Khôi phục mạng trong mạng GMPLS

Định tuyến IP truyền thống là một hình thức chuyển mạch gói, mỗi gói tin sẽ mang địa chỉ IP được dùng để xác định các chặng kế tiếp mà gói tin được chuyển đi thông qua việc tra cứu bảng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -

PHAN VIỆT ANH

KHÔI PHỤC MẠNG TRONG MẠNG GMPLS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS TRẦN THỊ NGỌC LAN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công

bố trong bất kỳ luận văn nào khác Các số liệu mô phỏng được chú thích, trích dẫn tham khảo từ bài báo, tài liệu gốc cụ thể

Học viên thực hiện

Phan Việt Anh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT GMPLS 1

1.1 Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 1

1.1.1 Khái niệm MPLS 1

1.1.2 Đặc điểm của MPLS 2

1.2 Sự phát triển của chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS 4

1.2.1 Sự ra đời của GMPLS 4

1.2.2 Các khái niệm chính trong GMPLS 6

1.3 Định tuyến trong GMPLS 12

1.3.1 Chức năng định tuyến trong mạng GMPLS 12

1.3.2 Kỹ thuật lưu lượng trong GMPLS 14

1.3.3 Thông tin định tuyến GMPLS 15

1.3.4 Những cải tiến trong định tuyến GMPLS 16

1.3.5 Giao thức quản lý liên kết LMP 18

1.3.6 Thuật toán lựa chọn đường định tuyến trong GMPLS 19

1.4 Báo hiệu trong GMPLS 21

1.4.1 Giao thức RSVP-TE mở rộng 21

1.4.2 Nhãn tổng quát 24

1.4.3 Báo hiệu đường hai chiều 27

1.4.4 Kiến trúc báo hiệu 29

1.5 Kết luận 30

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ KHÔI PHỤC MẠNG 31

2.1 Khái niệm về bảo vệ và phục hồi 31

2.1.1 Bảo vệ 31

2.1.2 Phục hồi 34

2.2 Các thuật toán tìm đường sống sót 35

2.2.1 Giá thành đường kết nối 35

2.2.2 Thuật toán tìm đường sống sót thông thường 36

2.2.3 Thuật toán Suuballe 38

2.3 Phát hiện lỗi, cảnh báo và giao thức báo hiệu 38

2.3.1 Phát hiện lỗi 38

2.3.2 Cảnh báo lỗi 39

2.3.3 Cơ chế của giao thức báo hiệu 40

2.4 Khả năng bảo vệ và phục hồi trên lớp IP 42

2.4.1 Phương pháp bảo vệ và phục hồi tại lớp IP theo cách thông thường 42

2.4.2 Phục hồi dựa vào mạng MPLS 44

2.5 Khả năng bảo vệ và phục hồi trên lớp quang WDM 47

2.6 Mô hình minh họa các cơ chế bảo vệ và phục hồi 49

2.7 Kết luận 53

CHƯƠNG 3: KHÔI PHỤC ĐA LỚP TRONG MẠNG GMPLS 54

3.1 Chiến lược bậc thang 54

3.2 Chiến lược sống sót tích hợp 56

3.2.1 Phương pháp bảo vệ tích hợp động 56

3.2.2 Phương pháp bảo vệ tích hợp phân biệt dịch vụ 62

3.3 Kết luận 72

CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG KHÔI PHỤC CỦA MẠNG GMPLS 73 4.1 Đánh giá phương pháp bảo vệ tích hợp động 73

4.1.1 Mô hình bảo vệ tích hợp động 73

4.1.2 Kết quả đánh giá 74

4.2 Đánh giá phương pháp bảo vệ tích hợp phân biệt dịch vụ 78

4.2.1 Mô hình bảo vệ tích hợp phân biệt dịch vụ 78

4.2.2 Kết quả đánh giá 80

4.3 Kết luận 87

KẾT LUẬN 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Hình 2-4 Phương pháp định tuyến tìm đường sống sót hai bước thông thường 37

Hình 4-1 Mô hình mô phỏng phương pháp bảo vệ tích hợp động 74Hình 4-2 Hiệu năng giữa bảo vệ tích hợp và bảo vệ lớp WDM 75Hình 4-3 Ảnh hưởng của tốc độ xử lý IP và số bước sóng với hiệu năng mạng 77Hình 4-4 Xác suất tắc nghẽn trên số lượng cổng IP tối đa trên bước sóng 78

Hình 4-6 Hệ số tắc nghẽn lưu lượng với tải dưới các mô hình sống sót khác nhau 81Hình 4-7 Hệ số tắc nghẽn lưu lượng với các mức ưu tiên lưu lượng khác nhau 82Hình 4-8 Số chặng logic lưu lượng trung bình với lượng tải mạng 84

Hình 4-10 Hệ số khôi phục trung bình với thời gian khôi phục trung bình 86

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Các loại G-PID 26 Bảng 3-1 Khả năng phục hồi phân biệt dựa trên độ ưu tiên hướng lưu lượng 66

Asynchronous Transfer Mode

Constraint based Label Distribution Protocol Constrained Shortest Path First

Control Channel Identification Common Pool Survivability Differentiated Integrated Survivability Algorithm

Generalized Multi-Protocol Label Switching

Hierarchy Label Switching Path

Internet Protocol Intermediate System To Intermediate System Internet Engineering Task Force

Integrated Shared Pool Label Forward Information Base

Label Switching Router

Label Switching Path

Phương thức truyền tải không đồng bộ

Giao thức phân phối nhãn định tuyến cưỡng bức Định tuyến tìm đường ngắn nhất

Nhận dạng kênh điều khiển Vùng sống sót chung Thuật toán sống sót tích hợp phân biệt dịch vụ

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

Đường chuyển mạch nhãn phân cấp

Giao thức Internet Giao thức định tuyến IS-IS

Lực lượng đặc nhiệm kỹ thuật Internet

Vùng chia sẻ tích hợp

Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

Đường chuyển mạch nhãn

Lamda Switching Controller

Link Management Protocol Multiprotocol Label Switching

Multiprotocol Lamda Switching

Multi-Layer Integrated Survivability

Optical Cross Connector Open Shortest Path First Packet Switch Capable Simple Network Management Protocol

Synchronous Optical Networking Synchronous Digital Hierarchy Shared Risk Link Group

Time Division Multiplexing

Traffic Engineering Traffic Engineering Data Resource Reservation Protocol- Traffic Engineering

Routing and Wavelength Assignment

Wavelength Division Multiplexing

Khả năng chuyển mạch bước sóng

Giao thức quản lý liên kết Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Chuyển mạch bước sóng đa giao thức

