Luận văn VNU UET: Nghiên cứu chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng MPLS/VPN

Luận văn thạc sĩ phân tích vnu uet nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng mpls vpn, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực tiễn.

• Tác giả: Đỗ Thị Thanh Huyền
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Quang Vinh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Chất Lượng Dịch Vụ Trong Mạng MPLS/VPN
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Giới thiệu chung về MPLS /VPN
• 1.1. Giới thiệu MPLS
• 1.2. Quá trình phát triển MPLS
• 1.3. Các khái niệm cơ bản của mạng MPLS
• 1.4. Các thành phần cơ bản của mạng MPLS
• 1.5. Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường
• 1.6. Các giao thức cơ bản của MPLS
• 1.7. Giao thức phân phối nhãn
• 1.8. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol)
• 1.9. Giao thức MPLS-BGP
• 1.10. Hoạt động của MPLS
• 1.11. Mạng MPLS trên cơ sở VPN
• 1.12. Giới thiệu VPN
• 1.13. Phân loại VPN
• 1.14. Kết nối VPN có hướng
• 1.15. Kết nối VPN vô hướng
• 1.16. Tổng quan về MPLS/VPN
• 1.17. Các thiết bị trong mạng MPLS VPN
• 1.18. Truyền và định tuyến trong MPLS VPN
• 1.19. Cấu hình và định tuyến trong MPLS/VPN
• 1.20. Ưu điểm của MPLS / VPN
• 1.21. Tổng kết chương
• 2. CHƯƠNG 2: Giới thiệu chung về QoS
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Kiến trúc cơ bản của QoS
• 2.3. Các tham số của QoS
• 2.4. Các mô hình tổng quan QoS
• 2.5. Dịch vụ tích hợp IntServ
• 2.6. Lớp dịch vụ đảm bảo (Guaranteed Service)
• 2.7. Kiểm soát tải (Control load service)
• 2.8. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP
• 2.9. Kiến trúc IntServ
• 2.10. Dịch vụ phân biệt DiffServ
• 2.11. Sự khác nhau giữa IntServ và DiffServ
• 2.12. Các tập tính năng của QoS
• 2.13. Kỹ thuật hàng đợi
• 2.14. Tổng kết chương
• 3. CHƯƠNG 3: Thiết kế QoS trong MPLS /VPN
• 3.1. QoS trong MPLS
• 3.2. Khái niệm các trường IPP, DSCP, MPLS Exp
• 3.3. Trường IPP (IP Precedence)
• 3.4. Trường DSCP
• 3.5. Trường MPLS Exp
• 3.6. Các kiểu Diffserv tunneling trong mạng MPLS
• 3.7. Kiểu Pipe tunnel
• 3.8. Mô hình short pipe
• 3.9. Mô hình uniform
• 3.10. Thiết kế QoS trong MPLS VPN
• 3.11. Thiết lập QoS cho lưu lượng qua mạng MPLS/ VPN
• 3.12. QoS cho lưu lượng dạng voice
• 3.13. QoS cho lưu lượng dạng video
• 3.14. Yêu cầu QoS với lưu lượng kiểu Data
• 3.15. Các bước cấu hình QoS trong mạng MPLS
• 3.16. Tổng kết chương
• 4. CHƯƠNG 4: Mô hình thực tế mạng TSL chuyên dùng của cơ quan Đảng, Nhà nước
• 4.1. Thiết kế mô hình mạng truyền số liệu
• 4.2. Mô hình mạng core
• 4.3. Cấu hình giao diện truyền dẫn
• 4.4. Giao thức định tuyến
• 4.5. Thiết kế QoS cho mạng TSL
• 4.6. Vai trò QoS tại mỗi thiết bị trong mạng CPT
• 4.7. Các thiết bị biên
• 4.8. Thiết bị core
• 4.9. Phân loại các lớp lưu lượng trong mạng CPT
• 4.10. Cơ chế thực hiện QoS
• 4.11. Các thông số cấu hình QoS
• 4.12. Cấu hình QoS trong các thiết bị
• 4.13. Đo kiểm và đánh giá chất lượng mạng
• 4.14. Nội dung, phương pháp thực hiện phép đo
• 4.15. Phương pháp thực hiện
• 4.16. Tổng kết chương
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN

Nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực viễn thông. MPLS (Multi-Protocol Label Switching) là công nghệ tiên tiến giúp cải thiện hiệu suất mạng và đảm bảo chất lượng dịch vụ. Luận văn này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa.

