mô phỏng bài toán định tuyến và gãn bước sóng dựa trên kỹ thuật gmpls

ISCD Interface Switching Capability DescrIPtor Bộ mô tả khả năng chuyển mạchgiao diệnIS-IS Intermediate System to Intermediatet System Giao thức định tuyến IS-ISIS-IS-TE Intermediate Sys

MỤC LỤC

Contents

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Dạng nhãn MPLS dùng chung 7

Hình 1.2: Vùng hoạt động của LDP 9

Hình 1.3: Trao đổi thông điệp LDP 10

Hình 1.4: LDP header 11

Hình 1.5: Format thông điệp LDP 11

Hình 1.6: Các loại bản tin LDP 12

Hình 1.7: Ví du LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu 14

Hình 1.8: Thiết lập LSR với CR-LDP 15

Hình 1.9: Tiến trình dự trữ tài nguyên 16

Hình 1.10: Thiết lập LSP với RSVP-TE 19

Hình 1.11: Nội dung bản tin BGP update 20

Hình 1.12: Một số cấu trúc GMPLS 23

Hình 1.13: Các giao thức và các giao thức mở rộng của GMPLS 24

Hình 1.14: Ngăn xếp giao thức GMPLS 25

Hình 2.1: Mạng DWDM định tuyến bước sóng 34

Hình 2.2: Đường đi ngắn nhất cố định 39

Hình 2.3: Tuyến chính (nét liền) và tuyến thay thế (nét chấm) 40

Hình 2.4: Định tuyến thay thế 44

Hình 2.5: Bài toán định tuyến đường đi ngắn nhất 46

Hình 2.6: Bài toán định tuyến lệch với tắc nghẽn ít nhất 46

Hình 3.1: Cấu trúc bộ định tuyến Hikari với TE đa lớp trên giám sát lưu lượng IP 56

Hình 4.1: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS 60

Hình 4.2: Cửa sổ chương trình khi chạy NAM 61

Hình 4.3: Cấu trúc mạng mô phỏng 63

Hình 4.4: Hiện thực hoá mô hình trong NS-2 64

Hình 4.5: Quá trình gửi các bản tin dò đường 66

Hình 4.6: S0 gửi thông tin tới D0 thông qua nút 5-6-9 66

Hình 4.7: Bảng định tuyến 67

Hình 4.8: Dữ liệu truyền khi thực hiện mô phỏng 68

Hình 4.9: Kết quả mô phỏng định tuyến ràng buộc GMPLS 68

Hình 4.10: Xuất bảng cho thấy tỷ lệ mất gói bằng 0 69 Hình 4.11: Hiệu quả sử dụng bước sóng trong mỗi đường truyền

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian gần 5 năm học tại Học Viện, em cảm thấy rất vinh dự và tự hàokhi ngồi học dưới mái trường này Một mái trường có đầy đủ cơ sở vật chất hiện đạicùng với đội ngũ Thầy Cô giỏi, đầy nhiệt huyết là mơ ước học tập của nhiều bạn trẻ

Trong quá trình thực hiện đồ án tôt nghiệp này, cho phép em được gửi lời cảm

ơn sâu sắc tới thầy NGUYỄN XUÂN KHÁNH và LƯƠNG NGỌC NHƠN đã nhiệt

tình hướng dẫn, góp ý để em hoàn tất được Đồ án tốt nghiệp này

Ngoài ra em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Điện

Tử II, Khoa Viễn Thông II - Học Viện Công nghệ Bưu Chính Viễn Thông Cơ Sở tại Tp.HCM đã giảng dạy và tạo môi trường tốt cho em học tập và nghiên cứu.

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình và các bạn học cùng lớp

D06VTA1 những người luôn sát cánh bên tôi trong suốt quá trình học tập cũng nhưtrong thời gian làm đồ án tốt nghiệp

TP Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2011

Sinh viên

Nguyễn Lê Minh

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ thống thông tin quang ra đời cùng với những ưu điểm vượt trội của nó đã vàđang được áp dụng rộng rãi trên mạng lưới thông tin toàn cầu Hiện nay, các hệ thốngthông tin quang truyền dẫn tất cả các tín hiệu dịch vụ băng hẹp, băng rộng đáp ứngyêu cầu của mạng số tích hợp dịch vụ ISDN Vì thế, hệ thống thông tin quang sẽ làmũi đột phá về tốc độ truyền dẫn và cấu hình linh hoạt cho các dịch vụ viễn thông cấpcao

Đối với hệ thống thông tin quang, môi trường truyền dẫn chính là sợi quang, nóthực hiện truyền ánh sáng mang tín hiệu thông tin từ phía phát tới phía thu Địnhtuyến và gán bước sóng trở thành chức năng không thể thiếu được trong mạng quangWDM Vấn đề đặt ra là định tuyến đường đi cho ánh sáng và gán bước sóng cho nótrên mỗi tuyến như thế nào để đạt được một mạng tối ưu

Trong đồ án này, em xin trình bày về đề tài định tuyến và gán bước sóng trongmạng quang WDM dựa trên kỹ thuật GMPLS Đồ án được chia thành bốn chương:

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARIS Aggregate Route-Based IP Chuyển mạch IP theo phương pháp

CPU Central Processor Unit Bộ xử lý trung tâm

CR-LDP Constraint-Based routing Label

DWDM Dense Wavelength Division

MultIPlexing

Ghép kênh phân chia theo bướcsóng mật độ cao (40 hoặc 80 λ trênmột sợi quang)

ERB Explicit Router Information Base Cơ sở thông tin của định tuyếnERO Explicit Router Object Đối tượng của định tuyến

FSC Fiber Switch Capable Khả năng chuyển mạch quangFEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tuoeng đươngGMPLS Generalized Multi Protocol Label

Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứctổng quátIETF International Engineering Task

Force Tổi chức tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tếcho internetIGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miềnILP Integer Linear Program Quy hoạch tuyên tính nguyên

ISCD Interface Switching Capability

DescrIPtor Bộ mô tả khả năng chuyển mạchgiao diệnIS-IS Intermediate System to

Intermediatet System Giao thức định tuyến IS-ISIS-IS-TE Intermediate System to

Intermediate Traffic Engineering

Giao thức định tuyến IS-IS có kỹthuật lưu lượng

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bố nhãn

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý kênh

LSA Link State Advertisement Bản tin quảng bá trạng thái liên kếtLSC Lambda Switch Capable Khả năng chuyển mạch bước sóng

LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãnMPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcNGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NP Subnet op class NP problems

Complete Tập hợp con của lớp các bài toánNP mà nó được xem rất kho giảiNHLFE Next Hop Label Forwarding Entry

NHRP Next Hop Label Protocol

NLRI Network Layer Rechability

InformationNMS Network management System Hệ thống quản lý mạng

OSPF Open Shortest path First Giao thức định tuyến OSPF

OSPF-TE Open Shortest path Fisrt Traffic

Engineering Giao thức định tuyến OSPF có kỹthuật lưu lượng

PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc phân cực mốt

PPP Point To Point Protocol Giao thức điểm-điểm

RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP thời gian thựcRSVP Wavelength Resvation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyênRSVP-TE Wavelength Resvation Protocol

Traffic Engineering Giao thức đặt trước tài nguyên có kỹthuật lưu lượngRWA Routing and Wavelength

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp truyền dẫn số đồng bộSLE Static Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang tĩnh

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải

TED Traffic Engineering DataBase Cơ sở dữ liệu kỹ thuật lưu lượngTDM Time Division MultIPlexer Ghép kênh phân chia theo thời gianTVL Type Length Value Giá trị chiều dài tuyến (số nút)TWA Total Wavelength and Available Tổng số bước sóng và bước sóng có

thể sử dụngUDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụngUNI User Network Interface Giao diện mạng- người sử dụngVCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo

WCC Wavelength Continuity Constraint Ràng buộc bước sóng liên tục

WRN Wavelength Routed Network Mạng định tuyến bước sóng

PNNI Private Network-Network

Interface protocol Giao diện mạng đến mạng riêng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS VÀ GMPLS

1.1 GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây cùng với sự bùng nổ của Internet trên toàn cầu thìcác dịch vụ thoại và đa phương tiện cũng ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt.Kéo theo đó là vấn đề về tốc độ và dải thông của các dịch vụ này đã vượt quá tàinguyên hạ tầng của Internet hiện nay

Như đã biết, giao thức định tuyến TCP/IP có ưu điểm là khả năng định tuyến vàtruyền gói tin hết sức mềm dẻo và linh hoạt Tuy nhiên nhược điểm của nó là khôngđảm bảo được chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu Trong khi đó côngnghệ ATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực vàchất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước nhưng nó lại không có được khả năng địnhtuyến mềm dẻo như của TCP/IP Giải pháp được đặt ra đối với các nhà khoa học là tìm

ra một phương thức chuyển mạch có thể kết hợp đồng thời ưu điểm của TCP/IP vàATM Sự kết hợp đó có thể là giải pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai- mạngthế hệ sau NGN

Chuyển mạch nhãn là giải pháp đáp ứng được nhu cầu đó Có lẽ yếu tố thúc đẩyquan trọng nhất đằng sau chuyển mạch nhãn là nhu cầu phát triển chức năng địnhtuyến của Internet và IP Và đó cũng là điều tất yếu do đòi hỏi của sự phát triển nhanhchóng của Internet

Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đã góp phần giải quyết cácvấn đề mà các mạng ngày nay đang phải đối mặt như tốc độ, lưu lượng truyền khảnăng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) MPLS đã xuất hiện đểđáp ứng các yêu cầu dịch vụ và quản lý băng thông cho giao thức Internet (IP) thế hệsau dựa trên mạng đường trục

Nói tóm lại, sự ra đời của MPLS đóng một vai trò quan trọng trong việc địnhtuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp các gói qua mạng thế hệ sau cũng như giải quyếtcác vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng mạng [13] Nó có thể hoạt động với cácmạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ ATM hiện nay để đáp ứng cácnhu cầu dịch vụ của người sử dụng

IP là giao thức liên mạng phi kết nối Việc chuyển gói tin thực hiện theo cơ chếphi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và cácchức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận địa chỉ

là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tớiđích Từ khi giao thức này ra đời, nó nhanh chóng trở thành giao thức liên mạng thôngdụng nhất Ngày nay gần như các liên mạng công cộng sử dụng giao thức IP Mạng IP

có mặt ở khắp mọi nơi, mạng Internet toàn cầu hiện nay cũng đang sử dụng giao thứcIP

Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời của giao thức IP (như khả năng định tuyến),

nó cũng có không ít những nhược điểm (như khả năng quản lý chất lượng dịch vụ), cácnhà cung cấp mạng trong quá trình phát triển đã liên tục bổ sung các giao thức, thuậttoán mới (chẳng hạn các giao thức QoS như: RSVP, IntServ, DiffServ, giao thức IPSec,RTP/RTCP hay các thuật toán tăng tốc độ tìm kiếm địa chỉ trong bảng định tuyến) để cóthể khắc phục các nhược điểm của mạng IP Nhưng cái gì cũng có giới hạn của nó, khinhu cầu sử dụng dịch vụ của người sử dụng tăng lên cả về loại hình lẫn chất lượng dịch

vụ thì mọi sự bổ sung là không đủ và cần có những công nghệ mạng mới có bản chấtkhác (không là giải pháp phi kết nối) đáp ứng yêu cầu QoS tốt hơn Và thế là nhiều côngnghệ mạng đã ra đời, điển hình là FR và ATM

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mởrộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức địnhtuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.[13]

1.3 CÔNG NGHỆ ATM

Cùng với sự phát triển của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ định tuyến là sựphát triển mạnh trong lĩnh vực chuyển mạch Mạng số dịch vụ tích hợp băng rộng (B-ISDN) là một kỹ thuật cho phép truyền thông thời gian thực giữa các thiết bị truyềnthông đầu cuối, sử dụng kỹ thuật ATM ATM có thể mang mọi luồng thông tin nhưthoại, dữ liệu, video, phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định (gọi là cell),

và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là kết nối ảo

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở phương pháp chuyển mạch gói, thông tin đượcnhóm vào các gói tin có chiều dài cố định Trong đó, vị trí của gói không phụ thuộcvào đồng hồ đồng bộ, và dựa trên nhu cầu bất kì của kênh trước Các chuyển mạchATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau.[13]

ATM có hai đặc điểm quan trọng:

- Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bàoATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễgiảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc kết hợpkênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằmgiúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạchhướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thôngtin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiếtlập một cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyếntại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữliệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối,các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này nhằm thực hiệnhai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗitổng đài Bảng chuyển tế bào có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đanghoạt động đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảngchuyển tin của router dùng IP

Quá trình chuyển tiếp tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự việc chuyển góitin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell

có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều sovới của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng

Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP routertruyền thống

Do có khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao trênmột số các công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công nghệchuyển mạch hứa hẹn và thu hút nhiều sự quan tâm Tuy nhiên, hiện nay cũng nhưtrong tương lai hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp nhất

Đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn, thì môi trường hướng kết nốidường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỷ lệ phầnthông tin mào đầu lại quá lớn Với các loại lưu lượng như vậy thì môi truờng phi kếtnối với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệuphức tạp sẽ phù hợp hơn

MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãnthành một giải pháp đơn nhất để đạt được các mục tiêu sau:

 Cải thiện hiệu năng định tuyến

 Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền thống

 Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụmới

Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử lýtừng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn MPLS dựa trên

mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP,trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian cấuhình mạng và một không gian địa chỉ

MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin vàchức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin với nhiệm vụ gửi gói tin giữacác bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM.TrongMPLS nhãn là một thực thể có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹthuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp của gói tin trong một bảngchuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồi chuyển ra cổng ra của bộđịnh tuyến Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và dovậy cải tiến khả năng của thiết bị Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộđịnh tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label switching Router) Phần chức năng điềukhiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phốithông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyếnthành bảng định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS có thể hoạt động được với các giaothức định tuyến Internet như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (BoderGateway Protocol) hay PNNI của ATM Do MPLS hỗ trợ điều khiển lưu lượng và chophép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khảthi Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế định tuyến lại nhanh (fast rerouting)

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý mạng được dễdàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tinthuộc một FEC (Forwarding Equivalence Class - lớp chuyển tiếp tương đương) có thểđược xác định bởi giá trị của nhãn Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưulượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Bằng cách giám sát lưulượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR, nghẽn lưu lượng nhanh chóngđược phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể xác định Tuy nhiên, giám sátlưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượngdịch vụ (ví dụ như trễ xuyên xuốt của miền MPLS) Việc đo trễ có thể được thực hiệnbởi giao thức lớp hai Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưulượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ thống giám sát có thể dùngmột thiết bị định dạng lưu lượng Thiết bị này sẽ cho phép giám sát và đảm bảo tuânthủ đặc tính lưu lượng mà không cần thay đổi các giao thức hiện có

Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn khôngthực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớptương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC Mộtgiao thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân

bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Khi LDPhoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng

từ lối vào tới lối ra Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trongtiêu đề gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào Nếu đã có một ràng buộcnhãn/FEC thì LSR lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diện đầu ratương ứng Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR lối ra,lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3 Hiệu năng đạt được ở đây là nhờviệc đưa quá trình xử lý lớp 3 tới biên của mạng và chỉ thực hiện một lần tại đó thaycho việc xử lý tại từng node trung gian như của IP Tại các node trung gian việc xử lýchỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói và thực thể tương ứng trong bảng kết nốiLSR và sau đó hoán đổi nhãn- quá trình này thực hiện bằng phần cứng

Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không phải

là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp Trong mắt của những nhà cung cấp cácmạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trả giá

về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt

MPLS thực hiện các chức năng sau:

+ Xác định cơ cấu quản lý các tính hạt khác nhau của các luồng lưu lượng,như các luồng giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí các luồng giữanhững ứng dụng khác nhau

+ Duy trì sự độc lập của các giao thức lớp 2 và 3

+ Cung cấp phương pháp ánh xạ địa chỉ IP với các nhãn đơn giản, có độ dài cốđịnh được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau

+ Giao diện với các giao thức định tuyến hiện có như giao thức đặt trước tàinguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) và giao thức mở đường ngắn nhất đầutiên (OSPF)

+ Hỗ trợ IP, ATM và giao thức lớp 2 Frame – Relay

Trong MPLS việc truyền dữ liệu xảy ra trên các đường chuyển mạch nhãn LSPs(Label Switch Path) tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếpgói của FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn LSPs được thiết lập trước khitruyền dữ liệu (kích thích điều khiển) Các nhãn (tên nhận dạng chính xác giao thức)được phân bổ bằng việc sử dụng giao thức phân bổ nhãn LDP (Label DitributionProtocol) hoặc RSVP hoặc được đội lên (piggybacked) các giao thức định tuyến nhưgiao thức định tuyến cổng miền (BGP) và OSPF Mỗi gói dữ liệu bọc và mang cácnhãn trong suốt hành trình của chúng từ nguồn tới đích Bởi vì các nhãn có độ dài cốđịnh được chèn ở đầu gói hoặc tế bào nên có thể chuyển mạch gói nhanh giữa cáctuyến liên kết bằng phần cứng

1.4.1 Các khái niệm cơ bản MPLS

A Nhãn

Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn, cố định và không có cấu trúc bên trong.Nhãn xác định đường mà gói sẽ đi qua Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin củamào đầu lớp mạng, như địa chỉ lớp mạng Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đạidiện cho một FEC mà gói tin đó được ấn định

Thường thì một gói được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựađịa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ đó.Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói Ví dụ cácgói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/ VCI như nhãn, Frame Relay sử dụng DLCI nhưnhãn, một đoạn đệm được chèn thêm sử dụng cho nhãn Khuôn dạng đoạn đệm gồm 4byte có cấu trúc như hình sau

Hình 1.1: Dạng nhãn MPLS chung [9]

Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thưc P-ID (hoặcEthertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung làMPLS unicast hay multicast

B Ngăn xếp nhãn (Label stack)

Đó là một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin vềnhiều FEC mà gói nằm trong và về các LSP tương ứng mà gói đi qua Ngăn xếp nhãncho 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 Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền vớimức phân cấp nào đó Điều này tạo thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm trongMPLS

C Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label switching Router)

Là thiết bị (Router hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các góitin bằng thủ tục phân phối nhãn Có một số loại LSR cơ bản như sau: LSR, LSR biên,ATM-LSR, ATM-LSR biên

D Các lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Classes)

Các lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) là khái niệm được dùng để chỉ một lớpcác gói được ưu tiên như sau (chúng đều gửi tới chặng tiếp theo như nhau) qua mạngMPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào đầu lớpmạng

+ Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn

Là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn vào, nhãn ra, giao diệnvào, giao diện ra

E Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path)

Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp góicủa một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn LSP được thiết lập trước khitruyền dữ liệu MPLS cung cấp hai lựa chọn cho việc thiết lập LSP.

Định tuyến theo chặng - Mỗi LSR lựa chọn chặng tiếp theo một cách độc lậpcho một FEC nhất định Phương pháp này giống với hiện nay đã được sử dụng trongmạng IP LSR sử dụng giao thức định tuyến có sẵn nào đó như OSPF, giao diện mạng

- mạng riêng ATM (PNNI)

Định tuyến rõ ràng (explicit) Định tuyến rõ ràng giống như định tuyến nguồn.LSR lối vào (tức là LSR mà dữ liệu bắt đầu truyền) xác định danh sách các nút màER-LSP truyền qua Đường dẫn đã xác định có thể không tối ưu cũng được Dọcđường đi tài nguyên có thể được đặt trước để đảm bảo QoS cho lưu lượng dữ liệu.Điều này làm giảm nhẹ kỹ thuật lưu lượng khắp mạng, và các dịch vụ phân biệt đượccung cấp bằng việc sử dụng các luồng dựa trên các chính sách hoặc phương thức quản

và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng cho mục đích dán nhãn.Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá và thực thể giảimã

H Ấn định và phân phối nhãn.

Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp nhãn L cụ thể với một FEC M cụ thể

là do LSR phía trước thực hiện LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSRphía sau về kết hợp đó Do vậy, các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợpnhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau

1.4.2 Thành phần cơ bản của MPLS

LSR: Là thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS LSR là thiết bị địnhtuyến chuyển mạch nhãn (Label Switching Router) Thiết bị này thực hiện chức năngchuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn

LSR biên: Là thiết bị nằm ở biên của mạng MPLS LSRs biên gửi hay nhận cácgói thông tin từ hay đến mạng khác nhau (Frame – Relay, ATM….) và chuyển tiếp lưu

lượng của các mạng này lên mạng MPLS sau khi thiết lập LSPs bằng việc sử dụnggiao thức báo hiệu nhãn ở lối vào và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập ở lối ra.LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi ra khỏi mạng MPLS.Các LSR biên có thể là Igress Router (router lối vào) hay Egress Router (router lối ra).

