Đề tài Mô hình chất lượng dịch vụ IP trong mpls

MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ 10 Hình 1.2: Các thành phần cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS 16 Hình 2.1: Các bước phát triển của mô hình QoS 18 Hình 2.2: Băng thông khả dụng 19 Hình 2.3:Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối 20 Hình 2.4: Trễ xử lý và hàng đợi 21 Hình 2.5: Tổn thất gói và hiện tràn bộ đệm đầu ra 21 Hình 2.6: Các yêu cầu chức năng của bộ định tuyến IP 22 Hình 2.7: Phương pháp phân loại gói theo đa trường chức năng 22 Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi BA 22 Hình 2.9:Nguyên lý quản lý hàng đợi thụ động 23 Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý của lập lịch gói tin 23 Hình 2.11: Gáo C Gáo E và chế độ mù màu srTCM 25 Hình 2.12: Chế độ hoạt động rõ màu srTCM 26 Hình 2.13: Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu trTCM 26 Hình 2.14: Chế độ hoạt động rõ màu tr TCM 27 Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED 28 Hình 2.16: Hoạt động thông báo tắc nghẽn ECN 29 Hình 2.17: Hàng đợi ưu tiên PQ 30 Hình 2.18: Hàng đợi cân bằng FQ 30 Hình 2.19: Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR 32 Hình 2.20: Chia cắt lưu lượng thuần. 33 Hình 2.21: Chia cắt lưu lượng kiểu bùng nổ gáo rò 33 Hình 2.22: Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ 34 Hình 2.23: Nguyên lý hoạt động của RSVP 37 Hình 2.24: Mô hình tích hợp dịch vụ sử dụng RSPV 37 Hình 2.25 : Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ 38 Hình 2.26: Sử lý gói trong mô hình DiffServ 39 Hình 2.27: Xử lý chuyển tiếp nhanh EH PHB 42 Hình 2.28: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA 43 Hình 2.29: Miền phân biệt dịch vụ DS 44 Hình 3.1 : Các mặt bằng điều khiển định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu 47 Hình 3.2: Mô hình MPLS đa thủ tục 47 Hình 3.3: Mô hình đóng gói chồng nhãn MPLS 48 Hình 3.4: Kiến trúc MPLS 50 Hình 3.5: Khuôn dạng gói tin (cho các gói tin không có cầu trúc nhãn) 50 Hình 3.7: Minh họa lớp chuyển tiếp tương tương 52 Hình 3.8: Các kiểu node MPLS 53 Hình 3.13: Điều khiển độc lập 54 Hình 3.14: Điều khiển theo yêu cầu 54 Hình 3.15: Giao thức LDP với các giao thức khác 57 Hình 3.16: Thủ tục phát hiện LSR lân cận 58 Hình 3.17: Các kịch bản phân phối nhãn 60 Hình 3.18: Thủ tục LSR hướng xuống (downstream) 62 Hình 3.20: Nhãn phân phối trong bảng tin RESV 66 Hình 3.21: Cấu trúc báo hiệu 71 Hình 3.22: Ánh xạ của Diffserv PHB sang bit EXP MPLS 72 MỤC LỤC BẢNG Bảng 1 : Các kiểu dành trước tài nguyên RSPV 38 Bảng 2 : Các loại LSR trong mạng MPLS 53 Bảng 3 : DiffServ PHB ánh xạ tới EXP 72 BIỂU TƯỢNG HÌNH VẼ Router Router chuyển mạch nhãn (RSL) ATM-LSR Router hỗ trợ thoại Vùng mạng trung gian IP Gói tin IP L Gói tin gán nhãn PC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Giải nghĩa tiếng anh Giải nghĩa tiếng việt AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm bảo AQM Active Queue Management Quản lý hàng đợi hoạt động ATM Asychronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ BA Behavior Aggressive Kết hợp hành vi B-ISDN Broadband ISDN Mạng tích hợp dịch vụ băng rộng CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít cố định CBS Committed Burst Size Kích thước bùng nổ cam kết CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin cam kết CoS Class of Service Lớp dịch vụ DiffServ Differential Service Dịch vụ phân biệt DLL Data Link Layer Lớp liên kết dữ liệu DS Different Service Dịch vụ phân biệt DSCP Differential Service Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt ECN Explicit Congestion Notification Thông báo tắc nghẽn EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh FIFO First In First Out Hàng đợi vào trước ra trước FQ Fair Queueing Hàng đợi ngang bằng GoS Grade of Seviche Cấp độ dịch vụ IETF Internet Engineering Task Force Ủy ban kỹ thuật thực thi Internet IntServ Intergrated Service Dịch vụ tích hợp IPLR IP Loss Rate Tỷ lệ tổn thất gói tin IP IPTD IP Packet Transfer Delay Truyền tải gói tin IP IPER IP Error Rate Tỷ lệ lỗi gói tin IP ISO International Standard Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ITU-T International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế MF Multi Fields Phân loại đa đường MoS Mean of Score Giá trị trung bình MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức NL Network Layer Lớp mạng NNI Network Node Interface Giao diện node mạng PBS Packet Burst Size Kích thước bùng nổ gói PHB Per Hop Behavior Hành vi kế tiếp PIR Peak Information Rate Tốc độ thông tin đỉnh PQ Priority Queueing Hàng đợi ưu tiên QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RED Random Early Discardin Loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên RFC Request For Comments Các yêu cầu cần trả lời RSVP Resource reservation protocol Giao thức dành trước tài nguyên RSVP-TE RSVP- Traffic Engineering RSVP- lưu lượng SLA Service Level Argreement Thoa thuận dịch vụ srTCM Single rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn TCA Traffic Conditioning Agreement Thỏa thuận điều kiện lưu lượng ToS Type of Service Kiểu dịch vụ trTCM Two rate Three Color Marker Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ WFQ Weighted Fair Queueing Hàng đợi cân bằng trọng số WRED Weighted Random Early Discard Loại bỏ gói sớm theo trọng số WRR Weighted Round Robin Quay vòng theo trọng số LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, Viễn thông phát triển nhanh chóng và không ngừng. Hàng loạt các công nghệ mới được ra đời nhằm nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ mạng, đây là vấn đề luôn được quan tâm của cả người sử dụng và cả nhà cung cấp dịch vụ. Việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng luôn được đặt lên làm tiêu chí hàng đầu của nhà cung dịch vụ mạng đồng thời với đó sự phát triển mạnh mẽ của đa dịch vụ trên nền IP. Yêu cầu càng lớn hơn cho nhà cung cấp dịch vụ cần có các giải pháp kỹ thuật để cải thiện chất lượng dịch vụ được ưu tiên hàng đầu. Đảm bảo chất lượng dịch vụ là điều quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ mạng giữa nhà cung cấp với người sử dụng. Ứng dụng trong công nghệ mới với sự ra đời của các mô hình ứng dụng đã giải quyết được bài toán đa dịch vụ nhưng vẫn đảm bảo được yêu cầu về chất lượng dịch vụ đề ra. MPLS là một trong những công nghệ mới được phát triển tại Việt Nam. Trong giới hạn chuyên đề này em xin được trình bày phần mô hình chất lượng dịch vụ IP trong MPLS dưới các mô hình ứng dụng và các giải pháp cũng như các kỹ thuật để đảm bảo tốt nhất chất lượng dịch vụ trên công nghệ MPLS. Chuyên đề bao gồm 3 chương chính: Chương 1: Tổng quan về chất lượng dịch vụ QoS IP. Chương này trình bày một cách khái quát và đơn giản nhất về chất lượng dịch vụ IP. Chương 2: Các kỹ thuật và mô hình đảm chất lượng dich vụ. Chương này trình bày các kỹ thuật, mô hình để đảm bảo và nâng cao chất lượng dịch vụ trong môi trường truyền. Chương 3: Chất lượng dịch vụ IP trên nền MPLS. Chương này trình bày khái quát nhất về công nghệ MPLS, ứng dụng mô hình dịch vụ IP trong MPLS. Các giải pháp, cung cấp, hỗ trợ để nâng cao chất lượng mạng trong MPLS. Thực hiên chuyên đề này em xin cám ơn thầy Hoàng Trọng Minh hướng dẫn và các bạn đã giúp đỡ em để em hoàn thành chuyên đề này. Do thời gian ngắn nên chuyên đề khó tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự góp ý của thầy và các bạn để bản chuyên đề này hoàn thiện hơn. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IP Chương này giới thiệu các vấn đề tổng quan về chất lượn dịch vụ QoS. Các thuật ngữ, định nghĩa, yêu cầu, các vấn đề cơ bản của chất lượng dịch vụ tới các mô hình và cơ cấu khung làm việc của chất lượng dịch vụ và chất lượng dịch IP hiên nay. Các vấn đề được nói dưới đây sẽ được trình bày chi tiết trong các chương tiếp theo. Tìm hiểu chung về chất lượng dịch vụ QoS Định nghĩa về QoS Chất lượng dịch vụ QoS được hiểu và nhìn nhận nhiều hướng khác nhau. Tùy theo đứng trên từng phương diện khác nhau thì chất lượng dịch vụ được hiểu theo các cách khác nhau. Theo E800 ITU-T chất lượng dịch vụ là “Một tập các khía cạnh của hiệu năng dịch vụ nhằm xác định cấp độ thỏa mãn của người sử dụng đối với các dịch vụ”. Theo ISO lại định nghĩa chất lượng dịch vụ như sau: ”Chất lượng dịch vụ là cấp độ của một tập hợp các đặc tính vấn có đáp ứng đầy đủ các yêu cầu”. Trong khi đó Internet Engineering Task Force (IETF) nhìn nhận chất lượng dịch vụ là khả năng phân biệt luồng lưu lượng để mạng co các ứng sử phân biệt đối với các kiểu luồng lưu lượng, chất lượng dịch vụ nó bao gồm cả phân hoá dịch vụ và hiệu năng tổng thể các mạng cho mỗi dịch vụ. Nhưng nhìn một các chung về chất lượng dịch vụ là: “Hiệu ứng chung của chất lượng dịch vụ là xác định mức độ hài lòng của người”. Ngoài ra, QoS mang một ý nghĩa là “khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức thực hiện nhất định cho mỗi ứng dụng theo như các yêu cầu đã được chỉ rõ của mỗi người sử dụng”. Chất lượng dịch vụ QoS được nhìn dưới hai góc độ người sử dụng và người cung cấp dịch vụ hay về phía mạng. Nhìn từ khía cạnh của người sử dụng chất lượng dịch vụ QoS là mức độ hài lòng dịch vụ của người sử dụng và được đánh giá trên thang điểm đánh giá trung bình MoS (Mean of Score). Mỗi ứng dụng của người sử dụng đòi hỏi một một mức QoS xác định để cho ứng dụng của mình hoạt động tốt. Tuy nhiên người sử dụng không thể biết phải làm thế nào để mạng cung cấp những ứng dụng tốt nhất tốt nhất cho mình, người sử dụng đưa ra các thông tin để người quản trị mạng để phục vụ tốt nhất cho người sử dụng. Căn cứ vào các MoS (MoS gồm có 5 mức từ 1 đến 5, mức 1 là chất lượng thấp nhất, mức 5 là tốt nhất) các nhà cung cấp dịch vụ mạng dựa vào MoS của người sử dụng chọn đưa ra chất lượng dịch vụ phù hợp với những yêu cầu của người sử dụng. Để đánh giá chất lượng dịch vụ thoại trên nền IP người ta đánh giá qua tốc độ truyền dẫn R (Transmission Rating Factor). Giá trị R càng cao chất lượng dịch vụ càng tốt. Những yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ truyền dẫn R là độ trễ, nhiễu, mất gói, loại mã hóa, thuật toán mã hóa thông tin. Nhìn từ khía cạnh mạng hay nhà cung cấp, QoS liên quan đến năng lực cung cấp các yêu cầu chất lượng dịch vụ cho người sử dụng. Có hai kiểu năng lực mạng để cung cấp chất lượng dịch vụ trong chuyển mạch gói. Chuyển mạch gói phải có khả năng phân biệt các lớp dịch vụ. Một khi mạng có các lớp dịch vụ khác nhau, mạnh phải có cơ chế ứng sử khác nhau với các lớp bằng cách cung cấp các đảm bảo tài nguyên và phân biệt dịch vụ trong mạng. Đây là các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ: Hình 1.1: Các khía cạnh của chất lượng dịch vụ Các phương pháp cơ bản để xác định chất lượng dịch vụ mạng bao gồm quá trình phân tích lưu lượng và các điều kiện của mạng, thông qua các bài toán được mô hình hóa hoặc đo kiểm trực tiếp các thông số mạng để đánh giá các tiêu chuẩn khách quan. Mức độ chấp nhận dịch vụ từ phía người sử dụng có thể đánh giá kiểm tra thông qua thông số mạng như khả năng tổn thất gói tin, độ trễ và xác suất tắc nghẽn. Chất lượng phụ thuộc rất lớn vào các thông số và cơ cấu mạng cung cấp dịch vụ. Một khung làm viêc chung của kiến trúc chất lượng dịch vụ QoS được nhìn từ phía nhà cung cấp mạng gồm có: Các phương pháp để yêu cầu và nhận các mức dịch vụ qua các hình thức thỏa thuân mức dịch vụ SLA ( Service Level Agreements). Một SLA là định dạng yêu cầu các mức dịch vụ gổm các tham số QoS như băng thông, độ trễ. Các thỏa thuận này được thỏa thuận giữa nhà cung cấp với khách hàng. Báo hiệu phân phối bộ đệm và quản lý bộ đệm cho phép đáp ứng yêu cầu các mức dịch vụ thông qua các giao thức dành trước tài nguyên cho ứng dụng. Điều khiển những ứng thiết lập các mức dịch vụ thông qua quá trình phân loại lưu lượng, hướng tới chính sách quản lý và thực thi đối với từng luồng lưu lượng nhằm xác định kỹ thuật điều khiển lưu lượng phù hợp. Phân loại lưu lượng có thể sử dụng ở lớp liên kết, lớp mạng và lớp truyền tải hoặc các lớp cao hơn. Phương pháp sắp xếp cho luồng lưu lượng qua mạng thông qua một chừng mực nào đó mà có thể đảm bảo thỏa thuận các mức dịch vụ sử dụng, bằng các phương pháp định tuyến trên nền tảng QoS. Các phương pháp sử lý tắc nghẽn quản lý tắc nghẽn và thiết lập. Quản lý tắc nghẽn nhằm xác định thứ tự các gói tin được truyền đi trong mạng dựa vào các quyền ưu tiên. Tạo ra hàng đợi nhằm chỉ định và thiết lập gói tin tới hàng đợi. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa tắc nghẽn mà là tác động vào cơ chế phát sinh trong mạng gây nên tắc nghẽn. Sử dụng hàng loạt các thuật toán để nhằm ngăn ngừa tắc nghẽn như là RED (Random Early Detection). Quản lý tắc nghẽn: Quản lý tắc nghẽn cho phép các thành phần mạng để điều khiển tắc nghẽn bằng cách xác định thứ tự trong các gói được truyền đi dựa vào các quyền ưu tiên hoặc là các mức dịch vụ gán cho các gói tin đó. Nó cần tạo ra hàng đợi, chỉ định các gói tin tới hàng đợi và thiết lập các gói tin trong hàng đợi. Quản lý tắc nghẽn không phải là cơ chế phòng ngừa mà tìm ra các điều kiện tắc nghẽn phát sinh trong mạng. Quản lý hàng đợi là tập trung ở cơ chế này và một số ví dụ của các chính sách hàng đợi là vào trước ra trước (first-in-first-out – FIFO) hàng đợi, hàng đợi có trọng số (weighted fair queuing - WFQ), tùy chỉnh (custom) hàng đợi, ưu tiên hàng đợi. Ngăn ngừa tắc nghẽn: Ngăn ngừa tắc nghẽn để tránh tắc nghẽn từ việc hình thành bên trong các mạng. Ngăn ngừa bằng cách cắt giảm gói tin. Cắt giảm và dò tìm ngẫu nghiên (Random Early Detection - RED) là một trong các kỹ thuật để ngăn ngừa tắc nghẽn. Thuật toán RED tận dụng các tính năng tác động lại tắc nghẽn của TCP và rất phù hợp tới mạng TCP/IP. Các tác động lại TCP tiến tới việc cắt giảm lưu lượng bởi tốc độ đường truyền chậm. Tận dụng các tính năng này, thuật toán RED thực hiện cắt giảm các gói tin ngẫu nhiên thậm chí trước khi sự tắc nghẽn xảy ra. Có một số RED khác nhau như trọng số RED (weighted RED - WRED), RED vào/ra (RED in/out - RIO). Thiết lập chính sách quản lý liên quan đến các hoạt động của thiết bị từ đó đưa ra mức thỏa thuận dịch vụ SLA. Khái niệm chất lượng dịch vụ QoS là một khái niệm rộng và có nhiều cách tiếp cận. Trong mô hình OSI có thể khái quát như sau: Đối với lớp ứng dụng (Application Layer): Chất lượng dịch vụ QoS được sử dụng là “mức độ dịch vụ”. Khái niệm này rất khó được định lượng chính xác, chủ yếu dựa vào đánh giá của con người, mức độ hài lòng đối với dịch vụ đó. Đối với lớp truyền tải (Transport Layer): Chất lượng dịch vụ được thực hiện ở hình thái “định tuyến đảm bảo QoS”, tìm đường thông trên mạng tùy thuộc vào các yêu cầu về chất lượng dịch vụ. Đối với lớp mạng (Network layer): Được thể hiện bằng hình thái QoS, tương đối dễ hiểu vì giống với khái niệm QoS ta vẫn thường gặp, được biểu diễn thông qua các đại lượng toán học như: tỷ số, giá trị trung bình, giá trị lớn nhất…. của các tham số như trễ, mất gói tin, chi phí… của luồng gói/tế bào. Lớp liên kất dữ liệu DLL (Data Link Layer): Chất lượng dịch vụ thể hiện thông qua tham số truyền dẫn, tỉ lệ lỗi gói tin, các hiện tượng tắc nghẽn và hỏng hóc các tuyến liên kết. Cấp độ dịch vụ, kiểu dịch vụ, lớp dịch vụ Cấp độ dịch vụ GoS Cấp độ dịch vụ được xác định thông qua các tham số kỹ thuật có thể là như băng thông, độ trễ. GoS (Grade of Service) được định nghĩa như sau: Khi hiện tượng tắc nghẽn sảy ra thì thông tin được tạo ra bị giới hạn độ thông qua. Các giới hạn này làm ảnh hưởng đến dịch vụ cung cấp tới khách hàng, và cấp độ giới hạn này được giải thích bằng thông số GoS. GoS xác định khả năng tắc nghẽn hoặc trễ của cuộc gọi trong một khoảng thời gian. Các yếu tố ảnh hưởng tới GoS là do cấu trúc trường chuyển mạch, kiến trúc điều khiển của hệ thống chuyển mạch GoS phụ thuộc rất nhiều vào kiến trúc trường chuyển mạch đồng thời phụ thuộc vào mẫu lưu lượng của hệ thống. Tùy vào những yếu tố khác nhau ta có các cấp độ dịch vụ khác nhau. Kiểu dịch vụ ToS Kiểu dịch vụ ToS (Type of Service) xác định thứ tự ưu tiên theo mục tiêu chất lượng dịch vụ tương ứng với: Độ thông qua T (Throughtput), độ trễ D (Delay), độ tin cậy R (Reliability). Các tham số này ở mức bình thường đều được đặt ở mức (0) còn ở mức (1) thì độ ưu tiên tốt nhất. Lớp dịch vụ CoS Lớp dịch vụ xác định một mức yêu cầu của chất lượng dịch vụ. Để xác định được lớp dịch vụ nó có một số yếu tố: Kiểu dịch vụ (ToS) và thứ tự ưu tiên của dịch vụ. Sau này CoS khi kết hợp với mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ nó sẽ thay thế trường thứ tự ưu tiên bằng giá trị điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP. Các tham số chất lượng dịch vụ Chất lượng dịch vụ thường được thể hiện thông qua các tham số QoS như là: băng thông, độ trễ, mất gói… Các tham số sử dụng tính toán phụ thuộc kiểu mạng và các tham số nói trên thường được sử dụng trong mạng IP, còn trong mạng ATM là: sự biến đổi tốc độ tế bào, tỉ lệ mất tế bào và trễ chuyển giao. Trong khi các mạng không dây các tham số chủ yếu là băng thông, nhiễu, suy hao, độ tin cậy. Có 3 dạng tham số chính: Các tham số tính cộng. Các tham số tính nhân. Các tham số tính lõm. Độ tin cậy Để xác định độ ổn định của hệ thống người ta thương xác định độ khả dụng của hệ thống hay nói cách khác là xác định độ tin cậy của hệ thống. Độ tin cậy của hệ thống càng cao thì độ tịn cậy của hệ thống càng lớn. Độ tin cậy của hệ thống được tính dựa trên thời gian ngừng hoạt động và tổng số thời gian hoạt động của hệ thống. Băng thông Băng thông thể hiện tốc độ truyền cực đại gữa điểm đầu tới điểm cuối. Khi truyền từ hai node khác nhau nó tạo ra hai đặc tính: dung lượng của đường liên kết và lưu lượng thực tế. Kết nối gữa hai node được gọi là khả dụng khi băng thông dư phải lớn hơn băng thông yêu cầu, khi đó liên kết mới được hình thành. Băng thông là tốc độ truyền thông tin được tính theo (bit/s). Độ trễ Là khoảng thời gian chênh lệch giữa thiết bị thu và thiết bị phát. Trễ tổng thể là thời gian trễ từ đầu cuối phát tới đầu cuối thu tin hiệu. Các thành phần chủ yếu gây ra trễ là: Trễ hàng đợi: Là thời gian một gói phải trải qua trong một hàng đợi khi nó phải đợi để được truyền đi trong một liên kết khác, hay thời gian cần thiết phải đợi để thực hiện quyết định định tuyến trong một bộ định tuyến. Trễ truyền lan: Là thời gian cần thiết để môi trường vật lý truyền dữ liệu. Trễ chuyển tiếp: Thời gian sử dụng để chuyển tiếp gói tin từ tuyến này sang tuyến khác, hay thời gian được yêu cầu để sử lý các gói đã đến trong một node. Trễ truyền dẫn: Thời gian được yêu cầu để truyền tất cả các bit trong gói qua liên kết, trễ truyền dẫn được xác định dựa trên thực tế của băng thông liên kết. Biến động trễ Biến động trễ khác biệt về trễ. Biến động trễ có tần số cao gọi là jitter, tần số thấp được gọi là wander. Biến động trễ là do sự sai khác về thời gian xếp hàng của các gói tin liên tiếp trong một luồng gây ra và là vấn đề quan trọng nhất của QoS. Nếu biến động quá lớn sẽ gây ra đứt mạng. Tổn thất gói Có thể sảy ra theo từng cụm hoặc chu kỳ do mạng bị tắc nghẽn liên tục hoặc xảy ra trên trường chuyển mạch gói. Xác suất mất gói là giá trị được nhân lên từ xác suất mất gói kỳ vọng ở mỗi một trong các node trung gian giữa một cặp nguồn đích. Khi kết nối yều cầu truyền dữ liệu theo thứ tự, thì tổn thất gói là nguyên nhân của quá trình truyền lại. Những điều này làm giảm quá trình sử lý truyền tin và làm giảm QoS nhận được. Các vấn đề bảo đảm QoS Các vấn đề cơ bản nhằm đảm bảo QoS ta xét một khung làm việc của cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ gồm ba phần: Cung cấp QoS đưa ra và quản lý hàng loạt các kỹ thuật nhằm thiết lập luồng và các giai đoạn thỏa thuận tài nguyên nhằm đảm bảo QoS từ đầu tới cuối. Điều khiển QoS đưa ra hàng loạt các hành vi điều khiển như lập lịch chia gói, lập chính sách, điều khiển luồng. Quản lý QoS nhằm giám sát, điều chỉnh lại tài nguyên và duy trì các điều kiện đảm bảo QoS. Cung cấp QoS Bao gồm ánh xạ QoS, kiểm tra quản lý và dành trước tài nguyên. Module ánh xạ QoS thực hiện các chức năng biên dịch giữa các thể hiên QoS sang các mức hệ thống khác nhau, liên qua đến các tham số như băng thông, tốc độ trung bình, trễ mất gói, và các yêu cầu về trễ. Biên dịch chúng thành các lớp dịch vụ để sử dụng cho mục đích dành trước tài nguyên. Module kiểm tra quản lý QoS chụi trách nhiệm kiểm tra độ khả dụng của nguồn tài nguyên so với các yêu cầu và ra quyết định có cho phép các yêu cầu mới hoặc không. Một khi yêu cầu đảm bảo QoS từ đầu cuối tới đầu cuối cần tài nguyên tổng thể, các nguồn tài nguyên được phục vụ dựa trên quyết định điều khiển quản lý nhưng chúng được cam kết khi kiểm tra điều khiển quản lý thành công. Điều khiển QoS Thành phần điều khiển QoS hoạt động theo mức độ thời gian tại các tốc độ truyền thông tin, thành phần này cung cấp điều khiển lưu lượng thời gian thực dựa trên các yêu cầu mức QoS từ giai đoạn cung cấp QoS. Bao gồm các thành phần sau: Module lập lịch luồng quản lý các luồng chuyển tiếp theo cùng một cách thức ở cả hệ thống kết cuối mạng. Module định hướng luồng điều chỉnh các luồng lưu lượng dựa trên các mức yếu cầu về QoS, bao gồm các thuật toán để phân tích và định hướng các luồng tập hợp tại biên mạng và lập lịch trong mạng để cung cấp hiệu năng cao nhất. Module chính sách thường được sử dụng trong điều kiện lưu lượng người dùng chuyển qua cùng biên quản lý và cần loại bỏ giám sát. Chính sách được sử dụng theo dõi khi nào nhà cung cáp duy trì các điều kiện QoS hoặc không. Module đồng bộ luồng được yêu cầu để điều khiển các sự kiện tương tác đa phương tiện theo trình tự và thời gian chính xác. Hình 1.2: Các thành phần cơ cấu đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS Quản lý QoS Các thành phần quản lý QoS là để duy trì các mức QoS thỏa thuận gồm các module: Module kiểm tra QoS là phương tiện để theo dõi các mức QoS đầu ra sẽ được cung cấp hoặc sẽ được sử dụng, là cơ sở tính toán tối ưu hiệu mạng. Module khả dụng QoS cho phép các ứng dụng chỉ rõ tham số QoS giám sát và phản hồi để nhận ra hiệu năng cần thiết. Module quản lý QoS cho phép so sánh mức QoS kiểm tra tới hiệu năng mong muốn và điều khiển tối ưu các mức chất lượng dịch vụ. Module này cũng đảm trách các vấn đề liên quan đến sử lý và khôi phục lỗi trên liên kết và tại các node. Để duy trì các mức QoS cung cấp cần sử dụng các phương pháp đo lưu lượng nhằm giám sát và điều khiển lưu lượng mạng. Module phân mức QoS gồm các phép đo gia tăng sự phân mức cho kiến trúc QoS, các ứng dụng đa phương tiện cần có các phân biệt nhằm thỏa mãn các yêu cầu băng thông và đòi hỏi khác nhau. Bao gồm: bộ lọc QoS, tập hợp và kiến trúc phân lớp QoS. Vấn đề trong mạng IP hiện nay Hiện nay lưu lượng IP được định tuyến và hướng đi trên Internet sử dụng các giao thức định tuyến IP. Chẳng hạn với IGP (Interior Gateway Protocol): OSPF, RIP sử dụng một AS hay giao thức định tuyến sử dụng giữa các AS là BGP. Các giao thức định tuyến nói trên chỉ hoạt động tốt trong cấu trúc mạng đơn giản, còn với mô hình mạng phức tạp sẽ gây ra mất cân bằng tải. Thiếu quản lý lưu lượng : Tất cả các lưu lượng nhận dịch vụ best-effort và không có cách nào đoán trước và đảm bảo QoS mà sẽ cung cấp cho một luồng lưu lượng riêng. IntServ dựa trên RSVP được phát triển như một giải pháp cung cấp báo hiệu theo từng luồng và hỗ trợ quản lý lưu lượng. Tuy nhiên IntServ mắc phải vấn đề về khả năng mở rộng mạng do các yêu cầu “làm mới” theo chu kỳ. Phần tài nguyên dự trữ cho tất cả các luồng và cơ chế báo hiệu cồng kềnh. DiffServ ra đời gần đây bởi IETF không duy trì báo hiệu từng luồng trong mạng mà có cơ chế tập hợp luồng và khả năng cung cấp các lớp dịch vụ QoS theo yêu cầu nhờ vào luồng nhờ trường DSCP. Các giao thức định tuyến ít hoặc không có khả năng điều khiển luồng. Không có thông báo, hay kết hợp chặt chẽ tài nguyên mạng khả dụng hoặc đã sử dụng. Các thuật toán định tuyến sử dụng cho các giao thức trên có xu hướng hội tụ lưu lượng trên cùng các liên kết hay giao tiếp mạng, dẫn đến không có sự điều phối cân bằng và sự tắc nghẽn tải. Thiếu sự điều khiển trên hệ thống định tuyến động làm cho các nhà khai thác mạng nói chung và các nhà cung cấp lớn nói riêng có ít khả năng dự tính trước