các ứng dụng có thể yêu cầu mức QoS xác định cho một luồng dữ liệu vận chuyển qua mạng. Trên các nền ứng dụng của QoS, RSVP có thể được khởi tạo thông qua RSVP proxy. RSVP cũng chỉ là một giao thức báo hiệu tiêu chuẩn được thiết kế để đảm bảo băng thông từ đầu cuối này đến đầu cuối kia trong mạng IP. Nếu 1 node mạng không hỗ trợ RSVP thì RSVP sẽ di chuyển đến node kế tiếp. Một node mạng có tùy chọn là đồng ý hay từ chối sự dành riêng căn cứ vào tải của giao tiếp mà dịch vụ yêu cầu. RSVP không định tuyến chính nó và không hiệu chỉnh bảng định tuyến IP, thay vào đó nó sử dụng các giao thức định tuyến để xác định ở đâu cần gửi các yêu cầu dành riêng (reservation). 41 RSVP hoạt động trong mối liên kết với các cơ chế hàng đợi hiện thời. Chúng ta có thể sử dụng RSVP để điều khiển tải trọng và đảm bảo tốc độ dịch vụ. RSVP là một đặc tính quan trọng của QoS nhưng nó không giải quyết tất cả các vấn đề đưa ra bởi QoS, Vd như thời gian cần để thiết lập một sự đăng ký dành riêng từ đầu cuối đến đầu cuối, khả năng phát triển, điều khiển chấp nhận (admission). Các host và router phân phối các yêu cầu QoS tới các router trên suốt đường truyền dữ liệu và duy trì trạng thái cung cấp dịch vụ được yêu cầu từ trước, thông thường đó là băng thông và yếu tố trễ. RSVP sử dụng tốc độ truyền dữ liệu trung bình (mean data rate - lượng dữ liệu lớn nhất mà router có thể lưu trữ trong hàng đợi) và tối thiểu hóa QoS (đảm bảo lượng băng thông được yêu cầu) để xác định lượng băng thông dành riêng. Khi một Host dùng RSVP để yêu cầu một dịch vụ QoS nó sẽ gửi yêu cầu tới mạng trên một nửa của luồng truyền dữ liệu. Dịch vụ QoS được yêu cầu bởi RSVP, tuy nhiên nó để cho các cơ chế hàng đợi thực hiện sự dành riêng đó. RSVP chuyên trở yêu cầu xuyên xuốt tất cả các nút trong mạng ở trên đường truyền dữ liệu. Tại đó yêu cầu dự trữ tài nghuyên cho luồng dữ liệu thông qua module điều khiển truy nhập của chính node đó. Chú ý rằng với RSVP, một ứng dụng có thể được gửi với tốc độ lớn hơn yêu cầu đưa ra bởi QoS, tuy nhiên dịch vụ đó chỉ được đảm bảo tại tốc độ yêu cầu tối thiểu. Nếu băng thông khả dụng lưu lượng sẽ được truyền đi với tốc độ lớn hơn tốc độ yêu cầu, còn nếu như không đủ toàn bộ phần lưu lượng vượt quá sẽ bị rớt. 42 2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end. Nếu end-to-end được thiết kế trong mạng, tất cả thiết bị trong đường dẫn đặt trước phải enable RSVP. Khi thiết bị nhận được bản tin RSVP, nó xác định xem có đủ tài nguyên cho yêu cầu đặt trước ở mức nội tại. Một mạng từ đầu cuối đến đầu cuối cài đặt RSVP được mô tả như hình vẽ 2.6 Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP Hai bản tin chính được dùng cho bản tin báo hiệu RSVP. Khi cần thiết một sự đặt trước, client gửi bản tin đường dẫn RSVP PATH trong mạng yêu cầu một băng thông xác định nào đó tới đích. Mục đích của bản tin PATH là khám phát tất cả RSVP-enable trên các router. Khi phía thu end-node nhận bản tin PATH, nó sẽ xác định lại sự đặt trước bằng cách reply với bản tin RSVP RESV. Bản tin RESV chuyển tiếp ngược về phía phát. Nếu bản tin RESV đến phía phát thành công , mỗi hop trong kết nối end-to-end dành trước tài nguyên và băng thông đặt trước được thiết lập end-to-end. Nếu nguồn tài nguyên không có khả năng đáp ứng thì sự đặt trước bị từ chối. Khi một phần của mạng không hỗ trợ RSVP, có nghĩa là khi bản tin RSVP không được xử lý bởi tất cả các hop ở giữa 2 ứng dụng endpoints, một vài cơ chế khác có thể được áp dụng để cố gắng đạt được yêu cầu của ứng dụng trong non-RSVP network được gọi là pass-through RSVP. Mạng từ đầu cuối đến đầu cuối pass-through RSVP được mô tả như hình 2.7 43 Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP Pass-through RSVP chỉ thực thi phân phát best-effort giữa 2 phần mạng RSVP-enable. Một ứng dụng khác là áp dụng CoS để phân phát các gói trên phần mạng non-RSVP-enable. Trong trường hợp này, lưu lượng ứng dụng RSVP được đánh dấu với các bộ đánh dấu lớp như IP Precedence hoặc bit DSCP ở trên thực thể non-RSVP. Sự đánh dấu gói của IP Precedence và DSCP dựa vào byte ToS trong IP header, nó sẽ nhận dạng các lớp lưu lượng trên mỗi hop. IP precedence và DSCP luôn được cấu hình ở phần biên của mạng, ở đó lưu lượng được đánh dấu và phân lớp. RSVP được áp dụng cho