ATM- LSR: Sử dụng giao thức MPLS trong bảng điều khiển thiết lập kênh ảoATM Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo

ATM-LSR biên: Nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn phân vào các tế bàoATM và gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo Nhận các tế bào ATM từ

ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãnhoặc không nhãn

1.4.3 Các giáo thức sử dụng trong MPLS

Tham gia vào quá trình truyền thông tin trong mạng MPLS có một số giao thứcnhư LDP, RSVP, CR-LDP, MPLS-BGP Các giao thức như RIP, OSPF sử dụng trongmạng router định tuyến các gói IP sẽ không được đề cập đến ở phần này

1.4.3.1 Giao thức LDP (Lable Distribution Prtocol)

LDP được chuẩn hoá trong RFC 3036, nó được thiết kế để thiết lập và duy trìcác LSP định tuyến không ràng buộc (unconstraint routing) Vùng hoạt động của LSP

có thể là giữa các LSR láng giềng (neighbor) trực tiếp hoặc gián tiếp

Hình 1.2 : Vùng hoạt động của LDP

a. Hoạt động của LDP

LDP có 4 chức năng chính là phát hiện LSR láng giềng (Neighbor discovery),thiết lập và duy trì phiên, quảng bá nhãn (label advertisement) và thông báo(Notification) Tương tự với các chức năng trên , có 4 lớp thông điệp LDP sau đây:

• Discovery : Để trao đổi định kỳ bản tin Hello nhằm loan báo và kiểm tra mộtLSR kết nối gián tiếp hoặc trực tiếp

• Session : Để thiết lập, thương lượng các thông số cho việc khởi tạo, duy trì vàchấm dứt các phiên ngang hàng LDP Nhóm này bao gồm các bản tinInitialization, KeepAlive

• Advertisement : Để tạo ra, thay đổi hoặc xoá các ánh xạ FEC tới nhãn Nhómnày bao gồm bản tin Label Mapping, Label Withdrawal, Label Release, LabelRequest, Label Request Abort.

• Notification : Để truyền đạt thông tin trạng thái, lỗi hoặc cảnh báo

Các thông điệp Discovery được trao đổi trên UDP Các kiểu thông điệp còn lạiđòi hỏi phân phát tin cậy nên dùng TCP Trường hợp hai LSR có kết nối lớp 2 trựctiếp thì thủ tục phát hiện neighbor trực tiếp như sau:

• Một LSR định kỳ gửi đi bản tin Hello tới các cổng UDP 646 địa chỉ multicast(tất cả các router trong subnet)

• Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP Đến một thời điểmnào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có thể kết nối trực tiếp

• Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiếplập kết nối TCP đến LSR đó Khi đó phiên LDP được thiếp lập giữa 2 LSR.Phiên LDP là phiên song hướng nên mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu vàgửi liên kết nhãn

b. Cấu trúc thông điệp LDP

Trao đổi thông điệp LDP thực hiện băng cách gởi các LDP-PDU (protocol dataunit) thông qua các phiên LDP trên kết nối TCP Mỗi LDP-PDU có thể mang mộthoặc nhiều thông điệp, và các thông điệp này không nhất thiết phải có liên quan tớinhau

c. LDP PDU

Mỗi PDU của LDP bao gồm một header LDP và theo sau là một hoặc nhiềuthông điệp LDP Phần header LDP có dạng như sau:

Hình 1.4: LDP header

PDU length (2 octet) : số nguyên chỉ chiều dài của PDU theo octet, không tính trườngVersion và PDU Length LDP Identifier (6 octet): xác định không gian nhãn được cấpphát Bốn octet đầu là giá trị duy nhất toàn cục nhận dạng LSR, như địa chỉ IP (routerID) được gán cho LSR Hai octet này được set về 0 cho không gian nhãn “per-platform”

Định dạng thông điệp LDP

Tất cả các thông điệp LDP có cùng format như sau:

Hình 1.5 : Format thông điệp LDP

Bít U : Bít “Unknown”, luôn là 0 vì đặc tính LDP không có kiểu bảnvtin Unknown.Bảng sau đây là các giá trị định nghĩa trường Message Tepy:

Hình 1.6 : Các loại bản tin LDP

Message Length : Chiều dài của các trường sau Message Length tinh theo octet (gồmMessage ID, các tham số bắt buộc và tuỳ chọn).

Message ID đôi khi được dùng để liên kết một số bản tin với các bản tin khác nhau, ví

dụ một bản tin đáp ứng sẽ có cùng Message ID với bản tin yêu cầu tương ứng Cáctham số bắt buộc và tuỳ chịn phụ thuộc vào các loại bản tin được gởi, chúng thườngdùng kiểu mã hoá TVL (Type-Length-Value) Nói chung, mõi thứ xuất hiện trong mộtthông điệp LDP có thể được mã hoá kiểu TVL, tuy nhiên đặc tả LDP không phải lúcnào cũng sử dụng lược đồ TVL

d. Các bản tin LDP

- Hello : Được trao đổi khi bắt đầu quá trình hoạt động LDP như hình vẽ ở trên.

- Initialization : Được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các

tham số, các tuỳ chọn cho phiên Các tham số này bao gồm:

• Chế độ phân bổ nhãn

• Các giá trị bộ định thời

• Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó

Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lờibằng KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận Nếu có một tham số nào đókhông được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc

- KeepAlive : Được gửi định kỳ khi không còn bản tin nào cần gửi để đản bảo

cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt.Trường hợp không tự xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin LDP kháctrong khoảng thời gian nhất định thì LSR se xác định đối tác LDP hỏng hoặc kết nối

có sự cố và phiên LDP chấm dứt

- Label Mapping : Được sử dụng để quảng bá gắn kết giữa FEC và nhãn.

- Label Withdrawal: Thực hiện quá trình ngược lại với bản tin Label Mapping.

Nó được sử dụng để xoá bỏ gắn kết đã thực hiện trong Label Mapping Bản tin nàyđược sủ dụng trong trường hợp:

• Khi có sự thay đổi trong bản tin định tuyến (thay đổi prefix địa chỉ), lúc đó LSRkhông còn nhận ra FEC này nữa

• Thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn cho các gói trongFEC đó

-Label Release : Được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không

cần thiêt nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theocho FEC không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó

-Label Request : Sử dụng trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu, LSR se yêu

cầu gán nhãn từ LSR kế cận phía downstream bằng bản tin này

-Label Request Abort : Nếu bản tin Label Request cần phải huỷ bỏ trước khi được

chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại

bỏ yêu cầu bản tin trước đó bằng bản tin Label Request Abort

e. LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu

Ví dụ dưới đây minh hoạ việc sử dụng bản tin Label Request và Lâbel Mappingtrong chế độ công bố nhãn theo yêu cầu và điều khiển LSP độc lập Trình tự thời gian

trao đổi các bản tin LDP giữa các đối tác (peer) thiết lập một LSP từ ruoter lõi vào R1qua R2 rồi đến router lõi ra R3 cho một FEC có prefix “a.b/16” R1 khởi tạo tiến trìnhbằng cách yêu cầu một nhãn cho FEC “a.b/16” từ hop kế của nó là R2 Vì sử dụngđiều khiển độc lập nên R2 trả ngay một ánh xạ nhãn về cho R1 trước khi R2 nhậnđược ánh xạ nhãn từ phía downstream là R3 Cả R2 và R3 đáp ứng bằng bản tin Labelmapping, kết quả là trong FIB của R1 và LFIB của R2, R3 có các entry gán kết nhãnhình thành nên đường chuyển mạch nhãn LSP.

Hình 1.7: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu [15]

LDP còn hộ trợ các chế độ phân phối nhãn khác Khi cấu hình ở chế độ công bố khôngyêu cầu (downstream unsolicited), các router sẽ không dùng bản tin Label Request.Nếu điều khiển tuần tự, ánh xạ nhãn diễn ra đầu tiên ở router lối ra, rồi sau đó lần lượtngược về đến router lối vào

1.4.3.2 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)

CR-LDP là giao thức mở rộng từ giao thức LDP (RFC 3212) nhằm hộ trợ đặcbiệt cho định tuyến ràng buộc, kỹ thuật lưu lượng (TE) và các hoạt động dự trự tàinguyên Các khả năng của CR-LDP bao gồm thương lượng các tham số lưu lượng nhưcấp phát bưng thông, thiết lập và cầm giữ quyền ưu tiên

a. Mở rộng cho định tuyến ràng buộc

CR-LDP bổ sung thêm các đối tượng Type-Length-Value mới sau đây (RFC 3212):

• Tuyến tường minh ER (Explicit Route)

• Chặng tường minh ER-Hop (Explicit Route Hop)

• Các tham số lưu lượng

• Sự lấn chiếm (Preemption)

• Nhận diện LSP (LSPID)

• Ghim tuyến (Route Pinning)

• Lớp tài nguyên (Resource Class)

• CR-LSP FEC

Một số thủ tục mới cũng được bổ sung để hộ trợ các chức năng cần thiết như:

• Báo hiệu đường (Path Signalling)

• Định nghĩa các tham số lưu lượng

• Quản lý LSP (quyền ưu tiên, cam kết quả trị, v.v )

CR-LDP sử dụng cơ chế gán nhãn theo yêu cầu và điều khiển tuần tự Một LSP đượcthiết lập khi một chuỗi các bản tin Label Request lan truyền từ Ingress-LSR đếnEgress-LSR, và nếu đường được yêu cầu thoả mãn các ràng buộc (ví dụ đủ băng thôngkhả dụng), thì các nhãn mới được cấp phát và phân phối bởi một chuỗi các bản tinLabel Mapping lan truyền ngược về Ingress-LSR Việc thiết lập một CR-LDP có thểthất bại vì nhiều lý do khác nhau và các lỗi sẽ được báo hiệu bằng bản tin Notification

b. Thiết lập một CR-LSP(Constrain-based routing LSP)

Để thiết lập một LSP theo con đường định trước, CR-LSP sử dụng đối tượngtuyến tường minh ER (Explicit Route) ER được chứa trong các bản tin LABEL

Hình 1.8 : Thiết lập LSR với CR-LDPXét ví dụ trong hình 32 Giả sử LSR A muốn thiết lập một con đường tườngminh là B-C-D Để thực hiện việc này, LSR A xay dựng đối tượng ER chứa tuần tự 3nút trừu tượng là LSR B, LSR C, LSR D Mỗi nút được đại diện bằng một địa chỉ IPprefix LSR A sau đó xây dựng một bản tin Label Request có chứa đối tượng ER mớitạo Khi bản tin được tạo xong, LSR A sẽ xem xét nút trừu tượng đầu tiên trong đốitượng ER là LSR B, tìm kết nối đến LSR B và gởi bản tin Label Request trên kết nối

đó Khi LSR B nhận bản tin Label Request , LSR B nhận thấy nó là nút trừu tượng đầutiên trong đối tượng ER LSR B sau đó tìm kiếm nút trừu tượng kế tiếp là LSR C vàtìm kết nối đến LSR C Sau đó LSR B thay đổi đối tượng ER và gởi bản tin Label

Request đến LSR C, lúc này đối tượng ER chỉ gồm LSR C và LSR D Việc điều khiểnbản tin này tại LSR C cũng tương tự như ở LSR B.