Cơ chế sống sót tích hợp đa lớp

Kết nối quang chéo Giao thức OSPF Khả năng chuyển mạch gói Giao thức quản lý mạng đơn giản

Mạng quang đồng bộ

Hệ thống phân cấp số đồng bộ Nhóm chia sẻ rủi ro

Ghép kênh phân chia theo thời gian

Kỹ thuật lưu lượng

Dữ liệu kỹ thuật lưu lượng Giao thức dự phòng tài nguyên- Kỹ thuật lưu lượng Định tuyến và gán bước sóng Ghép kênh phân chia theo bước sóng

MỞ ĐẦU

Hiện nay, các hệ thống mạng viễn thông đang hoạt động dựa trên các công nghệ mạng khác nhau theo các phân lớp mạng Vì vậy, các hệ thống mạng trong tương lai sẽ được xây dựng dựa trên cơ sơ hạ tầng mạng sẵn có, và có thể tích hợp các công nghệ mạng với nhau Đáp ứng được vấn đề này, công nghệ GMPLS đang được các nhà khai thác áp dụng để có thể tạo ra các dịch vụ một cách linh hoạt, theo yêu cầu và nâng cao khả năng khôi phục so với hệ thống mạng truyền thống Công nghệ GMPLS hỗ trợ không chỉ các thiết bị thực hiện chuyển mạch gói mà còn trên các thiết bị chuyển mạch theo miền thời gian, theo bước sóng và theo không gian GMPLS nhằm hiện đại hóa việc định tuyến qua mạng thông tin quang, cho phép chúng phản ứng nhanh, linh hoạt với các yêu cầu thay đổi băng thông, cho phép thiết lập dịch vụ thông tin quang năng động hơn Đặc biệt, công nghệ GMPLS đưa

ra những giải pháp giúp cho việc khôi phục mạng trở nên dễ dàng và linh hoạt hơn, nâng cao khả năng đảo bảo chất lượng dịch vụ Với những ưu điểm nói trên, GMPLS là xu thế của việc xây dựng hạ tầng mạng hiện tại cũng như trong tương

lai Do vậy, em chọn đề tài nghiên cứu về: "Khôi phục mạng trong mạng GMPLS."

Trong quá trình thực hiện đề tài, do kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận được sự góp ý, hướng dẫn của thầy cô

và bạn bè Em xin chân thành cảm ơn giảng viên TS Trần Thị Ngọc Lan đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Đề tài được tổ chức thành bốn chương với các nội dung chính như sau:

Chương 1 Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS: trình bày về sự phát triển lên công nghệ GMPLS từ công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản trong GMPLS, định tuyến và báo hiệu trong GMPLS

Chương 2 Tổng quan về khôi phục mạng: trình bày tổng quát về các cơ chế bảo vệ và phục hồi, các tính năng tìm đường sống sót, phát hiện lỗi và cảnh báo trong hệ thống mạng và các cơ chế khôi phục mạng đơn lớp

Chương 3 Khôi phục đa lớp trong mạng GMPLS: trình bày về các phương pháp khôi phục mạng đa lớp trong hệ thống mạng IP-WDM dựa trên công nghệ GMPLS

Chương 4 Đánh giá hiệu năng khôi phục của mạng GMPLS: so sánh và đánh giá hiệu năng của các cơ chế bảo vệ và khôi phục tích hợp đa lớp dựa trên GMPLS với các cơ chế bảo vệ đơn lớp thông thường

Phan Việt Anh, 12BKTTT1 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT GMPLS

Khi mạng Internet đang ngày càng trở nên quan trọng trong cuộc sống hiện tại và ngày càng được mở rộng và phát triển, lưu lượng truyền tải trong hệ thống mạng ngày càng tăng Các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra các giải pháp tăng dung lượng kết nối nhưng vẫn không giải quyết được hiện tượng nghẽn mạng Nguyên nhân chủ yếu là do các lưu lượng thường được truyền tải vào một số các kết nối nhất định trong khi một số kết nối khác không được sử dụng dẫn đến hiện tượng kết nối bị quá tải Đây là tình trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng Internet

Trong tình trạng này, yêu cầu cần thiết là nghiên cứu và phát triển một công nghệ mới đáp ứng được nhu cầu truyền tải của hệ thống mạng, tránh hiện tượng nghẽn mạng Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS được đưa ra đã đáp ứng được yêu cầu trên, mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông

Tuy nhiên, với sự đa dạng của các loại chuyển mạch, công nghệ MPLS vẫn

bị hạn chế Do vậy, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS

đã được nghiên cứu và phát triển Và GMPLS sẽ là xu hướng ứng dụng thực tế cho toàn bộ hệ thống mạng trong tương lai Trong chương này, ta sẽ nghiên cứu những khái niệm cơ bản về MPLS cũng như GMPLS và sự phát triển công nghệ từ MPLS lên GMPLS

1.1 Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

1.1.1 Khái niệm MPLS

Multi Protocol Label Switching (MPLS) - chuyển mạch nhãn đa giao thức là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp

2 cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (Core) và định tuyến tốt ở mạng biên (Edge) bằng cách dựa vào nhãn (Label)

MPLS được phát triển từ một số công nghệ chuyển mạch gói Chuyển mạch gói là quá trình chuyển tiếp các dữ liệu được đóng gói từ nguồn đến đích dựa trên một số thông tin được gán với mỗi gói tin Định tuyến IP truyền thống là một hình thức chuyển mạch gói, mỗi gói tin sẽ mang địa chỉ IP được dùng để xác định các chặng kế tiếp mà gói tin được chuyển đi thông qua việc tra cứu bảng định tuyến trên các bộ định tuyến Tuy nhiên định tuyến IP có tốc độ không cao và khả năng mở rộng bị hạn chế, vì thế những giải pháp phát triển các dịch vụ bổ sung như kỹ thuật lưu lượng hay những công nghệ tiên tiến hơn được tìm hiểu để áp dụng truyền các gói dữ liệu đáp ứng được những yêu cầu cao hơn

MPLS là một công nghệ chuyển tiếp dữ liệu sử dụng trong các mạng chuyển mạch gói IP được phát triển bởi IETF MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn gắn với mỗi gói IP, giúp các bộ định tuyến

có thể định tuyến theo nội dung nhãn đơn giản hơn so với theo địa chỉ IP đích Đồng thời có rất nhiều các giao thức được mở rộng để cung cấp trình điều khiển chuyển tiếp dữ liệu cho hệ thống mạng MPLS như các giao thức định tuyến, giao thức báo hiệu và giao thức quản lý liên kết

1.1.2 Đặc điểm của MPLS

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switching Path) Các bộ định tuyến trên đường chỉ dẫn căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần kiểm tra tiêu đề IP (header)