các ứng dụng trong đó băng thông và trễ qu._.dence cao, nhưng nó không phải là công cụ chính xác để đảm bảo một lượng băng thông cố định. 89 CHƯƠNG 5 KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG IP/MPLS 5.1 Cơ sở Khi gói IP chuyển từ nguồn tới đích, kỹ thuật truyền thống sẽ thực hiện phân tích địa chỉ IP đích được cung cấp bởi thủ tục định tuyến lớp mạng Vd: OSPF (Open Shortest Path First) hoặc BGP (Border Gateway Protocol), định tuyến tĩnh,.... Để thực hiện quyết định chuyển tiếp tại từng chặng bên trong mạng. Router thực hiện việc xử lý các quyết định chọn đường để xem gói tin sẽ đi theo đường nào. Các thiết bị lớp mạng này tham gia vào việc tập hợp phân phối thông tin lớp mạng và thực hiện chuyển mạch lớp 3 dựa trên nội dung của tiêu đề trong mỗi gói ở lớp mạng. Ta xem xét vd trong hình 5.1 ATM PVC Switch ATM TP HCM Switch ATM Hà Nội Mạng trục ATM Router nhân Hà Nội Router nhân Đà Nẵng Router nhân TP HCM Switch ATM Đà Nẵng Hình 5.1 Mạng IP chạy trên mạng trục ATM Giả sử chỉ có 1 tuyến kết nối như hình 5.1, tất cả các gói từ Hà Nội đến TP HCM đều phải qua router Đà Nẵng, điều này làm tăng độ trễ trong mạng và tăng tải CPU của router Đà Nẵng. Để đảm bảo chuyển tiếp gói tin một cách tối ưu trong mạng, mạch ảo ATM phải được thiết lập một cách đầy đủ giữa các router. Với các mạng nhỏ như hình 5.1 thì không có vấn đề gì, nhưng với mạng lớn với vài chục đến hàng trăm router thì điều này không thể thực hiện 90 được vì có quá nhiều kết nối đến mạng WAN. Sau đây là các vấn đề về khả năng mở rộng mạng mà ta gặp phải: ƒ Mỗi khi có một router mới trên mạng, để đáp ứng tính tối ưu của định tuyến, từng mạch ảo (VC) phải được thiết lập giữa router mới và các router còn lại. ƒ Việc cung cấp các VC giữa các router là phức tạp, vì nó khó dự đoán được lưu lượng giữa các router trong mạng. Do vậy nhà cung cấp dịch vụ muốn thiết kế mạng tích hợp đa dịch vụ trên nền mạng trục IP có sẵn và vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) đã thúc đẩy giải pháp MPLS. So với các yếu tố khác như quản lý lưu lượng và hỗ trợ VPN thì QoS không phải là lý do quan trọng nhất để triển khai MPLS. Như chúng ta sẽ thấy dưới đây, hầu hết các công việc được thực hiện trong MPLS QoS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính của IP QoS và không thay đổi về căn bản mô hình dịch vụ IP trong mạng. Một lý do để khẳng định MPLS không giống như IP là MPLS không phải là giao thức xuyên suốt. MPLS không vận hành trong các máy chủ, và trong tương lai nhiều mạng IP không sử dụng MPLS vẫn tồn tại. 5.2 Định nghĩa chuyển mạch nhãn (MPLS) 5.2.1 Chuyển mạch nhãn là gì? Trong mạng IP, phương thức vận chuyển các gói tin là dựa vào địa chỉ IP đích. Tại mỗi router, các gói tin được kiểm tra địa chỉ đích và được truyền đến nút tiếp theo dựa vào thông tin có trong bảng định tuyến. Trong chuyển mạch nhãn địa chỉ IP lớp 3 được ánh xạ vào nhãn lớp 2. Thay vì cơ chế vận chuyển gói tin như trong mạng IP, chuyển mạch nhãn thực hiện bằng cách gắn một nhãn cho gói tin ở lớp 2, dựa vào nhãn này mà các nút mạng sẽ chuyển tiếp gói tin đến đích cuối cùng. 91 5.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS Ưu điểm nổi bật của kỹ thuật MPLS so với mạng WAN và mạng IP truyền thống là nó có khả năng mang một chuỗi các nhãn. Khái niệm một chuỗi các nhãn cho phép MPLS triển khai các ứng dụng mới như kỹ thuật điều khiển lưu lượng, triển khai các kỹ thuật QoS, cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo (VPN), định tuyến nhanh khi có một điểm hoặc kết nối bị lỗi,.... 5.3 Kiến trúc MPLS 5.3.1 Cấu trúc khối Kiến trúc MPLS được chia thành hai thành phần: Thành phần chuyển tiếp gói (còn gọi là mặt phẳng dữ liệu) và thành phần điều khiển (còn gọi là mặt phẳng điều khiển) Bảng định tuyến IP Điều khiển định tuyến IP MPLS Thủ tục định tuyến IP Bảng chuyển tiếp nhãn Mặt phẳng dữ liệu trong một node Gói gán nhãn đi vào Gói gán nhãn đi ra Trao đổi liên kết nhãn với router khác Trao đổi thông tin định tuyến với router khác Hình 5.2 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS chạy trên nền IP Thành phần chuyển tiếp gói sử dụng cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (được duy trì bởi một chuyển mạch nhãn) để thực hiện chuyển tiếp gói dữ liệu theo 92 nhãn đọc được trong gói. Thành phần điều khiển thực hiện việc tạo và duy trì thông tin chuyển tiếp nhãn (được nhắc đến như là sự liên kết) trong một nhóm các chuyển mạch nhãn kết nối với nhau. 5.3.2 Một số khái niệm trong chuyển mạch nhãn Các thuật ngữ này mô tả các thiết bị cấu thành kiến trúc MPLS và vai trò của nó. 5.3.