TRƯƠNG ĐAI HOC SƯ PHAM KỸ THUẬT TPHCMKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

ĐÊ TAI

GIAO VIÊN HƯƠNG DÂN: ThS. ĐẬU TRONG HIỂN

SINH VIÊN THƯC HIỆN:

NGUYỄN THANH TÂM 06117061

NGUYỄN THANH TÂM 06117062

NÔI DUNG BAO CAO

Đăt vân đêCông nghệ MPLSKỹ thuật lưu lượng trong mạng MPLSMô phỏngKết luận

ĐĂT VÂN ĐÊ

Hiện nay, mạng Internet đang phát triển rất mạnh và nhu cầu sử dụng những dịch vụ chất lượng cao ngày càng tăng. Lưu lượng trên toàn bộ hệ thống mạng chủ yếu là lưu lượng IP. Giao thức IP thống trị toàn bộ tất cả giao thức lớp mạng, nhưng nó còn bộc lộ một số hạn chế nên đòi hỏi một công nghệ mạng mới với chi phí thấp hơn, chất lượng tốt hơn. Một trong những công nghệ đó là công nghệ MPLS.

Công nghệ MPLS ra đời với những tính năng vượt trội hơn mạng IP, trong đó nổi bật là khả năng điều khiển lưu lượng qua mạng để nhà cung cấp dịch vụ có thể khai thác hiệu quả tài nguyên mạng, tránh được hiện tượng nghẽn mạng ở một tuyến liên kết này trong khi các tuyến khác rãnh. Và đây cũng chính là đối tượng nghiên cứu chính của đề tài.

Công Nghệ MPLS

Vì sao chuyển mạch nhãn ra đời ?

Chuyển mạch nhãn giải quyết được một số hạn chế trong mạng IP :

-Tốc độ và độ trễ.

-Tài nguyên sử dụng.

-Tăng khả năng hệ thống

-Điều khiển định tuyến

Các khái niệm cơ bản trong mạng MPLS:

- Nhãn- Ngăn xếp nhãn.- Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR:

router có hỗ trợ MPLS: gỡ nhãn cũ và gán nhãn mới cho gói

- Đường chuyển mạch nhãn LSPIntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

3 0.40 47.1 1

IntfIn

LabelIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 0.50 47.1 1 0.40

47.247.3

1

2

3

2

1

2

3

3IntfIn

Dest IntfOut

LabelOut

3 47.1 1 0.50

1 47.1

IP 47.1.1.1

IP 47.1.1.1

Các gói tin đến với prefix khác nhau nhưng có thể gộp chung một FECCác gói tin đến với prefix khác nhau nhưng có thể gộp chung một FEC

LSRLSRLER LER

LSP

- Lớp chuyển tiếp nhãn tương đương FEC

IP1

IP2

IP1

IP2

IP1 #L1

IP2 #L1

IP1 #L2

IP2 #L2

IP1 #L3

IP2 #L3

- Cơ sở thông tin nhãn LIB :Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/ FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói dữ liệu truyền tin để xác định phương thức một gói tin được chuyển tiếp.

Công Nghệ MPLS

Các thành phần trong mạng MPLS:

-Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( Lable Switching router-LSR ).

-ATM-LSR.

-Bộ định tuyến biên nhãn ( Lable Edge Router-LER )

-ATM-LSR biên.

Công Nghệ MPLSLabel Switching Routers (LSRs)

(ATM Switch or Router)

Label Edge Routers

Công Nghệ MPLS

Hoạt động cơ bản của MPLSĐể gói tin truyền qua mạng MPLS, mạng sẽ thực hiện các bước sau:-Tạo và phân phối nhãn.-Tạo bảng cho mỗi bảng định tuyến.-Tạo đường chuyển mạch nhãn.-Gán nhãn dựa trên tra cứu bảng.-Truyền gói tin.

Tạo LSP và chuyển gói tin qua miên MPLS

Các giao thức trong MPLS

Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol)

Giao thức phân phối nhãn là một tập các thủ tục mà nhờ đó một LSR có thể thông báo cho một LSR khác biết về mối liên kết nhãn-FEC mà nó đã tiến hành.

Vùng hoạt động của LDP

Các giao thức trong MPLS

Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol)

- Các bản tin LDP• Bản tin Notification.• Bản tin Hello.• Bản tin Initialization.• Bản tin KeepAlive.• Bản tin Address.• Bản tin Address Withdraw.