Tại mỗi chặng trên mạng, gói tin được chuyển tiếp dựa trên giá trị của nhãn vào và gửi đi với một giá trị nhãn mới Nhãn được hoán đổi và dữ liệu được chuyển

đi dựa vào giá trị mới của nhãn Trong mạng MPLS, các gói được gắn nhãn bằng

cách chèn một phần thông tin bổ sung vào giữa phần tiêu đề lớp 2 và phần tiêu đề lớp 3 Thông tin đó được gọi là phần tiêu đề đệm (shim header)

Hình 1-1 Vị trí phần tiêu đề đệm trong gói dữ liệu

Hình 1-2 Cấu trúc phần tiêu đề đệm Phần tiêu đề đệm MPLS mang một nhãn gồm 20 bit, được dùng để xác định đường mà gói tin được chuyển đi Mỗi nút mạng MPLS (là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR) sẽ duy trì một bảng tìm kiếm dựa trên cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn - LFIB cho phép xác định đường đi tiếp theo của các gói tin Khi LSR nhận được một gói tin, nó sẽ xác định gói tin đến từ cổng nào, có giá trị nhãn nào, sau đó

nó sẽ gán một nhãn mới và gói tin được chuyển đi theo cổng đã được xác định Đường đi trong mạng MPLS mà được xác định để chuyển tiếp gói tin gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP Trong đường chuyển mạch nhãn, gói tin sẽ được chuyển tiếp các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP thông qua các thủ tục hoán đổi nhãn Khi gói tin đã được dán nhãn ở phần khởi đầu của LSP (tại LSR đầu vào) thì đường

đi của nó đã được xác định, các ánh xạ trong các LFIB tại mỗi LSR cũng đã được xác định trước Vì thế sự phức tạp chỉ xảy ra ở đầu vào LSP, nơi mà các gói tin sẽ được phân loại tùy theo đích đến hay theo các dịch vụ được cung cấp dựa vào phân loại các ứng dụng hay việc yêu cầu chất lượng dịch vụ

Hình 1-3 Đường chuyển mạch nhãn LSP Hình 1-3 là một ví dụ về đường chuyển mạch nhãn LSP Gói tin IP đi từ ngoài mạng vào miền MPLS được Router 1 là LSR đầu vào gán nhãn có giá trị là 9 rồi chuyển tiếp đến Router 2 Router 2 dựa vào bảng chuyển tiếp nhãn để kiểm tra

và hoán đổi nhãn của gói tin Nó thay giá trị nhãn mới là 7 và chuyển tiếp đến Router 3 Việc kiểm tra ở Router 3 tương tự như ở Router 2, nhãn sẽ được hoán đổi

và gán nhãn mới có giá trị là 5, sau đó tiếp tục được đưa đến Router 4

Router 4 là LSR đầu ra sẽ kiểm tra bảng chuyển tiếp nhãn và gỡ bỏ nhãn 5 ra khỏi gói tin và định tuyến gói IP thông thường ra khỏi miền MPLS Với cơ chế hoạt động như trên, các LSR trung gian như Router 2 và 3 sẽ không phải kiểm tra tiêu đề

IP của gói tin mà chỉ cần xét các giá trị nhãn, so sánh với bảng chuyển tiếp nhãn và thực hiện truyền gói tin Do đó, tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn rất nhiều so với định tuyến IP thông thường Tuyến đường từ Router 1 đến Router 4 là đường chuyển mạch nhãn LSP

1.2 Sự phát triển của chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS

1.2.1 Sự ra đời của GMPLS

GMPLS bắt đầu từ một giải pháp đưa ra mặt phẳng điều khiển cho mạng truyền tải Một phương pháp được đưa ra là tạo ra một tập các giao thức mới cho tất

cả mạng truyền tải Ưu điểm nổi bật của phương pháp này sự tối ưu mặt phẳng điều khiển cho mỗi tiêu chí mạng mang lại hiệu quả cao (chẳng hạn như một mặt phẳng điều khiển được thiết kế cho các mạng quang sẽ có các cơ chế tập trung nhằm giảm tối đa sự suy hao quang học) Nhưng phương pháp này cũng có một nhược điểm lớn Đó là các mặt phẳng điều khiển được thiết kế riêng sẽ mất nhiều thời gian và chi phí để phát triển các bộ giao thức báo hiệu, định tuyến, các giao thức điều khiển lưu lượng Hơn nữa trên thực tế các yêu cầu dịch vụ luôn có xu hướng yêu cầu phân tách mạng thành các kiểu khác nhau Một số phần được xây dựng từ các bộ định tuyến, một phần khác được xây dựng từ các thiết bị chuyển mạch Do đó các dịch

vụ được cung cấp trên các mạng là không đồng nhất, nên rất khó khăn và phức tạp

để kiểm soát được mỗi mặt phẳng điều khiển riêng lẻ

Hiện tại mạng WDM đang được phát triển nhanh chóng, các nhà cung cấp dịch vụ đang nghiên cứu và đưa ra một mặt phẳng điều khiển thông minh cung cấp các dịch vụ một cách đơn giản, giảm chi phí vận hành, và có khả năng mở rộng Chuyển mạch trong mạng WDM yêu cầu chuyển một bước sóng đầu vào trên một cổng thành một bước sóng đầu ra trên một cổng khác, tương tự với nhãn MPLS Nhận thấy rằng các hoạt động chuyển mạch cơ bản trong mạng WDM rất giống về mặt logic với hoạt động chuyển mạch trong thiết bị MPLS Từ đó chuyển mạch lamda đa giao thức MPλS được hình thành

Chuyển mạch MPλS ban đầu được áp dụng như trong MPLS Chúng làm việc dựa trên cơ sở là: LFIB có thể được nhúng vào một thiết bị chuyển mạch vật lý

vì các thao tác kết nối chéo trong switch tương tự như trong LFIB

Các kỹ thuật và thủ tục trong MPLS có thể làm việc trên các mạng không đồng nhất và giải quyết được các vấn đề về kỹ thuật lưu lượng cho tất cả các loại mạng truyền tải Vì vậy, MPλS được mở rộng ra, không chỉ cho chuyển mạch lamda, mà còn cho các công nghệ chuyển mạch sợi quang, chuyển mạch khe thời gian Các khái niệm đã được tổng quát hóa và hình thành nên MPLS tổng quát- GMPLS

