CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

Đối tượng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng là nghẽn kéo dài chứ không phải

nghẽn nhất thời do bùng phát lưu lượng.

3.1.2. Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng

Lưu lượng có thể được tổ chức xoay quanh một khái niệm gọi là các lớp dịch

vụ (service classes). Các lớp lưu lượng này được định nghĩa theo những hoạt động

sau:

- Quan hệ đồng bộ giữa đầu phát và đầu thu: ám chỉ biến động trễ có thể

chấp nhận được trên một kết nối.

- Tốc độ bit: cố định hay biến đổi

- Loại dịch vụ: hướng kết nối hay không kết nối

- Các hoạt động điều khiển luồng

- Số thứ tự cho thông tin người sử dụng

- Phân đoạn và tái hợp các PDU (Protocol Data Unit) của người dùng

Bảng 3.1 : Các lớp dịch vụ kĩ thuật lưu lượng



Lớp

Lớp A



Lớp B



Lớp C



Lớp D



Đặc điểm

Tốc độ bit cố định

Định hướng kết nối (connection-oriented)

Cần có sự quan hệ về định thời giữa phát và thu

Cho phép một ít mất mát

Tốc độ bit thay đổi

Định hướng kết nối

Cần có quan hệ về định thời giữa phát và thu

Cho phép một ít mất mát

Tốc độ bit thay đổi

Định hướng kết nối

Không đòi hỏi sự quan hệ về định thời giữa phát và thu

Không cho phép mất mát

Tốc độ bit thay đổi

Không kết nối (connectionless)

Không đòi hỏi sự quan hệ về định thời giữa phát và thu

Không cho phép mất mát



3.1.3. Hàng đợi lưu lượng

Nhiều hệ thống (đặc biệt là router) hỗ trợ một số dạng hàng đợi thông dụng,

ví dụ một số hàng đợi sau:



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 68



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

3.1.3.1. Hàng đợi FIFO (First-in, First-out)

Hàng đợi này truyền gói theo thứ tự, gói đến trước sẽ được truyền trước.

3.1.3.2 Hàng đợi WFQ (Weighted Fair Queuing)

Băng thông rỗi được chia cho các hàng đợi tùy thuộc vào trọng số (weight)

của chúng.

Xét ví dụ sau: có 12 luồng lưu lượng A,B,.. N và trọng số của chúng được

đánh số như hình dưới đây, trong đó: có bốn luồng (D, E, F, G) có trọng số 5, có hai

luồng có trọng số 4, còn ở các trọng số khác chỉ có một luồng.

Lưu lượng

Luồng A



8



Luồng B



7



Luồng C



6



Luồng D,E,F và G

Luồng H và I



v. v



Ingress LSR



5

4



1

Các trọng số WFQ

Hình 3.1 : Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng



Trong ví dụ này, tổng trọng số các luồng:

8 + 7 + 6 + 5(4) + 4(2) + 3 + 2 +1 = 55

Khi đó mỗi luồng có trọng số 5 sẽ nhận được 5/55 băng thông, luồng có

trọng số thấp nhất (trọng số 1) sẽ nhận được 1/55 băng thông và luồng có trọng số

cao nhất (trọng số 8) nhận được 8/55 băng thông.

Tương tự cho các luồng có trọng số khác.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 69



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

3.1.3.3. Hàng đợi CQ (Custom Queuing)



Hình 3.2 : Hàng đợi CQ



CQ cho phép các user chỉ ra phần trăm băng thông khả dụng cho một giao

thức đặc biệt nào đó.

Có thể định nghĩa tối đa đến 16 hàng đợi. Mỗi hàng đợi được phục vụ một cách

tuần tự theo phương thức round-robin, truyền phần trăm lưu lượng trên mỗi hàng đợi trước

khi chuyển đến hàng đợi kế.



3.1.3.4. Hàng đợi PQ (Priority Queuing)



Hình 3.3 : Hàng đợi PQ



Tất cả các gói thuộc lớp có mức ưu tiên cao hơn sẽ được truyền trước bất kỳ

gói nào thuộc lớp có mức ưu tiên thấp hơn. PQ cho phép người quản lý mạng cấu



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 70



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

hình bốn thuộc tính lưu lượng là cao (high), thông thường (normal), trung bình

(medium) và thấp (low). Lưu lượng đến được gán vào một trong 4 hàng đợi.

