Định tuyến GMPLS trong mạng lõi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCHNHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT - GMPLSGiới thiệu chương MPLS là một công nghệ chuyển tiếp dữ liệu sử dụngtrong các mạng gói được phát triển bởi Internet E

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

Lê Đức Lâm

ĐỊNH TUYẾN GMPLS TRONG MẠNG LÕI

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI- 2012

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học.: TS Đỗ Vũ Anh

Phản biện 1: ………….………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Hiện trạng mạng viễn thông của các nhà khai thác trênthế giới nói chung và Việt Nam nói riêng là sự trộn lẫn giữacác mạng hiện đang hoạt động trên cơ sở các công nghệ khácnhau tại các phân lớp mạng, do đó việc xây dựng cơ sở hạ tầngmạng tương lai cần phải tính đến việc tận dụng cơ sở hạ tầngmạng đã có Xét về khía cạnh này, công nghệ GMPLS có thểthỏa mãn được những yêu cầu đặt ra nói trên GMPLS chophép người sử dụng có thể tự mình kiến tạo các dịch vụ mộtcách linh hoạt, theo yêu cầu và không hạn chế về khả năng nhưđối với mạng hiện tại GMPLS nhằm hiện đại hoá việc địnhtuyến qua mạng thông tin quang bằng việc tạo ra một mặtphẳng chung giữa các lớp quản lý dịch vụ IP và các lớp thôngtin quang, đặc biệt cho phép chúng phản ứng rất linh hoạt vớicác yêu cầu thay đổi băng thông, cho phép thiết lập các dịch vụthông tin quang năng động hơn Với những ưu điểm nói trên vàhơn nữa GMPLS là công nghệ mới, là xu thế tất yếu của côngnghệ mạng lõi trong tương lai Do vậy, tôi chọn đề tài nghiêncứu về: “ Định tuyến GMPLS trong mạng lõi”. Luận văn tậptrung chủ yếu đến một số nội dung cơ bản sau:

Chương 1: Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giaothức tổng quát Chương này trình bày tổng quan bản chất của

chuyển mạch nhãn đa giao thức, sự phát triển từ MPLS lênGMPLS và báo hiệu trong GMPLS.

Chương 2: Các ứng dụng của GMPLS Chương này nêulên các ứng dụng của GMPLS vào mạng riêng ảo và mạngASON

Chương 3: Định tuyến GMPLS Chương này tập trungphân tích, đánh giá các kỹ thuật định tuyến GMPLS, cách thứctính toán đường định tuyến trong GMPLS để chọn được đườngchuyển mạch tối ưu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCHNHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT - GMPLS

Giới thiệu chương

MPLS là một công nghệ chuyển tiếp dữ liệu sử dụngtrong các mạng gói được phát triển bởi Internet EngineeringTask Force (IETF) xây dựng trên một số công nghệ được phátminh bởi các công ty khác nhau Nó dựa vào việc gắn nhãn chomỗi gói dữ liệu với một định danh (hay nhãn) ngắn duy nhất,mỗi router có thể sử dụng để xác định bước kế tiếp cho các gói

dữ liệu Đồng thời, có rất nhiều các giao thức (dùng để thiết lậpcác quy tắc chuyển tiếp tại các bộ định tuyến MPLS) được mởrộng để cung cấp trình điều khiển chuyển tiếp dữ liệu trong cácmạng không đóng gói Do đó, nguyên tắc cơ bản của MPLS làmột nền tảng quan trọng cho MPLS tổng quát (GMPLS)

Chuyển mạch nhãn

Chuyển mạch nhãn dựa vào liên kết một nhãn nhỏ địnhdạng cố định với mỗi gói dữ liệu để nó có thể được chuyển tiếptrong mạng Điều này có nghĩa rằng mỗi gói, khung, hoặc tếbào phải mang một số nhận dạng thông báo cho các nút mạngbiết làm thế nào để chuyển tiếp nó Tại mỗi đoạn trên mạng góitin được chuyển tiếp dựa trên giá trị của nhãn vào và gửi đi vớimột giá trị nhãn mới Nhãn bị hoán đổi và dữ liệu được chuyển

đi dựa trên giá trị mới của nhãn, dẫn đến hai khái niệm: hoán

đổi nhãn và chuyển mạch nhãn Trong một mạng MPLS, cácgói được dán nhãn bằng cách chèn một phần bổ sung các thôngtin được gọi là mào đầu chèn Nó được đặt giữa các mào đầumạng và mào đầu IP Các mào đầu chèn MPLS mang một nhãn20-bit, nó được dùng để xác định đường đi mà gói tin phải tuântheo.