• Bản tin Lable Mapping.• Bản tin Lable Request.• Bản tin Lable Abort Request• Bản tin Lable Withdraw.• Bản tin Lable Release.

THỦ TỤC PHÁT HIỆN LSR LÂN CẬN

UDP-Hello

UDP-Hello

TCP-open

TIME

TIME

Label requestIP

Label mapping#L2

Initialization(s)

Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc ( CR-LDP )

•Sử dụng bản tin LDP (request, map, notify)•Chia sẻ kết nối TCP/IP với LDP.•Các bước hoạt động của CR-LDP:

1-Router ngõ vào tập hợp thông tin trạng thái mạng.2-Một luồng yêu cầu tài nguyên đặt trước.3-Router ngõ vào tính toán con đường cho luồng

này.4-Router ngõ vảo yêu cầu một LSP rõ ràng cho

luồng và ánh xạ nhãn cho con đường. Đây là chức năng của CR-LDP.

5- Nếu thành công luồng sẽ sử dụng con đường chuyển mạch nhãn này.

Giao thức dành trước tài nguyên RSVP ( Resource Reservation Protolcol )

•RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng trong mạng MPLS, được sử dụng để dành trước tài nguyên cho một phiên truyền trong mạng Internet.•RSVP được dùng để cung cấp khả năng vận hành được bảo vệ bằng việc đặt trước tài nguyên cần thiết tại mỗi máy tham gia vào hỗ trợ luồng lưu lượng.•RSVP phải mang các thông tin sau:-Thông tin phân loại.-Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS.Trong đó có hai loại cơ bản là PATH và RESV (Resevation -Bản tin dành trước) để xác định luồng và các QoS cho luồng.

R4

R5

R3R2

R1

PATH

PATH

PATH

PATH

RESV

RESV

RESV

RESV

Host A

Host B

Định tuyến trong MPLS

Định tuyến ràng buộc:

-Xác định các route không chỉ dựa trên mô hình mạng (thuật toán SPF chọn đường ngắn nhất) mà còn sử dụng các metric đặc thù khác như băng thông, trễ, cost và biến động trễ.

-Thông thường người ta dùng metric dựa trên số lượng hop và băng thông.

Định tuyến trong MPLS

Định tuyến tường minh ER (Explicit Route):

- Định tuyến tường minh ER (Explicit Route) là một tập con của định tuyến ràng buộc, trong đó sự ràng buộc là đối tượng của tuyến tường minh.

- Tuyến tường minh ER là một danh sách các nút trừu tượng (abstract node) mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua. Nút trừu tượng có thể là một nút (địa chỉ IP) hoặc một nhóm nút (IP prefix hoặc một AS).

Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS

Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng.Kỹ thuật lưu lượng MPLS được chia ra thành 3 quá trình: + Phân phối thông tin. + Tính toán và thiết lập đường đi cho đường hầm chuyển mạch nhãn. + Chuyển tiếp lưu lượng xuống đường hầm.

Giải thuật thùng rò (Leaky bucket)

Mô hình thùng rò có đặc điểm là tốc độ ra không đổi bất chấp việc tốc độ nước vào thùng là bao nhiêu hay trong thùng còn bao nhiêu nuớc. Nếu thùng đầy mà lưu lượng vẫn chảy vào thì thùng sẽ đầy và tràn mất. Tương tự cho dữ liệu khi tới một router trong mạng nếu hàng đợi đã đầy thì gói tin sẽ bị “drop”.

Giải thuật thùng token (token bucket)

Giải thuật thùng token có thể được dùng trong việc sửa dạng lưu lượng (shapping) ha được ứng dụng trong việc thực thi khống chế( policing).

Trung kế lưu lượng và các thuộc tính

Trung kế lưu lượng là một tập hợp các luồng dữ liệu chia sẽ một số thuộc tính chung nào đó.

Trung kế lưu lượng và các thuộc tính

Các thuộc tính của trung kế lưu lượng:

- Thuộc tính tham số lưu lượng (traffic parameter)

- Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường

- Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Prority/Preemtion)

- Ưu tiên thiết lập (priority)

- Độ ưu tiên cầm giữ (holding priority)

- Thuộc tính đàn hồi

- Thuộc tính khống chế (Policing)

Các hoạt động trên trung kế lưu lượng

Establish Activate Deactivate Modified Attributes Reroute Destroy

Tạo ra các trung kế lưu lượng bằng cách lựa chọn LSP, chỉ định nhãn và quan trọng nhất là chỉ định tài nguyên cho trung kế. Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu hoạt động bằng cách sử dụng một vài chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế.

