Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu tổng quan về QOS trong MPLS
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MỘT SỐ THẾ HỆ MẠNG 1.1 MẠNG IP a Chuyển tiếp IP hạn chế Như ta biết, Internet tập hợp mạng kết nối với dùng để chuyển tiếp gói tin host sử dụng IP IP cung cấp dịch vụ đóng gói vơ hướng, khơng có đảm bảo phân phối gói tin Trong mơ hình Internet hệ thống dùng để chuyển tiếp gói tin gọi Router dùng để chuyển tiếp gói tin đến đích Để thực điều router cần xác định nexthop interface ngõ để chuyển tiếp gói tin Thơng tin có thơng qua thơng tin định tuyến sử dụng để xây dựng bảng chuyển tiếp gói tin (Forwarding Information Base –FIB) Tiến trình chuyển tiếp gói tin gồm hoạt động sau: + Tìm địa để xác định interface ngõ + Chuyển tiếp gói tin + Phân lịch Hình 1.1: Chuyển tiếp gói tin IP Mỗi router trì bảng định tuyến học thông qua giao thức định tuyến định tuyến tĩnh Bảng định tuyến có kích thước lớn, Internet có đến 50 ngàn entry Đối với gói tin vào router, địa IP đích kiểm tra, dựa vào thông tin bảng định tuyến xác định hop interface ngõ để chuyển tiếp gói tin Quyết định chuyển tiếp thực độc lập router mạng Ngoài ra, việc sử dụng subnet mask yêu cầu địa IP đích mào đầu gói tin vào phải thích hợp với mask bảng định tuyến, nghĩa dựa quy tắc "longest match" để xem thử entry có mask với số bit với địa gói tin dùng làm thơng tin chuyển tiếp Do đó, chuyển tiếp IP xem tiến trình ánh xạ địa IP đích đến hop Vì router có số lượng next-hop giới hạn, nên chuyển tiếp IP xem trình ánh xạ tập hợp gói tin vào số next-hop giới hạn tương đương với số lượng subnet router Tất gói tin subnet khơng có phân biệt chuyển phương thức xác định, chúng qua đường dẫn đến mạng Một nhóm gói tin gọi lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) Khi gói tin di chuyển đến đích cuối cùng, router dọc đường kiểm tra địa đích gói tin đăng kí đến FEC Ta thấy rõ chuyển tiếp IP yêu cầu hoạt động tìm kiếm địa IP phức tạp router dọc đường gói tin Bất thay đổi thông tin điều khiển việc chuyển tiếp gói tin thơng báo cho tất thiết bị miền định tuyến, dẫn đến để xử lý cho xong gói tin làm tốn thời gian cho việc sau: thời gian tìm kiếm, thời gian cập nhật, tốn nhớ xử lý, tốn CPU Tất tiến trình định tuyến chuyển tiếp nói diễn lớp Network Các router kết nối trực tiếp với theo mơ hình điểm-điểm, kết nối với switch mạng LAN hay mạng WAN (ví dụ mạng Frame Relay, ATM) Hình 1.2: Mạng Frame-relay Nhưng không may, switch lớp khả nắm giữ thơng tin định tuyến lớp để chọn đường cho gói tin cách phân tích địa đích lớp gói tin Do đó, switch lớp khơng tham gia vào q trình chuyển tiếp gói tin lớp 3, chúng chứa thơng tin MAC Address đích đến Các đường LAN lớp thiết lập đơn giản - tất LAN switch suốt với thiết bị kết nối với chúng Nhưng việc thiết lập đường mạng WAN lớp lại phức tạp nhiều Đường gói tin mạng WAN lớp thiết lập thủ cơng thiết lập có u cầu Thiết bị định tuyến biên mạng lớp (ingress router) muốn chuyển liệu đến thiết bị ngõ (egress router) cần thiết lập kết nối trực tiếp đến egress router (kết nối gọi kênh ảo VC) gửi liệu đến thiết bị khác để truyền dẫn đến đích Để đảm bảo chuyển tiếp gói tin tối ưu mạng WAN lớp 2, kênh ảo phải tồn hai router kết nối vào mạng WAN Điều đơn giản để xây dựng lại gặp vấn đề khác khả mở rộng bị hạn chế Các vấn đề mà ta gặp phải là: + Mỗi lần router kết nối vào mạng WAN lõi, kênh ảo phải thiết lập router router khác (nếu có nhu cầu cần chuyển tiếp gói tin tối ưu) + Với việc cấu hình giao thức định tuyến, router gắn vào mạng WAN lớp (được xây dựng với ATM hay Frame Relay switch) cần có kênh ảo dành trước với router khác kết nối vào mạng