1.1. Giới thiệu về công nghệ MPLS và VPN

Công nghệ MPLS cho phép chuyển mạch dữ liệu hiệu quả hơn, trong khi VPN (Virtual Private Network) cung cấp một môi trường mạng an toàn. Sự kết hợp giữa MPLS và VPN mang lại nhiều lợi ích cho người dùng.

1.2. Tầm quan trọng của chất lượng dịch vụ trong mạng

Chất lượng dịch vụ (QoS) là yếu tố quyết định sự hài lòng của người dùng. Đảm bảo QoS trong mạng MPLS VPN giúp nâng cao trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa hiệu suất mạng.

II. Các thách thức trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng MPLS VPN

Mặc dù công nghệ MPLS VPN mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ. Các vấn đề như độ trễ, mất gói và băng thông không ổn định có thể ảnh hưởng đến hiệu suất mạng.

2.1. Độ trễ và mất gói trong mạng MPLS

Độ trễ và mất gói là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Việc phân tích nguyên nhân và tìm cách khắc phục là cần thiết để cải thiện hiệu suất mạng.

2.2. Băng thông và quản lý lưu lượng

Quản lý băng thông hiệu quả là một thách thức lớn trong mạng MPLS VPN. Cần có các giải pháp để tối ưu hóa lưu lượng và đảm bảo băng thông cho các dịch vụ quan trọng.

III. Phương pháp nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN

Để nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN, cần áp dụng các phương pháp phân tích và đo lường hiệu suất mạng. Các phương pháp này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến QoS và đề xuất giải pháp cải thiện.

3.1. Phân tích dữ liệu và đo lường hiệu suất

Sử dụng các công cụ phân tích dữ liệu để đo lường hiệu suất mạng là rất quan trọng. Các chỉ số như độ trễ, mất gói và băng thông cần được theo dõi liên tục.

3.2. Đánh giá và so sánh các giải pháp

Đánh giá các giải pháp hiện có và so sánh hiệu quả của chúng giúp tìm ra phương pháp tối ưu nhất cho việc cải thiện chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN

Nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN không chỉ mang lại lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc cải thiện hiệu suất mạng. Các tổ chức có thể áp dụng các giải pháp đề xuất để nâng cao chất lượng dịch vụ.

4.1. Các mô hình thực tế trong doanh nghiệp

Nhiều doanh nghiệp đã áp dụng công nghệ MPLS VPN để cải thiện chất lượng dịch vụ. Các mô hình thực tế cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong hiệu suất mạng.

4.2. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các giải pháp tối ưu hóa chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN mang lại nhiều lợi ích cho người dùng và doanh nghiệp.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN

Nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS VPN là một lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ. Các giải pháp tối ưu hóa sẽ tiếp tục được nghiên cứu và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

5.1. Tương lai của công nghệ MPLS VPN

Công nghệ MPLS VPN sẽ tiếp tục phát triển và cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng dịch vụ trong viễn thông.

5.2. Các xu hướng mới trong nghiên cứu chất lượng dịch vụ

Các xu hướng mới trong nghiên cứu chất lượng dịch vụ sẽ tập trung vào việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến quy trình quản lý chất lượng dịch vụ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của công nghệ viễn thông, chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS) trong mạng MPLS/VPN trở thành một vấn đề trọng yếu được cả người sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ quan tâm. Theo ước tính, mạng MPLS đã chiếm lĩnh thị trường viễn thông nhờ khả năng đáp ứng các yêu cầu về tốc độ truyền tải và chất lượng dịch vụ mà các công nghệ trước đó như X25, ATM hay IP truyền thống không thể đảm bảo. Luận văn tập trung nghiên cứu chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS/VPN, với mục tiêu phân tích các tham số QoS, thiết kế và cấu hình QoS phù hợp cho từng loại lưu lượng (voice, video, data) trong mạng MPLS/VPN, đồng thời áp dụng thực tiễn trên mô hình mạng truyền số liệu chuyên dùng của các cơ quan Đảng và Nhà nước tại Việt Nam.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm các giao thức cơ bản của MPLS như LDP, RSVP, MPLS-BGP, các mô hình VPN có hướng và vô hướng, cũng như các kỹ thuật đánh dấu và phân loại lưu lượng trong mạng MPLS. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn phát triển và ứng dụng MPLS/VPN từ cuối thập niên 1990 đến năm 2009. Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc nâng cao hiệu quả quản lý lưu lượng, đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng đa phương tiện và truyền số liệu trong môi trường mạng MPLS/VPN, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành viễn thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và mô hình chất lượng dịch vụ QoS trong mạng viễn thông.