Khi bản tin đến LSR D, LSR D nhận thấy rằng nó là nút cuối cùng trong đốitượng ER Vì vậy, LSR D tạo một bản tin Label Mapping và gởi nó ngược về LSR C.Bản tin này bao gồm đối tượng nhãn Khi nhận bản tin này, LSR C dùng nhãn chứatrong bản tin để cập nhật LFIB Sau đó, LSR C gởi bản tin Label Mapping đến LSR B.Bản tin này cũng chứa nhãn mà LSR C đã quảng bá Việc điều khiển bản tin LabelMapping ở LSR B hoàn toàn tương tự như ở LSR C Cuối cùng, LSR A nhận đượcbản tin và LSP được thiết lập theo con đường định tuyến tường minh cho trước đểmang thông tin về tài nguyên cần dự trự

c. Tiến trình dự trự tài nguyên

Hình 1.9: Tiến trình dự trự tài nguyên [14]

Tiến trình dự trự tài nguyên như trong hình trên Khi một nút CD-LDP nhậnđược một bản tin Label Request, nó gọi Admission Control để kiểm tra xem nút này cócác tài nguyên được yêu cầu không Nếu có đủ tài nguyên khả dụng, AdmissionControl dự trự nó bằng cách cập nhật bảng Resource Sau đó bản tin Label Requestđược chuyển tiếp đến các nút MPLS kế sau

Khi nút CR-LSP nhận được bản tin Label Mapping, nó lưu thông tin và giaodiện vào bảng LIB, lưu thông tin CR-LSP được yêu cầu vào bảng cơ sở thông tin địnhtuyến tường minh ERB (Explicit Route information) Rồi nó gọi Resource Manager đểtạo một hàng đợi phục vụ cho CR-LSP được yêu cầu, và lưu ServiceID của nó vàobảng ERB Cuối cùng, nó chuyển tiếp bản tin LSP Mapping tới nút MPLS kế trước

1.4.3.3 Giao thức RSVP-TE ( RSVP Traffic Engineering)

RSVP có một số cơ chế cần thiết để thực hiện báo hiệu phân phối nhãn nhằmrạng buộc định tuyến IETF đã chuẩn hoá phần mở rộng kỹ thuật lưu lượng RSVP-TE,định nghĩa các ứng dụng của RSVP-TE như hộ trợ phân phối nhãn theo yêu cầu để cấpphát tài nguyên cho các LSP định tuyến tường minh Tổng kết các cách dùng RSVP-

TE để hộ trợ tái định tuyến “make-before-break”, theo dõi đường thực sự được chọnqua chức năng ghi định tuyến cũng như hộ trợ ưu tiên và lấn chiếm

Nguyên lý chức năng của RSVP là thiết lập các dự trự cho luồng gói đơn hương Cácbản tin RSVP thường đi theo con đường hop-by-hop của định tuyến IP nếu không hiệndiện tuỳ chọn tuyến tường minh Các router hiểu RSVP dọc theo đường có thể chặn và

xử lý bất cứ bản tin nào, RFC 2205 định nghĩa 3 kiểu bản tin RSVP: thiết lập dự trự(reservation setup), tear down, và error RSVP-TE cũng định nghĩa thêm bản tin Hello

a. Các bản tin thiết lập dự trự RSVP

RSVP sử dụng khái niệm dự trự ở đầu nhận Trước tiên đầu gửi phát ra một bảntin PATH nhận diện một luồng và các đặc tính lưu lượng của nó Bản tin PATH chứamột session-ID, sender-template, label-request, sender-Tspec và tuỳ chọn là đối tượngtuyến tường minh ERO (explicit route object) Session-ID chứa một địa chỉ IP đích đikèm một nhận dạng hầm 16 bit (tunnel ID) để nhận diện một đường hầm LSP Như đãtrình bày ở trên, chỉ có ingress-LSP mới cần biết về FEC được gán vào một đườnghầm LSP Do đó, không giống như LDP, FEC ánh xạ vào đường hầm LSP không baogồm trong bất kỳ bản tin RSVP nào Đối tượng labe-request hộ trợ chế độ công bốnhãn theo yêu cầu Sender-template chứa địa chỉ IP của đầu gửi đi kèm với một LSP

ID có hộ trợ phương thức “make-before-break” khi thay đổi đường đi của một đườnghầm LSP Đặc tính lưu lượng Tspec sử dụng tốc độ đỉnh (peak rate), thùng token(token bucket) để định nghĩa tốc độ và kích cỡ bùng phát, đơn vị khống chế tối thiểu(minimum policed unit) và kích thước gói tối đa

Khi bản tin PATH đi đến đích, bên nhận đáp ứng bằng một bản tin RESV nếu

có đồng ý khởi tạo việc gắn kết nhãn được yêu cầu trong bản tin PATH Bản tin RESVđược truyền theo hướng ngược chiều với bản tin PATH bằng cách dùng thông tin hop

kế trước bản tin PATH tương ứng, đối tượng ghi tuyến tuỳ chọn (route record) vàthông tin lệ thuộc kiểu dự trự (reservation style) Kiểu FF (fixed filter) có một nhãn vàTspec được ấn định cho mỗi cặp sender-receiver Kiểu (shared explicit) ấn định mộtnhãn khác nhau cho mỗi sender, nhưng tất cả chúng phải áp dụng cùng một dự trựluồng rõ ràng Đối tượng record-route ghi nhận tuyến đường thực tế được chọn bởiLSP bắt đầu từ egress dẫn ngược về ingress Nó có thể được chọn một router dùng đểghim một tuyến tường minh thả lỏng bằng cách copy tuyến ghi được trong bản tinRESV sang đối tượng tuyến tường minh ERO trong một bản tin PATH được gửi theochiều ngược lại

b. Các bản tin Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE

RSVP-TE định nghĩa 2 bản tin dành cho việc giải toả LSP là PATH TEAR vàRESV TEAR Hai bản tin này được gửi theo chiều ngược với bản tin PATH và RESVtương ứng Bản tin TEAR xoá bỏ bất kỳ trạng thái cài đặt liên quan đến bản tin PATHhay RESV Các bản tin TEAR cũng có thể dùng để xoá các trạng thái đáp ứng cho mộtlỗi ở bước đầu tiên trong hoạt động tái định tuyến.

Có các bản tin thông báo lỗi cho bản tin PATH và RESV CONFIRMATIONtuỳ chọn Các bản tin lỗi cho biết sự vi phạm chính sách, mã hoá bản tin hoặc một sự

cố khác Ví dụ, khi LSP thấy rắng nó không thể hộ trợ Tspec đặc tả trong bản tinRESV, nó sẽ không chuyển tiếp bản tin RESV về cho phía upstream, thay vào đó nótạo ra một bản tin RESVERR gửi cho phía downstream để xoá bỏ nỗ lực thiết lập LSP.Tuyến tường minh và cách tuỳ chọn record-route của RSVP-TE có một số các mã lỗi

để phục vụ cho việc debug

RFC 3209 định nghĩa bản tin Hello tuỳ chọn cho RSVP-TE, nó cho phép mộtLSR phất hiện một neighbor bị lỗi nhanh hơn khi so với RSVP làm tươi tình trạnghoặc phát hiện lỗi đường truyền bằng một giao thức định tuyến IP Điều này khá hữuích trong việc tái định tuyến nhanh

c. Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu

Việc trao đổi bản tin RSVP-TE sử dụng đối tượng tuyến tường minh ERO đểcài đặt một LSR đi qua một con đường không phải là đường ngắng nhất Router R1xác định rằng nó sẽ ấn định FEC “a.b/16” cho một đường hầm LSP, và nó tính ra mộttuyến tường minh R4-R5-R3 để đi đến hop kế cho FEC đó R1 khởi tạo việc thiết lậpLSP này bằng cách phát ra một bản tin PATH đến R4 với một ERO, Tspec, sendertemplate ( có chứa địa chỉ của sender) và một đối tượng label request Mỗi bản tinRESV liên quan đến đường hầm LSP này đều mang session-ID và filter-spec nguyênthuỷ của sender R1 để giữ mối tương quan với nhau Tiếp theo, R4 tiếp nhận yêu cầunày và gửi bản tin PATH đến router kế tiếp ghi trong ERO là R5 Đến lượt mình, R5gửi bản tin này đến egerss-router R3

Tại đích đến của bản tin PATH, R3 xác định liên kết chặng R3-R5 có thể hộ trợcho yêu cầu và đó là hop cuối cùng trên đường dẫn cho FEC “a.b/16” R3 đáp ứngbằng bản tin RESV có chứa ERO, Tspec của dung lượng dự trự, một filter spec thoảmãn bên gửi, và gán một nhãn null ngầm (implicit null) cho chặng liên kết này TheoRFC 3031, nhãn null là một quy ước được dùng trong phân phối nhãn cho phépegress-router (ở đây là R3) báo hiệu cho đối tác upstream của nó biết rằng đây là hop

áp cuối (penultimate hop) của LSP, do vậy cần gỡ nhãn đỉnh của stack (xem LEIB củaLSR R5) Tiếp theo, R5 thu nạp bản tin RESV yêu cầu cho chặng R5-R4, ấn định nhãn

B và gửi bản tin RESV đến router kề trước trong ERO là R4 Cuối cùng, R4 chấp nhậnyêu cầu, ấn định nhãn A và gửi bản tin RESV ngược về R1 Đến lúc này, đường LSPđược thiết lập xong và các gói có nhãn cho FEC “a.b/16”, được chuyển tiếp quađường hầm