lõi Để đạt độ dự phòng mong muốn, router phải thiết lập mối quan hệ cận kề định tuyến với router khác Kết tạo mơ hình mạng full-mesh, thân router nắm giữ số lượng lớn láng giềng có mối quan hệ cận kề giao thức định tuyến, từ tạo lưu lượng định tuyến với số lượng lớn + Khó mà biết xác lưu lượng chạy hai router mạng Từ hạn chế nói rõ ràng cần phải có chế khác để trao đổi thơng tin lớp mạng router WAN switch, phép switch tham gia vào tiến trình định chuyển tiếp gói tin tức khơng cần phải có kênh ảo router biên Để đạt chuyển tiếp mơi trường mạng thiết bị chuyển tiếp không nên phụ thuộc vào thơng tin có mào đầu gói tin, thiết bị cần chuyển mạch gói tin từ ingress router đến egress router mà khơng cần phân tích địa IP đích có gói tin Do đó, gói tin chuyển tiếp có nhãn thêm vào, nhãn đảm trách vấn đề chuyển tiếp gói tin đến đích, vấn đề QoS, v.v nghĩa chuyển tiếp gói tin dựa nhãn Bất kỳ thay đổi tiến trình định thơng báo cho router khác mạng thông qua việc phân phối nhãn Đó lý đời MPLS (Multiprotocol Label Switching) - công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức 1.2 MẠNG MPLS MPLS công nghệ thường dùng mạng core, mạng core nơi mà liệu của mạng thuê bao đổ trước tới đích, chịu tải trọng lớn sử dụng cơng nghệ bình thường việc xảy nghẽn mạng tránh khỏi, mạng MPLS đáp ứng yêu cầu khắc khe trên, sử dụng chuyển mạch nhãn (Swithcing Label) không routing mạng IP Một mạng MPLS điển hình: Hình 1.3: Mạng MPLS Mạng MPLS đầy đủ gồm có ba loại router CE (Customer Equipment hay router khách hàng), PE ( Provider Equipment hay router biên nhà cung cấp ) P ( Provider hay router bên nhà cung cấp dịch cụ ), router P phần PE chạy MPLS, router CE phần PE lại chạy giao thức khác ( IP, Frame-Relay, ATM…) CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MPLS 2.1 Giới thiệu: Ngày mạng máy tính phát triển rộng khắp, đặc biệt mạng Internet trở thành phổ biến tồn giới Và phát triển số lượng lẫn chất lượng, bên cạnh việc tăng vọt số user mạng việc gia tăng dịch vụ vấn đề lớn, trước ta có nhu cầu truyền data ta cần truyền tín hiệu thoại tín hiệu video số dịch vụ mở rộng khác, Với mạng Internet truyền thống nguồn tài nguyên băng thơng tốc độ hạn chế, để thực truyền tín hiệu thoại video có chất lượng Nhiều mạng hệ đời như:Frame-Relay, ISDN, ATM, chúng giải phần yêu cầu nhiều hạn chế, theo đà phát triển công nghệ mạng MPLS đời với ý tưởng dùng nhãn để chuyển mạch giải khắc phục hạn chế mà mạng trước tồn như: Tốc độ, băng thơng khơng hữu ích, delay… Mạng MPLS kế thừa kết hợp routing thông minh mạng IP chuyển mạch tốc độ cao mạng ATM, có routing layer (IP) switching layer (VPI/VCI ATM) MPLS chế chuyển mạch nhãn Cisco phát triển IETF chuẩn hóa, hỗ trợ khả chuyển mạch, định tuyến luồng thông tin cách hiệu MPLS công nghệ kết hợp đặc điểm tốt định tuyến lớp ba chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải gói nhanh mạng lõi (core) định tuyến tốt mạng biên (edge) cách dựa vào nhãn (label) MPLS phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói mạng nhãn gắn với gói IP, tế bào ATM, frame lớp hai Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp Router MPLS-enable ATM switch định theo nội dung nhãn tốt việc định tuyến phức tạp theo địa IP đích MPLS kết nối tính thực thi khả chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba, cho phép ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác mà không cần phải bỏ sở hạ tầng sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo phối hợp với công nghệ lớp hai MPLS hỗ trợ giao thức lớp hai, triển khai hiệu dịch vụ IP mạng chuyển mạch IP MPLS hỗ trợ việc tạo tuyến khác nguồn đích đường trục