Các giao thức báo hiệu

Mỗi LSP có một cơ sở thông tin chuyển tiếp LFIB IETF đã cân nhắc kỹ nhằm tránh ủy quyền cho một giaothức phân phối nhãn đơn lẻ để sử dụng cho MPLS Điều nàycho phép các giao thức khác nhau được sử dụng để phù hợp vớicác yêu cầu của các môi trường hoạt động khác nhau Một sốgiao thức phân phối nhãn đã được chuẩn hóa bởi IETF, nhưngchúng ta chỉ cần quan tâm đến giao thức được phát triển cho kỹthuật lưu lượng bởi vì kỹ thuật này liên quan chặt chẽ với cácyêu cầu của các mạng truyền tải kết nối theo định hướng.Trong giao thức này (RSVP-TE) nhãn được cấp phát bởi cácLSR hạ nguồn (đối với các dòng dữ liệu) và được thông báocho LSR thượng nguồn

ngay từ đầu cho tất cả kiểu mạng truyền tải Ưu điểm nổi bậtcủa phương pháp tiếp cận này là mỗi mặt phẳng điều khiểnđược thiết kế rất hiệu quả cho mỗi tiêu chí mạng.

Nhược điểm dễ nhận thấy của các mặt phẳng điều khiểnđược thiết kế riêng đó là mất rất nhiều công sức để phát triểnrất nhiều tập mới cho báo hiệu, định tuyến, các giao thức vàứng dụng kỹ thuật lưu lượng Một nhược điểm nữa là thực tếcác dịch vụ có xu hướng phân tách mạng thành các kiểu khácnhau: một số phần được xây dựng từ các router và switch IPlớp 2, một phần khác được xây dựng từ các thiết bị chuyểnmạch SONET / SDH, trong khi các mạng lõi có thể liên kết các

bộ tách-ghép quang và kết nối chéo

Người ta nhận thấy rằng các hoạt động chuyển mạch cơbản trong mạng WDM rất giồng về mặt logic với hoạt độngchuyển mạch trong thiết bị MPLS Đó là, chuyển mạch đượcyêu cầu phải chuyển đổi một bước sóng đầu vào trên một giaodiện đến thành một bước sóng đầu ra trên một giao diện ra,điều này tương tự như ánh xạ MPLS (nhãn đầu vào, giao diệnđến) thành (nhãn đầu ra, giao diện đi) Từ những quan sát banđầu này, chuyển mạch lambda đa giao thức (MPS) được hìnhthành MPS đã được mở rộng ra trở thành không chỉ cóchuyển mạch lambda, mà còn có các công nghệ chuyển mạchsợi quang, TDM, chuyển mạch lớp 2, và chuyển mạch

gói/khung/tế bào Các khái niệm đã thực sự được tổng quát hoá

và hình thành nên MPLS tổng quát – GMLPS

Báo hiệu trong GMPLS

Báo hiệu là quá trình trao đổi các bản tin trong mặtphẳng điều khiển để thiết lập, duy trì, sửa đổi, và kết thúc cácđường dữ liệu trong mặt phẳng dữ liệu Trong GMPLS, cácđường dữ liệu này chính là các LSP Việc tập hợp các bản tinbáo hiệu và các quy tắc xử lý được gọi là các giao thức báohiệu Các bản tin báo hiệu được trao đổi giữa các thành phầnphần mềm được gọi là các bộ điều khiển toàn mạng Mỗi bộđiều khiển báo hiệu chịu trách nhiệm quản lý các thành phần

dữ liệu của một hoặc một số thiết bị chuyển mạch dữ liệu.Trong GMPLS các thiết bị chuyển mạch dữ liệu được gọi là bộđịnh tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và nó thường là một bộđiều khiển báo hiệu hiện hữu trên LSR thế nên nó có dạng làmột thành phần đơn nhất trong mạng

