Mặt khác, trong khuôn khổ DiffServ không có khả năng điều khiển các lỗi
đường kết nối. Ví như trong miền DiffServ, một đường kết nối mang lưu
lượng EF bị đứt kết nối, thì sẽ không có cách nào cung cấp đường kết nối
thay thế để đảm bảo mất gói tối thiểu nhất. Hơn thế nữa, trong Diffserv
không cung cấp bất kỳ kỹ thuật lưu lượng nào, điều đó có nghĩa là sẽ có
những đường kết nối thì quá tải, trong lúc các đường khác có thể không
được sử dụng.
Điều này đặt ra thử thách cho các nhà cung cấp dịch vụ làm sao khai thác được các
ưu điểm của DiffServ mà vẫn khắc phục được những hạn chế của nó.
1.5 Những tồn tại của mạng IP trong việc phát hiện lỗi và tái định tuyến
lưu lượng
Lưu lượng đi trong mạng không phải lúc nào cũng suôn sẻ, việc kết nối bị
lỗi có thể xảy ra tại bất cứ thời điểm nào. Mạng IP có thể cung cấp cơ chế phát
hiện lỗi và tái định tuyến lưu lượng bên trong mạng như sau:
- Node sẽ phát hiện đường kết nối hỏng
- Sau đó sẽ tính toán và tìm đường dẫn thay thế
- Node trước đường liên kết hỏng sẽ phát (flood) các thông báo lỗi đường
truyền đến các node còn lại
- Tất các cả node sẽ tính lại đường đi và cập nhật bảng thông tin định tuyến
FIB (Forwarding Information Base).
Vấn đề tồn tại ở đây chính là thời gian cập nhật bảng FIB: thời gian hội tụ
(convegence) và thời gian truyền tại mỗi node là khác nhau dẫn đến thông tin trên
bảng FIB sai lệch. Kết quả sẽ xảy ra hiện tượng vòng lặp trong mạng. Cụ thể như
sau:
Hình 1.12 Tái định tuyến trong mạng IP
IP sử dụng thuật toán SPF (shortest Path First) để tính đường ngắn nhất cho
lưu lượng ( từ A-B-C –E-F). Khi có sự cố link xảy ra giữa C và E, C sẽ định tuyến
lưu lượng quay trở lại B, trong khi B chưa hội tụ đầy đủ , bảng FIB của B chưa
cập nhật hoàn toàn nên vẫn cứ đẩy gói đến C. Do đó sẽ xảy ra vòng lặp giữa B và
C. Khi link khôi phục lại, có thể lúc đó B vẫn chưa hội tụ kịp thời, bảng FIB cập
nhật thông tin trạng thái lúc đường liên kết lúc lỗi. Do đó khi lưu lượng đến B sẽ
được định tuyến quay trở lại A trong khi lưu lượng từ A vẫn gởi đến B. Vòng lặp
lại xảy ra tại A và B.
Một vấn đề khác, khi C tính toán lại đường thay thế tức là lưu lượng sẽ đi
từ A-B-C-D-E-F. Lúc này để tránh xảy ra hiện tượng vòng lặp tại các router A, B,
C sẽ được thiết lập thời gian giữ (hold down) để đảm bảo mạng hội tụ đầy đủ. Nếu
không thiết lập thời gian này, hiện tượng vòng lặp có thể xảy ra
Đây chính là nhược điểm lớn nhất của IP, khi sử dụng DiffServ trong mạng
IP sẽ không đảm bảo được chất lượng dịch vụ đã ký kết với khách hàng..
1.6 Kết luận
Việc cung cấp và đảm bảo chất lượng dịch vụ là một trong những mối quan
tâm hàng đầu của các nhà cung cấp. Do đó khi thực thi DiffServ trong mạng IP,
với những ưu điểm của nó có thể mang lại chất lượng dịch vụ tốt nhất cho khách
hàng theo đúng hợp đồng thỏa thuận, nhưng với khả năng tái định tuyến của IP
không thể đáp ứng được nhu cầu của khách hàng. Để khắc phục nhược điểm này,
việc tìm ra công nghệ mới với cơ chế khôi phục nhanh là mục tiêu đặt lên hàng
đầu của các nhà cung cấp dịch vụ. Chương 2 sẽ đi vào tìm hiểu mạng MPLS, kỹ
thuật lưu lượng và một số mô hình khôi phục đường dẫn.