Hình1.10 : Thiết lập LSP với RSVP-TE [15]

Khác với giao thức LDP, các bản tin RSVP-TE không mang FEC, vì chỉ duy nhất cóR1 cần biết về ánh xạ giữa FEC và đường hầm LSP

d. Giảm lượng overhead làm tươi RSVP

RSVP là giao thức trạng thái mềm (soft-state), tiến trình phát một bản tinPATH và bản tin RESV hồi đáp tương ứng phải được định kỳ làm tươi, thườngkhoảng 30s một lần Phương pháp làm tươi này đề phòng các bản tin bị mất và trongtrường hợp định tuyến từng chặng sẽ tự động chuyển dự trự tài nguyên sang đườngmới khi có bất kỳ thay đổi định tuyến IP Tất nhiên, việc xử lý dành cho khởi tạo cácbản tin PATH và RESV lớn hơn nhiều co với việc làm tươi trạng thái một bản tin đãnhận được trước đó, tuy nhiên với một số lượng lớn các LSP thì việc xử lý làm tươi cóảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng

Một cách để giải quyết là tăng chu ky làm tươi, nhưng cũng sẽ làm tăng độ trễbáo hiệu khi mất bản tin RFC 2961 miêu tả một giải pháp cho hạn mức xử lý và vấn

đề trễ báo hiệu Cơ chế này bao gồm việc bó gọn bản tin để giảm tải xử lý, cũng nhưcác bản tin PATH TEAR và RESC TEAR vì hai bản tin này không được làm tươitrong hoạt động RSVP Cuối cùng, giải pháp này định nghĩa một bản tin tổng kết(summary) để làm tươi trạng thái mà không yêu cầu truyền toàn bộ bản tin làm tươi.Các cải tiến này nhằm giảm lượng overhead làm tươi của RSVP trong mạng MPLS

1.4.3.4 Giao thức BGP

BGPv4 và mở rộng cho MPLS

BGPv4 (Border Gateway protocol ) là một giao thức định tuyến để gắn kết tậphợp các mạng cung cấp dịch vụ trên internet Vì nó chỉ là giao thức sử dụng giữa cácnhà cung cấp mạng, RFC 2107 đã mở rộng BGP hộ trợ phân phối nhãn MPLS để cóthể thiếp lập các LSP liên mạng.

BGP có một tập thuật ngữ riêng Một khái niệm quan trọng là số AS duy nhất(Autonomous System), được định nghĩa là một tập hợp router thực hiện một chínhsách định tuyến ngoại thống nhất có thể nhận thấy đối với router của AS khác BGPkhông truyền các thông tin cấu hình nội giữa các AS, nó chỉ cung cấp các thông tin vềcác prefix địa chỉ mà có thể tìm đến hoặc đi quá giang qua đó Sử dụng BGP giữa cácrouter biên (border) nội trong một AS được gọi là BGP nội (iBGP), còn sử dụng BGPgiữa các router trong các AS khác nhau gọi là BGP ngoại (eBGP)

BGP chạy trên một phiên TCP vì nó cần độ tin cậy, phân phát đúng thứ tự Nó

có 3 phase hoạt động : thiết lập phiên, trao đổi bản tin cập nhật, và chấm dứt phiên.Trong thiết lập phiên, các đối tác BGP (BGP peer) trong các AS lân cận trao đổi cácbản tin OPEN có chứa AS number, một giá trị keep-alive timeout, và các tham số tuỳchọn như nhận thực Các BGP peer định kỳ trao đổi bản tin keep-alive, nếu phát hiệntimeout sẽ chấm dứt phiên Sau khi thiết lập phiên, các BGP peer trao đổi các bảntinUPDATE có chứa các prefix địa chỉ có thể đến được hiện hành (reachability), đượcgọi là NLRI (Network Layer Reachbility Information) Sau khi trao đổi đồng bộ bảntin khởi tạo, các thay đổi định tuyến gia tăng được liên lạc bằng bản tin UPDATE

Nội dung bản tin BGP UPDATE gồm 3 phần : các tuyến thu hồi (withdrawroute), một danh sách các prefix địa chỉ NLRI, và một danh sách tuỳ chọn các thuộctính liên quan Các BGP peer tạo quyết định chính sách cục bộ khi xem xet công bốmột NLRI với các thuộc tính đường được chọn hay thu hồi thông cáo trước đó Chínhsách thường dùng là chọn NLRI có prefix địa chỉ miêu tả trùng nhất, chọn một đường

có số hop AS it nhất

Hình 1.11: Nội dung bản tin BGP update [15]

Khi bản tin UPDATE chứa thông tin NLRI, một số thuộc tính đường là bắtbuộc trong khi một số khác là tuỳ chọn Các thuộc tính đường bắt buộc là : ORIGIN,AS-PATH, và NEXT-HOP ORIGIN nhận diện nguồn gốc của NLRI, thí dụ nó đượchọc qua giao thức định tuyến nội hay ngoại AS-PATH liệt kê một path-vector gồmmột tập AS đã đi qua đến thời điểm hiện tại (một chuỗi thứ tự các AS) Vì chiều dài

của AS-PATH thường là yếu tố quyết định một tuyến, nên BGP được gọi là giao thứcđịnh tuyến path-vector Các router sử dụng AS-PATH để tránh loop bằng cách khôngchuyển tiếp các thông cáo tuyến có chứa số AS của chúng NEXT-HOP nhận diện địachỉ IP của router biên cần dùng để tìm đến NLRI BGP có một tham số tuỳ chọn có thểthực hiện một dạng cân bằng tải: LOCALPREF và MED LOCALPREF cho phép ASđầu gởi chỉ định một sự ưu tiên (preference) định tuyến lưu lượng đi ra trên nhiều liênkết AS khác; trong khi MED (multIPle exit discriminator) cho phép một AS phía nhậnchỉ định một ưu tiên cho lưu lượng đến từ một AS khác.

RFC 2238 định nghĩa các mở rộng đa giao thức cho BGP để phân phối nhãnMPLS nằm trong một phần của NLRI Các BGP peer thương lượng hộ trợ cho khảnăng tuỳ chọn này vào lúc thiết lập phiên Thủ tục cơ bản là “ký sinh” việc phân phốinhãn theo kiểu không yêu cầu song song khi thực hiện phân phối tuyến BGP

mô hình định tuyến mới cho mạng IP GMPLS là sự mở rộng của MPLS nhằm hướngtới mảng điều khiển quang cho mạng quang

IETF và OIF đã phát triển tiêu chuẩn GMPLS để đảm bảo sự phối hợp giữa cáclớp mạng khác nhau Hiện tại lớp truyền tải (lớp quang) và lớp số liệu (điển hình làLớp 2 và/hoặc IP) tách hẳn nhau và hoạt động độc lập nhau GMPLS tập hợp các tiêuchuẩn với một giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thôngtin giữa lớp truyền tải và lớp số liệu Nó mở rộng khả năng định tuyến lớp số liệu đếnmạng quang GMPLS có thể cho phép mạng truyền tải và mạng số liệu hoạt động nhưmột mạng đồng nhất [7]

GMPLS được phát triển trong nỗ lực nhằm làm đơn giản hoá và bỏ bớt mô hìnhmạng bốn lớp hiện tại GMPLS loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằngcách thu hẹp các lớp mạng Nó không phải là một giao thức đơn hay tập không đổi cácgiao thức, mà đó là phương thức để kết hợp nhiều kỹ thuật trên cùng một kiến trúc đơn

và quản lý chúng với một tập đơn các giao thức quản lý [13]

Nhiều công ty hiện đang triển khai mạng GMPLS để đơn giản việc quản lýmạng và tạo ra một mặt phẳng điều khiển tập trung Điều này cho phép tạo ra nhiềudịch vụ hơn cho khách hàng trong khi đó giá thành hoạt động lại thấp GMPLS cũng

hứa hẹn sẽ mang lại chất lượng dịch vụ tốt hơn và thiết kế lưu lượng trên internet, một

xu hướng hiện tại và cũng là mục tiêu chính của bất cứ nhà cung cấp dịch vụ nào

1.5.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS

MPLS đã mở rộng bộ giao thức IP nhằm cải thiện quá trình phát chuyển củacác Router Đối với các Router, khi nhận được một gói tin phải qua quá trình phân tíchđịa chỉ và tìm kiếm tuyến khá phức tạp để xác định trạm kế tiếp bằng cách kiểm tra địachỉ đích trong header của gói MPLS đã đơn giản thủ tục này bằng cách dựa vào mộtnhãn đơn giản khi phát chuyển MPLS còn có khả năng đặt các lưu lượng IP trên cácđường xác định trước qua mạng Bằng cách này MPLS tạo ra sự bảo đảm về băng tần

và các đặc tính dịch vụ khác cho mỗi ứng dụng cụ thể của User (người sử dụng) Vớimỗi dịch vụ cụ thể, một bảng lớp phát chuyển tương đương (FEC) biểu diễn một nhómcác dạng lưu lượng có cùng yêu cầu về xử lý lưu lượng được tạo ra Một nhãn đặc biệtsau đó được dùng để gán cho một FEC Tại lối vào mạng MPLS, các gói IP đến đượcđược kiểm tra và gán một “nhãn” bởi router nhãn ở biên mạng (LER) Các gói đã đượcgán nhãn sau đó được phát chuyển dọc theo một LSP và tại đây các Router chuyểnmạch nhãn (LSR) dựa vào trường nhãn trong gói để đưa ra quyết định chuyển mạch.LSR không cần kiểm tra tiêu đề IP của gói để tìm trạm kế tiếp Nó đơn giản chỉ bỏnhãn hiện tại và đưa vào một nhãn mới cho trạm kế tiếp Cơ sở thông tin nhãn tạo racác nhãn mới (để chèn vào gói) và một giao diện ra (dựa vào nhãn vào trên giao diệnvào)

Báo hiệu để thiết lập LSP xử lý lưu lượng được thực hiện nhờ sử dụng giaothức phân phối nhãn trên mỗi nút MPLS Có một số giao thức phân phối nhãn khácnhau trong đó hai giao thức phổ biến nhất là RSVP- xử lý lưu lượng (RSVP-TE) vàCR-LDR RSVP-TE là phiên bản mở rộng của RSVP để phân phối các nhãn và tạokhả năng xử lý lưu lượng CD-LDP được thiết kế riêng cho mục đích này