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) MPLS không thực hiện quyết định chuyển tiếp với gói dữ liệu lớp 3 (datagram) mà sử dụng một khái niệm mới gọi là FEC (Forwarding Equivalence Class). Mỗi FEC được tạo bởi một nhóm các gói tin có chung các yêu cầu về truyền tải hoặc dịch vụ (thoại, data, video, VPN...) hoặc cùng yêu cầu về QoS. Hay nói một cách khác, MPLS thực hiện phân lớp dữ liệu để chuyển tiếp qua mạng. Nói cách khác lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) là một nhóm các địa chỉ IP có cùng yêu cầu về chuyển tiếp dữ liệu, tất cả lưu lượng về một đích nào đó hoặc tất cả lưu lượng với giá trị ưu tiên (precedence) nào đó có thể tạo thành một FEC. 5.3.2.2 Router chuyển mạch nhãn (LSR) Bất kỳ router hoặc switch thực hiện thủ tục phân phối nhãn và có thể chuyển tiếp gói dựa vào các nhãn đều được gọi là router chuyển mạch nhãn – Label Switch Router. Chức năng cơ bản của LSR là phân phối nhãn và liên kết với các LSR khác bên trong mạng MPLS. Tồn tại một số kiểu LSR khác nhau như sau: Edge-LSR là một router thực hiện gán nhãn và gỡ nhãn tại biên của mạng MPLS. Gán nhãn là hành động gán một nhãn hoặc một chuỗi các nhãn đến gói tin tại hướng vào của miền MPLS. Gỡ nhãn thì ngược lại, nó xóa bỏ nhãn từ gói tin tại hướng ra trước khi nó được chuyển tiếp đến router lân cận bên ngoài mạng MPLS. 93 Bất kỳ LSR nào mà có router lân cận không có chức năng MPLS thì LSR đó được xem như là Edge-LSR. Nếu LSR có giao tiếp đấu nối mạng MPLS đến mạng ATM thì nó được gọi là ATM edge-LSR. Edge-LSR sử dụng bảng chuyển tiếp IP truyền thống để gán nhãn và gỡ nhãn gói IP. Hình 5.3 minh họa kiến trúc của Edge-LSR Bảng định tuyến IP Điều khiển định tuyến IP MPLS Thủ tục định tuyến IP M ặt p hẳ ng đ iề u kh iể n tro ng m ột n od e Gói gán nhãn đi vào Gói gán nhãn đi ra Trao đổi liên kết nhãn với router khác Trao đổi thông tin định tuyến với router khác Bảng chuyển tiếp IP Bảng chuyển tiếp nhãn Gói IP đi vào Gói IP đi ra Mặt phẳng dữ liệu trong một node Nhãn được loại bỏ và thực hiện tìm kiếm định tuyến lớp 3 Hình 5.3 Kiến trúc của Edge-LSR Bảng định tuyến IP được mở rộng với thông tin nhãn. Khi gói IP đi vào có thể được chuyển tiếp như gói IP bình thường đến node không phải là MPLS hoặc được gán nhãn và gửi đến node MPLS khác. ATM-LSR là một chuyển mạch ATM có thể hoạt động như một LSR, ATM-LSR có thể thực hiện định tuyến IP, gán nhãn trong phần điều khiển 94 (control plane) và chuyển tiếp gói dữ liệu theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Bảng 5-1 tóm tắt các chức năng của các kiểu LSR khác nhau. Một thiết bị mạng có thể thực hiện nhiều chức năng (Vd, có thể thực hiện Edge-LSR và ATM edge-LSR cùng một lúc) Kiểu LSR Chức năng LSR Chuyển tiếp gói được gán nhãn Edge-LSR Có thể nhận một gói IP, thực hiện tìm kiếm lớp 3 và gắn nhãn trước khi chuyển tiếp gói vào miền LSR Có thể nhận một gói được gán nhãn, gỡ bỏ nhãn, thực hiện tìm kiếm lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến chặng tiếp theo ATM-LSR Chạy thủ tục MPLS trong phần điều khiển để thiết lập các VC ATM. chuyển tiếp gói được đánh nhãn như cell ATM. ATM edge-LSR Có thể nhận gói đánh nhãn hoặc không đánh nhãn, phân mảnh nó thành các cell ATM và chuyển tiếp các cell này đến ATM-LSR tiếp theo. Có thể nhận các cell ATM từ ATM-LSR lân cận, tái tổ hợp chúng thành gói tin ban đầu và chuyển nó đến chặng tiếp theo, gói có thể được đánh nhãn hoặc không đánh nhãn. Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR 5.3.2.3 Giao thức phân phối nhãn (LDP -Label Distribution Protocol) LDP là các giao thức phân bổ nhãn được dùng trong MPLS để phân bổ nhãn và thiết lập các LSP thông qua mạng MPLS. 95 5.3.2.4 Tuyến đường chuyển mạch nhãn Tuyến đường để gói IP đi qua mạng MPLS từ LSR hướng vào đến LSR hướng ra gọi là tuyến đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Nó tương ứng với một tập hợp các LSP mà gói phải đi qua để đến được LSR hướng ra liên quan đến một FEC và một LSP khác được sử dụng cho lưu lượng quay trở lại. Tuyến đường chuyển mạch nhãn là cơ chế hướng kết nối vì nó được thiết lập trước khi có lưu lượng. Nghĩa là tuyến đường thiết lập dựa vào thông tin sơ đồ mạng chứ không phải là do đòi hỏi của dòng chảy lưu lượng. 