3.1.4. Giải thuật thùng rò và thùng token

3.1.4.1. Giải thuật thùng rò (Leaky Bucket)

Mô hình thùng rò có thể được diễn tả như sau: bất chấp tốc độ nước được đổ

vào thùng là bao nhiêu, tốc độ dòng nước chảy ra là không đổi miễn là trong thùng

còn nước. Một khi thùng đầy, lượng nước được đổ thêm vào sẽ bị tràn và mất. Các

thông số cần chú ý trong mô hình thùng rò là kích thước của thùng và tốc độ dòng

chảy ra. Mô hình trên có thể áp dụng cho gói. Bất kể lưu lượng tới có tốc độ biến

động như thế nào, lưu lượng ra đều có tốc độ không đổi.



Hình 3.4 : Giải thuật thùng rò



3.1.4.2. Giải thuật thùng token (Token Bucket)



Hình 3.5 : Giải thuật thùng token



Thùng token có kích thước B, tốc độ token “chảy” vào thùng không đổi là p,

nghĩa là trong một giây sẽ có thêm p token mới chảy vào thùng. Số lượng token

trong thùng không vượt quá B hay nói cách khác, B là số lượng token tối đa trong

thùng.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 71



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

Khi có gói đến, G là kích thước của gói, gói được xem là “phù hợp” khi

lượng token trong thùng lớn hơn hay bằng G, đồng thời lượng token trong thùng

được giảm đi G. Ngược lại, khi lượng token trong thùng nhỏ hơn kích thước gói,

gói được xem là vượt mức hay không hợp lệ. Tùy thuộc vào các chính sách khác

nhau mà các gói vượt mức (hay không hợp lệ) được xử lý khác nhau.

Giải thuật thùng token có thể được dùng trong việc sửa dạng lưu lượng

(shaping) hay được ứng dụng trong việc thực thi khống chế (policing). Trong sửa

dạng lưu lượng, thuật toán thùng token cho phép một ít bùng phát ở ngõ ra, điều này

không có ở thuật toán thùng rò khi mà tốc độ ra là không đổi. Như vậy thùng token

cho đáp ứng ra tốt hơn so với thùng rò. Trong việc thực thi khống chế, thùng token

có thể được dùng độc lập hay được dùng phối hợp.

3.1.5. Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model)



Hình 3.6 : Mô hình chồng phủ (Overlay Model)



Một cách tiếp cận phổ biến để bù đắp các thiếu sót của các giao thức IGP

(Interior Gateway Protocols) là sử dụng mô hình chồng phủ (ví dụ như IP over

ATM hoặc IP over Frame Relay). Tất cả các router lớp 3 được kết nối trực tiếp với

nhau bằng một lưới full-mesh các mạch ảo VC. Kỹ thuật lưu lượng được thực hiện

ở lớp 2 (ATM hoặc Frame Relay).

Tuy nhiên, mô hình này có nhiều nhược điểm sau đây:

- Tốn kém thêm nhiều thiết bị (các chuyển mạch ATM hoặc FR).

- Quản lý mạng phức tạp hơn: Mạng lớp 2 có các công cụ quản lý riêng với

nhiều tác vụ hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng. Đồng thời mạng các router lớp 3 với giao

thức IGP cũng phải được quản lý. Việc quản lý 2 lớp mạng này không tích hợp

được.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 72



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

- Phát sinh nhiều vấn đề mở rộng đối với IGP do số lượng quá lớn các

neighbor khi kết nối full-mesh để tận dụng các tiện ích cung cấp bởi lớp 2.

- Tốn thêm băng thông cho lượng overhead của ATM hoặc FR (cell tax).

- Không hỗ trợ dịch vụ phân biệt (Diffserv). Mọi dịch vụ phân biệt của IP

đưa xuống (qua AAL5 của ATM) đều trở thành “best-effort”

3.2. MPLS và kỹ thuật lưu lượng

MPLS có ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vì nó có thể cung cấp

hầu hết các chức năng hiện có ở mô hình chồng phủ nhưng theo cách tích hợp với

chi phí thấp. Điều quan trọng là MPLS còn đề xuất khả năng tự động hóa các chức

năng kỹ thuật lưu lượng.