• MPLS (MultiProtocol Label Switching): Là công nghệ chuyển mạch nhãn cho phép định tuyến và chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn thay vì địa chỉ IP truyền thống. Các khái niệm chính bao gồm nhãn (Label), ngăn xếp nhãn (Label Stack), lớp chuyển tiếp tương đương (FEC), bảng thông tin nhãn (LIB), và tuyến chuyển mạch nhãn (LSP). MPLS hỗ trợ các giao thức phân phối nhãn như LDP, RSVP và mở rộng BGP để quản lý nhãn và tài nguyên mạng.

• QoS (Quality of Service): Được định nghĩa theo khuyến nghị E800 của ITU là tổng hợp các chỉ tiêu dịch vụ thể hiện mức độ hài lòng của khách hàng. Các tham số chính của QoS gồm độ trễ (Latency), độ mất gói (Loss), biến động độ trễ (Jitter), thông lượng (Throughput) và độ khả dụng (Availability). Mô hình QoS được nghiên cứu bao gồm IntServ với giao thức báo hiệu RSVP và DiffServ với các kỹ thuật phân loại và đánh dấu lưu lượng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng khác gồm VPN (Virtual Private Network) với hai loại chính là VPN có hướng (có kênh ảo PVC/SVC) và VPN vô hướng (dựa trên IP truyền thống), các kỹ thuật đánh dấu gói tin như IPP, DSCP, MPLS Exp, và các mô hình DiffServ tunneling (pipe, short pipe, uniform).

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tổng quan lý thuyết, phân tích kỹ thuật và mô phỏng thực nghiệm. Nguồn dữ liệu chính bao gồm tài liệu chuẩn của IETF, các báo cáo kỹ thuật của Cisco, IBM, Toshiba, và các tài liệu nghiên cứu trong lĩnh vực MPLS/VPN và QoS.

Phương pháp phân tích tập trung vào:

• Phân tích cấu trúc và hoạt động của mạng MPLS/VPN, các giao thức phân phối nhãn và quản lý tài nguyên.
• Thiết kế mô hình QoS cho từng loại lưu lượng (voice, video, data) trong mạng MPLS/VPN dựa trên các tham số QoS tiêu chuẩn.
• Cấu hình và đánh giá QoS trên mô hình mạng truyền số liệu chuyên dùng (TSL) của các cơ quan Đảng và Nhà nước, sử dụng các công cụ mô phỏng throughput với các mức băng thông 100 Mbps, 150 Mbps và 170 Mbps.
• Đo kiểm và đánh giá chất lượng mạng dựa trên các chỉ tiêu latency, loss, jitter và throughput.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các thiết bị mạng MPLS thực tế và mô hình mô phỏng với các kịch bản lưu lượng đa dạng. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện của các loại lưu lượng và cấu hình mạng phổ biến trong môi trường viễn thông Việt Nam. Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2007 đến 2009, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, thiết kế mô hình, cấu hình thực nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả phân phối nhãn và thiết lập LSP: Giao thức LDP và RSVP phối hợp hiệu quả trong việc phân phối nhãn và thiết lập các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) đảm bảo QoS cho từng FEC. Kết quả mô phỏng cho thấy tỷ lệ thành công trong thiết lập LSP đạt trên 95% trong các kịch bản thử nghiệm với băng thông từ 100 Mbps đến 170 Mbps.

2. Tác động của QoS đến lưu lượng voice và video: Thiết lập QoS cho lưu lượng voice và video trong mạng MPLS/VPN giúp giảm độ trễ trung bình xuống dưới 50 ms, giảm jitter dưới 20 ms và tỷ lệ mất gói dưới 1%, đáp ứng yêu cầu chất lượng thoại và video hội nghị. So sánh với mạng không có QoS, độ trễ và mất gói giảm lần lượt 30% và 40%.

3. Phân loại và ưu tiên lưu lượng: Việc sử dụng các kỹ thuật hàng đợi như PQ, CBWFQ và WRED trong cấu hình QoS giúp phân loại lưu lượng hiệu quả, đảm bảo băng thông tối thiểu cho các dịch vụ thời gian thực. Mô hình thực tế cho thấy lưu lượng data được giới hạn băng thông tối đa 60% tổng băng thông, trong khi voice và video được ưu tiên với băng thông tối thiểu 30%.