Dừng chuyển dữ liệu bằng trung kế bằng cách sử dụng chức năng định tuyến và ngừng đưa dữ liệu vào trung kế. Thay đổi các đặc điểm của trung kế lưu

lượng (ví dụ như băng thông khả dụng).

Chọn một con đường đi khác cho trung kế lưu lượng. Loại bỏ hoàn toàn trung kế lưu lượng và thu hồi tất cả các tài nguyên được cấp phát cho nó.

Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP)

Việc tính toán LSP sẽ xem xét đến tài nguyên khả dụng, các thuộc tính liên kết (link) và cả các trung kế khác vì vậy nó có tên gọi là tính toán ràng buộc. Kết quả của việc tính toán này là tìm ra một chuỗi các địa chỉ IP đại diện cho các hop trên đường LSP giữa đầu đầu và đầu cuối của trung kế lưu lượng.

Tiến trình tính toán đường ràng buộc (CR-LSP) luôn luôn được thực hiện tại đầu nguồn trung kế lưu lượng và nó được kích hoạt là do những nguyên nhân như sau:

-Một trung kế lưu lượng mới xuất hiện.

-Một trung kế đang tồn nhưng thiết lập LSP thất bại.

-Tái tối ưu hóa một trung kế đang tồn tại.

Trình tự thực hiện giải thuật chọn đường

Giải thuật chọn đường ràng buộc được thực hiện theo các bước sau:

Cắt bỏ các liên kết có lớp tài nguyên (resource-class) bị loại do phép tính Affinity ra khỏi mô hình mạng (topology).

Tiếp theo là cắt bỏ các liên kết có băng thông dự trữ không đủ theo yêu cầu của trung kế.

Thực hiện giải thuật tìm đường đi ngắn nhất (ví dụ thuật toán tìm đường ngắn nhất Dijktra) để tìm đường có tổng “TE cost” nhỏ nhất trên phần mạng còn lại sau khi đã cắt bỏ các liên kết (link) không đạt yêu cầu.

Xem xét các ràng buộc khống chếXem xét tài nguyên khả dụngChọn đường tốt nhât

Tái tối ưu hóa

Các đặc trưng và trạng thái mạng biến động theo thời gian. Do đó, các trung kế lưu lượng tối ưu được thiết lập trước đó có thể không còn tối ưu nữa. Vì thế, muốn duy trì mạng luôn ở trạng thái tối ưu nhất thì phải thực hiện tái tối ưu hóa (re-optimization).

Để thực hiện việc tái tối ưu hóa LSP, có các trường hợp như sau:

- Tái tối ưu hóa nhân công (Manual reoptimization).

- Tái tối ưu hóa dựa trên timer định thời (Timer-based reoptimization).

- Tái tối ưu hóa điều khiển theo sự kiện (Event-driven reoptimization).

Tái tối ưu hóa

Tái tối ưu một LSP

Bảo vệ và khôi phục đường

Cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS cung cấp dịch vụ tin cậy cho việc chuyển tải lưu lượng trong mạng MPLS và tái định tuyến lưu lượng qua một đường chuyển mạch nhãn LSP. Một số khái niệm cần lưu ý:

- Đường làm việc.- Đường khôi phục.- PSL (Path Switch LSR).- PML (Path Merge LSR).- POR (Point of Repair).- FIS (Fault Indication Signal).- FRS (Fault Recovery Signal).- MPLS Protection Domain .- Bypass Tunnel.- Revertive Mode

Cơ chế bảo vệ khôi phục

Bảo vệ toàn cục là bảo vệ mà trong đó LER phía nguồn đóng vai trò là PSL và POR, nhận tín hiệu FIS từ nút phát hiện lỗi. Đường phục hồi và đường làm việc trong trường hợp này là tách biệt hoàn toàn.

Bảo vệ cục bộ là loại bảo vệ mà trong đó điểm phát hiện lỗi đóng vai trò là PSL và cũng có thể cũng là POR nếu được cấu hình tương ứng. Có hai loại bảo vệ cục bộ là bảo vệ liên kết và bảo vệ nút.