3.2.1. Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk)

MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực hiện các mục tiêu TE.

Trung kế lưu lượng là một khối thu gom (aggregate) các luồng lưu lượng

thuộc cùng lớp, được đặt bên trong một LSP. Trong một số hoàn cảnh có thể nới

lỏng định nghĩa này để cho phép trung kế lưu lượng thu gom lưu lượng đa lớp.



Hình 3.7 : Các trung kế lưu lượng



- Trong mô hình dịch vụ đơn lớp, một trung kế lưu lượng có thể đóng gói

toàn bộ lưu lượng giữa một bộ định tuyến ngõ vào (ingress-router) và một bộ định

tuyến ngõ ra (egress-router). Trong trường hợp phức tạp hơn, lưu lượng của các lớp

dịch vụ phân biệt được ấn định vào các trung kế lưu lượng riêng biệt với các đặc

tính khác nhau.

- Trung kế lưu lượng là đối tượng có thể định tuyến (tương tự như ATM

VC).

- Trung kế lưu lượng phân biệt với LSP là đường cho trung kế đi xuyên qua.

Trong bối cảnh hoạt động, một trung kế lưu lượng có thể chuyển từ LSP này sang

một LSP mới, hoặc nhiều trung kế lưu lượng cùng đi chung trên một LSP.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 73



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

- Trung kế lưu lượng là đơn hướng.

3.2.2. Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph)

Đồ hình nghiệm suy gần giống như topology ảo trong mô hình chồng phủ.

Nó được ánh xạ trên mạng vật lý thông qua việc lựa chọn các LSP cho các trung kế

lưu lượng.

Một đồ hình nghiệm suy gồm một nhóm các nút LSR được kết nối luận lý

với nhau bằng các LSP. Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băng

thông cơ bản trong một miền MPLS đặt ra chính là làm thế nào để ánh xạ hiệu quả

đồ hình nghiệm suy lên trên topology mạng vật lý. Đồ hình nghiệm suy được công

thức hóa như sau:

Đặt G = (V, E, C) là một đồ hình mô tả topology vật lý của mạng. Trong đó,

V là tập hợp các nút mạng, E là tập hợp các đường link, C là tập hợp các khả năng

và ràng buộc cho E và V. Ta coi G là topology cơ sở.

Đặt H = (U, F, D) là đồ hình MPLS nghiệm suy, trong đó U là tập con thuộc

V gồm một nhóm LSR tại các đầu của LSP. F là tập hợp các LSP. Tham số D là tập

hợp các yêu cầu và chế tài cho F. Như vậy, H là một đồ hình trực tiếp và phụ thuộc

vào các đặc tính chuyển tải của G.

3.2.3. Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS

Có ba vấn đề cơ bản liên quan đến kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là:

- Ánh xạ các gói lên các lớp chuyển tiếp tương đương (FEC).

- Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng (traffic trunk).

- Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên topology mạng vật lý thông qua các

LSP.

Các phần sau của chương sẽ tập trung vào vấn đề thứ ba, tức là tính toán

đường đi tốt nhất qua mạng cho các trung kế lưu lượng sao cho mạng hoạt động

hiệu quả và tin cậy. Đây chính là bài toán ánh xạ đồ hình nghiệm suy H lên

topology mạng cơ sở G.

3.3. Trung kế lưu lượng và các thuộc tính

Để xây dựng và duy trì trung kế lưu lượng, người ta tìm cách mô hình hóa nó

bằng các tham số. Một thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến các

đặc trưng hành vi của trung kế lưu lượng. Các thuộc tính có thể được gán cụ thể

thông qua hành động quản trị hoặc được gán ngầm ẩn bởi các giao thức bên dưới



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 74



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

khi các gói được phân loại và ánh xạ vào FEC tại lối vào miền MPLS. Thực tế, một

trung kế lưu lượng có thể đặc trưng hóa bởi:

- Ingress-LSR và egress-LSR của trung kế lưu lượng

- Tập các FEC được ánh xạ vào trung kế lưu lượng

- Một tập các thuộc tính nhằm xác định các đặc trưng hành vi của trung kế.