Kết luận chương

Chương 1 đã đề cập tổng quát về về chuyển mạch nhãn

đa giao thức tổng quát, sự phát triển từ MPLS lên GMPLS, cácgiao thức báo hiệu, thiết lập duy trì LSP, kiểm soát và cấp phánhãn, chuyển tiếp đa miền Từ đây, luận án hướng tới nghiêncứu sâu hơn về định tuyến GMPLS ở chương 3

CHƯƠNG II: CÁC ỨNG DỤNG CỦA GMPLS

Giới thiệu chương

Một VPNL1 cũng có thể định nghĩa như một VPN màmặt phẳng dữ liệu hoạt động tại lớp 1 Một kết nối giữa các CEđược đặt trong các trạm khác nhau của một VPNL1 được gọi làmột kết nối VPN lớp 1

Các mô hình triển khai VPN lớp một

Ý nghĩa của mô hình triển khai này là có thể xem như

có một độ tin cậy hoàn toàn giữa các phần (tất cả các thànhphần đều thuộc một tổ chức) Điều này nghĩa là, lượng thôngtin về các tài nguyên bên trong của lõi lớp 1 (được thông báotới các phần còn lại của mạng) là chỉ bị giới hạn bởi khả năng

mở rộng và các chính sách bên trong Ví dụ, các đối tượng sẽđược tổ chức theo cách mà bất kỳ node mạng của nhà cung cấpnào bên ngoài lõi lớp 1 thì sẽ biết được mọi tài nguyên của lõilớp 1 Có một số lý do giải thích tại sao phương pháp VPNL1bên trong là tốt hơn:

Lý do đầu tiên là khả năng kết nối mặt phẳng điềukhiển Lý do thứ hai là sự mềm dẻo khi sử dụng các VPNL1bên trong và chúng cung cấp các chính sách áp dụng khác nhautrên từng VPN Lý do thứ ba là dịch vụ VPNL1 bên trong loại

bỏ mọi yêu cầu về sự đồng nhất của mặt phẳng điều khiển thựchiện quản lý trong các mạng khác nhau

Mô hình truyền tải cho truyền tải

Chúng ta xem xét trường hợp một nhà mạng cung cấpdịch vụ lớp 2 hoặc 3 có các trạm (tách rời nhau về mặt địa lý)được kết nối thông qua các dịch vụ lớp một từ một nhà cungcấp dịch vụ lớp một độc lập khác, nghĩa là cả hai nhà cung cấphoạt động theo sự quản trị và điều khiển riêng Sự khác nhaucăn bản của mô hình này với mô hình trước đó là độ tin cậygiữa nhà cung cấp dịch vụ lớp một và khác hàng Các dịch vụlớp 1 bao gồm các kết nối trên mặt phẳng điều khiển, trên mặtphẳng dữ liệu giữa các trạm được kết nối với nhau, tuy nhiênnhà cung cấp dịch vụ lớp 1 không đưa ra cấu hình mạng bêntrong cũng như không đưa ra thông tin về các tài nguyên hiện

có trong mạng của họ

Nhưng cũng chú ý rằng nhà cung cấp dịch vụ lớp 1 cóthể thông báo một số thông tin về trạng thái mạng của họ, cácthông tin này có thể được tiết lộ cho phía mạng khách hàngtrong trường hợp các liên kết ảo liên kết một cặp PE dựa trênVPN và cũng có thể được sử dụng trong tính toán đường đahướng

Mô hình kinh doanh tài nguyên lớp 1

Trong mô hình này các nhà cung cấp dịch vụ lớp mộtphải “mở” hơn ở mô hình truyền tải cho truyền tải Cụ thể,chúng cần tiết lộ cho khách hàng ở một mức nào đó thông tin

về các dịch vụ họ cung cấp và có thể cả một số trạng thái bêntrong của mạng, và đưa ra các thông báo kịp thời về các thayđổi nên khách hàng có thể lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ lớpmột để sử dụng dịch vụ.