5.4 Thực hiện kỹ thuật QoS trong mạng MPLS Như đã phân tích ở chương 2 hiện nay có hai mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ được sử dụng phổ biến là: ƒ Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ (Intergrated Services). ƒ Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ (Differentiated Services). Có nhiều nguyên nhân giải thích tại sao mô hình IntServ không được sử dụng để theo kịp mức độ phát triển của mạng IP. Thay vào đó, IntServ chỉ được sử dụng phổ biến trong các mô hình mạng với quy mô nhỏ và trung bình. Trong khi đó, DiffServ lại là mô hình cung cấp chất lượng dịch vụ có khả năng mở rộng. Cơ chế hoạt động của mô hình này bao gồm quá trình phân loại lưu lượng tại thành phần biên mạng, quá trình xếp hàng tại mỗi nút mạng và xử lý huỷ gói trong lõi mạng. Trong đó, phần lớn các xử lý được thực hiện tại thành phần biên mạng mà không cần phải lưu giữ trạng thái của các luồng lưu lượng trong lõi mạng. Một vấn đề nữa là khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng, yêu cầu đặt ra là khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ đáp ứng được một số lượng lớn các kháng hàng với những yêu cầu đa dạng của họ. Ví dụ, một nhà cung cấp dịch 96 vụ có thể cung cấp nhiều lớp chất lượng dịch vụ cho một mạng riêng ảo (VPN) và những ứng dụng khác nhau trong VPN sẽ thuộc về những phân lớp dịch vụ khác nhau. Với cách thức này, dịch vụ mail sẽ thuộc về một lớp dịch vụ (COS - Class of Service) nào đó trong khi những ứng dụng thời gian thực có thể thuộc về một lớp dịch vụ khác. Do vậy mạng MPLS đã lựa chọn mô hình dịch vụ phân biệt (DiffServ) để cung cấp các giải pháp về chất lượng dịch vụ. Cơ chế hoạt động và các ưu nhược điểm của mô hình DiffServ đã được phân tích ở chương 2. Trong mạng MPLS mô hình này được ứng dụng để thực hiện các nhiệm vụ sau: ƒ Phân lớp, đánh dấu và sửa dạng dữ liệu bằng cách copy trường IP Precedence tới trường MPLS QoS tại biên mạng. ƒ Thực hiện cơ chế tránh tắc nghẽn WRED bởi các bits Precedence, hoặc DSCP, hoặc MPLS EXP trong lõi mạng. ƒ Sử dụng MPLS QoS thực hiện cơ chế xếp hàng cân bằng trọng số dựa trên sự phân lớp (CBWFQ – Class_base WFQ) tại mỗi nút mạng. ƒ Kết quả thực hiện từ đầu cuối đến đầu cuối mạng MPLS cũng giống như mạng non-MPLS. 5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn Trong chương 2, chương 3 và chương 4 chúng ta đã phân tích cách sử dụng trường IP Precedence và cấu hình thực hiện các cơ chế QoS trong mạng IP. Hình 5.4 chỉ ra mối liên hệ giữa trường IP Precedence với trường MPLS QoS trong mạng chuyển mạch nhãn. ƒ Tại biên mạng router thực hiện gán nhãn, nhãn được chèn giữa mào đầu lớp 2 và nội dung lớp 3 của khung lớp 2. ƒ Ánh xạ (hoặc sao chép) nội dung trường IP Prec tới trường MPLS EXP. 97 Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label) Xem hình 5.4 trong đó: Nhãn (Label): Thường được tổ chức dưới dạng ngăn xếp nhãn (Label Stack), có độ dài 32 bit được thể hiện như sau: ƒ Trường Label: Có độ dài 20 bit, đây chính là giá trị nhãn. ƒ Trường Exp (tài liệu MPLS IETF gọi là bit Experimental): Có độ dài 3 bit dùng cho mục đích dự trữ nghiên cứu và phân chia lớp dịch vụ (COS - Class Of Service). ƒ Trường TTL (Time To Live): Độ dài 8 bits, có chức năng xác định vòng lặp như trường TTL trong gói tin IP. ƒ Trường S: Có độ dài 1 bit, dùng chỉ định nhãn cuối cùng của ngăn xếp nhãn (Label Stack). Với nhãn cuối cùng, S=1. Ngăn xếp nhãn là sự kết hợp của hai hay nhiều nhãn được gắn vào một gói. Bảng 5-2 Mô tả mối liên hệ giữa giá trị IP DSCP và MPLS EXP 98 IP DSCP MPLS EXP EF 5 AF1 (low-drop) 4 AF1 (medium-drop) 4 AF1 (high-drop) 3 AF2 (low-drop) 2 AF2 (medium -drop) 2 AF2 (high-drop) 1 Default 0 5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng Đây là chức năng ở biên mạng, gói tin được gán nhãn trước khi được chuyển đến miền MPLS. Trong cơ chế chuyển tiếp IP truyền thống, mỗi chặng trong mạng thực hiện tìm kiếm bảng chuyển tiếp IP cho địa chỉ IP đích gắn trong mào đầu lớp 3. Nó lựa