Chương 3
Sự kết hợp giữa DiffServ và MPLS
3.1 Giới thiệu
MPLS và DiffServ có những điểm khá tương đồng. Cả 2 kiểu đều tập hợp
các lưu lượng tại biên và xử lý tại lõi, chúng đều có khả năng mở rộng. MPLS đưa
ra một số lợi thế để phục vụ các nhà cung cấp mạng. Tuy nhiên nó không có khả
năng cung cấp các cấp độ dịch vụ phân biệt trên cùng 1 luồng lưu lượng. Do đó,
MPLS và DiffServ là sự kết hợp hoàn hảo, chúng có thể kết hợp để khai thác điểm
mạnh của mỗi công nghệ, đồng thời khắc phục những điểm yếu của nhau. Sự kết
hợp giữa MPLS và DiffServ nhằm mục đích lớn nhất là khả thi chất lượng dịch vụ
điểm- điểm.
3.2 Sự kết hợp giữa MPLS và DiffServ
DiffServ hay MPLS có thể được sử dụng để đưa ra một số dịch vụ với QoS
khác nhau. Bất kỳ sơ đồ định tuyến nào có thể được sử dụng trong mạng DiffServ
và các cấp độ dịch vụ khác nhau tùy vào mỗi khách hàng, nó phụ thuộc vào các
điểm mã (code point) khác nhau được gắn vào các gói tin tại các nút DiffServ. Các
mạng MPLS có thể được cấu hình để đưa ra các chất lượng dịch vụ khác nhau đến
các đường dẫn khác nhau xuyên suốt qua mạng. Nếu cả hai công nghệ được kết
hợp, khi đó các đề xuất dịch vụ DiffServ chuẩn hóa được đưa ra và MPLS có thể
dễ dàng điều khiển theo cách mà các dịch vụ này thực thi. Việc điều khiển này có
nghĩa là các dịch vụ được đề xuất sẽ được phục vụ theo các thông số QoS đã được
định nghĩa trước đó [4]
3.2.1 DiffServ hỗ trợ MPLS
MPLS chỉ phục vụ cho các dịch vụ lớp 3 và không định nghĩa một kiến trúc
QoS mới. Vì thế DiffServ có thể hỗ trợ cho MPLS bằng cách cung cấp kiến
trúc QoS cho các mạng MPLS [4].
MPLS là cơ chế kết nối có hướng, khi được sử dụng trong các mạng đường
trục, nó có thể được nâng cấp cho các vấn đề mở rộng, đặc biệt với RSVP-
TE. Việc kết hợp MPLS và DiffServ nâng cấp các mạng không đảm bảo
điều kiện trên mỗi luồng trong các router lõi. Chỉ có điều kiện trên mỗi LSP
mới được đảm bảo. Nếu không sử dụng DiffServ mà sử dung IntServ trong
mạng MPLS (khi được đề nghị trong bản dự thảo mới) thì chỉ tốn phí để
đảm bảo điều kiện trên mỗi luồng và trên mỗi LSP. Với việc tổ hợp LSP có
thể làm giảm số lượng LSP
DiffServ có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau trên mỗi luồng lưu lượng.
Lược đồ lưu lượng hợp nhất của DiffServ không chỉ làm giảm phí tổn điều
kiện luồng mà còn tăng khả năng thực thi của MPLS trong việc giảm bớt số
nhãn được quản lí.
3.2.2 MPLS hỗ trợ DiffServ
Khi các lỗi kết nối xảy ra, đặc tính tái định tuyến nhanh của MPLS có thể
hỗ trợ MPLS trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ. Dĩ nhiên việc các
đường kết nối bị đứt liên kết thì không xảy ra thường xuyên hàng ngày
trong các mạng đường trục
MPLS cung cấp kỹ thuật lưu lượng cho DiffServ. Có thể hình dung các
đường dẫn khác nhau cho các nhóm PHBs khác nhau, lấn chiếm tài nguyên
hay các cấp độ bảo vệ khác nhau cho các PHBs khác nhau…..
