Tổng quan nghiên cứu

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được IETF chính thức giới thiệu từ năm 1997 và đã nhanh chóng trở thành giải pháp mạng quan trọng trên toàn cầu. Trong giai đoạn 2010-2015, ngành Thuế Việt Nam đã triển khai mạng MPLS nhằm hiện đại hóa công tác quản lý thuế, đặc biệt là hướng tới tập trung hóa ứng dụng từ Trung ương đến địa phương. Việc đảm bảo chất lượng đường truyền (QoS) trên mạng MPLS là yếu tố then chốt để các ứng dụng quản lý thuế hoạt động hiệu quả và thông suốt.

Luận văn tập trung nghiên cứu công nghệ MPLS, mô hình DiffServ trong việc đảm bảo QoS trên mạng MPLS ngành Tài chính, với phạm vi nghiên cứu từ năm 2010 đến 2011 tại hệ thống mạng Tổng cục Thuế và các đơn vị trực thuộc. Mục tiêu chính là đề xuất giải pháp áp dụng mô hình DiffServ để phân loại và ưu tiên lưu lượng, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ mạng, giảm thiểu nghẽn mạch và đảm bảo hiệu suất cho các ứng dụng quan trọng như TABMIS, ITAIS.

Theo số liệu đo đạc thực tế, thông lượng truy cập vào Trung tâm dữ liệu ngành Thuế đạt đỉnh khoảng 44 Mbps với tỷ lệ sử dụng trung bình khoảng 11 Mbps. Tại Cục Thuế Phú Thọ, thông lượng ra vào cao nhất đạt 11.5 Mbps, trong khi tại Chi cục Thuế Việt Trì là 7.2 Mbps. Những con số này phản ánh nhu cầu băng thông ngày càng tăng và sự cần thiết của các chính sách QoS hiệu quả để đảm bảo vận hành mạng ổn định.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS): MPLS kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3, sử dụng nhãn 32-bit để định tuyến gói tin qua mạng. MPLS bao gồm các thành phần chính như bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR), tuyến chuyển mạch nhãn (LSP), và giao thức phân phối nhãn (LDP). MPLS hỗ trợ VPN, kỹ thuật lưu lượng, và QoS đa lớp dịch vụ.

  2. Mô hình chất lượng dịch vụ (QoS) DiffServ: DiffServ phân loại lưu lượng thành các lớp dịch vụ khác nhau dựa trên giá trị DSCP trong tiêu đề IP. Các hành vi chuyển tiếp (PHB) như PHB mặc định, PHB chọn lớp, PHB chuyển tiếp nhanh (EF), và PHB chuyển tiếp tin cậy (AF) được áp dụng để ưu tiên xử lý gói tin. DiffServ cho phép quản lý băng thông, xếp hàng, và loại bỏ gói tin có chọn lọc nhằm tránh nghẽn mạng.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: IP Precedence, MPLS Exp, LSP, RSVP, CBWFQ, WRED, CAR, Modular QoS CLI, GRE Tunnel, và các thuật ngữ liên quan đến mạng MPLS và QoS.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu thực tế đo đạc thông lượng trên mạng MPLS ngành Thuế tại các điểm như Trung tâm dữ liệu, Cục Thuế Phú Thọ, Chi cục Thuế Việt Trì. Dữ liệu được thu thập bằng thiết bị Packetshaper.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích số liệu thống kê lưu lượng, đánh giá hiện trạng chất lượng dịch vụ. Thực nghiệm mô phỏng trên công cụ NS2 với mô hình mạng MPLS kết hợp DiffServ để kiểm chứng hiệu quả các chính sách QoS.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu thực hiện trong năm 2011, tập trung vào phân tích hiện trạng, thiết kế mô hình QoS, triển khai mô phỏng và đánh giá kết quả.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mạng MPLS ngành Thuế với các điểm kết nối cấp Trung ương, tỉnh, huyện được chọn làm mẫu nghiên cứu đại diện cho toàn bộ hệ thống mạng ngành Tài chính.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng lưu lượng mạng MPLS ngành Thuế:

    • Thông lượng truy cập vào Trung tâm dữ liệu đạt đỉnh 44 Mbps, trung bình 11 Mbps.
    • Tại Cục Thuế Phú Thọ, thông lượng ra vào cao nhất 11.5 Mbps, trung bình 4 Mbps.
    • Tại Chi cục Thuế Việt Trì, thông lượng cao nhất 7.2 Mbps, trung bình 4 Mbps.
    • Các ứng dụng giải trí chiếm tỷ lệ lưu lượng lớn hơn so với các ứng dụng quản lý thuế quan trọng.