chọn địa chỉ IP cho chặng tiếp theo của gói tin và gửi gói ra ngoài giao tiếp hướng tới địa chỉ đích cuối cùng. Chọn chặng tiếp theo cho gói IP là kết hợp 2 chức năng: thứ nhất phân chia địa chỉ IP đích thành một bộ các tiền tố IP đích, thứ hai ánh xạ mỗi tiền tố IP đích đến các địa chỉ IP của chặng tiếp theo. Như vậy xử lý gói được thực hiện theo từng chặng trong mạng. Với mạng MPLS, gói tin vào mạng được gán đến FEC chỉ một lần tại thiết bị biên, khi đến chặng tiếp theo gói tin được gán nhãn và thiết bị có thể chuyển tiếp dựa trên nhãn đã được mã hóa mà không phải phân tích thông tin mào đầu lớp 3. Hình 5.5 minh họa việc xử lý nhãn và chuyển tiếp gói tin. 99 Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS 5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS Khi một gói đi qua mạng MPLS, router chuyển mạch nhãn (LSR) sẽ thay đổi nhãn vào bằng một nhãn ra. Mỗi LSR giữ hai bản lưu giữ thông tin liên quan đến thành phần chuyển tiếp MPLS. Bảng đầu tiên là cơ sở thông tin nhãn (LIB –Label Information Base) lưu tất cả các nhãn được gán bởi LSR và ánh xạ các nhãn này đến các nhãn nhận được từ node lân cận. Bảng thứ hai là cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB – Label Forwarding Information Base) được sử dụng để chuyển tiếp gói và chỉ giữ các nhãn mới được sử dụng. 5.5 Kết Luận MPLS là một trong những giải pháp mạng đường trục cho mạng thế hệ mới, hiện xu hướng phát triển của MPLS là ATOM (Any traffic Over MPLS), nghĩa là có khả năng đáp ứng bất cứ loại dịch vụ nào: thoại, video, fax, data,.... IP/MPLS sẽ là một giải pháp QoS hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích cho cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. 100 CHƯƠNG 6 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT 6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT Hạ tầng mạng IP của công ty SPT (trích nguồn từ công ty SPT) được mô tả như sau: Công ty Cổ phần Dịch vụ Bưu chính Viễn thông Sài Gòn (viết tắt là công ty SPT) được thành lập và bắt đầu cung cấp dịch vụ từ tháng 8 năm 2001. Công ty cung cấp 2 dịch vụ chính bao gồm thoại đường dài giá rẻ 177 theo công nghệ VoIP và dịch vụ dữ liệu mà chủ yếu là dữ liệu trên mạng Internet dialup 1270 và SnetFone. Ngoài ra, công ty còn cung cấp kênh thuê riêng và mạng riêng ảo VPN cho khách hàng. Tuy nhiên, hai loại hình dịch vụ này còn khá hạn chế và lưu lượng không đáng kể. Cho tới năm 2005 công ty SPT đã triển khai cung cấp dịch vụ VoIP cho gần 60 tỉnh thành đặt POP, trong đó một số POP còn cung cấp cả dịch vụ Internet. Riêng HNI xây dựng thí nghiệp mạng riêng ảo VPN phục vụ cho việc thí nghiệm triển khai dịch vụ và trao đổi thông tin giữa 2 chi nhánh lớn HNI và HCM. Trong mạng tồn tại 2 mô hình cơ bản. Môt số tuyến mạng sử dụng chung kênh thuê riêng, tuy nhiên băng thông sử dụng cho thoại VoIP và Internet được tách độc lập với nhau bằng kỹ thuật Frame Relay. Do đó không chia sẻ được băng thông dư thừa cho nhau. Trong khi đó một số tuyến các kênh thuê riêng cho thoại VoIP và Internet là hoàn toàn độc lập với nhau. Bên cạnh đó các thiết bị mạng cũng độc lập với nhau. Ví dụ xét mô hình mạng kết nối Hà Nội và Hải Phòng như trong hình 6.1 101 Hình 6.1 Sơ đồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT Lưu lượng dialup được cung cấp bởi RAS Gateways (vừa làm chức năng RAS vừa làm chức năng Router) được gửi tới HPGR1 và định tuyến đi HNI thông qua kênh dành riêng theo kỹ thuật Frame Relay. Tại HNIR1 lưu lượng Internet trong nước được kết nối qua VNIX, lưu lượng Internet quốc tế được tách ra đi ghép cùng lưu lượng Internet quốc tế HNI đẩy vào HCM sau đó đẩy ra cổng quốc tế tại HCM. Như vậy, mạng VoIP chỉ đóng vai trò trung chuyển lưu lượng của Internet mà không tham ra vào bất kỳ cài đặt nào cho dữ liệu Internet. Với mục đích tiết kiệm đầu tư nhiều thiết bị và chia sẻ băng thông dư thừa một cách linh hoạt, bài toán đặt ra cho nhà cung cấp dịch vụ là làm thế nào có thể tích hợp hai dịch vụ VoIP và Internet trên cùng một hệ thống thiết bị mà vẫn phải đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp cho khách hàng. 6.2 Phương án triển khai Kế hoạch triên khai tích hợp 2 mạng được thực hiện qua 2 giai đoạn chính: ƒ Giai đoạn 1: Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh. ƒ Giai đoạn 2: Tích hợp dịch vụ. 6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh Để chia sẻ một cách linh hoạt băng thông kênh liên tỉnh cho cả 2 102 dịch vụ bằng cách thực hiện loại bỏ các cài đặt Frame Relay và thay vào đó bằng các chính sách QoS để đảm bảo ưu tiên cho dịch vụ thoại. Cụ thể là triển khai 2 kỹ thuật IP QoS và MPLS QoS cho mạng đường trục. Sơ đồ mạng SPT được thiết kế như trong hình vẽ 6.2 Si Si Si Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT 103 ƒ Lớp truy cập (Access Layer): Lớp này phục vụ việc truy cập Internet cho khách hàng hoặc kết nối mạng khách hàng. Các khách hàng được kết nối trực tiếp vào các router tầng truy cập. ƒ Lớp phân phối (Distribution Layer): Lớp này tập hợp các kết nối từ các router lớp truy cập và liên kết với lớp cao hơn. ƒ Lớp nhân (Core Layer): Lớp này là tập hợp các router có tốc độ xử lý cao, khả năng chuyển tải dữ liệu lớn. Lớp này thực hiện liên kết 3 miền của mạng SPT và thực hiện kết nối ra miền Internet quốc tế. • Mạng IP Core của SPT hiện nay chủ yếu cung cấp dịch vụ thoại (VoIP), và hiện nay còn tách biệt một cách tương đối so với mạng Internet. • Mạng IP Core đang sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm tag- switching (MPLS), IP forwarding và GRE tunnel để thực hiện việc sử dụng chung băng thông kênh thuê riêng liên tỉnh và quốc tế cho 2 dịch vụ VoIP và Internet. • Mạng IP Core vẫn chưa triển khai kỹ thuật tag-switching trên toàn mạng. Để cung cấp dịch Internet trên nền IP sử dụng công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS, chúng ta cần phải chuyển đổi mạng IP Core hiện hữu sang MPLS tối thiểu là ở những POP dự kiến sẽ cung cấp dịch vụ Internet. Hiện nay cấu trúc mạng SPT gồm 3 miền tương tự nhau, do vậy chúng ta có thể phân tích một miền đại diện, ví dụ được phân tích ở đây là tuyến Hải Phòng – Hà Nội – TP HCM (xem hình 6.3). 104 Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau Như vậy để xây dựng mạng MPLS QoS trên hạ tầng mạng SPT hiện nay, thì các phân tử mạng phải được thiết kế như sau: ƒ Router đặt tại POP Hải Phòng đóng vai trò router lớp truy cập Edge- LSR (router chuyển mạch nhãn ở biên). Các router này trao đổi thông tin định tuyến với mạng của khách hàng hoặc với mạng PSTN khác. ƒ Router lớp truy cập trao đổi thủ tục phân phối nhãn (LDP) với router lớp phân phối Hà Nội, router lớp phân phối trao đổi LDP với router lớp nhân miền Bắc (đặt tại Hà Nội) và router lớp nhân trao đổi LDP với các router lớp nhân trong các miền TP HCM và các miền khác. 6.2.1.1 Chính sách định tuyến Công nghệ IP/MPLS hoạt động dựa trên một số giao thức định tuyến khác nhau, do vậy khi triển khai chính sách định tuyến cần quan tâm tới một số vấn đề sau: ƒ Việc gán nhãn (label) cho các IP packet trên mạng MPLS có thể hoạt động dựa trên một cơ chế định tuyến bất kỳ (như static, RIP, OSPF,..), 105 tuy nhiên theo khuyến cáo của Cisco thì giao thức định tuyến OSPF là tốt nhất khi triển khai mạng MPLS. Ngoài ra, OSPF chỉ cấu hình một area duy nhất cho toàn mạng. ƒ Mạng IP core hiện nay hầu như sử dụng định tuyến tĩnh, khi kích hoạt thêm định tuyến động OSPF trên các router P (router lớp nhân và lớp phân lớp) tại các POP triển khai Internet vẫn không làm ảnh hưởng đến dịch vụ VoIP đang khai thác vì cơ chế định tuyến tĩnh có độ ưu tiên (administrative distance) cao hơn. Định tuyến động OSPF giữa các router chạy MPLS chỉ để phục vụ cho việc gán nhãn đối với những packet của dịch vụ Intenet và sau này là cho các dịch vụ khác như IP- VPN, Internet,…. ƒ Để trao đổi bảng định tuyến của các lưu lượng Internet, định tuyến động MP-iBGP (Multi-protocal iBGP) được kích hoạt trên các router PE (router lớp truy cập). Định tuyến MP-iBGP dùng để trao đổi bảng định tuyến của mạng Internet thông qua mạng MPLS của nhà cung cấp dịch vụ. Mỗi nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP/IXP) được cấp một số hiệu mạng (ASN – Autonomous System Number) và số AS là duy nhất và có giá trị toàn cầu. Các bảng định tuyến của các nhà ISP/IXP trên thế giới được trao đổi với nhau thông qua số AS này. 6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router P, PE, RD và RT Địa chỉ IP gồm 2 loại, địa chỉ vật lý và địa chỉ logic (loopback). Khi gán địa chỉ IP cho router người thiết kế