lưu lượng và thực thi trong mạng. Khó khăn cho các nhà quản lý mạng để thực hiện hiệu quả các chính sách giải quyết các vấn đề thực thi mạng. Kỹ thuật điều khiển luồng với QoS hạn chế, kém hiệu quả trong quản lý tài nguyên mạng ngày nay. Việc sử dụng lược đồ địa chỉ hóa trực giao giữa IP và ATM tách rời các bộ định tuyến IP với các mạng chuyển mạch ATM. Theo lý thuyết, một mạng IP/ATM gồm có mối quan hệ logical IP subnets (LISs) bởi các bộ định tuyến. ATM Forum đã phát triển đa dịch vụ trên các chuyển mạch ATM-MOPA nhưng mang tính chất độc quyền. Kết luận chương Chương này đã trình bày cơ bản về chất lượng dịch vụ như thuật ngữ, định nghĩa, các mô hình cơ bản. Khung làm việc chất lượng dịch vụ nhằm có một cách nhìn tổng quát nhất để tiếp cận tới các vấn đề khác nhau của QoS. Chương 2 sẽ thể hiện rõ về các kỹ thuật nâng cao chất lượng dịch vụ và các mô hình ứng dụng đảm bảo chất lượng dịch vụ IP. CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT VÀ MÔ HÌNH ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IP Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP và hai mô hình ứng dụng đảm bảo QoS IP: Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ sẽ được trình bày trong chương này. Sự phát triển của các mô hình dịch vụ, các tham sốảnh hướng đến chất lượng dịch vụ IP trong thực tế. Các kỹ thuật sẽ được trình bày từ góc nhìn của bộ định tuyến IP. Kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP Các tham số ảnh hưởng tới QoS trong thực tế Với sự phát triển của các mô hình QoS từ mô hình mạng nỗ lực tối đa đến các mô hình dịch vụ phân biệt phức tạp khác nhau: Hình 2.1: Các bước phát triển của mô hình QoS Nhằm nâng cao sức hoạt động và chất lượng dịch vụ IP vào năm 1994 do RFC 1933 của IETF đưa ra mô hình tích hợp dịch vụ IntServ (Intergrated Sevices) tập chung vào giao thức RSVP (Resource Revervation Protocol). RSVP là giao thức dành trước tài nguyên dự trữ tại các node, nó yêu cầu băng thông, về trễ cho các phiên riêng biệt dọc theo tuyến truyền dẫn trên các node. Nhưng nó gặp phải sự cản trở khi hoạt động trên mạng rộng lớn vì số lượng các bộ định tuyến, máy chủ, thiết bị chuyển mạch lớn và đa dạng. Để giải quyết vấn đề này người ta đưa ra mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ. Mô tả các hành vi tại các node. Mô hình DiffServ định nghĩa các kỹ thuật đánh dấu gói, thứ tự ưu tiên IPP (IP precendence), các điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP (Differentiated Service Code Point) phù hợp với bước hành vi kế tiếp PHB (per-hop behaviors) cho các kiểu lưu lượng. Các công nghệ QoS ngày càng đưa ra các mục tiêu quản lý chất lượng dịch vụ IP ở những cấu hình phức tạp. Nhưng các nhà quản trị có xu hướng càng đơn giản càng tốt, thậm chí phát triển QoS theo hướng công cụ bảo mật hệ thống. Các tham số đánh hiệu hiệu năng truyền gói tin IP: Trễ truyền gói IP IPTD (IP Transfer Delay): là trễ của một datagram hoặc một phân đoạn cuối giữa hai điểm tham khảo. Thường được gọi là trễ đầu cuối tới đầu cuối hoặc trễ mạng. Tỷ lệ lỗi gói tin IP IPER (IP packet Error Ratio): Tham số tính theo tỷ lệ của gói tin IP lỗi trên tổng số gói tin IP nhận được. Tỷ lệ tổn thất gói IP IPLR (IP Loss Ratio): Tỷ lệ gói tin tổn thất trên tỷ lệ gói tin IP truyền. Để đánh giá chất lượng dịch vụ người ta thường nhìn dưới góc độ các tham số ảnh hưởng đến QoS. Với người sử dụng thì nhìn nhận dưới các tham số như là : ứng dụng chậm, chất lượng thấp không đảm bảo, thời gian truyền lâu… Dưới góc độ mạng thì thì các tham số đó là: Băng thông, trễ, trượt mất gói và điều khiển quản lý. Băng thông: Là một trong những tham số quan trọng nhất của chất lượng dịch vụ mạng. Sự thiếu hụt băng thông sảy ra do nhiều nguyên nhân nhưng nguyên nhân chính là do thiếu hụt về băng thông hoặc là các lưu lượng cùng tranh chấp một tài nguyên. Hình 2.2: Băng thông khả dụng Băng thông lớn nhất là giá trị băng thông lớn nhất của một đợn liên kết. Băng thông khả dụng được tính tương đối qua giá tri băng thông lớn nhất và lượng băng thông của luồng lưu lượng. Một số giải pháp làm tăng vấn đề sử dụng băng thông như là: Tăng dung lượng liên kết phù hợp với tất cả các ứng dụng và người sử dụng một số lượng băng thông dư. Sử dụng phân loại lưu lượng thành các lớp QoS và sắp xếp thứ tự ưu tiên của các luồng lưu lượng quan trọng. Nén các khung tải tin nhằm tăng băng thông khả dụng của liên kết. Tối ưu đường liên kết. Độ trễ: Trễ gồm có các loại trễ như là: trễ truyền lan, và trễ xử lý, hàng đợi. Trễ tích lũy là gồm tất cả các thành phần trễ trên đem cộng lại. Hình 2.3:Trễ tích lũy từ đầu cuối tới đầu cuối Trễ truyền lan: là tham số cố định phụ thuộc vao phương tiện truyền. Là thời gian truyền một gói tin qua liên kết. Trễ xử lý: là khoảng thời gian cần thiết để bộ định tuyến để truyền một gói tin từ giao diện đầu vào tới hàng đợi đầu ra. Trễ hàng đợi là khoảng thời gian của gói tin nằm chờ tại hàng đợi trong một bộ định tuyến. Một số giải pháp cải thiên trễ: Tăng băng thông của hệ thống nhưng nó cũng làm cho giá thành của hệ thống khi nâng cấp. Sử dụng kỹ thuật hàng đợi hợp lý, chủ yếu là các hàng đợi ưu tiên. Nén gói tin nhưng đồng nghĩa với mất thêm khoảng thời gian nén. Hình 2.4: Trễ xử lý và hàng đợi Tổn thất gói: Tổn thất gói tin thường sảy ra khi bộ đệm bị tràn không gian đệm, khi đó các gói tin mới đến sẽ bị loại bỏ. Hình 2.5: Tổn thất gói và hiện tràn bộ đệm đầu ra Một số nguyên nhân là: bộ xử lý tắc nghẽn, bộ đệm đầu ra đầy, bộ đệm quá tải không thể sử lý được. Một số giải pháp giảm độ tổn thất gói: Đảm bảo dung lượng tăng không gian đệm để tương thích với các ứng dụng có độ bùng nổ lưu lượng cao. Sử dụng kỹ thuật loại bỏ gói sớm để tránh tắc nghẽn. Chia cắt lưu lượng và trễ lưu lượng. Chính sách lưu lượng để cung cấp chất lượng dịch vụ tốt nhất. Yêu cầu chức năng chung của QoS IP Các yêu cầu chức năng được thực hiện trong bộ định tuyến IP. Các gói tin IP được đưa vào từ các cổng đầu vào của bộ định tuyến tới các khối chức năng đánh dấu gói và phân loại gói hai khối chức năng này nó thực hiện việc phân biệt các luồng lưu lượng, các kiểu dịch vụ để người sử dụng đưa ra các ứng dụng vào các lớp hoặc các luồng lưu lượng phân biệt với các ứng dụng khác. Sau đó tới các khối chức năng như là: chính sách lưu lượng, quản lý hàng đợi tích cực, lập lịch, chia cắt lưu lượng thực hiện phân biệt các lớp lưu lượng bằng các tài nguyên và các ứng sử dịch vụ khác nhau trong một mạng. Hình 2.6: Các yêu cầu chức năng của bộ định tuyến IP Đánh dấu gói tin IP: là chức năng đầu tiên của bộ định tuyến IP áp dụng cho người sử dụng. Đặt các bit nhị phân vào các trường chức năng đặc biệt của tiêu đề gói tin IP để phân biệt kiểu của gói tin IP với các gói tin IP khác. Các gói tin IP đến một cổng đầu vào có thể được đánh dấu hoặc không đánh dấu. Nếu đã được đánh dấu thì nó có thể đánh dấu lại để chỉ ra các đặc điểm vi phạm chính sách của bộ định tuyến đang được thực hiện chuyển gói và các gói tin chưa được đánh dấu sẽ được đánh dấu để nhận các giá trị phù hợp với chính sách của bộ định tuyến. Phân loại gói tin IP: Nhằm nhóm các gói tin IP theo luật phân lớp dịch vụ. Có hai phương pháp phân loại gói tin: Phân loại đa đường MF (Multi-Field): Dựa trên tổ hợp các giá trị của một hoặc nhiều trường chức năng trong tiêu đề IP. Hình 2.7: Phương pháp phân loại gói theo đa trường chức năng Phân loại kết hợp hành vi BA (Behavior Aggregate): Dựa trên các trường chứa giá trị điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP. Hình 2.8: Phương pháp phân loại gói theo kết hợp hành vi BA Chính sách lưu lượng: Kiểm tra các luồng lưu lượng gói tin IP đến trên các cổng vào của bộ định tuyến có phù hợp với các tốc độ lưu lượng đã được thỏa thuận và xác định hay không. Nó có thể đánh dấu gói tin lại hoặc bị loại nếu không phù hợp với lưu lượng đầu ra. Kiểm tra và tham số trường lưu lượng: tốc độ cam kết CIR (Committed Information Rate), tốc độ thông tin đỉnh PIR (Peak Information Rate), kích thước bùng nổ PBS (Peak Burst Size), kích thước bùng nổ cam kết CBS (Committed Burst Size), kich thước bùng nổ cam kết EBS (Excess Burst Size). Quản lý hàng đợi: Là một kỹ thuật điều khiển chống tắc nghẽn, ý tưởng chính của kỹ thuật hàng đợi tích cực AQM (Active Queue Management) dự doán trước khả năng tắc nghẽn và dựa vào một số hoạt động điều khiển để chống lại hoặc giảm thiểu khả năng tắc nghẽn. Có 3 kỹ thuật cơ bản: loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên RED, loại bỏ gói sớm ngẫu nhiên có trọng số WRED, thống báo tắc nghẽn hiện ECN. Hình 2.9:Nguyên lý quản lý hàng đợi thụ động Lập lịch gói tin: Đây là cách lập thứ tự cho gói tin ra khỏi hàng đợi, dựa trên các đặc tính của cổng đầu ra, các gói tin sẽ được phân bố và chuyển tới đầu ra theo luật. Mấu chột của kỹ thuật này là thước đo công nghệ giữa các nhà cung cấp khác nhau. Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý của lập lịch gói tin Chia cắt lưu lượng: để thay đổi tốc độ luồng lưu lượng đến nhằm điều hòa lưu lượng đầu ra. Nếu sảy hiện tượng bùng nổ lưu lượng thì lưu lượng cần phải đệm để đầu ra bớt bùng nổ và mền hơn. Có hai dạng chia cắt lưu lượng thường được sử dụng: chia cắt lưu lượng thuần, chia cắt lưu lượng gáo rò. Các kỹ thuật đảm bảo chất lượng dịch vụ IP Phần trên thể hiện chức năng của bộ định tuyến được nhìn từ dưới góc độ chất lượng dịch vụ, các kỹ thuật thương được áp ụng để đảm bảo QoS như là: Kỹ thuật đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng Bộ định tuyến sử dụng kỹ thuật đo lưu lượng nhằm xác định tốc độ lưu lượng đầu vào có phù hợp với tốc độ thực tế hay không. Đối với đo lưu lượng thường sử dụng mô hình toán gọi là gáo rò token để xác định và hạn chế tốc độ lưu lượng. Mô hình gáo rò gồm hai thành phần: token và gáo rò. Có hai dạng đo lưu lượng và màu hóa lưu lượng: Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn srTCM (single rate Three Color marker) và đánh dấu 3 màu hai tốc độ trTCM (two rate Three Color marker). Đánh dấu 3 màu tốc độ đơn Kỹ thuật đánh dấu 3 màu tốc độ đơn được định ngĩa trong RFC 2696 [6], sử dụng để đặt chính sách cho một luồng đơn tốc độ và cùng CIR. Đo tốc độ lưu lượng và dựa trên kết quả đánh dấu các gói theo 3 màu hoặc các cấp độ. Ba màu xanh, vàng và đỏ thể hiện cấp độ tương thích lưu lượng theo thứ tự giảm dần. SrTCM có hai chế độ điều hành: chế độ mù màu và chế độ rõ màu. Chế độ mù màu là chế độ các gói tin đến chưa được đánh dấu màu, chế độ rõ màu là các gói tin đến được đánh dấuu màu từ thực thể trước. Với mục tiêu là đảm bảo tốc độ lưu lượng trung bình dài hạn của người sử dụng trong tốc độ thông tin cam kết CIR. SrTCM gồm hai kiểu gáo rò token, gáo rò token C và gáo giò token E. Độ sâu của gáo giò C là kích thước bùng nổ cam kết CBS, được khởi tạo đầy với số lượng token Tc=CBS. Độ sâu của gáo giò E là kích thước bùng nổ quá hạn EBS, được khởi tạo khởi tạo đầy với số lượng Te=EBS. Token C và E được cập nhật tại tốc độ CIR Hình 2.11: Gáo C Gáo E và chế độ mù màu srTCM Thuật toán của phương pháp này là: Tại một thời gian cập nhật nếu gáo C không đầy (Tc< CBS) thì Tc tăng lên 1 (Tc:=Tc+1). Nếu gáo C đầy mà gáo E chưa đầy (Tc=CBS và Te< EBS) thì Tc không thay đổi và Te tăng lên 1. Nếu cả hai gáo đầy thì không gáo nào thay đổi trang thái. Hình 2.11 chỉ ra phương pháp hoạt động của chế độ mù màu srTCM. Một gói không đánh dấu có kích thước B byte đến tại thời điểm t. Đầu tiên, bộ đệm so sánh kích thước của B với token C hiện thời ( Tc), nếu gáo C đủ chỗ cho (B≤Tc) sẽ được đánh dấu màu xanh và Tc giảm đi một lượng B Tc:=Tc-B. Nếu không đủ chỗ C (B>Tc) bộ đếm kiểm tra gáo thứ 2 (gáo E), nếu gáo E còn đủ chỗ (B≤Te) sẽ được đánh dấu màu vàng và Te:=Te-B. Khi đó gáo C không sử dụng nên Tc không thay đổi trạng thái. Đến khi gáo E không còn đủ chỗ (B>Te) gói sẽ được đánh dấu màu đỏ và cả Te và Tc không thay đổi trạng thái. Hình 2.12 thể hiện chế độ hoạt động có màu của srTCM, nó tương tự như chế độ hoạt động không màu. Các gói màu xanh kích thước B byte đến tại thời điểm t Vẫn giữ nguyên màu xanh nếu Tc≥B và Tc:=Tc-B. Được đánh dấu màu vàng nếu Tc≤B≤Te và Te:=Te-B. Đánh đấu màu đỏ khi Te<B và không có sự thay đổi trạng thái của Te và Tc. Hình 2.12: Chế độ hoạt động rõ màu srTCM Các gói màu vàng sẽ được giữ nguyên màu vàng hoặc chuyển sang màu đỏ và không chuyển sang màu xanh được. Các gói màu đỏ luôn giữ màu đỏ và không bao giờ được chuyển tiếp lên cấp độ cao hơn. Đánh dấu 3 màu hai tốc độ Đánh dấu 3 màu hai tốc độ được định nghĩa bởi RFC 2698 [6]. TrTCM được sử dụng cho tất các tốc độ thông tin đỉnh PIR và tốc độ thông tin cam kết CIR. Giống như srTCM, trTCM có hai chế độ hoạt động: Chế độ mù màu và chế độ rõ màu. Được cấu hình bởi chế độ hoạt động và các tham số PIR, CIR, PBS và CBS. Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ trTCM hoạt động với hai góa rò: gáo rò token C và gáo rò token P. Gáo rò C được sử dụng để điều khiển CIR và P điều khiển PIR. Gáo rò C trong trTCM tương tự như trong srTCM, gáo rò P có độ sâu cân bằng với kích thước bùng nổ đỉnh PBS và được cập nhật tốc độ PIR. Hình 2.13: Gáo rò C, P và chế độ hoạt động mù màu trTCM Chế độ hoạt động mù màu được mô tả như hình 2.13. Giả thiết các gói không màu có kích thước B đến tại thời điểm t. Gói tin kích thước b sẽ so sánh với token trong gáo rò P. Nếu gáo rò P không đủ chỗ (B>Tp) gói tin sẽ được đánh dấu màu đỏ bất kể C có đủ chỗ hay không. Nếu gáo P đủ chỗ (Tp≥B) gói kích thước B được so sánh với bộ đếm token trong gáo C, Tc. Nếu Tc≥B gói được đánh dấu màu xanh và Tp:=Tp-B và Tc:=Tc-B. Nếu Tc<B gói được đánh dấu màu vàng và Tp:=Tp-B. Các chế độ hoạt động rõ màu như hình 2.14. Giống như chế độ hoạt động của srTCM, các gói đến không thể cải thiện được cấp độ tốt hơn. Giả thiết các gói đã được đánh dấu màu tới: Nếu gói đã được dánh dấu màu đỏ, gói sẽ được đánh dấu lại màu đỏ và các gáo rò được bỏ qua. Nếu gói được đánh dấu màu vàng, nó sẽ được đánh dấu lại màu đỏ khi B ≤Tp và Tp:=Tp-B, được đánh dấu mà vàng nếu Tp>B. Nếu gói đã được đánh dấu màu xanh, nó sẽ được chuyển sang màu: Đỏ nếu Tp<B. Vàng nếu Tc<B Tp và Tp:=Tp-B. Xanh nếu Tc≥B, Tp≥B và Tc:=Tc-B, Tp:=Tp-B. Hình 2.14: Chế độ hoạt động rõ màu tr TCM Kỹ thuật quản lý hàng đợi tích cực Trong kỹ thuật hàng đợi gồm có 3 kiểu hoạt động cơ bản: RED, WRED và ECN. Chúng ta sẽ làm rõ hơn về các kiểu hàng đợi này. Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm RED RED phát hiện tập tắc nghẽn và loại bỏ gói ngẫu nhiên từ bộ đệm. Hình dưới đây thể hiện sơ đồ nguyên lý hoạt động của kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm. RED chứa một thuật toán dự đoán tắc nghẽn và hồ sơ loại bỏ gói như là các thành phần trung tâm. Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của RED Chức năng của module dự đoán tắc nghẽn là đánh giá hành vi lưu lượng trong bộ đệm theo thời gian và phát hiện khả năng tắc nghẽn. Tiếp cận đơn giản nhất là dựa vào chiều dài hàng đợi (N) và xác định trạng thái tắc nghẽn dựa trên cơ sở hàng đợi (so sánh kích thước bộ đệm (B). Một phương pháp khác là sử dụng dự đoán tắc nghẽn dựa trên thuật toán tính toán thời gian trung bình của hàng đợi, đầu ra của module dự đoán tắc nghẽn là chiều dài hàng đợi trung bình trọng số (nN). Mặc dù nó phản ánh độ dài hàng đợi hiện thời, nhưng (nN) không phải là chiều dài hàng đợi thực tế mà là phép đo hiện tượng tắc nghẽn. Gọi α là phần trăm (%) điền đầy bộ đệm được tính theo công thức sau: α = nN /B Trong đó: B là kích thước bộ đệm. Hồ sơ loại bỏ tắc nghẽn là một phương pháp tham chiếu giữa % bộ đệm đầy và xác suất bỏ gói, khi α đạt được một giái trị nào đó thì RED được kích hoạt, khi α đạt giá trị lớn nhất (<100%) thì xác suất bỏ gói tin là 1. Khi cơ chế loại bỏ gói chuyển sang theo phương pháp cắt đuôi lưu lượng. Kỹ thuật loại bỏ gói ngẫu nhiên sớm theo trọng số WRED Là kỹ thuật loại bỏ gói sớm RED nhiều hồ sơ loại bỏ gói. Thay vì sử dụng một hồ sơ loại bỏ gói cho tất cả hàng đợi, WRED sử dụng nhiều hồ sơ loại bỏ gói cho một hàng đợi. Thông báo tắc nghẽn hiện ECN Phương pháp này được ứng dụng trong lớp TCP, ECN được đề xuất từ 1999 trong RFC 2481 [6] như là một bổ xung trong kiến trúc IP. Hình vẽ dưới đây chỉ ra phương pháp ECN. Trong ECN tắc nghẽn được thông tin tới các hệ thống kết cuối bằng cách đánh dấu trong trường chức năng đặc biệt của tiêu đề IP và TCP với các chỉ thị tắc nghẽn thay vì loại bỏ gói. Một thuật toán tương tự như trong kỹ thuật loại bỏ gói sớm được thực hiện để chỉ ra ngưỡng và thời điểm thông báo tắc nghẽn. Hình 2.16: Hoạt động thông báo tắc nghẽn ECN ECN yêu cầu đánh dấu trên cả hai tiêu đề IP và TCP. ECN sử dụng hai bit dự phòng trong tiêu đề IP. Hai bit dự phòng cuối cùng trong 8 bit của trường kiểu dịch vụ ToS trong tiêu đề IPv4 và 8 bit trong trường phân lớp lưu lượng trong IPv6 sử dụng đánh dấu ECN. Kỹ thuật lập lịch gói tin Một số kỹ thuật cơ bản được sử dụng trong bộ định tuyến như là: Hàng đợi FIFO, hàng đợi ưu tiên PQ, hàng cân bằng FQ, hàng đợi quay vòng trọng số WRR, hàng đợi cân bằng trọng số WFQ, hàng đợi dựa theo lớp cân bằng trọng số CBQ. Hàng đợi FIFO Đây là kỹ thuật hàng đợi ngầm định, các gói tin đến được đưa vào trong một hàng đợi đơn và được gửi ra theo đúng thứ tự. FIFO là kiểu hàng đợi đơn giản nhất không cần sử dụng thuật toán điều khiển. FIFO đối sử với tất cả các gói theo cùng một cách, vì vậy nó rất thích hợp với mạng nỗ lực tối đa. Mặt khác FIFO không thể cung cấp các dịch vụ phân biệt và tất cả các luồng lưu lượng đều bị suy giảm chất lượng khi có hiện tượng tắc nghẽn xảy ra. Hàng đợi ưu tiên PQ Hàng đợi FIFO đặt tất cả các gói tin vào trong hàng đợi đơn bất kỳ lớp lưu lượng nào. Một cách đơn giản để tạo ra sự phân biệt lớp lưu lượng là sử dụng hàng đợi ưu tiên PQ. Trong PQ, N hàng đợi được tạo như trong hình dưới đây với các mức ưu tiên từ 1 đến N. Thứ tự lập lịch được xác định bởi thứ tự ưu tiên và không phụ thuộc vào vị trí của gói tin. Các gói tin hàng đợi thứ j được sử lý không còn gói nào trong hàng đợi có thứ tự cao hơn. Hình 2.17: Hàng đợi ưu tiên PQ Giống như FIFO, hàng đợi ưu tiên có ưu điểm là rất đơn giản: nó cung cấp phương tiện đơn giản để phân biệt lớp lưu lượng. Nhược điểm của hàng đợi này là PQ luôn hướng tới xử lý mức ưu tiên cao, nên các hàng đợi có mức ưu tiên thấp có thể không có cơ hội để gửi gói tin. Hàng đợi cân bằng FQ Hàng đợi cân bằng còn được gọi là hàng đợi dựa trên luồng lưu lượng, trong FQ các gói tin đến được phân loại thành N hàng đợi. Mỗi một hàng đợi nhận 1/N băng thông đầu ra. Bộ lập lịch kiểm tra các hàng đợi theo chu kỳ và bỏ qua các hàng đợi rỗng. Mỗi khi bộ lập lịch tới một hàng đợi, một gói tin được truyền ra khỏi hàng đợi. Hàng đợi cân bằng rất đơn giản, nó không yêu cầu một kỹ thuật chỉ định băng thông phức tạp nào. Nếu một hàng đợi mới thêm vào N hàng đợi trước đó bộ lập lịch tự động đặt lại băng thông ttheo thực tế bằng 1/(N+1). Đơn giản chính là ưu điểm của hàng đợi cân bằng. Hình 2.18: Hàng đợi cân bằng FQ Chúng có hai nhược điểm chính: Bằng thông đầu ra được chia thành N hàng đợi 1/N, nếu các lớp lưu lượng đầu vào có yêu cầu băng thông khác nhau, thì FQ không thể phân bố lại được băng thông của đầu ra để đáp ứng yêu cầu đầu vào. Khi kích thước gói không được quan tâm trong FQ, kích thước các gói sẽ ảnh hưởng đến phân bố băng thông thực tế, thậm chí bộ lập lịch vẫn hoạt động đúng trên cơ sở công bằng, các hàng đợi có gói kích thước lớn sẽ chiếm nhiều băng thông hơn các gói hàng đợi khác. Hàng đợi quay vòng trọng số WRR Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR được đưa ra nhằm giải quyết hai nhược điểm của hàng đợi cân bằng FQ. WRR chia băng thông cổng đầu ra với các lớp lưu lượng đầu vào phù hợp với băng thông yêu cầu. Nguyên lý hoạt động của WRR được chỉ ra trên hình 2.19. Các luồng lưu lượng đầu vào được nhóm thành m lớp tương ứng với trọng số được xác định bởi băng thông yêu cầu. Tổng các trọng số của lớp bằng 100%. ∑Wi =100% (i=1÷m) (công thức 2.1) Trong đó: m: số lớp lưu lượng. Wi: là % trọng số lớp i. Với mỗi lớp, các luồng lưu lượng riên được lập lich riêng theo nguyên tắc hàng đợi cân bằng FQ. Đặt số lượng các hàng đợi FQ trong lớp i là Ni, tổng số hàng đợi FQ trong lược đồ WRR được tính theo công thức. TotalFQ – WRR= ∑Ni (i=1÷m) (công thức 2.2). Theo hình vẽ 2.19 chúng ta thấy hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR gồm hai lớp lập lịch quay vòng. Bộ lập lịch quay vòng chỉ tới các lớp trong khoảng từ 1 đếm lớp m, đây được coi như là lớp lập lịch thứ nhất. Khi bộ lập lịch dừng lại một lớp, bộ lập lịch quay vòng thứ hai sẽ quay vòng trong các hàng đợi FQ. Băng thông cổng đầu ra tính theo % được gán vào lớp i, trọng số của lớp i (Wi) thể hiện lượng thời gian tiêu tốn của bộ lập lịch lớp i. Vói các hàng đợi FQ trong lớp i, thời gian cho các hàng đợi là cân bằng, vì vậy lượng thời gian cho một hàng đợi trong Ni hàng đợi là (1/Ni). Trọng số cho mỗi hàng đợi được FQ được tính như sau: Wij = Wi x (1/Ni) (công thức 2.3). Trong đó: Wij là trọng số của mỗi hàng đợi thứ j trong lớp i. Wi là trọng số lớp i. Hình 2.19: Hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR Theo công thức 2.3 ta có thể viết lại như sau : Wi = Wij x Ni Trọng số của lớp i sẽ được tính bằng tổng các yêu cầu lưu lượng lớp i. WRR sử dụng Wi thay cho 1/m như trong trường hợp FQ, tạo ra m lớp lưu lượng khác nhau tại các cổng đầu ra. Đây chính là cải thiện của WRR so với FQ nhằm tránh nhược điểm đầu của FQ. Hàng đợi cân bằng trọng số WFQ và hàng đợi dựa theo lớp cân bằng trọng số CBQ Mặc dù WRR đã chỉ ra được cách khắc phục nhược điểm thứ nhất của hàng đợi cân bàng FQ nhưng WRR chưa giải quyết ảnh hưởng kích thước gói tin đối với băng thông chia sẻ. Tiếp cận hàng đợi cân bằng trọng số WFQ cũng nhằm cải thiện nhược điểm thứ hai của hàng đợi FQ. Giống như hàng đợi FQ lưu lượng đầu vào được nhóm m hàng đợi. Tuy nhiên, băng thông cổng đầu ra được phân bố tới m hàng đợi theo trọng số được xác định bởi các yêu cầu băng thông của lớp lưu lượng thay vì chia đều. Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp CB-WFQ tương tự như hàng đợi quay vòng theo trọng số WRR, sự khác biệt cơ bản của CB-WFQ so với WRR là cách sử dụng cơ chế cân bằng theo trọng số tại các lớp i thay vì sử dụng cơ chế hàng đợi cân bằng. Kỹ thuật chia cắt lưu lượng Kỹ thuật chia cắt lưu lượng gồm hai kiểu chính: Chia cắt lưu lượng thuần và chia cắt lưu lượng kiểu gáo rò. Kỹ thuật chia cắt lưu lượng thuần Hình dưới đây chỉ ra nguyên lý chia cắt lưu lượng thuần. Các gói tin đến được đưa vào bộ đệm (gáo rò) có độ sâu d, sau đó được gửi ra liên kết đầu ra tốc độ hằng số, tốc độ hằng số này gói là r. Hình 2.20: Chia cắt lưu lượng thuần. Chia cắt lưu lượng thuần không cho phép bùng nổ băng thông trên các liên kết đầu ra. Thông thường, tốc độ rò r luôn nhỏ hơn tốc độ liên kết C ( r<C). Tuy nhiên, với chia cắt lưu lượng thuần, tốc độ gáo rò r được đặt tại tốc độ lớn nhất của tốc độ đầu ra vì không cho phép bùng nổ lưu lượng. Nếu kích thước gói bùng nổ quá sâu của gáo rò d thì các gói sẽ bị loại bỏ. Chia cắt lưu lượng kiểu gáo rò Nguyên lý chia cắt lưu lượng kiểu gáo rò được thể hiện qua hình 2.21, gáo rò token được sử dụng trong mô hình này tương tự như gáo rò C sử dụng trong srTCM và trTCM. Các token được đưa vào gáo rò với tốc độ bằng hằng số, được gọi là tốc độ token r. Tốc độ tương tự với tốc độ của thông tin cam kết CIR. Độ sâu của gáo rò d thể hiện kích thước bùng nổ cam kết CBS. Nếu gáo rò đầy, không một token nào có thể được đưa vào gáo. Mỗi một token cho phép bộ đệm lưu lượng đầu vào gửi ra một byte dữ liệu. Khi không còn gói nào trong bộ đệm gửi ra, đáy của gáo rò đóng lại và không một token nào được lấy ra. Khi vẫn có gói tin trong bộ đệm, các token được rút ra theo tốc độ liên kết đầu ra (C) và các gói được chuyển tới đầu ra. Nếu gáo rò xả hết token các gói trong bộ đệm phải đợi cho đếm khi các token được đưa vào gáo rò. Hình 2.21: Chia cắt lưu lượng kiểu bùng nổ gáo rò Kiểu hoạt động này là các gói được chuyển tới liên kết đầu ra tại tốc độ liên kết C. Kích thước bùng nổ được giới hạn bởi độ sâu của gáo rò d. Khi các token được đưa vào liên kết trong gáo rò tại tốc độ r, thì tốc độ trung bình dài hạn của các gói tại đầu ra sẽ là r. Vì vậy, kỹ thuật chia cắt lưu lượng gáo rò hoạt động giống hệt gáo rò C trong srTCM và trTCM, ngoại trừ gáo rò token được áp dụng tại đầu ra trong gáo rò C được áp dụng tại đầu vào. Mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ IP Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ Các yêu cầu của Intserv Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp các dịch vụ thời gian thực (như thoại, video…) và băng thông cao (đa phương tiện) dịch vụ tích hợp đã ra đời. Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống nỗ lực tối đa và các dịch vụ thời gian thực. Động lực thúc đẩy mô hình IntServ chủ yếu do những lý do cơ bản sau. Dịch vụ nỗ lực tối đa không còn đủ tốt nữa: Ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau với những yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai. Đồng thời người sử dụng ngày càng yêu cầu cao hơn về chất lượng dịch vụ. Các gói ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều: Mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà phải hỗ trợ tích hợp đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video. Tối ưu hoá 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, phần còn lại sẽ dành cho số liệu nỗ lực tối đa. Cung cấp dịch vụ tốt nhất: Mô hình dịch vụ IntServ cho phép nhà cung cấp mạng cung cấp được dịch vụ tốt nhất khác biệt với các nhà cung cấp cạnh tranh khác. Hình 2.22: Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ Trong mô hình này có một số thành phần tham gia như sau: Giao thức thiết lập: Thiết lập cho phép các máy chủ và các bộ định tuyến dự trữ động tài nguyên trong mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng, RSVP, Q.2931 là một trong những giao thức đó. Đặc tính luồng: Xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho luồng riêng biệt. Luồng được xác định như một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS. Về nguyên tắc có thể hiểu đặc tính luồng như băng thông tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho luồng yêu cầu. Điều khiển lưu lượng: Trong các thiết bị mạng (máy chủ, bộ định tuyến, 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 như RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm: Điều khiển chấp nhận: Xác định thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không. Thiết bị phân loại: Nhận dạng và lựa chọn lớp dịch vụ dựa trên nội dung của một số trường nhất định trong tiêu đề gói. Thiết bị lập lịch: Cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS trên kênh ra của thiết bị mạng. Các mức chất lượng dịch vụ cung cấp bởi IntServ bao gồm: Dịch vụ bảo đảm GS: Băng thông dành riêng, trễ có giới hạn và không bị thất thoát gói tin trong hàng đợi. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này có thể kể đến: hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực. Dịch vụ kiểm soát tải CL: Không đảm bảo về băng thông hay độ trễ nhưng khác nỗ lực tối đa ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền multicast (âm thanh/hình ảnh) chất lượng trung bình. IntServ là một kiến trúc yêu cầu xử lý luồng lưu lượng tại tất cả các node dọc theo tuyến đường dẫn của các ứng dụng từ đầu cuối tới đầu cuối thông qua giải pháp báo hiệu. Các thành phần chính của mô hình IntServ gồm hai mặt bằng logic. Mặt bằng điều khiển chịu trách nhiệm thiết lập các dự phòng tài nguyên trong khi mặt bằng dữ liệu chuyển tiếp các gói dữ liệu trên cơ sở trạng thái tài nguyên dự phòng được tính toán trên mặt bằng điều khiển. Giao thức RSVP RSVP được xác định trong RFC 2205.17 RSVP là một giao thức thiết lập tài nguyên dự phòng RSVP hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 và thích hợp cho cả hai kiểu multicast và unicast của IP. Trong giao thức dành trước tài nguyên RSVP, các nguồn tài nguyên được dành trước theo hướng độc lập. Máy chủ nguồn và máy chủ đích trao đổi các bản tin RSVP để thiết lập các trạng thái chuyển tiếp và phân loại gói tại mỗi node. RSVP không phải là một giao thức định tuyến mà là giao thức báo hiệu. Các bản tin RSVP truyền đi trên cùng một con đường mà các gói tin IP truyền đi, nó được xác định bằng các bảng định tuyến bên trong các bộ định tuyến IP. RSVP cung cấp nhiều kiểu dành riêng. RSVP là một giao thức phức tạp. Ngoài ra RSVP được sử dụng để duy trì và làm tươi trạng thái cho luồng ứng dụng yêu cầu QoS. Một số đặc tính cơ bản của RSVP như sau: RSVP là giao thức báo hiệu để dành trước tài nguyên trong đường truyền dẫn từ nguồn tới đích. RSVP báo hiệu tới tất cả các thiết bị mạng về yêu cầu QoS của ứng dụng. RSVP yêu cầu các ứng dụng khởi tạo yêu cầu. RSVP hoạt động liên điều hành với các kỹ thuật QoS khác để cải thiện độ đảm bảo cho các tài nguyên dành trước. Giao thức RSVP thường được dùng cho các ứng dụng yêu cầu cần đảm bảo các tham số băng thông, độ trễ. Để hiểu rõ được các vấn đề trên chúng ta đi xem xét hoạt động của giao thức RSVP. Một phiên làm việc gồm 3 tham số: Địa chỉ đích, nhận dạng giao thức, địa chỉ cổng đích. Hình 2.23 chỉ ra nguyên lý hoạt động của RSVP. Máy chủ nguồn gửi một bản tin Path tới đích cho một luồng dữ liệu hay còn gọi là một phiên truyền thông. Bản tin Path chứa các đặc tính cho một luồng dữ liệu được gửi, bản tin Path đi qua các bộ định tuyến trên đường dẫn tới đích. Các bộ định tuyến trên tuyến đăng ký nhận dạng và các đặc tính luồng vào cơ sở dữ liệu. Bản tin Resv được máy chủ nhận phát ngược lại trong bản tin Path, đây là các thông tin về dự phòng tài nguyên cho đường dẫn mà gói tin sẽ được chuyển qua. Hình 2.23: Nguyên lý hoạt động của RSVP Kỹ thuật IntServ (Integrated Service) sử dụng giao thức RSVP để dành trước tài nguyên trước khi truyền dữ liệu. Phía gửi sử dụng RSVP để gửi một bản tin PATH tới phía nhận để xác định các thuộc tính của lưu lượng sẽ gửi. Mỗi node trung gian sẽ chuyển tiếp bộ bản tin PATH tới các node kế tiếp. Khi nhận được bản tin PATH, bên nhận sẽ gửi bản tin RESV để yêu cầu tài nguyên cho luồng. Các node trung gian trên đường đi có thể chấp nhận hay từ chối các yêu cầu chứa trong bản tin RESV. Nếu yêu cầu bị từ chối, bộ định tuyến sẽ gửi bản tin báo lỗi cho bên nhận, quá trình báo hiệu kết thúc. Nếu yêu cầu được chấp nhận, tài nguyên được dành cho luồng và các thông tin trạng thái liên quan của luồng sẽ được cài đặt vào bộ định tuyến. RSVP có nhiều cấp bậc khác nhau và khó khăn trong việc thực hiện vì việc chuyển tiếp các gói dựa trên trạng thái của gói tại mỗi node, các định tuyến này yêu cầu các gói RSVP phải mang một số thông tin “tóm tắt” để định phiên làm việc của chúng. Các bộ định tuyến trung gian phải có một bảng định tuyến động chứa phương pháp sử lý các thông tin “tóm tắt” đó và thông tin về việc dành trước tài nguyên. Khi bộ định tuyến nhận được một gói thuộc một phiên làm việc RSVP nó phải tham chiếu vào bảng để biết cách xử lý gói như thế nào. Hình 2.24: Mô hình tích hợp dịch vụ sử dụng RSPV RSPV hỗ trợ 3 kiểu dành sẵn tài nguyên sau: Wildcard-Filter (WF): Tài nguyên được chia sẻ với tất cả người dùng (tài nguyên dùng chung). Fixed-Filter (FF): Không chia sẻ tài nguyên giữa các người dùng. Shared- Explicit (SE): Tài nguyên được chia sẻ trong một nhóm người dùng. Người gửi lựa chọn Dành riêng Explicit Distinct Charsed Kiểu Fixed-Filter (FF) Không được định nghĩa Kiểu Shared- Explicit (SE) Kiểu Wildcard- Filter (WF) Wildcard Bảng 1: các kiểu dành trước tài nguyên RSPV Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ Kiến trúc mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ được coi là bước phát triển tiếp theo của mô hình tích hợp dịch vụ IntServ. Một vấn đề lớn nhất tồn tại của IntServ là các nguồn tài nguyên cần phải được duy trì trạng thái thông tin thao từng luồng. Với các mạng có số lượng dịch vụ và số lượng thiết bị mạng lớn, vấn đề này trở nên khó khả thi đối với các bộ định tuyến lõi cần phải xử lý lưu lượng rất lớn trong mạng. Tiếp cận của mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ là không cần phải sử lý theo từng luồng lưu lượng phân biệt mà ghép chúng vào số lượng hạn chế của các lớp lưu lượng. Trong DiffServ, băng thông và các tài nguyên mạng khác được chỉ định trong các lớp lưu lượng. Mặt khác DiffServ hướng tới sử lý từng vùng dịch vụ phân biệt DS (Differential Service) thay vì sử lý từ đầu tới cuối như trong mô hình tích hợp dịch vụ IntServ. Hình 2.25 : Mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ đưa độ phức tạp về phía biên mạng nhằm giảm bớt quá trình xử lý tải trên mạng lõi. Giải pháp này đẩy mạnh xử lý điều hành do giảm bớt thủ tục báo hiệu và các thông tin lưu trữ dành cho xử lý. DiffServ sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ các dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Nguyên tắc cơ bản của DiffServ như sau: Định nghĩa một số lượng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức ưu tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lưu lượng (băng thông min-max, kích cỡ bùng nổ, thời gian kéo dài bùng nổ). Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng tương ứng với các lớp dịch vụ. Các thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bít báo hiệu đã được đánh dấu trong tiêu đề của gói. Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng. 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 cung cấp một số lượng nhỏ các mức dịch vụ khác nhau cho rất nhiều kiểu dịch vụ của khách hàng. Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên, vì chức năng phân loại là công việc của thiết bị biên. Hỗ trợ rất tốt dịch vụ mạng riêng ảo VPN. Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như: Không có khả năng cung cấp băng thông và độ trễ đảm bảo như dịch vụ đảm bảo GS của IntServ hay ATM. Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ phân lớp dịch vụ chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ. Vấn đề quản lý trạng thái phân lớp dịch vụ của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm. Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ. Hình 2.26: Sử lý gói trong mô hình DiffServ Mô hình DiffServ bao gồm một số thành phần như sau: DS-Byte: byte xác định DiffServ là thành phần ToS của IPv4 và trường loại lưu lượng IPv6. Các bít trong byte này thông báo gói tin được mong đợi nhận được thuộc dịch vụ nào. Các thiết bị biên (router biên): nằm tại lối vào hay lối ra của mạng cung cấp DiffServ. Các thiết bị bên trong mạng DiffServ. Quản lý cưỡng bức: Các công cụ và nhà quản trị mạng giám sát và đo kiểm đảm bảo SLA giữa mạng và người dùng. Thực chất của các dịch vụ phân biệt DiffServ là chia lưu lượng thành nhiều lớp, điều khiển chúng khác nhau, đặc biệt khi tài nguyên hạn chế. Thông thường các bộ định tuyến làm việc dựa trên cơ sở gói, trong khi dịch vụ tích hợp làm việc dựa trên toàn bộ luồng. Nếu có trường hợp ở đó không phải tất cả lưu lượng có thể được chuyển tiếp ngay lập tức, thì bộ định tuyến sẽ có khả năng quyết định gói nào sẽ được phép truyền đầu tiên. Để phân biệt lưu lượng mạng, các gói được chia thành các lớp chuyển tiếp. Đối với trường hợp lưu lượng giao thức truyền file FTP có thể là lớp “0” và lưu lượng thoại IP có thể là lớp “1”. Thông tin lớp này được mã hoá vào tiêu đề của mỗi gói sau đó được đọc bởi mỗi bộ định tuyến dọc theo đường đi. Bộ định tuyến chứa bảng dữ liệu mà ở đó mỗi lớp chuyển tiếp được ghi vào cùng với cách thức xử lý lớp dịch vụ liên quan tương ứng cách thức chuyển tiếp. Trong trường hợp chung, tất cả các lớp “1” sẽ được xử lý trước mọi lớp “0”. Sự khác biệt trong mô hình dịch vụ phân biệt là có một vài node có chức năng phân loại các gói và chuyển tiếp chúng tương ứng với các lớp. Một số chức năng chính của DiffServ được liệt kê dưới đây. Bộ phân loại gói tin Phân loại là một quá trình thực hiện tại node biên. Ở đó lưu lượng đi vào mạng được bộ phân loại kiểm tra tiêu đề gói và quyết định kiểu lớp chuyển tiếp nào sẽ gán vào tiêu đề của gói. Các lớp được chỉ rõ trong thoả thuận mức dịch vụ SLA. Có hai kiểu bộ phân loại gói tin: Bộ phân loại gói tin kết hợp hành vi BA: BA chỉ kiểm tra giá trị điểm mã các dịch vụ phân biệt DSCP. Đó là trường tin chỉ thị cho gói tin được phân loại. Bộ phân loại gói tin đa trường MF: MF kiểm tra một vài trường tiêu đề trong gói IP. Nó thường