  2. Hiệu quả mô hình DiffServ trên mạng MPLS qua mô phỏng NS2:

    • Mạng MPLS không sử dụng DiffServ cho thấy thông lượng TCP không cải thiện khi lưu lượng UDP tăng cao (khoảng 459 Kbps).
    • Khi áp dụng DiffServ, thông lượng TCP tăng lên đáng kể, đạt trung bình 735 Kbps với lưu lượng UDP cao, đồng thời độ trễ trung bình giảm nhẹ.
    • Mô hình DiffServ cho phép phân loại lưu lượng, ưu tiên các luồng TCP quan trọng, giảm thiểu ảnh hưởng của lưu lượng UDP lớn.

  3. Chính sách QoS đề xuất:

    • Đánh dấu IP Precedence và MPLS Exp để phân loại lưu lượng thành các lớp bạch kim, vàng, bạc, đồng với các mức ưu tiên và băng thông khác nhau.
    • Giới hạn băng thông đầu vào tại các router biên để kiểm soát lưu lượng quá tải.
    • Áp dụng loại bỏ có chọn lọc (Selective Packet Drop) theo thứ tự ưu tiên để tránh nghẽn mạch.
    • Sử dụng các cơ chế xếp hàng (Queueing) như LLQ, CBWFQ, WRED để đảm bảo độ trễ thấp cho lưu lượng thoại và phân bổ băng thông hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Kết quả đo đạc thực tế cho thấy mạng MPLS ngành Thuế đang chịu áp lực lưu lượng ngày càng tăng, dẫn đến hiện tượng nghẽn mạch dù đã nâng cấp băng thông. Việc các ứng dụng giải trí chiếm tỷ lệ lưu lượng lớn làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông cho các ứng dụng quản lý thuế quan trọng.

Mô hình DiffServ khi kết hợp với MPLS đã chứng minh khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ bằng cách phân loại và ưu tiên lưu lượng. So với các nghiên cứu trong ngành, kết quả mô phỏng phù hợp với các báo cáo cho thấy DiffServ giúp giảm độ trễ và tăng thông lượng cho các ứng dụng ưu tiên.

Việc áp dụng các chính sách QoS tổng thể, có khả năng mở rộng và linh hoạt là cần thiết cho hệ thống mạng lớn như ngành Tài chính. Các biểu đồ thông lượng và độ trễ mô phỏng minh họa rõ ràng sự cải thiện khi sử dụng DiffServ, hỗ trợ cho việc ra quyết định triển khai thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai chính sách QoS DiffServ trên toàn mạng MPLS ngành Tài chính:

    • Áp dụng đánh dấu IP Precedence và MPLS Exp tại các router biên (PE Router) để phân loại lưu lượng.
    • Thời gian thực hiện: trong vòng 12 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Ban Công nghệ thông tin Tổng cục Thuế phối hợp với nhà cung cấp dịch vụ mạng.

  2. Giới hạn băng thông và kiểm soát lưu lượng tại các điểm truy cập:

    • Thiết lập giới hạn băng thông đầu vào, áp dụng các chính sách loại bỏ có chọn lọc để tránh nghẽn mạch.
    • Thời gian thực hiện: 6-9 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Đội ngũ kỹ thuật mạng tại các Trung tâm tỉnh và huyện.

  3. Sử dụng các cơ chế xếp hàng ưu tiên (LLQ, CBWFQ, WRED):

    • Đảm bảo độ trễ thấp cho các ứng dụng thoại và video, phân bổ băng thông hợp lý cho các lớp dịch vụ.
    • Thời gian thực hiện: 6 tháng.
    • Chủ thể thực hiện: Nhà cung cấp thiết bị mạng và đội ngũ vận hành.