Hai vấn đề cơ bản có ý nghĩa đặc biệt là: (1) Tham số hóa các trung kế lưu

lượng và (2) những quy luật sắp đặt và duy trì đường dẫn cho các trung kế lưu

lượng.

3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng

Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng là các tiến trình khác nhau xảy

ra trong thời gian sống của một trung kế lưu lượng:

- Establish : Tạo ra một trung kế lưu lượng bằng cách quyết định một LSP,

gán các nhãn MPLS và quan trọng nhất là gán tài nguyên cho trung kế đó.

- Activate : Làm cho trung kế lưu lượng bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách

dùng một số chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế.

- Deactivate : Làm cho trung kế lưu lượng ngưng chuyển dữ liệu cũng bằng

cách dùng một chức năng định tuyến để dừng việc đưa lưu lượng vào trung kế.

- Modify Attributes : Thay đổi các đặc trưng của trung kế lưu lượng, chẳng

hạn như băng thông khả dụng.

- Reroute : Chọn một đường mới cho trung kế lưu lượng (thường là do một

số sự cố trong mạng hoặc khi khôi phục xong sự cố).

- Destroy : Loại bỏ hoàn toàn một trung kế lưu lượng khỏi mạng và thu hồi

tất cả các tài nguyên đã cấp phát cho nó.

3.3.2. Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter)

Thuộc tính tham số lưu lượng đặc tả băng thông đòi hỏi bởi trung kế lưu

lượng cùng với các đặc trưng lưu lượng khác như tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình,

kích thước bùng phát cho phép, v.v... Dưới góc độ kỹ thuật lưu lượng, các tham số

lưu lượng rất quan trọng vì chúng chỉ thị các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu

lượng.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 75



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

3.3.3. Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn

đường)

Là các tiêu chuẩn lựa chọn và duy trì đường dẫn cho trung kế lưu lượng. Con

đường thực sự được chọn xuyên qua mạng có thể được cấu hình tĩnh bởi nhà điều

hành hoặc được gán động do mạng dựa vào các thông tin từ IGP (như IS-IS hoặc

OSPF). Các thuộc tính cơ bản và các đặc trưng hành vi liên quan đến chọn đường

và quản lý đường cho trung kế lưu lượng được mô tả sau đây:

3.3.3.1. Đường tường minh đặc tả quản trị

Đường tường minh đặc tả quản trị cho một trung kế lưu lượng được cấu hình

bởi nhà điều hành. Một đường gọi là đặc tả toàn bộ nếu chỉ ra tất cả các hop yêu cầu

giữa hai endpoint. Đặc tả một phần là nếu chỉ có một tập con các hop trung gian

được chỉ thị. Thuộc tính "path preference rule" là một biến nhị phân chỉ thị đường

tường minh được cấu hình là bắt buộc hay không bắt buộc.

3.3.3.2. Phân cấp các luật ưu tiên cho đa đường

Trong một số hoàn cảnh thực tế, khả năng chỉ định một tập hợp các đường

tường minh đề cử cho một trung kế lưu lượng và định nghĩa phân cấp các quan hệ

ưu tiên giữa các đường. Khi thiết lập đường, các luật ưu tiên được áp dụng để chọn

ra đường thích hợp từ danh sách đề cử. Trong các tình huống sự cố thì các luật ưu

tiên này cũng được dùng để chọn một đường thay thế từ danh sách đề cử.

3.3.3.3. Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource

Class Affinity)

Thuộc tính này cho phép operator áp đặt các chính sách chọn đường bằng

việc bao gồm hay loại trừ một số link nào đó. Mỗi link được gán một thuộc tính lớp

tài nguyên (Resource-Class). Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên có dạng chuỗi bit

như sau:

Affinity(32-bit), Mask(32-bit)

Mặt nạ lớp tài nguyên chỉ thị các bit nào trong lớp tài nguyên cần được kiểm

tra. Link được bao hàm khi chọn đường nếu chuỗi Affinity trùng với ResourceClass sau khi cùng thực hiện phép AND với mặt nạ. Giá trị default của mặt nạ là

0x0000FFFF.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 76



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

3.3.3.4. Thuộc tính thích ứng (Adaptivity)

Trong nhiều tình huống cần thiết phải thay đổi động các đường dẫn của trung

kế lưu lượng để đáp ứng với việc thay đổi trạng thái mạng (chủ yếu thay đổi tài

nguyên khả dụng). Quá trình này được gọi là tái tối ưu hóa (re-optimization). Thuộc

tính thích ứng cho biết một trung kế lưu lượng được phép tái tối ưu hóa hay không.