MPLS gồm cả các mở rộng của các giao thức định tuyến trạng thái tuyến IPhiện tại, các mở rộng MPLS đối với OSPF và IS-IS cho phép các nút không chỉ traođổi các thông tin về topo mạng mà những thông tin về tài nguyên và thậm chí về chínhsách cũng được trao đổi Thuật toán định tuyến dựa trên các ràng buộc sử dụng cácthông tin này để tính toán các đường tối ưu cho các LSP và cho phép thực hiện cácquyết định về quá trình xử lý lưu lượng phức tạp một cách tự động khi chọn tuyến quamạng

1.5.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS

IETF đã mở rộng bộ giao thức MPLS để có khả năng hỗ trợ cả các thiết bịchuyển mạch theo thời gian, bước sóng và không gian qua GMPLS Điều này chophép mạng dựa trên GMPLS xác định và cung cấp đường tối ưu dựa trên các yêu cầu

lưu lượng của user (người sử dụng) Một số cấu trúc GMPLS được chỉ ra như ở bảngsau:

Miền

chuyển

mạch

Loại lưu lượng

Lược đồ phát chuyển Thiết bị điển

hình

Thuật ngữ

Gói , cell IP, ATM Nhãn như phần ghép

thêm vào header, kết nối kênh ảo (VCC)

IP router , ATM switch

Khả năng chuyển mạch gói (PSC)Thời gian TDM/SNOET Khe thời gian trong

chu kỳ lặp lại

Hệ thống kết nối chéo số DCS, ADM

Khả năng TDM

chuyển mạch Lambda (LSC)Không gian

vật lý

chuyển mạch quang

Hình 1.12 : Một số cấu trúc GMPLS [7]

Khác biệt giữa MPLS và GMPLS

GMPLS được mở rộng từ MPLS, tuy nhiên trong khi MPLS hoạt động trongmảng số liệu thì GMPLS được ứng dụng trong mảng điều khiển, thực hiện quản lý kếtnối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh (như TDM, chuyểnmạch bước sóng và chuyển mạch sợi)

Một điểm khác nữa giữa MPLS và GMPLS là MPLS yêu cầu luồng chuyểnmạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó GMPLS mở rộngkhái niệm LSP, LSP trong GMPLS có thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyếnchuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên mạng Chẳng hạn, có thể thiết lập LSP giữacác bộ ghép kênh ADM-SDH tạo nên TDM-LSP hoặc có thể thiết lập giữa hai hệthống chuyển mạch để tạo nên LSC-LSP hoặc giữa các hệ thống nối chéo chuyểnmạch sợi để tạo nên FSC-LSP

1.5.4 Bộ giao thức GMPLS

Sự phát triển MPLS thành GMPLS đã mở rộng giao thức báo hiệu (RSVP-TE,CR-LDP) và giao thức định tuyến (OSPF-TE, IS-IS-TE) Các mở rộng này gồm cácđặc tính mạng quang và TDM/SONET Giao thức quản lý tuyến là một giao thức mới

để quản lý và bảo dưỡng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng số liệu giữa hai nút lân

cận LMP là giao thức dựa trên IP bao gồm cả các mở rộng đối với RSVP-TE và LDP

CR-Bảng sau tóm tắt các giao thức và các mở rộng của GMPLS:

Định tuyến

OSPF-TE, IS-TE

IS-Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tựđộng về poto mạng, hiện thị các tài nguyên khả dụng Một sốtăng cường chính gồm :

1, Cho biết loại bảo vệ tuyến (1+1, 1:1, không bảo vệ)

2, Nhận và thông báo các liên kết không có địa chỉ IP-ID link

3, Giao diện ID vào, ra

4, Khám phá tuyến khác nhau cho dự phòngBáo hiệu RSVP-

TE,CR-LDP

Giao thức báo hiệu dùng cho quá trình thiết lập các LSR manglưu lượng Các tăng cường chính gồm:

1, Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng không phải chuyểnmạch gói

2, Thiết lập các LSR 2 hướng

3, Báo hiệu để thiết lập đường dự phòng

4, Thúc đẩy việt gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất

4, Hỗ trợ chuyển mạch băng tân – tập các bước sóng gần nhauđược chuyển mạch với nhau

Quản lý

tuyến

LMP Quản lý kênh điều khiển : được thiết lập bởi các tham số tuyến

và đảm bảo sự an toàn cho cả tuyến

Kiểm tra việc kết nối tuyến : Đản bảo kết nối vật lý tuyến giữacác nút lân cận, sử dụng một PING – như một bản tin kiểm tra

Liên kết các đặc tính tuyến : Xác định các đặc tính tuyến củacác nút gần kề

Cô lập lỗi : Cô lập các lỗi đơn hoặc lỗi kép trong miền quang

Hình 1.13 : Các giao thức và các mở rộng của GMPLS [7]

Trong ngăn xếp, giao thức định tuyến IS-IS-TE tương tự với OSPF-TE nhưngthay vì dùng IP, giao thức mạng phi kết nối (CLNP) sử dụng để mang các thông tin IS-IS-TE

Hình 1.14 : Ngăn xếp giao thức GMPLS [11], [5]

1.5.5 Mục tiêu và các chức năng mặt phẳng điều khiển GMPLS

Mặt phẳng điều khiển GMPLS trước hết để giải quyết vấn đề quản lý kết nối,bao gồm cả các dịch vụ kết nối theo kiểu gói và kênh, các khía cạnh của quá trình quản

lý tính toán, quản lý thực hiện, an toàn và quản lý chính sách Mặt phẳng điều khiểnGMPLS cơ bản là một mặt phẳng điều khiển kết nối phân tán dựa trên IP Điều nàykhông loại trừ việc sử dụng GMPLS kết hợp với các giải pháp khác như hệ thốngmạng quản lý tập trung Sau đây xem xét một số chức năng mức cao và các yêu cầudịch vụ của GMPLS

- Tự động hoạt động: Mặt phẳng điều khiển bao gồm các chức năng quản lý

phân tán và các giao diện cần thiết cho quá trình quản lý kết nối tự độngtrong mạng Một trong các mục tiêu cơ bản của mặt phẳng điều khiển là cáchoạt động tự động Mặt phẳng điều khiển phân tán GMPLS có thể cung cấpcác khả năng điều khiển mạng tăng cường và giảm các hoạt động phức tạp,tốn nhiều thời gian không cần thiết Đồng thời nó cũng thuận tiện cho việcphối hợp hoạt động và kết hợp giữa mạng với các kỹ thuật mặt phẳng số liệukhác

- Tối ưu việc lựa chọn đường: Việc lựa chọn các tuyến trong mảng điều khiển

bởi GMPLS có thể được tối ưu hoá để đảm bảo tính hiệu quả, sử dụng tàinguyên mạng hiệu quả và các thực hiện thoả mãn yêu cầu khác

- Phục hồi nhanh các đường số liệu: Việc phục hồi này có thể được thực hiện

nhờ lựa chọn tuyến trước lúc xảy ra sự cố (offline) hoặc được tính toánđường ngay thời điểm có sự cố (online) Việc tính toán online và cơ chế phụchồi phân tán sẽ mang lại thời gian hồi phục nhanh hơn so với phương pháphiện tại của NMS tập trung Khi các sự cố mạng xảy ra đồng thời thì vấn đềhồi phục sẽ trở nên phức tạp Để đảm bảo các yêu cầu về hồi phục số liệu,mặt phẳng điều khiển DCN phải được thiết kế tin cậy

- Xử lý cảnh báo: Các cảnh báo liên quan đến mặt phẳng điều khiển do chính

các thực thể quản lý phải được thông báo cho mặt phẳng điều khiển Việc xử

lý cảnh báo phụ thuộc vào mặt phẳng quản lý

- Đặc trưng hơn, GMPLS dựa trên mặt phẳng điều khiển phân tán bao quanhcác mạng truyền tải đa lớp cần đáp ứng được các yêu cầu sau:

- Tính khả mở: Quá trình thực hiện của mặt phẳng điều khiển không nên phụ

thuộc nhiều vào kích thước mạng dùng GMPLS (chẳng hạn số nút, số liênkết vật lý) Mặt phẳng điều khiển cần duy trì độ thực hiện ổn định càngnhiều càng tốt so với kích thước mạng

- Tính mềm dẻo: Mặt phẳng điều khiển phải có độ mềm dẻo về mặt chức năng

và cung cấp các điều kiện hoạt động về cấu hình

1.5.6 Kiến trúc các thành phần của mặt phẳng điều khiển GMPLS

1.5.6.1 Yêu cầu của mặt phẳng điều khiển

Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng số liệu hoạt động đảm bảo độ tin cậy là vấn

đề sống còn đối với mạng quang Mặt phẳng điều khiển phải được thiết kế sao cho khixảy ra các sự cố thì các kết nối cũng không bị ảnh hưởng Và ngay cả khi các kết nối

bị hỏng trong trường hợp mặt phẳng số liệu có sự cố thì mặt phẳng điều khiển cũngphải có khả năng định tuyến lại Nhìn chung mặt phẳng điều khiển GMPLS cần:

- Có khả năng đáp ứng cho tất cả các mạng chuyển mạch gói và mạng chuyểnmạch kênh như IP, ATM, OTN, SONET/SDH

- Đủ linh hoạt để thích nghi với các kịch bản mạng khác nhau (các mô hìnhkinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ) Mục tiêu này đạt được bằng cáchchia mặt phẳng điều khiển thành các thành phần chức năng khác nhau Mỗithành phần có thể yêu cầu nhiều công cụ cho các kịch bản mạng khác nhau.Mỗi công cụ cần có khả năng cấu hình và mở rộng Điều này cho phép cácnhà cung cấp thiết bị và các nhà cung cấp dịch vụ quyết định sắp xếp logiccác thành phần này, và cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ thực hiện cácchính sách cũng như vấn đề an toàn mạng

Về mặt chức năng, mặt phẳng điều khiển GMPLS có thể chia thành các thànhphần như: Khám phá tài nguyên lân cận và quản lý kết nối, định tuyến, báo hiệu Mặtphẳng điều khiển GMPLS cần một mạng trao đổi số liệu để tạo các bản tin điều khiển

Nó có các giao diện cho mặt phẳng quản lý và phần tử mạng như bộ điều khiển hệthống, cơ cấu chuyển mạch