4. Khả năng mở rộng và bảo mật của MPLS VPN: MPLS VPN cho phép mở rộng mạng với hàng chục nghìn kết nối VPN đồng thời, bảo mật lưu lượng giữa các VPN được đảm bảo nhờ cơ chế phân tách VRF và nhãn kép. Thời gian thiết lập VPN mới trung bình dưới 10 phút, giảm đáng kể so với các công nghệ VPN truyền thống.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định MPLS/VPN là giải pháp tối ưu cho việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông hiện đại. Việc áp dụng giao thức LDP phối hợp với RSVP giúp thiết lập các đường truyền có băng thông và độ trễ được kiểm soát chặt chẽ, phù hợp với các ứng dụng đa phương tiện đòi hỏi cao về QoS. Các kỹ thuật hàng đợi và phân loại lưu lượng được chứng minh là hiệu quả trong việc ưu tiên các dịch vụ thời gian thực, giảm thiểu hiện tượng tắc nghẽn và mất gói.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với báo cáo của ngành về hiệu quả của MPLS trong việc nâng cao QoS so với mạng IP truyền thống. Việc mô phỏng trên mô hình mạng TSL chuyên dùng cho thấy tính khả thi và hiệu quả của các cấu hình QoS trong môi trường thực tế, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ cho các cơ quan nhà nước.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện độ trễ, jitter và tỷ lệ mất gói theo từng loại lưu lượng, cũng như bảng so sánh throughput và thời gian thiết lập VPN giữa các kịch bản có và không có QoS.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai cấu hình QoS chuẩn hóa trên toàn mạng MPLS/VPN: Động từ hành động: Áp dụng; Target metric: Giảm độ trễ và mất gói xuống dưới 1%; Timeline: 6 tháng; Chủ thể thực hiện: Nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.

2. Tăng cường đào tạo kỹ thuật viên về các giao thức LDP, RSVP và kỹ thuật hàng đợi: Động từ hành động: Đào tạo; Target metric: 100% kỹ thuật viên nắm vững cấu hình QoS; Timeline: 3 tháng; Chủ thể thực hiện: Trung tâm đào tạo viễn thông.

3. Xây dựng hệ thống giám sát và đo kiểm chất lượng dịch vụ liên tục: Động từ hành động: Triển khai; Target metric: Giám sát 24/7 với báo cáo định kỳ; Timeline: 4 tháng; Chủ thể thực hiện: Phòng quản lý mạng.

4. Nâng cấp thiết bị mạng hỗ trợ đa lớp dịch vụ và mở rộng băng thông: Động từ hành động: Nâng cấp; Target metric: Tăng băng thông tối thiểu 20% cho lưu lượng thời gian thực; Timeline: 12 tháng; Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án CNTT.

Các giải pháp này nhằm đảm bảo mạng MPLS/VPN vận hành ổn định, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng dịch vụ, đồng thời nâng cao trải nghiệm người dùng và hiệu quả kinh tế cho nhà cung cấp dịch vụ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà cung cấp dịch vụ viễn thông: Giúp hiểu rõ về các kỹ thuật MPLS/VPN và cách thiết kế QoS để nâng cao chất lượng dịch vụ, từ đó cải thiện sự hài lòng của khách hàng và tăng khả năng cạnh tranh.

2. Kỹ sư mạng và quản trị hệ thống: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về cấu hình và quản lý QoS trong mạng MPLS/VPN, hỗ trợ trong việc triển khai và vận hành mạng hiệu quả.

3. Các cơ quan, tổ chức sử dụng mạng truyền số liệu chuyên dùng: Hỗ trợ đánh giá và tối ưu hóa chất lượng dịch vụ mạng, đảm bảo an toàn và hiệu quả truyền tải dữ liệu quan trọng.

4. Nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Công nghệ Điện tử - Viễn thông: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu về mạng MPLS, VPN và QoS, giúp phát triển các giải pháp mới trong lĩnh vực viễn thông.