Khi muốn sử dụng DiffServ trong mạng không đồng nhất về các môi
trường lớp kết nối, ví dụ như trong các mạng ATM thì MPLS vẫn là sự lựa
chọn hàng đầu.
3.2.3 Các đặc tính khác so với IP DiffServ
Khi so sánh với mạng IP DiffServ thì về cơ bản mạng MPLS-DiffServ vẫn
không khác gì mấy. Các thành phần chức năng như bảng thỏa thuận điều hòa lưu
lượng TCA, PHB vẫn không thay đổi. Các router tại biên vẫn thực hiện các chức
năng phân lớp (classification), đánh dấu (marking), chính sách (policing) và định
dạng (shaping). Đồng thời các chức năng quản lý bộ đệm cũng như lập lịch gói tin
đi trong mạng theo thực thi PHB vẫn giữ nguyên. Điểm khác ở đây chính là cấu
trúc của node MPLS và việc chuyển tiếp gói tin , do đó nó kéo theo một số thực
thi DiffServ khác so với mạng IP
Hình 3.1 Minh họa ánh xạ trường Prec/DSCP đến EXP
Các router LSR chuyển tiếp chỉ dựa vào header MPLS và trường mở rộng
EXP, do đó LSR không nhìn thấy trực tiếp trường Prec/DSCP trên header IP. Vì
thế các thông tin DiffServ phải được chuyển vào trong MPLS header được mô tả
như hình 3.1.
Vấn đề đặt ra ở đây là trường DSCP là trường 6bit trong khi trường EXP
của nhãn chèn MPLS lại chỉ có 3 bit. Làm thế nào để ánh xạ từ DSCP sang EXP?
Bảng 3.1 sẽ mô tả việc ánh xạ giữa DSCP và EXP
Bảng 3.1 Mô tả việc ánh xạ giữa trường DSCP và EXP
3.2.4 Các dạng đường dẫn LSP trong MPLS-DiffServ
MPLS-DiffServ định nghĩa 2 dạng LSP với các đặc tính và cách thức hoạt
động khác nhau. Dạng thứ nhất là đường dẫn chuyển mạch nhãn có lớp được suy
ra từ trường mở rộng E-LSP (EXP-inferred-class LSP) có thể vận chuyển nhiều
lớp lưu lượng đồng thời. Dạng thứ 2 là LSP có lớp được suy ra từ nhãn L-LSP
(Label-inferred-class LSP) chỉ vận chuyển duy nhất 1 lớp lưu lượng. Chúng phụ
thuộc vào nhiều cơ chế khác nhau để mã hóa, đánh dấu DiffServ cho các gói tin.
Các dạng LSP này yêu cầu các cách thức báo hiệu khác nhau và việc mã hóa
DSCP cũng khác nhau, đây là 2 lĩnh vực quan trọng làm cho MPLS DiffServ khác
với các đặc tính ban đầu.
3.2.4.1 E-LSP
MPLS DiffServ định nghĩa E-LSP như một dạng của LSP mà có thể mang
nhiều lớp lưu lượng đồng thời. Các router chuyển mạch nhãn LSR sử dụng trường
EXP trong header chèn để suy ra PHB mà gói tin yêu cầu. Như hình 3.1 trường
EXP chứa 3 bit, do đó một đường E-LSP có thể hỗ trợ 8 lớp dịch vụ, nó có thể
mang nhiều hơn nếu các lớp sử dụng nhiều lớp con (ví dụ AF1 có thể sử dụng 2
hay 3 lớp con). Hơn thế nữa, chúng cũng không định nghĩa bất kỳ cấu trúc nào
trên trường 3 bit. Các LSR có thể thiết lập E-LSP với việc dự trữ băng thông [7].