Internet Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, ISP giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu khác đạt hiệu cạnh tranh cao Lợi ích MPLS - Làm việc với hầu hết công nghệ liên kết liệu IP, ATM… - Tương thích với hầu hết giao thức định tuyến công nghệ khác liên quan đến Internet - Hoạt động độc lập với giao thức định tuyến (routing protocol) - Tìm đường linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước - Hỗ trợ việc cấu hình quản trị bảo trì hệ thống (OAM) - Có thể hoạt động mạng phân cấp - Có tính tương thích cao Đặc điểm mạng MPLS - Khơng có thành phần giao thức phía host - MPLS nằm router - MPLS giao thức độc lập nên hoạt động với giao thức mạng khác IP IPX, ATM, Frame-Relay, PPP trực tiếp với tầng Data Link - Định tuyến MPLS dùng để tạo luồng băng thông cố định tương tự kênh ảo ATM hay Frame Relay - MPLS đơn giản hoá q trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh động với tầng trung gian Một số ứng dụng MPLS: Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với yêu cầu khác Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát liệu để tăng hiếu Video cho phép thất thoát liệu mức chấp nhận được, mang tính thời gian thực (realtime) Data yêu cầu độ bảo mật xác cao MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu cao Một số ứng dụng triển khai là: - MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch cụ tạo VPN lớp dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hàng, dùng sở hạ tầng cơng cộng sẵn có, khơng cần ứng dụng encrytion end-user - MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả thiết lập nhiều đường để điều khiển lưu lượng mạng đặc trưng thực thi cho loại lưu lượng - MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS nhà cung cấp dịch vụ cung cấp nhiều loại dịch vụ với đảm bảo tối đa QoS cho khách hàng Điểm vượt trội MPLS so với mơ hình IP over ATM - Khi hợp với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng thuận lợi tế bào ATM - chiều dài thích hợp chuyển với tốc độ cao Trong mạng đa dịch vụ chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụ ATM, Frame Replay IP Internet mặt phẳng đơn đường tốc độ cao Các mặt phẳng (Platform) công cộng hỗ trợ dịch vụ để tiết kiệm chi phí đơn giản hóa hoạt động cho nhà cung cấp đa dịch vụ ISP sử dụng chuyển mạch ATM mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp các dòng Cisco, BPX8600, MGX8800, Router chuyển mạch đa dịch vụ 8540 chuyển mạch Cisco ATM giúp quản lí mạng hiệu xếp chồng (overlay) lớp IP mạng ATM Chuyển mạch nhãn tránh rắc rối gây có nhiều router ngang hàng hỗ trợ cấu trúc phân cấp (hierarchical structure) mạng ISP Sự tích hợp: MPLS xác nhập tính IP ATM không xếp chồng lớp IP ATM MPLS giúp cho sở hạ tầng ATM thấy định tuyến IP loại bỏ yêu cầu ánh xạ đặc tính IP ATM MPLS khơng cần địa ATM kỹ thuật định tuyến Độ tin cậy cao hơn: Với tốc độ chuyển mạch, MPLS có khả cung cấp cho mạng an tồn nhanh chóng, đảm bảo liệu khơng bị thất nhiều, ngồi cịn có chế mode kĩ thuật MPLS giúp bảo mật cho thông tin khách hàng Trực tiếp thực thi loại dịch vụ: MPLS sử dụng hàng đợi đếm ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ khác Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP loại dịch vụ (class of service–cos) chuyển mạch ATM mà không cần chuyển đổi phức tạp sang lớp ATM Forum Service Hỗ trợ hiệu cho Mulicast RSVP: Khác với MPLS, xếp lớp IP ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt việc hỗ trợ dịch vụ IP IP muticast RSVP( Resource Reservation Protocol - RSVP) MPLS hỗ trợ dịch vụ này, kế thừa thời gian cơng việc theo chuẩn khuyến khích tạo nên ánh xạ xấp xỉ đặc trưng IP&ATM