1.2.2 Các khái niệm chính trong GMPLS

1.2.2.1 Nhãn tổng quát

Trong các mạng truyền tải thì các yếu tố vật lý chính là các mục tiêu có thể thực hiện chuyển mạch Ví dụ như trong mạng TDM thì chuyển mạch là các khe thời gian, trong mạng WDM sẽ chuyển mạch các bước sóng Do đó mỗi một nhãn

mà xác định một dòng dữ liệu có thể thực hiện chuyển mạch trong GMPLS thì nhãn

đó cũng chính là một yếu tố vật lý Một cách chi tiết hơn, trong mạng TDM nhãn sẽ xác định một khe thời gian cụ thể, trong mạng chuyển mạch lamda nhãn sẽ xác định một bước sóng cụ thể và trong mạng chuyển mạch sợi quang thì nhãn sẽ xác định một sợi quang hoặc một cổng cụ thể

Hình 1-4 Các loại nhãn trong GMPLS

Như vậy đơn giản là nhãn tổng quát có thể biểu diễn cho một bước sóng đơn, một sợi quang hay một khe thời gian Nó cũng có thể là nhãn của mạng MPLS truyền thống

1.2.2.2 Các loại chuyển mạch

Loại chuyển mạch của một nút mạng sẽ xác định các đơn vị dữ liệu mà thiết

bị có thể quản lý và chuyển mạch, đó là cấp độ nút mạng tách tín hiệu dữ liệu từ một cổng đến, chuyển mạch rồi gửi ra một cổng khác Đối với bộ chuyển mạch gói (PSC - packet switch capable), chúng có thể nhận dữ liệu trên một cổng Ethernet, xác định gói trong luồng dữ liệu và thực hiện chuyển mạch đối với từng gói Đối với bộ chuyển mạch bước sóng (LSC - lambda switch capable), chúng có thể tách các bước sóng từ một sợi quang, rồi chuyển mạch mỗi bước sóng đó theo một đường định tuyến khác nhau Với bộ chuyển mạch ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM – time division multiplex capable), chúng có thể nhận ra các khe thời gian trong mỗi một bước sóng còn đối với bộ chuyển mạch sợi quang (FSC - fiber switch capable), chúng có thể truyền dữ liệu theo vị trí của các cổng vật lý thực tế của các sợi quang mà thông qua đó dữ liệu được truyền đi

GMPLS đưa ra danh sách các loại chuyển mạch có thể được dán nhãn như sau:

 Chuyển mạch gói (PSC): Cổng giao diện PSC có thể xác định được một gói tin IP hoặc Cell và thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu liên quan tới nội dung của tiêu đề IP hoặc tiêu đề Cell Một nhãn duy nhất sẽ được định nghĩa cho

mỗi chặng gắn với gói tin IP để tạo thành một LSP

 Chuyển mạch khe thời gian (TDM): Chuyển mạch dựa trên các bộ ghép kênh phân chia theo thời gian Các cổng giao diện TDM được lặp lại theo chu kỳ

và thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu theo khe thời gian Trong lớp TDM của hình 1-5, nhãn tương ứng với khe thời gian Một ví dụ về cổng giao diện TDM: có một cổng giao diện DXC mà trong đó đường TDM được hình

thành bằng cách kết nối các khe thời gian phía đầu vào hoán đổi với các khe thời gian phía đầu ra Liên kết này tương ứng với đường bước sóng hoặc đơn

giản là sợi quang

 Chuyển mạch Lamda (LSC): Cổng giao diện LSC thực hiện nhiệm vụ truyền

dữ liệu theo bước sóng trong sợi quang Trong lớp λ của hình 1-5, nhãn tương ứng với bước sóng Một ví cho cho cổng giao diện LSC: một cổng giao diện OXC, trong đó đường λ được hình thành bởi kết nối các bước sóng được gán ở đầu vào với một bước sóng được gán ở đầu ra Giao diện OXC

với LSC thực hiện chuyển mạch theo bước sóng

 Chuyển mạch sợi quang (FSC): Cổng giao diện FSC thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu theo vị trí của các cổng vật lý thực tế của các sợi quang mà thông qua đó dữ liệu được truyền đi Nhãn tương ứng với các sợi quang Một

ví dụ cho cổng giao diện FSC: một cổng giao diện OXC trong đó đường dẫn quang được hình thành bằng cách kết nối đầu vào và đầu ra của các sợi quang tương ứng Giao diện OXC với FSC thực hiện chuyển mạch bởi sợi quang Liên kết trong trường hợp này là tập hợp về mặt vật lý của các sợi

quang

1.2.2.3 Băng thông sử dụng

Trong MPLS, băng thông có sẵn trên một liên kết có thể được chia sẻ một cách bất kỳ giữa các đường LSP được sử dụng trên liên kết đó Tuy nhiên, đối với GMPLS, các đường LSP liên quan trực tiếp đến những yếu tố vật lý nên có sự khác biệt lớn trong việc sử dụng băng thông Băng thông chỉ có thể được chia sẻ theo khả năng của các thiết bị chuyển mạch Ví dụ một dịch vụ trên mạng chuyển mạch bước sóng yêu cầu băng thông là 15Kb/s, mà trong đó dung lượng của toàn bộ kênh lamda có thể là 3Gb/s, 10Gb/s, hay 40Gb/s sẽ được yêu cầu để sử dụng cho dịch vụ

đó Điều này có nghĩa là chỉ một phần nhỏ của băng thông toàn bộ kênh lamda được phân bố, cấp phát để sử dụng thực sự Việc này gây ra sự lãng phí tài nguyên mạng rất lớn trong bối cảnh việc sử dụng tài nguyên hợp lý đang rất cấp thiết như hiện

nay Ngược lại đối với mạng chuyển mạch gói, các dịch vụ yêu cầu có thể sử dụng vượt quá băng thông cho phép gây ra hiện tượng nghẽn mạng Do đó, công nghệ GMPLS đưa ra giải pháp LSP phân cấp, mô tả các chuyển tiếp lồng xếp nhau để khắc phục các hạn chế này

1.2.2.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP phân cấp

Khái niệm đường chuyển mạch nhãn LSP trong GMPLS tương tự như ở trong công nghệ MPLS Tuy nhiên, công nghệ GMPLS đưa ra khái niệm đường chuyển mạch nhãn LSP phân cấp Như kiến trúc trong hình 1-5 PSC-LSP nằm trong TDM-LSP và liên kết của PSC-LSP trở thành TDM-LSP TDM-LSP nằm trong LSC-LSP và liên kết TDM-LSP trở thành LSC-LSP Cuối cùng LSC-LSP nằm trong FSC-LSP và liên kết LSC-LSP trở thành FSC-LSP Mỗi một lần di chuyển LSP xuống các lớp thấp hơn thì băng thông của LSP trở lên lớn hơn