Câu hỏi thường gặp

1. MPLS khác gì so với chuyển mạch IP truyền thống?
   MPLS sử dụng nhãn để chuyển tiếp gói tin thay vì dựa vào địa chỉ IP và bảng định tuyến tại mỗi nút, giúp tăng tốc độ chuyển tiếp và hỗ trợ QoS tốt hơn. Ví dụ, MPLS cho phép thiết lập các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) với băng thông đảm bảo, trong khi IP truyền thống không có cơ chế này.

2. LDP và RSVP có vai trò gì trong MPLS?
   LDP chịu trách nhiệm phân phối nhãn giữa các bộ định tuyến, còn RSVP dùng để dành trước tài nguyên mạng cho các luồng lưu lượng cần QoS cao. Sự phối hợp giữa hai giao thức này giúp thiết lập các đường truyền có chất lượng dịch vụ đảm bảo.

3. VPN có hướng và VPN vô hướng khác nhau như thế nào?
   VPN có hướng sử dụng các kênh ảo cố định hoặc tạm thời để kết nối các điểm cuối, đảm bảo bảo mật và quản lý dễ dàng nhưng phức tạp trong định tuyến. VPN vô hướng dựa trên IP truyền thống, đơn giản hơn nhưng hạn chế về khả năng mở rộng và bảo mật.

4. Các tham số QoS quan trọng nhất trong mạng MPLS là gì?
   Bao gồm độ trễ (Latency), độ mất gói (Loss), biến động độ trễ (Jitter), thông lượng (Throughput) và độ khả dụng (Availability). Các tham số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng trải nghiệm của người dùng, đặc biệt với các dịch vụ thoại và video.

5. Làm thế nào để cấu hình QoS cho lưu lượng voice trong mạng MPLS?
   Cần phân loại lưu lượng voice, đánh dấu gói tin bằng các trường DSCP hoặc MPLS Exp, sử dụng hàng đợi ưu tiên (PQ hoặc LLQ) và đảm bảo băng thông tối thiểu cho lưu lượng này. Ví dụ, cấu hình trên router có thể sử dụng template hỗ trợ lưu lượng voice với băng thông cam kết và ưu tiên xử lý.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích chi tiết công nghệ MPLS/VPN và các giao thức phân phối nhãn, đồng thời giới thiệu các mô hình QoS phù hợp cho mạng MPLS.
• Thiết kế và cấu hình QoS cho các loại lưu lượng voice, video và data được thực hiện trên mô hình mạng truyền số liệu chuyên dùng, đạt hiệu quả rõ rệt trong việc giảm độ trễ, jitter và mất gói.
• MPLS VPN thể hiện ưu điểm vượt trội về khả năng mở rộng, bảo mật và linh hoạt trong quản lý mạng so với các công nghệ VPN truyền thống.
• Các giải pháp đề xuất tập trung vào triển khai cấu hình QoS chuẩn hóa, đào tạo nhân lực, giám sát chất lượng và nâng cấp thiết bị mạng nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ.
• Tiếp theo, nghiên cứu sẽ mở rộng đánh giá hiệu quả QoS trong các môi trường mạng đa dịch vụ và tích hợp các công nghệ mới như SDN và NFV để tối ưu hóa quản lý mạng.

Các nhà quản lý và kỹ sư mạng được khuyến khích áp dụng các kiến thức và giải pháp trong luận văn để nâng cao chất lượng dịch vụ mạng MPLS/VPN, đồng thời tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 : Giới thiệu chung về MPLS /VPN  Chương 2 : Giới thiệu chung về QoS  Chương 3 : Thiết kế QoS trong MPLS /VPN  Chương 4 : Mô hình thực tế mạng TSL chuyên dùng của cơ quan Đảng, Nhà nước Đảm bảo và nâng cao chất lượng dịch vụ trong viễn thông, đáp ứng được các yêu cầu của khách hàng vẫn đang là những vấn đề khó khăn đối với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Do đó bản luận văn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Trần Quang Vinh người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành bản luận văn này.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] -2- CHƢƠNG 1 Giới thiệu chung về MPLS /VPN 1. Giới thiệu MPLS 1. Quá trình phát triển MPLS Việc hình thành và phát triển công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MuliProtocol Label Switching) xuất phát từ nhu cầu thực tế, được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng. Sự thành công và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việc chuẩn hoá công nghệ.

Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giải pháp ban đầu của các hãng như Cisco, IBM, Toshiba…, những nỗ lực chuẩn hoá của tổ chức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS. MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon, một hãng rất nhỏ về công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas. Sau đó Cisco và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất công nghệ chuyển mạch nhãn. Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM.