Giảm tải mạng lõi: Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ thông tin định tuyến để phân cấp Hơn nữa,có thể tách rời định tuyến Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ Giống liệu VPN, MPLS cho phép truy suất bảng định tuyến Internet điểm vào mạng Với MPLS, kĩ thuật lưu lượng truyền biên AS gắn nhãn để liên kết với điểm tương ứng Sự tách rời định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ giúp hạn chế lỗi, ổn định tăng tính bảo mật Khả điều khiển lưu lượng: MPLS cung cấp khả điều khiển lưu lượng để sửng dụng hiệu tài nguyên mạng Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển tải từ phần tải sang phần rỗi mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, tải, thời gian,… Các hình thức hoạt động MPLS: Mạng MPLS dùng nhãn để chuyển tiếp gói Khi gói vào mạng, Node MPLS lối vào đánh dấu gói đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC – Forwarding Equivalence Class) cụ thể Trong mạng MPLS nhãn điều khiển hoạt động chuyển tiếp Điều có nhiều thuận lợi chuyển tiếp thông thường: Sự chuyển tiếp MPLS thực chuyển mạch (switch), tra cứu (lookup) thay nhãn mà không ảnh hưởng đến header lớp mạng Các chuyển mạch ATM thực hiệc chức chuyển tế bào dựa giá trị nhãn ATM-switch cần điều khiển thành phần điều khiển MPLS dựa vào IP (IP-base MPLS control element) điều khiển chuyển mạch nhãn (LSC - Label Switch Controller) Khi gói vào mạng chuyển đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC Forwarding Equivalence Class) Router sử dụng thơng tin gói, cổng vào (ingress) hay giao tiếp (interface) Các gói vào mạng gán nhãn khác Quyết định chuyển tiếp thực dễ dàng router ngõ vào Điều khơng có chuyển tiếp thơng thường, xác định lộ trình router khác với thơng tin lộ trình gói Mạng quản lý lưu lượng buộc gói theo đường cụ thể, đường chưa sử dụng Con đường chọn trước gói vào mạng tốt lựa chọn thuật toán định tuyến thơng thường Trong MPLS, nhãn dùng để đại diện cho tuyến, không cần kèm gói Đây dạng MPLS Traffic Engineering "Lớp dịch vụ (Class of service)" gói xác định nút MPLS vào (ingress MPLS node) Một nút MPLS vào huỷ tuyến hay sửa đổi lịch trình để điều khiển gói khác Các trạm sau định lại ràng buộc dịch vụ cách thiết lập PHB (per-hop behavior) MPLS cho phép (không yêu cầu) độ ưu tiên phần hoàn toàn lớp dịch vụ từ nhãn Trường hợp nhãn đại diện cho kết hợp FEC với độ ưu tiên lớp dịch vụ Đây dạng MPLS QoS 2.2 Công nghệ chuyển mạch 2.2.1 Nhãn MPLS Thay chế định tuyến lớp ba chế chuyển mạch lớp hai MPLS hoạt động lõi mạng IP Các Router lõi phải enable MPLS giao ti ếp Nhãn gắn thêm vào gói IP gói vào mạng MPLS Nhãn tách gói khỏi mạng MPLS Nhãn (Label) chèn vào header lớp ba header lớp hai Sử dụng nhãn q trình gửi gói sau thiết lập đường MPLS tập trung vào q trình hốn đổi nhãn (Label Swapping) Một mạnh khiến trúc MPLS tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack) Cơng thức để gán nhãn gói tin là: Network Layer Packet + MPLS Label Stack Không gian nhãn (Label Space): có hai loại Một là, giao tiếp dùng chung giá trị nhãn (per-platform label space) Hai là, giao tiếp mang giá trị nhãn riêng, (Perinterface Label Space) Bộ định tuyến chuyển nhãn (LSR – Label Switch Router): định chặng dựa nội dung nhãn, LSP làm việc hoạt động gần Switch Con đường chuyển nhãn (LSP – Label Switch Path): xác định đường gói tin MPLS Gồm hai loại: Hop by hop signal LSP - xác định đường khả thi theo kiểu best effort Explicit route signal LSP - xác định đường từ nút gốc Nhãn giá trị có chiều dài cố định dùng để nhận diện FEC Sự kết hợp FEC nhãn gọi ánh xạ nhãn - FEC MPLS thiết kế để sử dụng mơi trường hình thức đóng gói lớp