Hình 1-5 Đường chuyển mạch LSP phân cấp

1.2.2.5 Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu

Trong hệ thống chuyển mạch gói, các bản tin điều khiển có thể được gửi thông qua các liên kết của gói dữ liệu Do đó các kênh điều khiển và các kênh dữ liệu có thể coi là đồng nhất Tuy nhiên điều này không đúng trong hệ thống mạng truyền tải Các nút mạng truyền tải có thể chuyển tiếp một khối dữ liệu lớn với tốc

độ cao Nguyên nhân là do các nút mạng truyền tải sẽ chuyển mạch toàn bộ khe thời gian, bước sóng hay sợi quang, mà không bao gồm các gói tin riêng lẻ như trong chuyển mạch gói Do đó các bản tin điều khiển không thể được gửi đi thông qua các

kênh tương tự như các kênh dữ liệu Nói cách khác là có sự phân tách giữa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu

Công nghệ được sử dụng trong mặt phẳng điều khiển dựa trên nền IP còn công nghệ được sử dụng bởi mặt phẳng dữ liệu (hay mặt phẳng lưu lượng) có thể đa dạng để bao hàm nhiều kiểu lưu lượng như (khe thời gian, lamda, gói…) Ngoài ra mặt phẳng điều khiển còn được phân tách thành hai phần: phần định tuyến chứa các giao thức định tuyến và phần báo hiệu chứa các giao thức báo hiệu

Để các dịch vụ trao đổi được giữa các nút mạng với nhau thì phải thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP giữa các nút này Trong mạng GMPLS các quyết định chuyển mạch cần phải được thực hiện không chỉ dựa trên phần tiêu đề của gói

mà còn căn cứ vào khe thời gian, bước sóng và các cổng giao diện vật lí

1.2.2.6 Đường hầm LSP và các phân cấp GMPLS

Đường hầm LSP sử dụng các LSP phân cấp hỗ trợ việc xếp chồng nhãn dựa trên các ngăn xếp nhãn Tuy nhiên, các ngăn xếp nhãn chỉ hiệu quả khi các tiêu đề được sử dụng để mã hóa các nhãn Nghĩa là chúng chỉ có thể được sử dụng trong các mạng gói, tế bào hoặc các mạng khung Trong hệ thống mạng tích hợp, khái niệm nhãn là không rõ ràng và liên quan trực tiếp với các yếu tố vật lý nên không thể tạo ra một ngăn xếp nhãn Ví dụ một mạng lamda, mặc dù về lý thuyết có thể đóng gói tín hiệu từ một LSP lamda vào trong một LSP lamda khác, việc đóng gói này chỉ có thể được thực hiện trên cơ sở một-một, và nó chỉ có thể xác định chính xác lamda sử dụng cho LSP được đóng gói khi nó xuất hiện tại phía đầu ra của đường hầm Nghĩa là không có cơ chế để mã hóa thông tin với các dữ liệu

Hình 1-6 Phân cấp các loại chuyển mạch Tuy nhiên trong GMPLS có phân chia thành các loại chuyển mạch khác nhau (chuyển mạch gói, TDM, lamda, ) Ta nhận thấy có sự phân cấp tự nhiên cho các chuyển mạch dựa trên tính chất kết thành Các LSP có thể lồng nhau theo sự phân cấp này giống như các yếu tố vật lý được lồng nhau Như hình 1-6, các lamda có thể được lồng nhau trong sợi quang, các khe thời gian có thể lồng trong một lamda hay các gói tin lồng nhau trong một khe thời gian Hình thức phân cấp LSP (H-LSP) cho phép tập hợp các đường hầm làm tăng lên khả năng điều khiển lưu lượng, và tăng hơn nữa hiệu quả điều khiển băng thông trong các mạng truyền tải lõi, cũng như tạo nên khả năng thống nhất các loại chuyển mạch để cung cấp kết nối đầu cuối đến đầu cuối

Trong GMPLS cần có các kỹ thuật khác nhau trong báo hiệu và định tuyến

để làm cho các LSP phân cấp trở nên hữu ích Trong LSP phân cấp, một đường hầm LSP được coi như có thể cung cấp kết nối điểm-điểm trên mạng nên các LSP có thể được định tuyến thông qua đường hầm, và ngược lại kết hợp LSP sẽ đưa đến các khái niệm vè H-LSP trong mạng chuyển mạch Các kỹ thuât này sẽ được nghiên cứu ở phần sau

1.3 Định tuyến trong GMPLS

1.3.1 Chức năng định tuyến trong mạng GMPLS

Cũng như trong mạng IP truyền thống, định tuyến trong mạng GMPLS thực hiện hai chức năng sau:

 Quảng bá thông tin về mô hình mạng: Các thông tin về mô hình mạng truyền tài sẽ được quảng bá để tạo thành một tập hợp thông tin để trao đổi giữa các LSR Tuy nhiên, tập hợp các thông tin không hoàn toàn giống nhau đối với toàn bộ các LSR trong mạng Do mô hình mạng có thể được dựng lên theo các khía cạnh khác nhau như kinh doanh, kĩ thuật hay địa lí để phục vụ các mục đích khác nhau nên các LSR trong mạng cần phải được cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết để thực hiện việc chuyển tiếp dữ liệu theo các yêu cầu khác nhau Vấn đề cốt lõi của việc quảng bá thông tin mô hình mạng là giải quyết được câu hỏi: thông tin nào cần được phân phối đến ai và bằng cách nào để truyền thông tin này đi

 Lựa chọn đường đi: Việc chọn đường MPLS là một tập các thủ tục tính toán dựa trên các ràng buộc, thủ tục này cần phù hợp với các ràng buộc yêu cầu kết nối Giải thuật chọn đường ràng buộc về cơ bản như sau:

o Cắt bỏ các liên kết có lớp tài nguyên bị loại ra khỏi mô hình mạng

o Tiếp theo là cắt bỏ các liên kết có băng thông dự trữ không đủ theo yêu cầu

o Thực hiện giải thuật tìm đường đi ngắn nhất (ví dụ thuật toán tìm đường ngắn nhất Dijktra) để tìm đường có tổng chi phí nhỏ nhất trên phần mạng còn lại sau khi đã cắt bỏ các liên kết không đạt yêu cầu

o Sau khi thực hiện các bước nêu trên mà vẫn còn nhiều đường ứng cử cho LSP (do các đường này có tổng chi phí bằng nhau) thì tiếp theo đường sẽ được chọn theo tiêu chuẩn lần lượt là: đường có băng thông tối thiểu cao nhất, đường có số chặng ngắn nhất và lựa chọn ngẫu nhiên

Bản chất của quá trình định tuyến là sự phân phối các thông tin để xác định các LSP được thiết lập trên mạng như thế nào Trong GMPLS sự phân phối thông tin này dựa trên các mở rộng từ các giao thức IP Một vấn đề quan trọng là hiện tại

sự phân phối thông tin kỹ thuật lưu lượng chỉ được thực hiện trong một miền định tuyến IP với hai giao thức định tuyến IP là OSPF và IS-IS hỗ trợ lẫn nhau