1.5.6.2 Mạng thông tin số liệu hỗ trợ mặt phẳng điều khiển GMPLS

Mặt phẳng điều khiển GMPLS bao gồm các bộ điều khiển phân tán để trao đổi

và phối hợp với nhau nhằm hoàn tất các hoạt động kết nối Mạng thông tin số liệu(DCN) cần thiết để trao đổi các bản tin điều khiển giữa các bộ điều khiển Đối vớimạng IP truyền thống, không có mặt phẳng điều khiển riêng vì điều khiển và lưulượng số liệu User dùng chung một mạng Đối với các mạng mạch, cần một mạng số

liệu độc lập vì một chuyển mạch kênh điển hình không xử lý lưu lượng User trong mặtphẳng truyền tải của nó Để mặt phẳng điều khiển GMPLS có khả năng đáp ứng cácmạng mạch, khái niệm DCN phải được giới thiệu DCN hỗ trợ mặt phẳng điều khiểnGMPLS có thể sử dụng các loại môi trường vật lý:

- Lưu lượng điều khiển có thể được truyền qua một kênh thông tin trong sốcác liên kết mạch mang số liệu giữa các LSR Chẳng hạn môi trường có thể

là các byte tiêu đề SONET/SDH hoặc OTN

- Lưu lượng điều khiển có thể được truyền qua kênh thông tin riêng, chia sẻcùng liên kết vật lý với các kênh số liệu Chẳng hạn, môi trường có thể làbước sóng riêng, một STS-1 hoặc một DS-1

- Lưu lượng điều khiển có thể truyền qua một liên kết thông tin riêng giữacác LSR, riêng biệt so với các liên kết mang số liệu Chẳng hạn môi trường

có thể là một LAN riêng biệt hoặc một liên kết điểm-điểm

a. Các yêu cầu mặt phẳng điều khiển GMPLS đối với DCN

Các hoạt động của mặt phẳng điều khiển GMPLS phụ thuộc nhiều vào DCNkhi trao đổi các bản tin điều khiển Do đó, DCN phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- DCN hỗ trợ mặt phẳng điều khiển GMPLS cũng phải hỗ trợ IP

- DCN phải cung cấp thông tin (trực tiếp hoặc gián tiếp) giữa bất kỳ hai LSR nàocần trao đổi lưu lượng điều khiển

- DCN phải an toàn: Yêu cầu này xuất phát từ hai khía cạnh định tuyến và báohiệu Thực tế, thông tin định tuyến được trao đổi qua mặt phẳng điều khiển làđặc trưng của nhà cung cấp dịch vụ Nhà cung cấp dịch vụ không muốn tiết lộcác thông tin trong mạng ra ngoài biên mạng của họ, thậm chí cho chính cáckhách hàng của họ Trong khi đó, mạng mặt phẳng điều khiển phải ngăn chặntất cả tấn công của các dịch vụ kết nối

- DCN phải tin cậy và cung cấp khả năng chịu đựng lỗi DCN là hệ thống truyềntải cho các bản tin mặt phẳng điều khiển GMPLS Nếu DCN lỗi, không bản tinGMPLS nào được trao đổi giữa các bộ điều khiển GMPLS Độ tin cậy củaDCN phải được đảm bảo ngay cả khi mạng truyền tải dịch vụ có các lỗi nặngxảy ra

- DCN phải hỗ trợ chức năng ưu tiên phát chuyển bản tin Quá trình thựchiệntổng thể của mặt phẳng điều khiển GMPLS phụ thuộc nhiều vào việc truyền tảicác bản tin điều khiển của chúng Các hoạt động nhạy cảm với thời gian nhưchuyển mạch bảo vệ cần đảm bảo QoS ở mức cơ bản Hơn nữa, việc truyền cácbản tin cần được đảm bảo hoặc khôi phục nhanh chóng ngay cả khi mạng có sựcố

- DCN cần có khả năng mở rộng, nâng cấp: Độ thực hiện của DCN không nênphụ thuộc vào kích cỡ mạng v mặt phẳng điều khiển hỗ trợ mạng có thể được

mở rộng khi triển khai mạng mới

- Việc phối hợp hoạt động DCN mặt phẳng điều khiển là bước đầu tiên để hướngđến tích hợp mặt phẳng điều khiển Nhu cầu cần có một kiến trúc DCN mặtphẳng điều khiển chung và ngăn xếp giao thức để mặt phẳng điều khiển của cácmạng khác nhau có thể thông tin với nhau.

b Tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng truyền tải

Mặt phẳng điều khiển GMPLS không nên có bất cứ giả định nào về loại môitrường vật lý sử dụng cho DCN của nó, mà cần hàm ý rằng mặt phẳng điều khiểnGMPLS và mặt phẳng truyền tải của nó cần phải tách nhau ra, ít nhất cũng về mặtlogic Điều này ảnh hưởng đến thiết kế mặt phẳng điều khiển GMPLS ở một số khíacạnh:

- DCN mặt phẳng điều khiển có thể có một topo vật lý khác so với mạng truyềntải của nó

- Việc khám phá tài nguyên lân cận mặt phẳng điều khiển có thể cần phải phụthuộc các cơ chế khác với việc khám phá lân cận dựa trên DCN

- Giao diện điều khiển và truyền tải có thể được tách riêng nhau Do đó, hai mặtphẳng điều khiển gần nhau không yêu cầu phải có một kênh điều khiển trực tiếpmiễn là chúng trao đổi được với nhau qua DCN

- Điều này hàm ý rằng việc định tuyến các bản tin mặt phẳng điều khiển trongDCN mặt phẳng điều khiển được tách về mặt logic so với định tuyến các LSPtrong mặt phẳng truyền tải

- Khả năng hoạt động của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng truyền tải cần duytrì độc lập nhau Điều này yêu cầu tách biệt giữa các thông báo và các mã trạngthái cho mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng truyền tải Trong trường hợp sự cốmặt phẳng điều khiển (chẳng hạn lỗi kênh thông tin hoặc lỗi thực thể điềukhiển), các hoạt động kết nối LSP mạch mới có thể không được chấp nhậnnhưng các kết nối đã tồn tại sẽ không bị hỏng

- Các bản tin báo hiệu không nhất thiết truyền dọc theo đường số liệu Vì thế một

số khái niệm cơ bản trong MPLS cần định nghĩa lại trong một phạm vi lớn hơn

- Cả báo hiệu dựa trên IP và các giao thức định tuyến cần phải được tăng cường

để phù hợp với sự thay đổi này

1.5.7 Báo hiệu trong GMPLS

Báo hiệu là một trong các chức năng quan trọng của mặt phẳng điều khiểnGMPLS Các chức năng cơ bản bao gồm: Tạo LSP, loại bỏ LSP, thay đổi LSP, thôngbáo lỗi LSP, xử lý lỗi LSP, khôi phục LSP Để tạo ra giao thức báo hiệu mặt phẳngđiều khiển GMPLS hiệu quả và tin cậy, cần tuân thủ một số nguyên tắc cơ bản

1.5.7.1 Các chức năng cơ bản

Mặt phẳng điều khiển GMPLS giả sử hỗ trợ các mạng IP và mạng truyền tải GMPLScần thừa hưởng những giao thức báo hiệu của MPLS, chẳng hạn như tạo LSP, xoá

LSP, Ngoài ra, giao thức báo hiệu GMPLS còn một số yêu cầu khác Vì mạng truyềntải mang lượng băng tần khổng lồ và hỗ trợ nhiều ứng dụng, một sự cố về mạng nhưđứt cáp sẽ gây ra hậu quả rất nghiêm trọng Việc phát hiện lỗi và khôi phục LSP nhanhtrở thành yêu cầu cơ bản đối với mạng truyền tải Tóm lại, báo hiệu mặt phẳng điềukhiển GMPLS cần hỗ trợ:

Trong khi tạo LSP, tài nguyên có thể được cấp phát trước hoặc sau khi toàn bộđường đã được đăng ký trước

b. Xoá LSP

Khi LSP không cần nữa hoặc LSP mà mạng đã loại bỏ, tài nguyên do các LSPnày sở hữu cần được giải phóng Một bản tin yêu cầu xoá được tạo ra trong giao thứcbáo hiệu Hoạt động xoá có thể bắt đầu từ một nút GMPLS bất kỳ, báo hiệu xoá cầnđược thiết kế sao cho xử lý được ba trường hợp

Trong mạng truyền tải, LSP được xoá từng phần sẽ gây phức tạp Trong khi xoáLSP, một nút GMPLS lỗi dọc theo LSP sẽ dẫn đến không hoàn thành được việc xoáLSP Một bản tin xác nhận xoá do nút đề xuất xoá yêu cầu để đảm bảo đã hoàn tất thủtục xoá Trong hoạt động xoá, có thể xuất hiện các tình trạng chạy đua giữa bản tin yêucầu xoá và việc cấp phát lại tài nguyên Dựa vào tình trạng này, các cảnh báo có thểxuất hiện tại các nút dọc theo LSP Để hỗ trợ một môi trường như vậy, cần một cơ chế

để cho phép hoặc không các cảnh báo kết hợp với LSP trước để cấp phát lại tàinguyên

Có hai giải pháp để tránh tình trạng này:

• Các nút dọc theo đường sẽ thông báo cơ cấu LSP, gần như tín hiệu ASPSONET

• Các nút dọc theo đường sẽ được khai báo nhờ một phần trong bản tinxoá Sau khi xác nhận, chúng sẽ cấp phát lại tài nguyên.

c. Thay đổi LSP

Một LSP có thể yêu cầu được thay đổi các đặc tính của nó, chẳng hạn như băngtần Yêu cầu cơ bản của việc thay đổi LSP được gọi là “thay đổi trước khi không đápứng được” (made - before – break) Giao thức báo hiệu cần được thiết kế để hỗ trợchức năng này Một giải pháp thực hiện được có thể bao hàm việc chia sẽ tài nguyêngiữa LSP cũ và LSP mới

1.5.7.2 Hỗ trợ phục hồi

Phục hồi nhanh các sự cố mạng là một khía cạnh rất quan trọng của mạngtruyền tải hiện tại và tương lai Các nhà cung cấp mạng truyền tải yêu cầu khả năngphục hồi nhanh để đảm bảo độ tin cậy và tính sẵn sàng cho các kết nối của kháchhàng Việc chọn chính sách phục hồi cần có sự cân bằng giữa việc sử dụng tài nguyênmạng và thời gian gián đoạn dịch vụ Các sơ đồ phục hồi khác nhau hoạt động với sựcân bằng khác nhau giữa các yêu cầu dung lượng dư và thời gian ngắt dịch vụ Lược