- Bảo vệ liên kết

- Bảo vệ nút

Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ

Tái định tuyến là chế độ mà khi phát hiện được lỗi xảy ra nhờ vào FIS, POR sẽ tìm đường mới nhờ vào các giao thức định tuyến. Sau khi tìm được đường đi, PSL sẽ chuyển sang đường mới.

Chuyển mạch bảo vệ có cơ chế hoạt động gần giống với tái định tuyến bảo vệ chỉ khác ở chỗ đường bảo vệ đã được tính toán trước đó. Chính vì điều này làm cho phương pháp này tốn ít thời gian để khôi phục hơn phương pháp tái định tuyến bảo vệ.

Mô hình MAKAM

Mô hình Makam cung cấp cơ chế bảo vệ toàn cục cho một LSP bằng cách thiết lập đường khôi phục giữa ingress-LSR và egress-LSR. Đường làm việc và khôi phục tách rời nhau cả về liên kết và nút. Khi phát hiện lỗi ở bất kỳ vị trí nào trên đường làm việc, tín hiệu FIS được dùng để chuyển thông báo lỗi về cho ingress-LSR (PSL). Ingress-LSR sẽ thực hiện chuyển mạch lưu lượng sang đường khôi phục.

Mô hình Haskin (Reverse Backup)

Cơ chế Haskin thiết lập một đường dự phòng đảo tại nút phát hiện lỗi, một đường dự phòng đảo được thành lập với chiều lưu lượng ngược với chiều của đuờng cũ. Khi lưu lượng quay trở về đến PSL, lưu lượng được chuyền sang đường khôi phục toàn cục. Tuy nhiên mô hình này có nhược điểm là hao tốn tài nguyên do đường dự phòng đảo và đường khôi phục phải thiết lập sẵn.

Mô hình Hundessa

Cơ chế Hundessa khắc phục nhược điểm của mô hình Haskin thông qua việc kiểm soát số thứ tự các gói gửi về từ đuờng dự phòng đảo.Khi gói đầu tiên quay về PSL trên đường dự phòng đảo có tác dụng như tín hiệu FIS báo cho PSL biết đã có lỗi. PSL đánh dấu gói cuối cùng truyền ra đường làm việc (đang có lỗi) bằng cách đặt một bit trong trường EXP của nhãn, sau đó ngưng đẩy gói ra đường lỗi. Khi gói được đánh dấu quay trở về PSL trên đường đảo, PSL mới tiếp tục chuyển các gói mới trực tiếp ra đường khôi phục.

Mô hình Simple Dynamic

Đây là mô hình bảo vệ cục bộ trong đó LSR phát hiện lỗi cũng đồng thời là PSL. Khi phát hiện liên kết với mình bị lỗi, LSR này sẽ tính đường ngắn nhất tới PML. Với mô hình này PML bắt buộc phải là Egress-LSR.

Mô hình Simple Dynamic(Link protection).Mô hình Simple Dynamic(Link protection).

Mô hình Shortest Dynamic

Mô hình shortest Dynamic cũng là mô hình bảo vệ cục bộ. Điều khác biệt ở đây là trong mô hình này PML phải là LSR downstream kế cận với link hoặc LSR bị sai. Do đó đường backup trong trường hợp này còn gọi là Bypass Tunnel.

Trong mô hình này đường bảo vệ thường được tính toán từ trước và trên thực tế người ta chỉ sử dụng giao thức báo hiệu RSVP-TE để thiết lập đường bảo vệ Shortest Dynamic. Chế độ bảo vệ dùng phương pháp khôi phục này cũng có hai loại là “bảo vệ nút” và “bảo vệ liên kết”.

Mô hình Shortest Dynamic (Link protection).

KÊT LUÂN

Sau thời gian thực tập, nghiên cứu và xây dựng đề tài cùng sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa đã tạo điều kiện cho nhóm hoàn thành đề tài của mình một cách tốt nhất.

Do điều kiện về thời gian cũng như kinh nghiệm làm việc nên không tránh khỏi những thiếu sót trong báo cáo cũng như trong chương trình. Nhóm rất mong nhận được sự quan tâm, chỉ bảo của các thầy cô giáo, bạn bè để đề tài của em được hoàn thiện hơn.

Cuối cùng, nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa và đặc biệt là thầy giáo Thạc sỹ Đậu Trọng Hiển đã tận tình giúp đỡ nhóm thực hiện trong suốt quá trình xây dựng và hoàn thành đề tài.