Trong mạng IP, định tuyến là quá trình xác định các chặng kế tiếp để cho một gói tin IP tìm được đường đi tốt nhất đến đích, việc này được thực hiện bởi mỗi một bộ định tuyến trong quá trình đưa các gói tin đi qua mạng thông qua việc tra cứu thông tin trong bảng định tuyến Các bảng định tuyến này có thể được cấu hình thủ công hoặc được xây dựng bởi các giao thức định tuyến khác nhau

Các giao thức định tuyến chính trong vùng định tuyến IP là hai giao thức trạng thái liên kết (link-state) OSPF và IS-IS Mỗi bộ định tuyến khi chạy giao thức

sẽ gửi các trạng thái đường liên kết của nó cho tất cả các bộ định tuyến ở trong vùng Sau một thời gian trao đổi, các bộ định tuyến sẽ đồng nhất được bảng cơ sở

dữ liệu trạng thái đường liên kết (Link State Database – LSDB) với nhau, mỗi bộ định tuyến đều có được “bản đồ mạng” của cả vùng Từ đó mỗi bộ định tuyến sẽ chạy giải thuật Dijkstra tính toán ra một cây đường đi ngắn nhất (Shortest Path Tree) và dựa vào cây này để xây dựng nên bảng định tuyến Trong mạng, mỗi bộ định tuyến chỉ quan tâm đến chặng kế tiếp trên đường đi ngắn nhất, do các bộ định tuyến kế tiếp sẽ xác định thông tin như nó và cũng sẽ chuyển tiếp gói dữ liệu đến bộ định tuyến tiếp theo

Một ưu điểm nổi bật trong định tuyến GMPLS là kỹ thuật lưu lượng Kỹ thuật lưu lượng TE (Traffic Engineering) là quá trình điều khiển các luồng lưu lượng theo các hướng đã được tính toán trước trong mạng sao cho tối ưu hoá việc

sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng Qua đó để các luồng lưu lượng có thể giảm bớt tắc nghẽn và thỏa mãn yêu cầu về chất lượng dịch vụ Trong định tuyến IP thông thường các luồng lưu lượng thường dựa theo tiêu chí đường đi ngắn nhất để định tuyến nên có xu hướng hội tụ vào các liên kết chính trong mạng

1.3.2 Kỹ thuật lưu lượng trong GMPLS

Để tính toán đường đi qua một mạng sử dụng kỹ thuật lưu lượng, ta cần biết

rõ những liên kết nào đang tồn tại, băng thông nào đang sẵn sàng phục vụ và chi phí (cost) khi sử dụng các liên kết đó là bao nhiêu Từ đây ta có thể xác định tuyến đường ngắn nhất và chi phí nhỏ nhất mà vẫn thỏa mãn được yêu cầu về băng thông Đây là cơ chế đường ràng buộc ngắn nhất (constraint-based shortest path first - CSPF) Tuy nhiên cũng có rất nhiều các kỹ thuật thay thế khác, ví dụ tính toán một đường đi mà sử dụng các liên kết có đủ băng thông và đảm bảo được vấn đề độ trễ tối thiểu Ta cũng có thể lựa chọn các tuyến đường theo hai hướng độc lập để hỗ trợ bảo vệ hoặc chia sẻ tài nguyên, và áp dụng thêm các ràng buộc để loại bỏ các liên kết không phù hợp

Các liên kết trong mạng mà sử dụng kỹ thuật lưu lượng trong GMPLS được gọi là các liên kết TE Trong mạng không nhất thiết toàn bộ các liên kết đều là liên kết TE, và khái niệm một liên kết TE có thể được mở rộng cho một bó các liên kết trên cùng một cặp bộ định tuyến Các bộ định tuyến tại đầu cuối của một liên kết TE

sẽ chịu trách nhiệm công bố khả năng của các liên kết TE

Cơ sở dữ liệu của tất cả các liên kết TE và các thông tin liên quan gọi là cơ

sở dữ liệu kỹ thuật lưu lượng (TED) Một tập hợp đầy đủ các thông tin kỹ thuật lưu lượng có sẵn và được phân phối bởi các giao thức định tuyến được thể hiện như sau:

 Router address: Là địa chỉ truy nhập của một bộ định tuyến, địa chỉ này sẽ không biến mất nếu như mạng down và có thể được sử dụng để gửi bản tin kiểm soát trong mặt phẳng dữ liệu Ngoài ra nó còn được sử dụng để liên kết các liên kết TE

 Link type: Để phân biệt giữa các liên kết TE điểm-điểm và liên kết TE đa truy nhập

 Partner router: Đối với liên kết điểm-điểm thì đây chính là Router ID của bộ định tuyến tại đầu cuối của một liên kết TE

 Local interface IP address: Địa chỉ một cổng trên các bộ định tuyến được quảng bá tương ứng với liên kết này

 Remote interface IP address: Địa chỉ của một cổng từ xa ở đầu kia của một liên kết TE

 Traffic engineering metric: Số liệu được sử dụng trong kỹ thuật lưu lượng để tính toán con đường Số liệu này có thể khác nhau đối với từng loại kết nối Chúng ta có thể chỉ định TE metric cho từng tuyến đường khác nhau

 Maximum link bandwidth: Hay còn gọi là khả năng kết nối Lượng băng thông tối đa có thể sử dụng được cho truy cập lưu lượng vào kết nối này Tất nhiên không phải tất cả băng thông đều sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng

 Maximum reservable bandwidth: Số lượng lớn nhất của băng thông có thể được dự trữ vào liên kết Thông tin này sẽ cho biết được khả năng dự phòng của một liên kết trong mạng GMPLS

 Unreserved bandwidth by priority: Thông tin này sẽ giúp xác định các TE được ưu tiên và cho phép sử dụng băng thông một cách không hạn chế

 Administrative group: Cho biết ai đang quản lý nguồn liên kết nào Cho phép hạn chế hoặc bổ sung các con đường để tính toán lưu lượng truyền tải

1.3.3 Thông tin định tuyến GMPLS

Trong GMPLS, để có thể thiết lập một LSP qua mạng, ngoài thông tin về băng thông có sẵn, ta cần phải biết được khả năng chuyển mạch tại các liên kết của các LSR Mỗi một LSR có thể chuyển mạch dữ liệu đến một liên kết theo một hoặc nhiều cách tùy theo khả năng của LSR đối với liên kết đó Do đó các bộ định tuyến cũng phải thông báo khả năng chuyển mạch của nó cho mỗi liên kết TE trong cơ sở

kỹ thuật lưu lượng TED

Các tham số băng thông được sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng dựa trên chuyển mạch gói vẫn được áp dụng trong GMPLS, tuy nhiên do các đặc điểm chuyển mạch của các liên kết truyền tải và do băng thông được phân chia theo các

yếu tố vật lý nên các LSR cũng cần phải có thông tin về băng thông cực đại, cực tiểu để có thể ấn định cho mỗi LSP trên các liên kết