  4. Đào tạo và nâng cao năng lực quản lý QoS cho cán bộ kỹ thuật:

    • Tổ chức các khóa đào tạo về MPLS, DiffServ và quản lý QoS.
    • Thời gian thực hiện: liên tục hàng năm.
    • Chủ thể thực hiện: Trường Đại học Công nghệ phối hợp với Bộ Tài chính.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cán bộ kỹ thuật mạng tại các cơ quan ngành Tài chính:

    • Hiểu rõ về công nghệ MPLS và mô hình QoS DiffServ để vận hành và quản lý mạng hiệu quả.

  2. Nhà cung cấp dịch vụ mạng và thiết bị:

    • Tham khảo các giải pháp kỹ thuật và chính sách QoS phù hợp với mạng MPLS quy mô lớn.

  3. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ Thông tin, Mạng máy tính:

    • Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về MPLS, DiffServ và ứng dụng thực tế trong môi trường mạng chính phủ.

  4. Các nhà quản lý CNTT trong các tổ chức chính phủ:

    • Đánh giá và hoạch định chiến lược phát triển hạ tầng mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng quan trọng.

Câu hỏi thường gặp

  1. MPLS là gì và tại sao lại quan trọng trong mạng ngành Thuế?
    MPLS là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức giúp định tuyến gói tin nhanh và hiệu quả hơn so với định tuyến truyền thống. Trong ngành Thuế, MPLS đảm bảo kết nối ổn định, hỗ trợ VPN và QoS, giúp các ứng dụng quản lý thuế hoạt động thông suốt.

  2. DiffServ khác gì so với IntServ trong quản lý QoS?
    IntServ đặt trước tài nguyên cho từng luồng lưu lượng, phù hợp mạng nhỏ nhưng khó mở rộng. DiffServ phân loại lưu lượng theo lớp dịch vụ, dễ triển khai và mở rộng trên mạng lớn như MPLS ngành Thuế.

  3. Làm thế nào để phân loại lưu lượng trên mạng MPLS?
    Lưu lượng được đánh dấu bằng IP Precedence và trường Exp trong nhãn MPLS, từ đó áp dụng các chính sách ưu tiên, giới hạn băng thông và xếp hàng phù hợp với từng lớp dịch vụ.

  4. Kết quả mô phỏng NS2 cho thấy lợi ích gì khi áp dụng DiffServ?
    Mô phỏng cho thấy khi sử dụng DiffServ, thông lượng TCP tăng lên đáng kể và độ trễ giảm, giúp các ứng dụng quan trọng có hiệu suất tốt hơn trong môi trường lưu lượng hỗn hợp.

  5. Các bước tiếp theo để triển khai mô hình QoS này trong thực tế là gì?
    Cần thực hiện cấu hình chính sách QoS trên thiết bị mạng hiện có, đào tạo nhân sự kỹ thuật, giám sát và điều chỉnh chính sách dựa trên dữ liệu thực tế để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

Kết luận

  • MPLS là nền tảng mạng quan trọng giúp ngành Thuế hiện đại hóa hạ tầng truyền thông, hỗ trợ VPN và QoS đa lớp dịch vụ.
  • Mô hình DiffServ cung cấp giải pháp phân loại và ưu tiên lưu lượng hiệu quả, phù hợp với mạng MPLS quy mô lớn.
  • Số liệu đo đạc thực tế và mô phỏng NS2 chứng minh việc áp dụng DiffServ nâng cao chất lượng dịch vụ, giảm nghẽn mạch và tăng thông lượng cho các ứng dụng ưu tiên.
  • Đề xuất triển khai chính sách QoS tổng thể, bao gồm đánh dấu lưu lượng, giới hạn băng thông, loại bỏ có chọn lọc và xếp hàng ưu tiên.
  • Hướng phát triển tiếp theo là thực thi chính sách QoS trên thiết bị mạng thực tế và nghiên cứu các giao thức mới để nâng cao QoS cho mạng lõi MPLS ngành Tài chính.

Hành động tiếp theo: Ban lãnh đạo ngành Tài chính và đội ngũ kỹ thuật cần phối hợp triển khai các chính sách QoS, đồng thời tiếp tục nghiên cứu và cập nhật công nghệ để đảm bảo mạng MPLS luôn đáp ứng được yêu cầu phát triển ứng dụng trong tương lai.