cần quan tâm đến các vấn đề sau: ƒ Theo các khuyến cáo khi thiết kế một mạng IP/MPLS thì yêu cầu phải sử dụng địa chỉ loopback 32bits cho định tuyến OSPF và MP-BGP, và dãy địa chỉ IP này không được summarizing trong bảng định tuyến của các Router P/PE. 106 ƒ Đối với dịch vụ IP-VPN trên nền MPLS, Route-distinguisher (RD) là thông số để hệ thống tạo ra một địa chỉ VPNv4 duy nhất cho toàn mạng. Do đó mỗi khách hàng IP-VPN sẽ được gán một số RD duy nhất trên toàn mạng. Route-target (RT) được sử dụng để điều khiển các chính sách định tuyến giữa các khách hàng VPN (VRF), và không quy định về cách đánh số, tuy nhiên đễ dễ nhớ và mở rộng khi triển khai mạng IP-VPN lớn, sẽ chọn lựa số RT giống như số RD. 6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS) QoS được kích hoạt trên tất cả các thiết bị Router, Gateway, Switch trên toàn mạng để đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end), cụ thể như sau: ƒ Tất cả các gói IP sẽ được gán độ ưu tiên sử dụng IP precedence. ƒ Cơ chế hàng đợi phân lớp dịch vụ (CBWFQ queuing) sẽ được sử dụng cho các CoS/IP precedence từ 0 đến 4 và lớp dịch vụ ưu tiên cao nhất CoS/IP precedence = 5 được sử dụng cho VOIP. ƒ Trong mạng MPLS, các router P và PE sẽ thực hiện chép các bit IP Precendence trong gói IP sang gói MPLS một cách tự động. 6.2.2 Tích dịch vụ Để tích hợp 2 dịch vụ VoIP và Internet cùng sử dụng chung trên một gateway (GW) thì gateway đó phải có phải các cổng giao tiếp khác nhau và được đánh địa chỉ khác nhau. Do vậy trên GW ta phải cấu hình thêm địa chỉ loopback với giá trị khác nhau trên Gateway và router. Để đảm bảo chất lượng dịch vụ thoại tránh các tình huống tắc nghẽn trong mọi trường hợp, các chế độ cài đặt để đảm bảo QoS được cài đặt đồng bộ trên Gateway và Router như trong bảng 6-1 107 Thoại VoIP Dữ liệu Marking EF Default Policing 1024 kbps 1024 kbps Queuing Priority 1024 WFQ Dropping WRED WRED Bảng 6-1 Thống kê chính sách QoS ƒ Các gói thoại, thông tin tính cước, xác thực sẽ ưu tiên xử lý trước nên được phân lớp với DSCP EF tương ứng với giá trị ưu tiên IP Precedence =5 ƒ Các gói tin lưu lượng Internet không được ưu tiên được phân lớp với DSCP default tương ứng với giá trị ưu tiên IP Precedence =0. ƒ Ngoài ra cơ chế PQ, WFQ và WRED cũng được sử dụng để điều khiển và tránh tắc nghẽn cho dữ liệu. . 6.3 Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT Thiết bị mạng của SPT hiện nay chủ yếu là các router của hãng Cisco, do vậy các câu lệnh được giới thiệu trong phần này được cung cấp bởi hãng Cisco và được thực hiện theo các bước sau: Bước 1: Nâng cấp phần mềm và phần cứng Các router cần được nâng cấp để hỗ trợ chức năng chuyển mạch nhãn LSR, nhất là đối với tầng truy cập router vừa làm nhiệm vụ định tuyến chuyển mạch gói tin Internet, vừa làm nhiệm vụ của mạng MPLS QoS. Các router này đòi hỏi phần cứng, phần mềm tương đối mạnh (đối với hãng Cisco router phiên bản từ 7200 trở lên, bộ nhớ RAM tối thiểu 128Mbyte và phiên bản phần mềm từ 12.2 trở lên). Bước 2 Kích hoạt router lớp phân phối và lớp lõi đóng vai trò LSR Câu lệnh sau cho phép kích hoạt thủ tục phân phối nhãn (LDP) trên router: 108 Router# config terminal Router(config)# mpls label protocol ldp Bước 3 Kích hoạt router lớp truy cập đóng vai trò Edge-LSR Ngoài các lệnh kích hoạt LDP giống như ở bước 2, router lớp truy cập cần cấu hình thêm các lệnh sau: ƒ Định nghĩa giao diện đóng vai trò là địa chỉ đại diện của router PE Vì router có nhiều địa chỉ IP, nên ta phải định nghĩa một địa chỉ đại diện cho router PE trong các hoạt động trao đổi thông tin định tuyến và nhãn. Thông thường ta hay dùng địa chỉ Loopback làm địa chỉ đại diện: Router#config terminal Router(config)# tag-switching tdp router-id INTERFACE Trong đó thuộc tính INTERFACE là tên của giao diện đại diện. ƒ Kích hoạt MP-BGP trên router PE Để kích hoạt thủ tục định tuyến MP-BGP trên router PE ta sử dụng lệnh sau: Router#config terminal Router(config)#router AS Router(config-router)#no bgp default ipv4-unicast Trong đó AS là số hiệu mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Bước 4 Định nghĩa MTU Các router thường có MTU mặc định là 1500 nghĩa là router chỉ cho phép các gói tin có kích thước tối đa 1500 bytes đi qua. Khi triển khai MPLS thì kích thước gói tin có