GMPLS hỗ trợ bảo vệ và khôi phục dịch vụ bằng cách thiết lập các LSP bảo

vệ, thông qua việc có được các thông tin về liên kết TE trong mạng có thể xảy ra rủi

ro từ cùng một lỗi Ví dụ như các sợi cáp quang nằm trong một ống dẫn có thể bị gẫy ở cùng một vị trí do cùng nguyên nhân Do đó phải đưa ra giải pháp đường bảo

vệ đa rủi ro Các LSR sẽ thông báo cho các liên kết về nhóm các liên kết chia sẻ rủi

ro SRLG, qua đó TED có được thông tin về liên kết nào là liên kết chia sẻ rủi ro

1.3.4 Những cải tiến trong định tuyến GMPLS

1.3.4.1 Ngưng hoạt động an toàn (Graceful shutdown)

Giao thức định tuyến trạng thái liên kết có khả năng thông báo khi có lỗi xảy

ra (ví dụ, một sợi cáp quang lỗi hoặc một cổng giao tiếp đã bị hỏng) Qua đó, các giao thức báo hiệu sẽ đưa ra thông tin rằng các LSP hiện tại sử dụng liên kết này đều bị gián đoạn và không có LSP mới nào được tính toán để sử dụng trên liên kết

TE lỗi đó

Ngoài ra, GMPLS cũng đưa ra khái niệm trạng thái nửa chừng Đó là trạng thái giữa trạng thái hoạt động và trạng thái lỗi Trong trạng thái này, tất cả các LSP hiện tại có thể tiếp tục hoạt động bình thường, nhưng sẽ không có LSP mới nào được thiết lập Cơ chế thiết lập trạng thái này là sử dụng các tham số về dữ liệu các

kỹ thuật lưu lượng Bộ định tuyến nhận được thông báo rằng không có băng thông sẵn sàng phục vụ trên liên kết và sẽ ngăn chặn một LSP mới được thiết lập

Các sự kiện được đưa ra trong quá trình ngưng hoạt động an toàn như sau:

 Hủy bỏ tất cả các băng thông tồn tại trên liên kết TE để không LSP mới nào được tính toán để sử dụng

 Thông báo cho tất cả các dịch vụ mà sử dụng trên liên kết TE phải thay đổi các LSP của chúng để sử dụng các đường đi khác

 Với mỗi LSP được loại bỏ khỏi liên kết này thì giải phóng các tài nguyên, nhưng tiếp tục thông báo rằng không có băng thông nào có sẵn

 Khi tất cả các LSP đã được loại bỏ khỏi liên kết TE thì có thể thực hiện ngừng hoạt động

1.3.4.2 Quảng bá thông tin về kiểu bảo vệ cho liên kết lưu lượng

Các thuật toán tìm đường đi định tuyến dựa vào thông tin về kiểu bảo vệ cho liên kết lưu lượng để thiết lập các LSP với các đặc điểm bảo vệ thích hợp GMPLS đưa ra các kiểu bảo vệ cho liên kết lưu lượng như sau:

 Bảo vệ chia sẻ lưu lượng: là kiểu bảo vệ mà một liên kết lưu lượng thực hiện bảo vệ cho nhiều liên kết lưu lượng khác

 Bảo vệ dành riêng 1:1: là kiểu bảo vệ mà một liên kết lưu lượng bảo vệ cho một liên kết lưu lượng và không được chia sẻ bảo vệ cho bất cứ liên kết lưu lượng nào khác Dữ liệu được truyền trên liên kết chính, khi có lỗi trên liên kết này thì dữ liệu sẽ được chuyển sang liên kết bảo vệ

 Bảo vệ dành riêng 1+1: là kiểu bảo vệ mà một liên kết lưu lượng bảo vệ cho một liên kết lưu lượng và dữ liệu sẽ được truyền đi trên cả liên kết chính và liên kết bảo vệ Tại phía thu tín hiệu tốt hơn sẽ được lựa chọn

1.3.4.3 Quảng bá thông tin về nhóm liên kết có cùng mức độ rủi ro SRLG

Một tập hợp các liên kết thành phần sẽ hình thành một nhóm các liên kết có cùng mức độ rủi ro SRLG (Shared Risk Link Group) nếu chúng chia sẻ chung tài nguyên và khi tài nguyên đó gặp sự cố sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ các liên kết thành phần trong nhóm Ví dụ, 2 sợi quang trong cùng một ống dẫn sẽ có cùng giá trị SRLG Một liên kết thành phần có thể có nhiều giá trị SRLG Giá trị SRLG là một

số nguyên 32 bit và là duy nhất trong 1 miền định tuyến IGP SRLG của một LSP là tập hợp của nhiều SRLG của các liên kết thành phần hình thành nên LSP đó SRLG của một liên kết lưu lượng là hợp của các SRLG của tất cả các liên kết thành phần

Thông tin SRLG là tùy chọn và nếu bản tin quảng bá LSA không mang thông tin SRLG thì có nghĩa liên kết đó không nằm trong SRLG

1.3.5 Giao thức quản lý liên kết LMP

Giao thức LMP thực hiện 2 chức năng chính là quản lý kênh điều khiển Thứ nhất, đảm bảo việc thực hiện theo cơ chế đàm phán thông qua các tham số (chẳng hạn như sử dụng phương thức gửi có chu kỳ các bản tin truy vấn thời gian sống sót của gói tin) để đảm bảo tình trạng của tuyến đường luôn được theo dõi Thứ hai là kiểm tra các kết nối trên mạng nhằm duy trì hoạt động của các kết nối giữa các nút mạng kề cận nhau thông qua các gói tin kiểm tra

Giao thức này có một số đặc điểm như sau:

 Quá trình quản lý kênh điều khiển: bắt đầu với việc khởi tạo, sau đó trao đổi các bản tin để sử dụng kênh điều khiển, thiết lập các nhận dạng và khả năng của chúng Khi kênh điều khiển đã hoạt động, sự duy trì kênh điều khiển được thực hiện thông quá sự trao đổi của bản tin Hello