nào, hầu hết hình thức đóng gói lớp dựa frame, MPLS đơn giản thêm vào nhãn 32 bit mào đầu lớp lớp 3, gọi shim header Phương thức đóng gói gọi Frame-mode MPLS ATM trường hợp đặc biệt sử dụng cell có chiều dài cố định Do nhãn khơng thể thêm vào cell MPLS sử dụng giá trị VPI/VCI mào đầu ATM để làm nhãn Phương thức đóng gói gọi Cell-mode MPLS Nhãn gói tin nhãn ngõ ra, tương tự cho nhãn gói tin vào nhãn ngõ vào Một gói tin có nhãn ngõ ngõ vào, có nhãn ngõ vào mà khơng có nhãn ngõ ngược lại Thường thường, gói tin có nhiều nhãn gọi chồng nhãn (lable stack) Các nhãn chồng nhãn tổ chức theo kiểu chồng nhãn LIFO (last-in, first-out) Một gói tin khơng có gắn nhãn xem có chiều sâu chồng nhãn Chiều sâu d chồng nhãn tương ứng với trình từ nhãn chồng nhãn với nhãn đáy chồng nhãn nhãn d đỉnh chồng nhãn (Trong khuôn khổ luận văn trình bày đóng gói MPLS–PPP LAN lớp tuyến liệu) Nhãn MPLS đột phá, dựa ý tưởng VPI/VCI mạng ATM cao cấp hơn, gồm 32 bit Hình 2.1: Nhãn MPLS + Label: Trường gồm 20 bit, có tỷ nhãn khác sử dụng, phần quan trọng nhãn MPLS dùng để chuyển tiếp gói tin mạng + Experimemtal (EXP): Trường gồm bit, dùng để mapping với trường ToS DSCP gói tin tới để thực QoS + Stack (S): Chỉ có bit, gói tin qua tunnel, có nhiều nhãn gắn vào, ta stack nhãn, bit S dung để nhãn có nằm đáy Stack khơng, đáy S=1, ngược lại S=0 Hình 2.2: Nhãn stack + Time-to-live (TTL): Trường trường TTL IP header, chuyển tiếp gói tin router khơng tìm thấy destination mà chạy mạng xảy loop làm nghẽ mạng (congestion) TTL dùng để khắc phục điều này, giá trị ban đầu 255, qua router giá trị giảm 1, giá trị giảm mà gói tin chưa tới đích bị rớt (dropped) Khi gói tin đến router biên trường TTL IP header giảm copy qua trường TTL nhãn MPLS, giá trị giảm dần qua mạng MPLS, khỏi mang MPLS trường lại copy qua trường TTL IP header, giá trị gói bị rớt (drop) Các giá trị qui ước cho trường TTL: 0: Chính (Host gởi tin đến nó) 1: Trong subnet 32: Trong site (Một mạng) 64: Trong vùng (Có AS) 128: Trong một lục địa 255: Khơng giới hạn Các cách đóng gói tin: Hình 2.3: Nhãn lớp Như vậy: Đối với mạng IP cách đóng gói tin Ethernet hay PPP nhãn shim chèn vào trình bày Đối mạng Frame-Relay nhãn giá trị DLCI, với mạng ATM nhãn VPI VCI Các loại nhãn đặc biệt - Untagged: gói MPLS đến chuyển thành gói IP chuyển tiếp đến đích - Nhãn Implicit-null hay POP: Nhãn gán nhãn (top label) gói MPLS đến bị bóc gói MPLS hay IP chuyển tiếp tới trạm kế xi dịng Giá trị nhãn (trường nhãn 20 bit) Nhãn dùng mạng MPLS cho trạm kế cuối - Nhãn Explicit-null: Chỉ mang giá trị EXP, giá trị nhãn 0, gán để giữ giá trị EXP cho nhãn (top label) gói đến Nhãn hoán đổi với giá trị chuyển tiếp gói MPLS tới trạm kế xi dịng Nhãn sử dụng thực QoS với MPLS mơ hình Pipe Mode - Nhãn Aggregate: với nhãn này, gói MPLS đến bị bóc tất nhãn chồng nhãn để trở thành gói IP thực tra cứu FIB để xác định giao tiếp ngõ cho 2.2.2 Chuyển tiếp gói tin MPLS Thuật toán chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Algorithm) ... cung cấp dịch cụ ), router P phần PE chạy MPLS, router CE phần PE lại chạy giao thức khác ( IP, Frame-Relay, ATM…) CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MPLS 2.1 Giới thiệu: Ngày mạng máy tính phát triển rộng... thường Trong MPLS, nhãn dùng để đại diện cho tuyến, khơng cần kèm gói Đây dạng MPLS Traffic Engineering "Lớp dịch vụ (Class of service)" gói xác định nút MPLS vào (ingress MPLS node) Một nút MPLS. .. động MPLS: Mạng MPLS dùng nhãn để chuyển tiếp gói Khi gói vào mạng, Node MPLS lối vào đánh dấu gói đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC – Forwarding Equivalence Class) cụ thể Trong mạng MPLS