Miền MPLS
C
A
D
B
EF
AF1
AF2
Hình 3.2 Ánh xạ giữa IP header với MPLS shim header cho đường E-LSP
Hình 3.3 Mạng MPLS sử dụng E-LSP
Hình 3.2 biểu diễn một mạng sử dụng các đường E-LSPs. Trong trường
hợp này có 2 đường E-LSP giữa 2 node A và D. Mạng hỗ trợ 3 lớp dịch vụ : EF,
AF1 và AF2. Đường E-LSP đầu tiên mang lưu lượng EF, đường LSP thứ 2 mang
tổng hợp cả 3 lớp dịch vụ. Theo các nguyên tắc của E-LSP, tất cả các node thực
thi PHB đều dựa trên giá trị trường EXP của gói tin. Chú ý rằng, một số lưu lượng
EF đi theo một đường E-LSP, trong khi một số lại đi theo đường khác. Node A có
thể chia nhỏ lưu lượng EF và node C chỉ việc phục vụ lưu lượng EF đó mà không
cần phải quan tâm đến việc LSP nào mang lưu lượng EF.
MPLS DiffServ định nghĩa các cơ chế báo hiệu ánh xạ cho E-LSP giữa các
giá trị EXP và PHBs. Một LSR kết hợp các ánh xạ từ EXP đến PHB cho các nhãn
đầu vào và các ánh xạ PHB đến EXP cho các nhãn đầu ra. Việc báo hiệu là ngẫu
nhiên và chiếm giữ vị trí khi thiết lập LSP, khi đó việc ánh xạ giữa các giá trị EXP
và PHB sẽ được sử dụng
3.2.4.2 L-LSP
MPLS DiffServ định nghĩa L-LSP là một dạng LPS mà chỉ có thể vận
chuyển duy nhất 1 lớp lưu lượng. Các router LSR suy ra lớp dịch vụ được kết hợp
cùng với nhãn của gói tin từ đó xác định chính xác PHB. Các LSR sẽ cập nhật sự
kết hợp giữa các nhãn L-LSP và các lớp trong suốt quá trình thiết lập LSP. Việc
báo hiệu sẽ chỉ định đường LSP như một L-LSP và định rõ lớp dịch vụ mà L-LSP
sẽ vận chuyển. Giống như E-LSP, các LSR sẽ thiết lập L-LSP bởi việc dự trữ băng
thông [6]
Hình 3.4 Ánh xạ giữa IP header và MPLS shim header cho đường L-LSP
Hình 3.4 minh họa một mạng MPLS sử dụng các đường L-LSPs. Trong
trường hợp này sẽ có 4 đường L-LSP giữa node A và D. Mạng sử dụng 3 lớp dịch
vụ EF, AF1 và AF2. Đường L-LSP đầu tiên sẽ mang lưu lượng AF2, đường 2 và 3
mang lưu lượng EF và đường cuối cùng mang lưu lượng AF1. Chú ý rằng node A
đã chia nhỏ lưu lượng EF trên 2 đường L-LSP. Node C sẽ nhận ra dạng lưu lượng
EF bằng cách sử dụng các nhãn và phục vụ lưu lượng này mà không cần phải xem
xét LSP nào đã mang nó ( có nghĩa là node sẽ không cung cấp PHB trên mỗi L-
LSP mà trên mỗi lớp dịch vụ).
Miền MPLS
C
A
D
B
EF
AF1
AF2
Hình 3.5 Mạng MPLS sử dụng L-LSPs
Việc sử dụng E-LSP và L-LSP trong cùng mạng MPLS sẽ không loại trừ
lẫn nhau. Các LSR sẽ đảm bảo nội dung của nhãn DiffServ. Nội dung này chính là
loại đường dẫn LSP (E-LSP hay L-LSP), các đối xử PHBs mà LSP hỗ trợ và ánh
xạ giữa việc đóng gói tin với một PHB. Đối với các nhãn đầu vào, việc ánh xạ sẽ
chỉ ra các LSR có suy ra PHB như thế nào. Đối với các nhãn đầu ra, việc ánh xạ
sẽ chỉ ra làm thế nào LSR mã hóa PHB [6]
Hình 3.5 minh họa một mạng MPLS sử dụng đồng thời cả L-LSP và E-
LSP. Trong ví dụ này, sẽ có 2 đường E-LSP giữa 2 node D và E và 2 đường L-
LSP giữa 2 node A và D. Với mạng sử dụng 3 lớp dịch vụ:EF, AF1 và AF2. Node
C sẽ vận chuyển cả 2 đường E-LSP và L-LSP. Node này sử dụng nội dung của
nhãn DiffServ để xác định dạng đường dẫn LSP và ánh xạ chính xác đến PHB từ