Nếu tái tối ưu hóa bị cấm thì trung kế lưu lượng coi như được “ghim” vào đường đã

thiết lập của nó và không thể tái định tuyến (re-route) khi có thay đổi trạng thái

mạng.

3.3.3.5. Phân phối tải qua nhiều trung kế song song

Khi lưu lượng thu gom giữa hai nút quá lớn không thể tải hết trên một

đường, MPLS có thể tạo ra nhiều trung kế lưu lượng giữa hai nút sao cho mỗi trung

kế chuyển một phần của lưu lượng thu gom. Khi đó cần có một số thuộc tính cho

biết tỉ lệ tương đối của lưu lượng được mang bởi mỗi trung kế. Các giao thức bên

dưới sẽ ánh xạ tải lên các trung kế lưu lượng theo các tỉ lệ được cho.

3.3.4. Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption)

Thuộc tính ưu tiên có 8 mức (giảm dần từ 0 đến 7) xác định thứ tự thực hiện

chọn đường cho các trung kế lưu lượng. Độ ưu tiên cũng rất quan trọng khi triển

khai cơ chế lấn chiếm (preemption) vì nó có ảnh hưởng đến thứ tự thiên vị.

Mỗi trung kế lưu lượng được gán một giá trị ưu tiên thiết lập (setup priority)

và một giá trị ưu tiên cầm giữ (holding priority). Khi thiết lập trung kế mới hoặc tái

định tuyến, một trung kế có độ ưu tiên thiết lập cao sẽ chèn lấn một trung kế khác

có độ ưu tiên cầm giữ thấp hơn “bật” ra khỏi đường nếu chúng cạnh tranh tài

nguyên. Ngược lại, việc thiết lập một trung kế mới có thể thất bại nếu băng thông

mà nó yêu cầu đang bị chiếm giữ bởi các trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ cao

hơn.

3.3.5. Thuộc tính đàn hồi (Resilience)

Thuộc tính đàn hồi xác định hành vi của trung kế lưu lượng trong tình huống

xảy ra sự cố theo các cơ chế sau:

- Không tái định tuyến trung kế lưu lượng.

- Tái định tuyến qua một đường khả thi có đủ tài nguyên.

- Tái định tuyến qua đường khả dụng bất kỳ bất chấp các ràng buộc tài

nguyên.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 77



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng



 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

- Tổ hợp của các cơ chế nói trên.

3.3.6. Thuộc tính khống chế (Policing)

Thuộc tính khống chế xác định những hoạt động được thực hiện khi một

trung kế lưu lượng không tuân thủ mức dịch vụ đã đặc tả ở các tham số lưu lượng.

Nó cho biết cách xử lý đối với lượng traffic vượt mức dịch vụ (ví dụ hủy gói hay

truyền theo kiểu best-effort). Nói chung, nên luôn luôn khống chế ở lối vào của

mạng để cưỡng bức tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ và giảm thiểu việc khống

chế bên trong lõi mạng.



3.4. Các thuộc tính tài nguyên

3.4.1. Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier)

Là lượng băng thông dự trữ khả dụng tối đa của một link có thể cấp phát ứng

với từng mức ưu tiên thiết lập (setup priority) của các trung kế lưu lượng.



Hình 3.8 : Một ví dụ băng thông dự trữ cho từng mức ưu tiên



3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource Class)

Thuộc tính lớp tài nguyên của một link là một chuỗi 32 bit được dùng kết

hợp với thuộc tính Affinity của trung kế lưu lượng để bao gồm hay loại trừ các link

nào đó trên đường của trung kế. Hình dưới đây là một ví dụ Affinity và lớp tài

nguyên 4 bit để tránh một link được đặc tả.



 SVTH: Phạm Thanh Hải



Trang 78



GVHD: ThS. Đào Minh Hưng