đồ phục hồi GMPLS cần bao gồm ít nhất là bảo vệ tuyến, bảo vệ đường riêng, khôi

phục đường dùng chung, định tuyến lại động

1.5.7.3 Hỗ trợ xử lý loại trừ

Các mức khác nhau của việc loại trừ có thể xuất hiện trong mạng GMPLS ở cảmặt phẳng số liệu và mặt phẳng điều khiển Một số loại trừ cần xem xét trong thiết kếbáo hiệu GMPLS gồm:

• Nút vào, nút trung gian, nút ra có thể từ chối việc tạo LSP Nếu tàinguyên được cấp phát trước khi xác nhận LSP, việc từ chối tạo thànhLSP có thể phải cấp phát lại những tài nguyên này

• Một nút phát hiện sự cố của thủ tục phục hồi, việc loại trừ này sẽ dẫnđến phục hồi tuyến LSP

• Nếu một quá trình phục hồi LSP lỗi, và các lý do như mặt phẳng điềukhiển GMPLS dọc theo đường hồi phục có sự cố hoặc thiếu tài nguyêndọc theo đường hồi phục Điều này có thể dẫn đến cấp phát lại các tàinguyên đã được cấp phát từng phần cho LSP hồi phục này ngay đểnhững tài nguyên này được dùng cho việc khởi tạo và khôi phục các LSPkhác

Một quá trình xoá LSP bị lỗi do lỗi mặt phẳng điều khiển dọc theo đường LSP

1.5.7.4 Phối hợp báo hiệu

Tất cả các bản tin báo hiệu không tồn tại độc lập Những chức năng và hoạtđộng cần được phối hợp với nhau Nếu không một bản tin báo hiệu có thể làm cho mộtbản tin báo hiệu khác không được xử lý đúng.

Báo hiệu GMPLS cần phân biệt giữa thiết lập đường hoạt động và thiết lậpđường phục hồi Báo hiệu MPLS có thể thiết lập 2 LSP tách riêng liên kết/nút cùng lúccho mỗi yêu cầu Lưu lượng số liệu có thể được chia vào các LSP hoặc chuyển vàomột đường Một đường khác được sử dụng chỉ khi đường đầu tiên bị lỗi Điều này cótính khả thi vì LSP thứ hai không chiếm băng tần nếu không có số liệu phát trongđường này Trong mạng truyền tải, vấn đề lại khác Để sử dụng hiệu quả băng tần,đường hồi phục có thể cần được thiết lập sau khi đường dịch vụ bị lỗi Đường hồi phụcđược tính toán trước hoặc ngay lúc đó Một điểm khác nữa giữa thiết lập đường hoạtđộng và đường phục hồi là vấn đề trễ thời gian Cụ thể là thiết lập đường hồi phục yêucầu trễ thời gian lâu hơn

GMPLS cần có khả năng hỗ trợ cả các LSP đơn hướng và LSP hai hướng Các mạngviễn thông truyền thống điển hình là hai hướng Các nghiên cứu gần đây cho thấy lưulượng số liệu trên Internet là không đối xứng Các LSP đơn hướng cho lưu lượng sốliệu là hợp lý hơn Mặc dù các dịch vụ dùng cả LSP đơn hướng và đa hướng hiện naychưa xác định, giao thức báo hiệu GMPLS cần phải chuẩn bị để hỗ trợ cả các ứngdụng trong cùng một cấu trúc Điều này tạo ra sự tranh giành nhau giữa LSP đơnhướng và LSP hai hướng cũng như giữa các LSP hai hướng từ hai hướng khác nhau

Hoạt động xoá LSP và quá trình hồi phục nhanh LSP có thể phối hợp tốt vớinhau Mặt phẳng điều khiển GMPLS là một hệ thống phân tán Hoạt động của một nút

sẽ không làm cho nút khác khó hiểu

Mặt phẳng điều khiển GMPLS có thể xảy ra sự cố Sau khi khôi phục, giao thứcbáo hiệu sẽ thiết kế một số cơ chế để đồng bộ các cơ sở thông tin quản lý LSP và cáctài nguyên liên kết với tài nguyên lân cận của chúng Trong thời gian mặt phẳng điềukhiển bị lỗi, LSP có thể bị xoá bỏ và tài nguyên liên kết được cập nhật Hai giải phápthực hiện có thể là:

- Sử dụng bản tin thẩm vấn lân cận để đồng bộ hoá cơ sở thông tin của nó

- Sử dụng bản tin làm mới LSP để đồng bộ cơ sở thông tin của nó

1.5.8 Các lợi ích của GMPLS

GMPLS mang lại nhiều lợi ích nổi bật, thể hiện cụ thể trong các vấn đề sau:

- Thiết kế lưu lượng qua lớp

- Tích hợp việc khôi phục và bảo vệ

- Cung cấp dịch vụ nhanh chóng

- Tăng lợi nhuận

- Cho phép thực hiện các quá tr.nh linh hoạt, tự động và có tính mềm dẻo caotrong môi trường mạng quang tĩnh

- Các tiêu chuẩn mở: GMPLS có thể hoạt động trong môi trường đa nhà cung cấpthiết bị, đa lớp và đa nhà khai thác

- Các mạng đồng nhất: Các mạng quang và mạng số liệu có thể được giám sát,quản lý, bảo dưỡng như một mạng đơn sử dụng một hệ thống quản lý đơn

- Xử lý các sự cố và bảo dưỡng: Nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cô lập và xử

lý các sự cố về mạng nhờ các cảnh báo tự động của hệ thống quản lý cũng nhưcác sự cố giữa mạng truyền tải và mạng số liệu

1.5.9 Các vấn đề còn tồn tại của GMPLS

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội của GMPLS mang lại so với các phương thức điềukhiển hiện tại, nó cũng bộc lộ một số vấn đề cần dược bổ sung như:

- An toàn: Định tuyến IP truyền thống kiểm tra nội dụng header của gói nhận

được để xác định trạm kế tiếp Bước này tuy mất thời gian nhưng cho phép thiếtlập được các firewall, và các thông tin cần thiết trong tiêu đề gói như địa chỉđích, địa chỉ nguồn là không đổi trong cả quá trình Ngược lại, các nhãnMPLS/GMPLS được sử dụng để thúc đẩy quá trình phát chuyển và chỉ có giátrị trong nội bộ, chẳng hạn nhãn được hiểu và sử dụng chỉ trong các thiết bịGMPLS Những nhãn này không thể được dùng để điều khiển truy nhập hoặccho mục đích bảo mật mạng Chỉ một cách để thiết lập bảo mật trong mạngGMPLS là bắt buộc bảo mật truy nhập trong thời gian thiết lập kết nối, như cácmạng hướng kết nối khác

- Vấn đề phối hợp hoạt động: Sự thành công của GMPLS phụ thuộc vào khả

năng thông tin với nhiều cơ sở hạ tầng mạng hiện tại như ATM, FR Phối hợphoạt động với mạng ATM và FR sẽ cho phép truyền tải các thông tin mặt phẳng

số liệu và điều khiển được trao đổi giữa hai mạng giống nhau (ví dụ hai mạngATM) thông qua một mạng khác (ví dụ GMPLS) Việc thực hiện chức năngphối hợp hoạt động giữa những mạng này gặp một số vấn đề:

- Phối hợp ở mặt phẳng điều khiển là rất phức tạp vì mỗi mạng sử dụng một tậpcác giao thức khác nhau (ví dụ định tuyến, giao diện mạng đến mạng riêng(PNNI) trong mạng ATM so với giao diện OSPF-TE trong mạng GMPLS)

- Chuyển mạch GMPLS có thể dựa trên gói, TDM, bước sóng, sợi, băng tần.Điều này tạo ra một vài kết hợp trong việc phối hợp mặt phẳng số liệu giữamạng GMPLS và mạng ATM hoặc mạng FR Một số diễn đàn công nghiệphiện đang thực hiện một số vấn đề cụ thể về phối hợp hoạt động giữa các mạng(ví dụ MPLS Forum, ATM Forum, ) Các giải pháp thực tế phải giúp nhàquản lý mạng quản lý cả mạng MPLS và mạng truyền thống Những giải phápnày hiện tại vẫn chưa được xác định

- Sự cân bằng mạng: Khi các tài nguyên mới được gỡ bỏ hoặc thêm vào mạng

GMPLS, tập các thông tin điều khiển được trao đổi lớn hơn đối với mạng IPtruyền thống GMPLS sử dụng mô hình thiết kế lưu lượng bao gồm giới thiệumột số tham số lưu lượng, kết hợp với các liên kết số liệu, định tuyến dựa trêncác ràng buộc thực hiện, LSP, Vấn đề này tuy chưa được kiểm nghiệm tuynhiên về mặt lý thuyết mạng MPLS/GMPLS sẽ cần thời gian tương quan lớnhơn so với một mạng IP truyền thống khi mạng bị sự cố

- Hệ thống quản lý mạng: Tham số quan trọng nhất trong việc quản lý một mạng

IP truyền thống, ví dụ mạng Internet là địa chỉ đến Ngược lại, hệ thống quản lýmạng GMPLS cần lưu vết của hàng nghìn (thậm chí hàng triệu) LSP cho trạngthái hoạt động của chúng, các đường định tuyến, thiết kế lưu lượng, Điều nàydẫn đến hệ thống quản lý mạng GMPLS phức tạp hơn so với mạng Internettruyền thống

1.6 TÓM TẮT CHƯƠNG 1

Việc sử dụng nhãn ngắn, đơn giản đã làm cho việc chuyển tiếp gói tin một cáchnhanh chóng, hiệu quả Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đã kết hợpnhững đặc điểm nổi bật của chuyển mạch lớp 2 và lớp 3 một cách tốt nhất

GMPLS với những cải tiến và đạt được nhiều thuận lợi hơn so với MPLS Nhờvậy GMPLS sẽ là một công nghệ đáng được quan tâm cho việc truyền dẫn lưu lượngngày càng cao của thế giới hiên nay GMPLS không chỉ hộ trợ cho chuyển mạch góinhư MPLS, GMPLS còn có thể gán nhãn cho bước sóng, khe thời gian… do đó, được

áp dụng vào trong mạng truyền dẫn quang đường trục WDM rất tốt

GMPLS là một công nghệ mới, đã và đang được nghiên cứu để có thể áp dụngđược trong thực tế Mạng MPLS, và đặc biệt là WDM đã được triển khai trên thực tế,tạo ra một hệ cơ sở để có thể ứng dụng GMPLS khi mà lưu lượng thông tin ngày càngtăng vọt Đây là một hướng nghiên cứu rất hay trong giai đoạn này