Mô hình VPN lớp 1 phức tạp

Trong các mô hình trước, một kết nối VPNL1 luôn gồm

ba thành phần tại mọi thời điểm (liên kết tĩnh giữa CE của trạmnguồn và PE lân cận; liên kết động xuyên qua mạng nhà cungcấp; liên kết tĩnh giữa CE của trạm đích và PE lân cận) Tuynhiên, có thể có một kết nối VPNL1 có cấu trúc phức tạp hơn

Ví dụ như các kết nối liên kết các nhà cung cấp và VPNL1được lồng vào nhau, các kết nối này cần các dịch vụ VPN lớp 1phức tạp hơn

Cung cấp VPN lớp một dựa trên GMPLS

Chúng ta cùng tìm hiểu về hai giải pháp cung cấpVPNL1 dựa trên GMPLS đó là: mạng riêng ảo tổng quát(GVPN) và xếp chồng GMPLS

Cả hai giải pháp này đều có những điểm giống nhau vềđịnh địa chỉ liên kết CE-PE, báo hiệu giữa CE-PE và cung cấpđộng các đoạn PE-PE của các kết nối VPNL1 CE-CE Sự khácnhau cơ bản giữa chúng đó là cơ chế được sử dụng trong việckhám phá tự động khám phá các thành phần VPN (PE nhậnbiết các CE ở xa, chúng thuộc VPN nào và gắn với PE nào)

Cả hai giải pháp đều tạo ra các giả thiết liên quan đếnđịnh địa chỉ liên kết CE-PE như sau:

Phía CE của liên kết CE-PE (cổng CE) có một khônggian địa chỉ VPN (nó là duy nhất trong một VPN) được gán bởikhách hàng, chúng ta gọi nó là CE_ID

Phía PE có hai địa chỉ Địa chỉ thứ nhất là PE_ID đượcgán bởi nhà cung cấp còn địa chỉ thứ hai được gán bởi kháchhàng và được cấp phát từ cùng một không gian địa chỉ nhưCE_ID Cổng PE cũng nhận biết một số mà nhận dạng cácVPN trong miền nhà cung cấp

Mạng ASON

ASON không phải là một giao thức hay một tập cácgiao thức Đó là một cấu trúc, trong đó định nghĩa các thànhphần trong một mặt phẳng điều khiển quang và tương tác giữachúng ASON còn chỉ ra các tương tác này tại vùng giáp ranhgiữa các nhà cung cấp khác nhau và vì thế các giao thức yêucầu phải được chuẩn hóa Các vùng khác không được tiêuchuẩn hóa mà để các nhà cung cấp hay các nhà khai thác mạng

tự đưa ra

Chỉ khi kiến trúc các thành phần được định nghĩa mộtcách chi tiết mới có thể đánh giá xem các giao thức có thíchhợp với cấu trúc này hay không Bất kỳ giao thức nào phù hợp

với các yêu cầu của các cấu trúc thành phần đều có khả năngđược xem là hợp chuẩn ASON.

Kiến trúc mạng ASON và mối liên hệ giữa mạng ASON/GMPLS

ASON là một mạng quang bao gồm các ASON NE(Network Element) ASON thực hiện truyền báo hiệu vàchuyển mạch Các ASON NE lưu thông tin về đồ hình và tuyếncủa toàn mạng, tự động tạo và xóa bỏ dịch vụ thông qua báohiệu Mạng ASON có ba mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển,mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng quản lý:

Mặt phẳng điều khiển: Mặt phẳng điều khiển bao gồmmột nhóm các thành phần truyền thông Mặt phẳng này đảmnhận điều khiển phiên làm việc và điều khiển kết nối, bao gồmthiết lập, giải phóng, giám sát và duy trì các kết nối Mặt phẳngđiều khiển tự động khôi phục các kết nối bị lỗi qua trao đổi báohiệu

Mặt phẳng truyền dẫn: Mạng SDH nằm trên mặt phẳngtruyền dẫn Mặt phẳng này phát và ghép kênh tín hiệu quang,thiết lập cấu hình kết nối chéo và chuyển mạch bảo vệ cho tínhiệu, đảm bảo độ tin cậy cho tất cả các tín hiệu quang

Mặt phẳng quản lý: Mặt phẳng quản lý là một phần bổsung cho mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng này duy trì mặtphẳng truyền dẫn, mặt phẳng điều khiển và toàn bộ hệ thống

Các chức năng bao gồm quản lý khai thác, quản lý lỗi, quản lýcấu hình và quản lý bảo mật.