thể tăng thêm tới 16 bytes, do vậy ta phải cấu hình các router có thể hỗ trợ MTU ≥ 1516 bằng câu lệnh sau: Router# config terminal Router(config)# interface NAME PORT Router(config-interface)# tag-switching mtu 1516 109 Trong đó INTERFACE PORT là tên và số hiệu cổng giao tiếp. ƒ Cấu hình phân lớp trên GW ip access-list extended BEST_DATA permit ip host ip address Trong đó ip address Các giá trị địa chỉ IP tương ứng với địa chỉ IP của các gói tin đặc biệt. dial-peer voice 17702 voip match ip address BEST_DATA set ip precedence critical Trong đó ip precedence critical Thiết lập IP Precedence cho lưu lượng thoại ƒ Cấu hình các chính sách (chia sẻ băng thông, cơ chế PQ, WFQ, WRED) trên GW và router policy-map HPG -HNI class DATA bandwidth percent 50 fair-queue random-detect dscp-based class VOIP priority 1024 random-detect dscp-based 6.4 Kết luận Để tiến tới xây dựng mạng NGN, việc triển khai ứng dụng tổ hợp dịch vụ thoại và số liệu trên cơ sở mạng có sẵn là nhiệm vụ quan trọng cho các nhà cung cấp dịch vụ. 110 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn tốt nghiệp cao hoc “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT” thực hiện nghiên cứu và giải quyết những vấn đề sau: ƒ Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới (NGN). Tác giả phân tích xu thế phát triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm về dịch vụ, công nghệ và kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn. Phân tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần được giải quyết. ƒ Phân tích các nhóm giải pháp về chất lượng dịch vụ trong mạng NGN phát triển trên môi trường mạng IP, cũng như các ưu nhược điểm của từng giải pháp và đưa ra một số ví dụ cấu hình ứng dụng dựa trên các khuyến cáo và thiết bị do hãng Cisco cung cấp. ƒ Phân tích những mặt hạn chế của công nghệ IP và miêu tả kiến trúc của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Giới thiệu cách thức mà công nghệ MPLS phát triển các kỹ thuật QoS. ƒ Đề xuất giải pháp xây dựng mạng MPLS QoS trên môi trường mạng của công ty SPT. Tuy mạng NGN đáp ứng được sự hội tụ của nhiều dịch vụ nhưng trên thực tế triển khai các hãng sản xuất thiết bị cũng như nhà cung cấp dịch vụ cần phải nghiên cứu phát triển, nâng cấp phần cứng cũng như phần mềm, để đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp tới khách hàng. Trong khuôn khổ đề tài này tác giả chỉ nghiên cứu các kỹ thuật QoS cho mạng đường trục IP. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là nghiên cứu phát triển địa chỉ IPv6 thay thế địa chỉ IPv4 với mục đích tăng thêm số bit của trường DSCP trong địa chỉ, nhằm mở rộng các ứng dụng QoS dựa trên các bit đó và một xu hướng phát triển của 111 công nghệ IP/MPLS là ATOM (Any traffic Over MPLS) với mục đích phát triển các giải pháp mạng đường trục tốt nhất cho mạng thế hệ mới. Ngoài ra đối với từng mạng riêng lẻ trong một cấu trúc mạng tổ hợp cũng cần có những kỹ thuật QoS dành riêng nhưng chưa được giới thiệu ở đây như: “Wireless IP”, “Mobile IP”,….Do vậy song song với việc hoàn thiện thiết kế mạng NGN, các giải pháp về chất lượng dịch vụ cũng cần được tiếp tục nghiên cứu. 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công ty Bưu chính viễn thông Việt Nam, “Mạng Viễn Thông Thế Hệ Sau”, Nhà xuất bản Bưu Điện, 12/2002. [2] Cisco DQOS Exam Certification Guide, Wendell Odom, CCIE No. 1624 Michael J. Cavanaugh, CCIE No. 4516, First Printing July 2003. [3] Cisco TAC “IP QoS Intrduction” Website .com [4] Neill Wilkinson, “Next Generation Network Services”, John Wiley & Sons INC, 2002. [5] Richard D. Gitlin, Next Generation Networks The New Public Network, Generation_Networks_Fi.PDF [6] Cisco[1].Press.Advd.MPLS.Desgn.and.Impl, www.cisco.com/cpress/cc/td/doc/cisintwk/ita/index.htm [7] MPLS Products & Technologies Page [8] Chuck Semeria, “Multiprotocol Label Switching: Enhancing Routing in the New Public Network” , www.juniper.net [9] Tiêu chuẩn RFC 2205 “Resource ReSerVation Protocol” Version 1 Functional Specification của IETF, Web site [10] Tiêu chuẩn RFC 2474 “Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers” của IETF, Web site [11] Quality of Service Solutions Configuration Guide s_c/index.htm [12] Tiêu chuẩn G.114 “One-way transmission time” của ITU ._.