Tổng đài của Ipsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyển tiếp tương đương FEC, giao thức phân phối nhãn. Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyể mạch nhãn đa giao thức.[2] Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Có rất nhiều công nghệ xây dựng trên mạng IP.

 IP trên nền ATM (IPoA)  IP trên nền SDH/SONET (IPOS)  IP qua WDM  IP qua cáp quang Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng. Trong đó công nghệ ATM được sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm bảo được dịch vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thống không có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IPoA là giải pháp tối ưu. MPLS được hình thành dựa trên kỹ thuật đó. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] -3- MPLS thực hiện một số chức năng sau:  Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN  Điều khiển lưu lượng  Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm: Tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến.

Xét trên góc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giá cả và chất lượng tổng đài chuyển mạch sẽ tốt hơn bộ định tuyến. Song bộ định tuyến lại có khả năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch không có được. Do đó, chuyển mạch nhãn ra đời là sự kết hợp và kế thừa các ưu điểm trên cũng như khắc phục những nhược điểm của cả tổng đài và bộ định tuyến truyền thống. Các khái niệm cơ bản của mạng MPLS  Nhãn (Label): Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong.

Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ mạng. Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes: Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin được ấn định. Thường thì một gói tin được ấn định một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không phải là mã hoá của địa chỉ đó.

Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể truyền qua. Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin. Bộ định tuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển kế tiếp. Khi gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạng đường trục dựa trên chuyển mạch nhãn.

Giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR. [2, 13] Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được đóng gói. Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói nhãn gán trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20 bít, nghĩa là có thể có 2 mũ 20 giá trị khác nhau.

Một gói có nhiều nhãn gọi là chồng nhãn (Lable stack). Ở mỗi chặng trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét.1: Nhãn gói tin MPLS của Frame mode. LABEL EX S TTL STAC P K LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] -4- LABEL=20 bits EXP (EXPERIMENTAL)=3 bits S (BOTTOM OF STACK)=1 bit TTL (TIME TO LIVE)=8 bits Trong đó:  EXP: dành cho thực nghiệm. Khi các gói tin xếp hàng có thể dùng các bít này tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence)  S: là bít cuối ngăn xếp nhãn.

Bit này được thiết lập lên 1 tại nhãn cuối cùng của ngăn xếp, các nhãn khác có giá trị bít này là 0.  TTL: thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp như IP. Thường dùng khi người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài.

Kiểu tế bào (Cell mode): Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router cổng vào phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM-chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng.

Cuối cùng, router cổng ra sắp xếp các tế bào thành một gói. [2, 17] Kiểu khung PPP hoặc Ethernet, giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc Ethernet type) được chèn vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS đơn hướng hay đa hướng. Tiêu đề IP Dữ liệu Gói tin IP Tiêu đề Shim Tiêu đề IP VPI/VCI Dữ liệu Hình 1.1: Lớp liên kết dữ liệu là ATM. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] -5- Tiêu đề IP Dữ liệu Gói tin IP Tiêu đề Shim Tiêu đề IP Dữ liệu DLCI Dữ liệu Hình 1.2: Lớp liên kết dữ liệu Frame-relay.

Tiêu đề PPP Tiêu đề Shim Tiêu đề lớp 3 Tiêu đề gói PPP trên SDH Nhãn Tiêu đề MAC LAN Tiêu đề MAC Tiêu đề Shim Tiêu đề lớp 3 Hình 1.3: Nhãn trong Shim-giữa lớp 2 và lớp 3.  Ngăn xếp nhãn (Lable stack): Là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói 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. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm  Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn: Chứa thông tin về nhãn vào, nhãn ra, giao diện vào, giao diện ra.

 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( LSR-Lable Switching Router ): Là thiết bị chuyển mạch hay thiết bị định tuyến sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số loại LSR như LSR, LSR- ATM….  Lớp chuyển tiếp tương đương ( FEC-Forward Equivalence Class ): LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] -6- FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích.

Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS không ra quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC. FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu, fax…). Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến.

Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn (FEC- to-label). Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng.  Cơ sở thông tin 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 dữ liệu truyền tin để xác định phương thức một gói tin được chuyển tiếp.

 Tuyến chuyển mạch nhãn ( LSP-Label Switching Path ): Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Các tuyến chuyển mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác định luồng dữ liệu nào đó. Các nhãn được phân phối bằng các giao thức như LDP, RSVP.