GMPLS và mạng ASON

Các giao thức GMPLS cung cấp một tập các khối đượcxây dựng kỹ lưỡng cho mặt phẳng điều khiển của các mạngtruyền tải, vì thế GMPLS tạo ra một hướng đi mới cho cấu trúcmạng ASON Từ quan điểm của các nhà sản xuất thiết bị vàcác nhà vận hành mạng rằng sẽ có lợi khi phát triển song songGMPLS và ASON thế nên việc phát triển đơn lẻ mặc dù có thểtạo ra được giải pháp tốt nhất song nó rất không hữu dụng để

có nhiều giải pháp được xem xét như các chuẩn hóa Điều nàynghĩa là nhà cung cấp thiết bị phải phát triển và kiểm tra tất cả

sự kết hợp có thể có và người vận hành phải quyết định sẽ triểnkhai cái gì

Kết luận chương

Chương 2 đã đề cập đến hai ứng dụng cơ bản củaGMPLS trong mạng riêng ảo lớp một và mạng ASON Luậnvăn đã nêu được khái quát mạng riêng ảo lớp một và mạngASON, các một số mô hình triển khai của VPN lớp một vàcung cấp VPN lớp một dựa trên GMPLS, kiến trúc mạngASON và mối liên hệ với GMPLS

CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN GMPLS

Giới thiệu chương

Các mạng GMPLS là các mạng kỹ thuật lưu lượngphức tạp và không cần dựa theo gói Để thiết lập thành côngmột LSP qua một mạng, nó là không đủ để biết được băngthông có sẵn trên mỗi một liên kết trên mạng như được xem làmột phần của dữ liệu TE cơ bản Chúng ta cũng phải biết khảnăng chuyển mạch của các liên kết tại mỗi LSR Như chúng ta

đã biết, mỗi một LSR có thể chuyển mạch dữ liệu đến một liênkết theo một hoặc nhiều cách tuỳ theo khả năng của LSR đốivới liên kết đó Vì thế các router cũng phải thông báo khả năngchuyển mạch cho mỗi liên kết TE mà nó thông báo

Các mở rộng giao thức định tuyến.

OSPF là giao thức định tuyến dạng trạng thái liên kếtdựa trên chuẩn mở được phát triển để thay thế phương thứcDistance Vector (RIP) RIP là một giao thức định tuyến đượcchấp nhận trong những ngày đầu của mạng và Internet, nhưng

do phụ thuộc vào số lượng hop mà router có thể đi được chỉ là

15 nên RIP nhanh chóng không thể chấp nhận được trong cácmạng lớn hơn Các mạng lớn hơn cần 1 giải pháp định tuyếnmạnh mẽ hơn OSPF là 1 giao thức định tuyến classless mà sửdụng khái niệm vùng cho khả năng mở rộng Nó sử dụng thông

số cost để tính đường đi tốt nhất OSPF sử dụng băng thôngnhư là thước đo chi phí.

IS-IS là một giao thức định tuyến nội (IGP) được pháttriển năm 1980 bởi Digital Equipment Sau đó ISIS được côngnhận bởi tổ chức ISO như là một giao thức định tuyến chuẩn.Mục tiêu ban đầu của ISIS là tạo ra một giao thức mà tất cả các

hệ thống có thể dùng Tuy nhiên, để có thể đảm bảo một yếu tốthực sự mang tính mở (open), ISO đã cố gắng tích hợp mọi đặcđiểm mang tính thuyết phục của các giao thức định tuyến khácvào ISIS Kết quả là ISIS là một giao thức khá phức tạp Phầnlớn các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) dùng ISIS từ nhữngnăm ISIS được tạo ra Điều này là do ISIS là một giao thức độclập, có khả năng mở rộng và đặc biệt nhất là có khả năng địnhnghĩa “kiểu dịch vụ” trong quá trình routing (ToS routing)

Quản lý liên kết

Các node mạng GMPLS có thể được kết nối với nhautheo các kênh dữ liệu hoặc các liên kết Mỗi một kênh có thể làmột sợi cáp quang, nhưng cũng có thể nhiều kênh nằm trongmột liên kết Một cặp node được kết nối trong mặt phẳng dữliệu sử dụng các giao thức mặt phẳng điều khiển GMPLS cần

có thể định nghĩa và đề cập đến mỗi một kênh dữ liệu theo mộtcách thức rõ ràng để các node kế cận có thể hiểu được hoàntoàn Bởi vì thường có một sự tương ứng một – một giữa các