sử dụng một tập hợp các trường như số cổng, nhận diện giao thức PID, địa chỉ nguồn/đích để quyết định lớp chuyển tiếp nào nó sẽ gán vào tiêu đề IP. Tính cước Thông thường khách hàng sẽ có một thoả thuận mức dịch vụ với ISP. Mọi lưu lượng vượt quá thoả thuận sẽ được giải quyết theo chuẩn của dịch vụ nỗ lực tối đa, vì vậy phương pháp tính cước là phương pháp động theo thực tế. Gán lớp chuyển tiếp Theo kiến trúc DiffServ một điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP được mang trong tất cả các gói tin tại trường ToS của gói tin IP. Quá trình phân loại, chia gói và chính sách áp dụng cho các gói tin được xử lý tại các bộ định tuyến biên để ghép vào các mức dịch vụ khác nhau. Khác với IntServ, DiffServ không cung cấp dịch vụ kiểu từ đầu cuối tới đầu cuối cho các ứng dụng đơn lẻ. Đúng hơn là nó tạo ra một tập hợp các khối lưu lượng và cung cấp một số chức năng để xây dựng các dịch vụ đảm bảo QoS qua mạng điều kiện và hoán đổi. Các luồng đầu vào bị tràn lưu lượng vẫn có thể chuyển tiếp lưu lượng theo yêu cầu, hoặc gán cho nó một lớp thấp hơn hoặc đơn giản là loại bỏ gói. Các hoạt động như vậy được gọi là xử lý điều kiện. Để thực hiện các điều kiện, tuỳ thuộc vào đặc tính lưu lượng hoặc kết quả kiểm tra mức lưu lượng mà luồng tin được xử lý đệm hoặc chuyển luồng, nghĩa là các gói mà nằm đối tượng được đưa vào bộ đệm để chờ khi lưu lượng giảm tới mức nào đó thì các gói đó được gửi đi. Hành vi cho mỗi chặng – PHB Có một số PHB xác định trước được định nghĩa bởi nhóm làm việc WG11 cho các dịch vụ phân biệt như sau: Mã điểm PHB mặc định: Mã điểm này được thiết kế cho khả năng tương thích với các dịch vụ IP truyền thống, cho phép lưu lượng nỗ lực tối đa định tuyến qua bộ định tuyến DS. Giá trị nhị phân là 000 000 có nghĩa là nó tương thích với tất cả các bộ định tuyến, vì vậy tất cả các bộ định tuyến DS phải hỗ trợ mã điểm này. PHB lựa chọn lớp: giải pháp DiffServ tương thích với các thiết bị sử dụng trường kiểu dịch vụ ToS là thông qua PHB lựa chọn lớp. DiffServ xác định 8 lớp cơ bản sử dụng cho chuyển tiếp để xác định các mức xử lý. Các lớp này không chỉ được sử dụng cho tương thích ngược với môi trường IP mà còn để tạo ra các dịch vụ mới với yêu cầu cách thức chuyển tiếp mới. Một gói nằm trong lớp cao nhất của DiffServ được xử lý có độ ưu tiên cao hơn hoặc bằng với gói tại lớp giá trị thấp hơn. AF PHB: Nhóm làm việc dịch vụ phân biệt IETF định nghĩa hai loại PHB: Expedited Forwarding (EF) PHB và Assured Forwarding (AF) PHB. Đặc điểm của AF PHB là phân phối dữ liệu đảm bảo với khả năng mất gói thấp. Đó là điều kiện tốt nhất khi sử dụng các giao thức không thực hiện xử lý sửa lỗi hoặc không có giải pháp truyền lại gói. AF PHB bao gồm 4 lớp chuyển tiếp và mỗi lớp chuyển tiếp có 3 mức ưu tiên loại bỏ gói tin, mỗi lớp được gán một băng thông và khoảng nhớ đệm xác định. Lớp A có thể có bộ nhớ đệm lớn hơn nhưng băng thông nhỏ và lớp D có thể có bộ nhớ đệm nhỏ nhưng băng thông lớn hơn. Nếu một gói phải bị loại bỏ, bộ định tuyến có cách nhận biết gói nào bị loại bỏ đầu tiên. Ngoài ra, mỗi lớp chuyển tiếp được phân bổ một số lượng cực nhỏ băng thông và bộ nhớ đệm. Nếu bộ nhớ đệm đầy, thì quá trình loại bỏ gói sẽ bắt đầu theo trật tự loại bỏ theo mức ưu tiên. Chúng ta có thể thấy rằng mặc dù gói lớp A ít quan trọng nhưng không bị loại bỏ, còn gói lớp C quan trọng nhưng vẫn bị loại bỏ. EF PHB: EF PHB đảm bảo tính năng về mặt tốc độ hơn là độ tin cậy. Nó được yêu cầu đưa ra các dịch vụ với khả năng tổn hao thấp, trễ thấp, rung pha thấp và đảm bảo băng thông. Vì rung pha và trễ gây nên bởi thời gian mà gói sử dụng ở trong bộ nhớ đệm và hàng đợi. Tốc độ đầu ra của bộ định tuyến này phải bằng (hoặc cao hơn đầu vào). Khi xảy ra hiện tượng quá tải, node biên miền DS không cho phép lưu lượng dạng này đi vào trong miền vì nó sẽ là nguyên nhân gây tắc nghẽn tại các bộ định tuyến trong miền DS. Vấn đề này được điều chỉnh bởi xác định mức dịch vụ SLA và xác định điều kiện lưu lượng truyền có điều kiện. Hình 2.27: Xử lý chuyển tiếp nhanh EH PHB PHB và thỏa thuận lớp lưu lượng: Các PHB xác định theo các giới hạn về tài nguyên của chúng có quan hệ ưu tiên với các PHB khác hay trong các giới hạn về đặc điểm lưu lượng tường minh.Các PHB này có thể được hình dung như là một khối làm sẵn để cấp phát các tài nguyên và nên được định rõ một nhóm PHB chắc chắn. Các nhóm PHB thường chia sẻ áp dụng ràng buộc chung cho PHB trong phạm vi nhóm., như chính sách lập lịch gói hay quản lý bộ đệm. Quan hệ giữa các PHB trong nhóm có thể ở dưới dạng ưu tiên tuyệt đối hay tương đối. Một PHB đơn là trường hợp đặc biệt của nhóm PHB. PHB được thực hiện trong các node theo một cơ cấu quản lý bộ đệm hoặc lập lịch gói. Hình 2.28: Dịch vụ phân biệt với PHB và TCA Kết hợp MPLS với DiffServ là một giải pháp đề xuất bởi tổ chức IETF cho việc thực thi QoS trong mạng của ISP. Lợi ích chủ yếu của giải pháp đó là xử lý dịch vụ phân biệt DiffServ để quyết định chọn LSP cho một gói tin được thực hiện tại node vào. Khi đó thông tin lớp dịch vụ DiffServ có thể được mang trong trường thử nghiệm EXP của tiêu đề MPLS. Trong một miền DS, tất cả các gói tin IP đi qua cùng một tuyến yêu cầu cùng một hành vi xử lý phân biệt dịch vụ DiffServ gọi là BA. Tại node đầu vào của miền DiffServ các gói tin được phân loại và đánh dấu điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP tương ứng với BA của chúng. Tại mỗi node chuyển tiếp, DSCP được sử dụng để lựa chọn PHB nhằm quyết định hàng đợi và lập lịch, trong một số trường hợp đó còn là xác suất huỷ bỏ gói tin. Miền phân biệt dịch vụ DS và điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP Một miền DS gồm các bộ định tuyến hỗ trợ cơ chế phân biệt dịch vụ, còn gọi là các node DS hoạt động với một chính sách cung cấp dịch vụ chung và thiết lập các nhóm PHB được thức hiện trên mỗi node. Một miền DS có biên gồm các node biên DS và các node lõi trong miền. Các node biên DS phân loại và điều khiển lưu lượng đầu vào để đảm bảo rằng các gói tin đi qua miền đánh dấu thích hợp để lựa chọn một PHB từ một nhóm các PHB được hỗ trợ trong phạm vi miền. Các node trong miền DS lựa chọn ứng xử chuyển tiếp cho các gói dựa trên điểm mã dịch vụ DSCP của chúng, sắp xếp vào một trong các PHB theo yêu cầu. Một miền DS thông thường gồm một hay nhiều mạng dưới cùng một chính sách quản trị. Việc quản trị một hay nhiều miền phải đảm bảo tin cậy để đảm bảo rằng các nguồn tài nguyên tương xứng được cung cấp và được dự trữ để hỗ trợ các SLA yêu cầu. Hình 2.29: Miền phân biệt dịch vụ DS Một vùng DS là tập hợp một hay nhiều miền DS kế tiếp nhau. Các vùng DS có khả năng hỗ trợ các miền DS dọc theo đường dẫn nối các miền trong vùng. Các miền DS trong vùng DS có thể hỗ trợ nội bộ trong các nhóm PHB khac nhau và các điểm mã khác nhau để sắp xếp PHB. Tuy nhiên, để cho phép các dịch vụ nối ngang qua nhiều miền, các miền DS ngang hàng phải thiết lập mỗi miền một SLA ngang hàng chứa thỏa thuận lưu lượng TCA phù hợp. Một vài miền DS trong một vùng DS có thể kế thừa một chính sách cung cấp dịch vụ chung và có thể hỗ trợ tập hợp các nhóm PHB và cách sắp xếp điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP, vì vậy có thể loại bỏ quy định lưu lượng giữa các miền DS đó. Kết luận chương Chương này đưa ra các giải pháp kỹ thuật để nâng cao chất lượng dịch vụ mạng. Chất lượng dịch vụ là yếu tố quan trong nhất của một nhà cung cấp mạng nên các nhà khai thác luôn cần các giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng dịch vụ. Từ các đặc điểm cơ bản của chất lượng dịch vụ và các yêu cầu chất lượng dịch vụ đã thể hiện một cách xuyên xuất và cho chúng ta thấy tầm quan trọng của QoS IP. Đưa ra hai mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ IP: mô hình tích hợp dịch vụ IntServ và mô hình phân biệt dịch vụ DiffServ. Qua các đặc điểm của hai mô hình này chúng ta có thể hiểu và nắm bắt được rõ nhất về khía cạnh ứng dụng trong mô hình mạng thực tế. Từ đó chúng ta hiểu và cách nhìn xuyên suốt về đảm bảo chất lượng dịch vụ IP. CHƯƠNG III: CHẤT LƯỢNG IP VÀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS Chương này sẽ trình bày sơ lược sự phát triển và các thành phần chính của MPLS. Đưa ra các mô hình và giải pháp, cung cấp, hỗ trợ, định tuyến nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ QoS trong MPLS. Thể hiện việc kết hợp các mô hình chất lượng dịch vụ IP vào trong MPLS, các giải pháp báo hiệu trong MPLS. Mô hình chất lượng dịch vụ IP trong MLPS sẽ được trình bày chi tiết trong chương này. Động lực và phát triển của MPLS Sự phát triển công nghệ chuyển mạch MPLS là một kết quả của mô hình ứng dụng công nghệ IP trên nền ATM và FR. Chất lượng dịch vụ mạng QoS chính là yêu cầu thúc đẩy MPLS. So sánh với các yêu cầu khác, như quản lý lưu lương và hỗ trợ VPN thì QoS không phải là lý do quan trọng nhất để chuyển khai MPLS. Hầu hết các công việc được thực hiện trong MPLS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính IP QoS trong mạng. Nói cách khác mục tiêu chính là thiết lập điểm tương đồng của đặc tính QoS giữa IP và MPLS chứ không phải là làm MPLS QoS tốt hơn IP QoS. Để hiểu rõ thêm về MPLS chúng ta tìm hiểu một số lý do để thấy tầm quan trong của công nghệ MPLS và các tham số ảnh hưởng chính tới sự ra đời của công nghệ này: Tốc độ và độ trễ, khả năng hệ thống, tính đơn giản, tài nguyên mạng, điều khiển định tuyến. Tốc độ và độ trễ Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm. Mặc dù đã có nhiều cải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến như các kỹ thuật tìm kiếm nhanh bảng định tuyến, nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lý nhưng việc sử lý tìm kiếm rất chậm. Chuyển mạch nhãn đưa ra một cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp gói tin IP thông thường, thay vì việc phải mạng một khối hearder lớn thay vào đó là gán một nhãn thay cho địa chỉ IP. Tại mỗi node mạng, địa chỉ đích trong gói tin được xác minh và so sánh với các địa chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìm đường ra. Các gói tin chuyển qua các node mạng tạo ra độ trễ và các biến động trễ khác nhau. Khả năng hệ thống Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lý lưu lượng người dùng trên mạng internet là vấn đề rất quan trọng. Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của người dùng internet, thay vì hàng loạt các địa chỉ IP mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, làm giảm kích thước bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn. Tính đơn giản Sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên “nhãn” của nó. Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho qúa trình liên kết nhãn và đảm bảo tính tương quan giữa các nhãn với luồng lưu lượng người sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức tạp nhưng chúng không gây ảnh hưởng tới hiệu suất của dòng lưu lượng người dùng. Sau khi đã gán nhãn vào dòng lưu lượng người dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể nhúng trong phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt hoặc trong bộ xử lý đặc biệt. Tài nguyên sử dụng Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không chiếm dùng nhiều tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đường chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhãn. Điều khiển định tuyến Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng như sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là các trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với phương pháp này. Chuyển mạch nhãn là giải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích. Chuyển mạch nhãn khác với các phương pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác, sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ được xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đường dẫn chuyển mạch hướng tới đích. Nó cũng khái quát hoá cơ cấu chuyển tiếp và trao đổi nhãn, phương pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn như ATM, chuyển mạch khung, PPP, mà nó có thể thích hợp với bất kỳ một phương pháp đóng gói nào. Mô hình và giải pháp cung cấp QoS trong MPLS Kiến trúc của MPLS MPLS cho phép hoạt động với nhiều loại thủ tục mạng và thủ tục liên kết dữ liệu khác nhau. MPLS có thể được coi như một loại thủ tục dàn xếp, nó gồm một phần ở node mạng (mặt bằng điều khiển định tuyến) và một phần ở lớp liên kết dữ liệu (mặt bằng chuyển tiếp dữ liệu) và được đặt giữa lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu nên được gọi là lớp 2,5. Hình 3.1 : Các mặt bằng điều khiển định tuyến và chuyển tiếp dữ liệu Với thiết kế của MPLS, nó cho phép nhiều loại thủ tục lớp mạng có thể hoạt động trên các loại thủ tục lớp liên kết dữ liệu ở cùng một thời điểm. Cơ cấu MPLS đã được đưa ra cho các thủ tục lớp mạng thông thường và các thủ tục lớp liên kết dữ liệu trong Internet hiện nay được trình bày trong hình 3.2. Trong hình này cho ta thấy khả năng rất rộng của MPLS, nhưng thực ra hiện nay nó chỉ tập trung trên thủ tục IPv4 qua PPP, ATM, FR và Ethernet, đối với nhiều thủ tục khác thì đang được nghiên cứu thêm và được coi như là các trường hợp đặc biệt. Hình 3.2: Mô hình MPLS đa thủ tục Hình 3.3 trình bày sự đóng gói MPLS trong trường hợp sử dụng một số công nghệ chính ở lớp 2. Trường hợp lớp 2 là ATM hoặc FR nhãn trên cùng có thể sử dụng các định dạng ở lớp 2 (VPI/VCI, DLCI). Trong trường hợp lớp 2 là Ethernet hoặc PPP thì nhãn nằm trong một đầu mục MPLS chèn thêm giữa đầu mục của lớp 2 và đầu mục của lớp 3. Hiện nay khi nói đến MPLS thường người ta nghĩ đến lớp 2 nên là ATM, đặc biệt dùng trong trường hợp vận chuyển IP qua mạng ATM. Các chuyển mạch ATM có khả năng MPLS thường chạy thủ tục đinh tuyến IP và sử dụng ATM cho cơ chế chuyển tiếp dữ liệu, các chuyển mạch này được gọi là ATM-LSR (ATM-Label Switch Router). Hình 3.3: Mô hình đóng gói chồng nhãn MPLS Giải pháp cung cấp QoS trong MPLS Giải pháp công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) là kết quả của phát triển của nhiều giải pháp chuyển mạch IP, mục tiêu cơ bản của giải pháp này là tích hợp định tuyến và chuyển mạch thành một tiêu chuẩn đơn nhất. Đặc biệt, MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến các lớp mạng và các cơ chế trao đổi nhãn thành một giải pháp đơn để đạt được các mục tiêu sau: Cải thiện hiệu năng định tuyến. Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình chồng lấn truyền thống. Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới. MPLS cũng có thể coi như một giải pháp công nghệ tổ hợp, mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 và tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như một kỹ thuật chuyển tiếp. MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP đơn, cập nhật trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, duy trì một không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ. MPLS chia bộ định tuyến IP làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị. Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là hoàn toàn khả thi. Đây là chức năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến khác. Tuy nhiên, do MPLS là công nghệ chuyển mạch định hướng kết nối nên khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền là cao hơn so với các công nghệ khác. Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng đựơc dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng tin, các gói tin thuộc một lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Fowarding Equivalence Classes) có thể được xác định bởi giá trị cuả nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại gói tin. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn có thể được xác định nhanh chóng, đây là một trong những điều kiện đảm bảo cho mạng MPLS có khả năng hỗ trợ QoS tốt nhất, vì vậy MPLS tạo ra các lợi ích cho các nhà cung cấp dịch vụ để quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ mới. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ xuyên suốt của MPLS). Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã định trước, hệ thống giám sát có thể dùng thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này cho phép giám sát và đảm bảo lưu lượng được tuân thủ theo tính chất mà không cần thay đổi giao thức hiện có. MPLS có thể được nhìn nhận như một mặt bằng điều khiển trên ATM cho phép mở rộng phương pháp định tuyến và điều khiển lưu lượng IP. Có thể coi như là một phương pháp xây dựng các VC ATM, ngoại trừ các cuộc gọi MPLS là đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Khi chạy trên phần cứng ATM, cả MPLS và forum ATM đều sử dụng cùng một khuôn dạng gói tin (53 byte), cùng nhãn (VPI/VCI), cùng một kỹ thuật dãn nhãn cho tế bào chuyển mạch, cùng chức năng trên các thiết bị gờ mạng. Cả MPLS và ATM đều yêu cầu giao thức thiết lập kết nối ( ví dụ giao thức phân bổ nhãn LDP cho MPLS, UNI/PNNI cho ATM). Sự khác nhau cơ bản nằm trong một số vấn đề sau: MPLS không sử dụng địa chỉ ATM, định tuyến ATM, và các giao thức trong forum ATM. Thay vào đó, MPLS sử dụng địa chỉ IP, định tuyến IP động, thêm vào đó là giao thức điều khiển phân bổ nhãn LDP để sắp xếp các FEC vào trong LSP. Trong thực tế MPLS sẽ cùng tồn tại với môi trường thuần ATM trong cấu hình Ship-in-the-night (SIN), tại đó hai điều hành hoạt động theo chế độ tương hỗ, hoặc node mạng MPLS có thể trao đổi thông tin qua các chuyển mạch thuần ATM (tích hợp). Cuối cùng, kiến trúc MPLS có thể hoạt động trên bất kỳ một công nghệ liên kết dữ liệu nào, không chỉ ATM. Vì vậy, nhà cung cấp mạng có thể cấu hình và chạy MPLS trong một vùng các kết nối như: giao thức điểm tới điểm PPP, chuyển mạch khung, ATM, LAN quảng bá. Hình 3.4: Kiến trúc MPLS Các Thành phần cơ bản của MPLS Các thuật ngữ Nhãn (Label): Nhãn là một thực thể độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của tiêu đề lớp mạng như điạ chỉ lớp mạng. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes - Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin đó được ấn định. Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói. Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn. Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như trong hình sau. Hình 3.5: Khuôn dạng gói tin (cho các gói tin không có cầu trúc nhãn) Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-Id (hoặc EtherType) được chèm thêm vào tiêu đề khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast. Kết hợp nhãn: Là thủ tục thay thế các nhãn đầu vào thành một luồng FEC với một nhãn đầu ra. Bước chuyển mạch nhãn: Là bước chuyển giữa hai node MPLS mà trên đó quá trình chuyển tiếp gói tin được thực hiện thông qua nhãn. Đường dẫn chuyển mạch nhãn: Là đường dẫn qua một hoặc nhiều LSR cho phép gói tin chuyển qua mạng trên lớp chuyển tiếp tương đương FEC. Ngăn xếp nhãn (Label stack): Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều FEC mà gói nằm trong và về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP. Minh hoạ trên hình 4.3 sau đây. Hình 3.6: Ví dụ về ngăn xếp nhãn LSR (Label switch Router) là một node mạng, có thể là một bộ định tuyến IP hoặc một chuyển mạch ATM có phần mềm và phần cứng hỗ trợ MPLS. Chức năng của phần mềm và phần cứng hỗ trợ MPLS này là nhận biết được các thủ tục MPLS, hoạt động của một hoặc nhiều thủ tục định tuyến lớp 3 và các thao tác nhãn MPLS (chuyển tiếp và chuyển mạch). Có một số loại LSR cơ bản sau: LSR biên, ATM-LSR, ATM-LSR biên. FEC: Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Classes) là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong tiêu đề lớp mạng. Trong lớp chuyển tiếp tương đương chứa 3 thành phần cơ bản : tiền tố địa chỉ, nhận dạng bộ định tuyến và đặc tính luồng. Một nhóm gói tin IP có thể chuyển trên cùng một đường LSP với cùng tiêu đề nhãn. Xem trên hình 3.7 dưới đây. Hình 3.7: Minh họa lớp chuyển tiếp tương tương Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn: LSFT (Label Switching Forwarding Table) chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ node tiếp theo. Cơ sở dữ liệu nhãn LIB ( Label Information Base) là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền. Gói tin dán nhãn: Một gói tin dán nhãn là một gói tin mà nhãn được mã hoá trong đó. Trong một vài trường hợp, nhãn nằm trong tiêu đề của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn. Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn và thực thể giải mã nhãn. Ấn định và phân phối nhãn: Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC cụ thể là do LSR phía trước thực hiện. LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR phía sau về kết hợp đó. Do vậy các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau. Kiểu của Node MPLS Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sau đây: LSR biên: nằm ở biên của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói thông tin từ hay đến mạng khác (IP, Frame Relay,...). LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS ATM-LSR: là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu. Bảng 3 sau đây mô tả các loại LSR và chức năng của chúng. Hình 3.8: Các kiểu node MPLS LOẠI LSR Chức năng thực hiện LSR Chuyển tiếp gói có nhãn LSR biên Nhận gói IP, Kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gửi gói vào mạng LSR. Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến node tiếp theo ATM-LSR Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến node ATM=LSR tiếp theo ATM-LSR biên Nhận gói tin có nhãn hoặc không có nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến node ATM-LSR tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn. Bảng 2 : Các loại LSR trong mạng MPLS Giải pháp định tuyến QoS Cải thiện hiệu năng định tuyến luôn là bài toán được quan tâm hàng đầu trong mạng. Đó chính việc điều khiển lưu lượng chứ không phải hiệu suất hay khả năng mở rộng của hệ thống Một trong các khía cạnh then chốt của kỹ thuật định tuyến trong MPLS là hỗ trợ các đường dẫn hiện (nổi) dựa trên kỹ thuật chuyển tiếp nhãn, vì vậy thuật toán định tuyến trong MPLS cho phép lựa chọn các đường dẫn và các tham số chất lượng dịch vụ QoS để có được các kết quả tốt nhất. Yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) của kết nối có thể được đưa ra như một tập các điều kiện ràng buộc, các điều kiện này có thể thể hiện rõ ràng như các yêu cầu về băng thông tối thiểu từ phía khách hàng, hoặc không tường minh như các yêu cầu về độ đàn hồi của mạng. Trong công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS), việc lựa chọn đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) dựa trên phương pháp tìm đường ngắn nhất với điều kiện ràng buộc (CSPF) là giải pháp định tuyến động cơ bản trong mạng MPLS. Trong Phần này chúng ta sẽ đi tìm hiểu các giao thức và các thuật toán hỗ trợ định tuyến QoS trong mạng MPLS. Điều khiển gán nhãn độc lập và theo yêu cầu Để thực hiện chuyển tiếp gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức, nhãn được gán và phân phối trong các node mạng MPLS, MPLS hỗ trợ hai kiểu điều khiển gán nhãn vào lớp chuyển tiếp tương đương FEC: điều khiển gán nhãn độc lập và theo yêu cầu. Trên hình 3.13, LSR-1 sử dụng OSPF để phát hành tiền tố địa chỉ 192.168/19 tới ATM-LSR, sau khi nhận được phát hành này LSR-ATM độc lập gán nhãn vào trong luồng FEC và phát hành địa chỉ nhãn này tới các LSR lân cận, các nhãn là các nhãn rỗi lấy được lấy ra từ ngăn xếp nhãn. Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là các nhãn được gán chỉ khi có phát hành địa chỉ, giả thiết là mạng có độ hội tụ định tuyến nhanh (các bảng định tuyến trong miền định tuyến ổn định và đồng bộ với các bộ định tuyến khác) thì bước liên kết gán nhãn được thực hiện rất nhanh. Tuy nhiên, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn phải thiết lập thoả thuận với các LSR lân cận về lớp chuyển tiếp tương đương sẽ sử dụng. Nếu quyết định khác với lớp chuyển tiếp tương đương, hoặc một số lớp chuyển tiếp tương đương không có các đường dẫn chuyển mạch nhãn liên kết với chúng, thậm chí có nhưng chúng không khả dụng thì quá trình gán nhãn không được đảm bảo. Hình 3.13: Điều khiển độc lập Hình 3.14: Điều khiển theo yêu cầu Phương pháp điều khiển gán nhãn theo yêu cầu đảm bảo chắc chắn rằng tất cả các LSR trên đường dẫn chuyển mạch nhãn sử dụng cùng FEC được khởi tạo gán nhãn. Mặt hạn chế của phương pháp này là thời gian thiết lập LSP, một số quan điểm cho rằng phương pháp này có vẻ kém hiệu quả, một số khác lại cho rằng phương pháp điều khiển gán nhãn theo yêu cầu sẽ hỗ trợ rất tốt cho vấn đề định tuyến ràng buộc. Trên thực tế, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS thực hiện cả hai phương pháp trên. Phát hiện và chống vòng lặp Hiện tượng vòng lặp có thể xuất hiện trong bất kỳ loại mạng nào, hầu hết các giao thức định tuyến đều có thể gặp hiện tượng lặp vòng trong một điều kiện nào đó, có thể khi mạng gặp sự cố và một tuyến liên kết mạng bị hỏng. Chúng ta thấy rằng có hai cách cơ bản để ngăn chặn hiện tượng này: Ngăn ngừa vòng lặp: Ngăn ngừa các thông tin trên tuyến vòng lặp trước khi gói tin chuyển trên đó. Giảm bớt hậu quả vòng lặp: Từng bước hạn chế ảnh hưởng bất lợi do vòng lặp gây ra. Hầu hết các giao thức định tuyến thuần IP đều không có khả năng chống lại hiện tượng vòng lặp thời gian ngắn, chuyển tiếp IP sử dụng tiếp cận thứ 2 là giảm bớt sự bất lợi do vòng lặp gây ra. Trường thời gian sống TTL trong gói tin sẽ giảm dần từng bước cho đến khi bằng “0” thì gói tin đó bị huỷ bỏ. Trong rất nhiều trường hợp, MPLS có thể thực hiện chính xác các giải pháp của giao thức IP đưa ra vì trong gói tin MPLS có chứa trường chức năng TTL, nhưng có trường hợp gói tin không chứa trường chức năng TTL, thì giải pháp được thực hiện tại LSR như trong chuyển mạch thẻ của Cisco thực hiện, TSR sử dụng một phần tài nguyên cho theo dõi lưu lượng, ngăn chặn sự tăng đột biến lưu lượng khi xảy ra định tuyến lặp. TSR có thể tính toán các bước nhảy khi liên kết nhãn được phân phối theo yêu cầu. Một trường tính toán bước nhảy có trong giao thức phân phối nhãn. Yêu cầu liên kết truyền theo hướng các node ra của một tuyến chuyển mạch thẻ, nếu trong lúc xử lý tính toán node có giá trị bằng 0 thì có nghĩa là yêu cầu liên kết bị lỗi. Như vậy, giải pháp được đưa ra thể hiện trên chính kiến trúc của mạng MPLS, nó sử dụng chỉ định vùng đệm như một dạng của giải pháp hạn chế ảnh hưởng mạch vòng. Rất nhiều trường chuyển mạch ATM có khả năng giới hạn không gian bộ đệm chuyển mạch có thể sử dụng bởi một kênh ảo VC, ứng dụng này trong môi trường MPLS có thể điều khiển giảm bớt được các thiệt hại do hiện tượng vòng lặp gây nên. Chú ý rằng, mục tiêu hạn chế vòng lặp là cho phép định tuyến tái hội tụ, và đó được coi là cách tốt nhất để đảm bảo rằng các bộ định tuyến không bị quá tải với các gói tin chuyển tiếp vòng. Trong ATM-LSR, nếu các gói tin đang lặp vòng và chiếm một không gian bộ nhớ đệm, thì các chuyển mạch vẫn có thể chuyển đi các gói tin cập nhật định tuyến, các gói tin này sẽ đảm bảo cho các tuyến được hội tụ. Thậm chí nếu mạch vòng không phải là kiểu tạm thời (có thể do nhầm lẫn khi cấu hình hệ thống), thì ATM-LSR vẫn còn chức năng xử lý gói tin điều khiển và chuyển tiếp các gói tin không lặp vòng, nếu tài nguyên chuyển mạch bị tiêu tốn cho vòng lặp có giới hạn. Kỹ thuật phát hiện mạch vòng trong MPLS được phát triển như một phần của kiến trúc ARIS, dựa trên ý tưởng gọi là vecto đường dẫn. Tính năng này là tuỳ chọn trong MPLS và không áp dụng cho tất cả các trường hợp, nhưng nó yêu cầu các LSR phải cấu hình được. Một vecto đường dẫn một danh sách các LSP mà có các bản tin Label REQUEST và bản tin Label MAPPING được chuyển qua. Nếu có hiện tượng mạch vòng xảy ra thì trên chính các LSR sẽ nhận thấy các bản tin đi vòng, hoặc bản tin yêu cầu chứa đúng địa chỉ của nó, vì vậy, mạch vòng sẽ được phát hiện và huỷ bỏ. Cuối cùng, một tiếp cận ngăn ngừa mạch vòng được phát triển bởi chính MPLS dựa trên khái niệm các mạch mầu (colored threads), đây là khái niệm hoàn toàn mới và chưa từng xuất hiện trong các tiếp cận về chuyển mạch nhãn trước đây, tiếp cận này gắn với LSR-ATM nhưng nó có thể hoạt động tốt với bất kỳ LSR nào, tiếp cận này yêu cầu cơ chế điều khiển LSP. Ý tưởng của tiếp cận các mạch mầu khá đơn giản, chúng ta mô hình hoá các tiến trình xử lý thiết lập một LSP như một phần mở rộng của các mạch mầu từ bộ định tuyến đầu vào tới đầu ra. Nếu mạch bị vòng lặp các bộ định tuyến sẽ nhận thấy chỉ một mầu mà nó đã chọn trước và sau khi vòng lặp. Tại điểm này, nó sẽ ngắt xử lý thiết lập LSP cho đến khi mạch vòng bị bẻ gẫy. Giao thức phân phối nhãn LDP Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành dưới tên RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP. Sự phân phối nhãn là hoạt động cơ bản của MPLS. MPLS giúp các nhãn nằm trên đỉnh của các giao thức khác. PIM được dùng để phân phối các nhãn trong truờng hợp định tuyến multicast. Trong trường hợp unicast, MPLS dùng giao thức phân phối nhãn- Label Distribution Protocol (LDP) và Border Gateway Protocol (BGP). Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin yêu cầu. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC. Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin. Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các bộ giao thức khác. Giao thức phân phối nhãn LDP có các đặc trưng cơ bản sau đây. LDP cung cấp các kỹ thuật phát hiện LSR để cho phép LSR tìm kiếm và thiết lập truyền thông. LDP định nghĩa 4 loại bản tin : Bản tin tìm kiếm Bản tin liên kết khởi tạo, giữ và đóng phiên làm việc giữa các lSR. Bản tin phát hành nhãn thực hiện phát hành thông tin gán nhãn, yêu cầu, thu hồi và giải phóng nhãn. Bản tin thông báo sử dụng để cung cấp các thông tin giám sát và báo hiệu thông tin lỗi. LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin. (trừ bản tin phát hiện). LDP được thiết kế để dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu bản tin đặc biệt để thu thập các đối tượng mã hoá TVL (kiểu, độ dài, giá trị). Hình 3.15: Giao thức LDP với các giao thức khác Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ trong bất cứ một LSR để điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó. Phát hiện LSR lân cận Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau (minh hoạ trên hình 3.16) : Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast. Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin HELLO này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp. Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn. Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con (subnet) người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau: LSR định kỳ gửi bản tin HELLO đến cổng UDP đã biết tại điạ chỉ IP xác định được khai báo khi lập cấu hình. Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền một chiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên. Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa 2 LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó. Hình 3.16: Thủ tục phát hiện LSR lân cận Như chúng ta đã biết, bản tin LDP được truyền trên giao thức TCP, nhưng việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét. Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết: nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kết nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn. Một vấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phải bảo đảm đúng. Như vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng luôn chức năng truyền tải này trong bản thân LDP hay không? Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP. Tuy nhiên việc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần một bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP. Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải. Đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng độ tin cậy của giao thức truyền tải. Tuy nhiên vấn đề hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP. Các bản tin LDP như phần đầu đã trình bày có 4 kiểu bản tin cơ bản được sử dụng trong giao thức phân phối nhãn LDP, các bản tin thông dụng là. Bản tin khởi tạo (Initialization) Bản tin giữ đường (KeepAlive) Bản tin gán nhãn (Label Mapping) Bản tin giải phóng (Release) Bản tin Thu hồi nhãn (Label Withdraw) Bản tin yêu cầu (Request) Bản tin huỷ bỏ yêu cầu (Request Abort) Dạng bản tin Initialization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm: Chế độ phân bổ nhãn Các giá trị bộ định thời Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin khởi tạo và LSR nhận sẽ trả lời bằng bản tin giữ đường nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc. Dạng bản tin giữ đường: Các bản tin giữ đường được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin giữ đường hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng. Dạng bản tin gán nhãn: Các bản tin gán nhãn được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (Prefix điạ chỉ) và nhãn. Bản tin thu hồi nhãn thực hiện quá trình ngược lại nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi sau địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó. Dạng bản tin Label Release: Bản tin này được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa. Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy node tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó. Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin yêu cầu. Nếu bản tin yêu cầu cần phải huỷ bỏ trước khi được chấp nhận (do node kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu với bản tin hủy bỏ yêu cầu. Các cơ chế phân phối nhãn Vấn đề phân phối nhãn là một trong những vấn đề mấu chốt của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức và chúng ta cần phải tìm hiểu kỹ hơn trong mục này. Hình 3.17: Các kịch bản phân phối nhãn Trước hết, chúng ta cùng nhau xem xét phạm vi của không gian nhãn trong các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn, để rõ hơn về vấn đề này, chúng ta xem một ví dụ thể hiện trên hình 3.17. Trên hình vẽ trên Ru, và Rd tương ứng với upstream LSR và downstream LSR, các kịch bản từ 1 tới 4 tương ứng như sau: LSR Rd đóng gói nhãn L1 vào trong FEC F và phân bổ tới LSR Ru1. LSR Rd đóng gói nhãn L2 vào trong FEC F và phân bổ tới LSR Ru2. LSR Rd đóng gói nhãn L vào trong FEC F1 và phân bổ tới LSR Ru1. LSR Rd đóng gói nhãn L vào trong FEC F2 và phân bổ tới LSR Ru2. Đối với kịch bản 1 và 2, nó là vấn đề cục bộ nó buộc có cùng FEC, tức là L1=L2, trong khi kịch bản 3 và 4 thì cần có các luật sau được áp dụng: Nếu Rd có thể xác định, khi nó nhận gói có nhãn L từ Ru1 hoặc Ru2 thì nó cũng không yêu cầu L1=L2. Vì vậy, với kịch bản 3 và 4 Rd sử dụng các không gian nhãn khác nhau để phân bổ chúng tới Ru1 và Ru2, đó là ví dụ của không gian nhãn tồn tại trên cùng giao diện. Chế độ duy trì nhãn Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS có 4 chế độ để duy trì và loại bỏ một nhãn: Một LSR Ru có thể nhận thông tin nhãn cho một FEC từ Rd, thậm chí khi Rd đó không phải là node kế tiếp cho FEC đó. Ru sẽ phải lựa chọn phương án giữ hoặc huỷ bỏ thông tin nhãn đó. Nếu Ru giữ thông tin liên kết các nhãn này, nó có thể dự phòng khi bước kế tiếp của FEC là Rd đã gửi thông tin liên kết nhãn, nếu nó loại bỏ thì khi đó yêu cầu thông tin liên kết nhãn phải được thực hiện lại. Nếu một LSR hỗ trợ phương thức duy trì nhãn tiên tiến, nó có thể duy trì liên kết nhãn với các FEC và sử dụng khi cần, việc này được thực hiện một cách tự động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới. Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến đó là khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến. Ngược lại nó tiêu tốn bộ nhớ và không gian nhãn. Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối với những thiết bị lưu trữ bảng định tuyến trong phần cứng như ATM-LSR. Thông thường chế độ duy trì bảo thủ nhãn được sử dụng trong các ATM-LSR. Còn nếu LSR được hỗ trợ phương thức duy trì bảo thủ thì các liên kết nhãn này bị huỷ bỏ. Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì bảo thủ, nó sẽ chỉ giữ những giá trị Nhãn/FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại. Phát hành và sử dụng nhãn Kỹ thuật phân phối nhãn được sử dụng để phân phối và phát hành nhãn đã được mô tả trên đây, trong phần này chúng ta xem xét một số mô tả điều hành của quá trình này. Hình 3.18 chỉ ra các thủ tục cơ bản của LSR downstream với các LSR khác. Hình 3.18: Thủ tục LSR h