 Quá trình khám phá liên kết trong LMP: giúp một LSR xác định sự tồn tại, kết nối, và tính chất của các liên kết dữ liệu đến và đi đến các LSR kế cận Ban đầu, một nút chỉ biết thông tin về các liên kết của nó và các nút kế cận, nhưng không biết được thông tin về các nút mà được tham chiếu tới chúng Giao thức LMP sẽ thực hiện trao đổi một chuỗi các bản tin để khám phá thông tin về các liên kết

 Quá trình trao đổi khả năng liên kết: là quá trình bổ sung cho quá trình khám phá liên kết Các LSR có thể thông báo cho các LSR khác về tính năng riêng của các liên kết dữ liệu Quá trình này rất hữu dụng cho việc xây dựng các liên kết kỹ thuật lưu lượng Nó giúp hệ thống TE nhận dạng các ID từ xa của các thành phần trong liên kết TE, và xác nhận tình trạng hoạt động của mỗi thành phần liên kết, vì thế kỹ thuật TE có thể độc lập với các quan hệ kế cận BGP

 Quá trình xác nhận liên kết: là quá trình được thực hiện tại bất cứ lúc nào để kiểm tra trạng thái và sự kết nối của các liên kết dữ liệu giữa hai LMP ngang hàng Các quá trình xác nhận liên kết là đồng nhất cho các thủ thục khám phá liên kết

 Cô lập lỗi: là tính năng quan trọng nhất của LMP Nó rất quan trọng trong các mạng mà các bộ chuyển thông thường không kiểm tra tín hiệu dữ liệu Ví

dụ các thiết bị như là thiết bị kết nối chéo phân tử quang có thể không phát hiện nếu có đứt kết nối tín hiệu và LMP giúp cô lập và thông báo các lỗi mà

có thể xuất hiện Quá trình này được khởi tạo bởi một nút phía dưới mà nó phát hiện ra lỗi trên liên kết dữ liệu, có thể là mất tín hiệu quang, suy giảm tín hiệu hoặc lỗi khung

 Xác thực: được sử dụng khi các thủ tục đang thực hiện cho phép các LMP ngang hàng xác nhận rằng chúng đang truyền thông với nhau và các bản tin của chúng không bị can thiệp

1.3.6 Thuật toán lựa chọn đường định tuyến trong GMPLS

Một số các thuật toán lựa chọn đường định tuyến được sử dụng trong GMPLS như:

 Thuật toán Bellman-Ford

 Thuật toán Dijkstra

 Thuật toán K đường đi ngắn nhất

 Thuật toán tìm đường theo độ rộng

Đầu tiên ta xem xét một số đặc điểm quan trọng của kỹ thuật đường đi ngắn nhất mà được xem là cơ sở cho các thuật toán này như sau:

 Cấu trúc tối ưu của một đường đi ngắn nhất: Tất cả các thuật toán đơn nguồn đều dựa trên nguyên lý là đường đi ngắn nhất của bất kỳ một cặp điểm là tổng các đoạn ngắn nhất Theo một cách lý giải khác, nếu P(s,d) là đường đi

ngắn nhất giữa hai điểm s và d, và nó đi qua các điểm x và y thì P(s,d) phải

đi qua đường ngắn nhất giữa hai điểm x và y

 Đường đi ngắn nhất không chứa các vòng lặp: Một đường đi ngắn nhất không thể chứa các vòng lặp Giả sử P(s,d) là đường đi ngắn nhất giữa các node và chứa một hoặc một só vòng lặp Nếu chúng ta loại bỏ các vòng lặp này thì chúng ta sẽ thu được một đường đi P'(s,d) với có cost bằng cost của P(s,d) trừ đi cost của các vòng lặp mà ta vừa loại bỏ Hiển nhiên ta sẽ có các đường ngắn nhất không chứa bất kỳ vòng lặp nào

 Các biến số chung: Có hai biến số là d[v] và π[v] mà một thuật toán đơn nguồn liên quan đến mọi điểm v trên lược đồ d[v] được gọi là ước lượng đường đi, và khi kết thúc một thuật toán nó chứa một giá trị chi phí của đường đi ngắn nhất giữa điểm nguồn s và điểm v π[v] được gọi là tiền nhiệm, và nó chứa ID của một điểm đứng ngay trước điểm v trên đường đi

Vì thế khi kết thúc thuật toán ta có thể xây dựng được các đường đi ngắn nhất giữa điểm s và điểm bất kì v nơi mà có thể tới được từ điểm s thông qua điểm tiền nhiệm của v (π[v]), và điểm tiền nhiệm của điểm tiền nhiệm của v

là π[π[v]] và cứ tiếp tục với các điểm trước đấy Trong thực tế một tập các tiền nhiệm của tất cả các điểm trên lược đò G(V,E) định nghĩa ra một lược

đồ phụ quan trọng G'(V',E'), lược đồ phụ đó gọi là cây đường đi ngắn nhất (SPT)

 Các thủ tục chung: có hai thủ tục chung được sử dụng cho tất cả các thuật toán tính đường dó là thủ tục khởi tạo và thủ tục giảm cung/cạnh Trong thủ tục khởi tạo thì d[v] và π[v] được thiết lập các giá trị sau:

d[v]=∞ đối với các điểm v khác s

d[s]=0

π[v]=NIL đối với mọi điểm v

Đối với thủ tục giảm cung/cạnh, chúng ta xét một điểm cung a liên kết giữa một cặp điểm u,v kế cận nhau với trọng lượng w(a) Quá trình giảm cung a bao gồm kiểm tra xem đường đi ngắn nhất được chọn từ điểm s đến điểm v có thể được hoàn thiện bằng cách đi qua điểm u hay không, tức là đi qua cung a Nếu điều kiện này được đảm bảo thì ta nói rằng cung đã được giảm Đây là thủ tục mà có thể thay đổi các giá trị lưu trữ trong d[v] và π[v] và có thể tổng quát lại như sau:

if(d[u] + w(a) < d[v])

then d[v] = d[u] + w(a) ; π[v] = u

1.4 Báo hiệu trong GMPLS

Hiện nay việc sử dụng các giao thức báo hiệu đều đi sâu vào lĩnh vực điều khiển lưu lượng trong GMPLS Do vậy ở đây ta nghiên cứu về các giao thức báo hiệu trong GMPLS-TE

1.4.1 Giao thức RSVP-TE mở rộng

1.4.1.1 Các thông điệp trong RSVP-TE

RSVP-TE định nghĩa các loại thông điệp dùng cho nhiều mục đích khác nhau như thiết lập và duy trì đường đi, dành tài nguyên, báo lỗi, …

Các thông điệp RSVP-TE được mô tả cụ thể như sau:

 Path: thiết lập và duy trì sự dành riêng

 Resv: Phản hồi của thông điệp Path để thiết lập và duy trì sự dành riêng

 Path Tear: Hủy sự dành riêng ra khỏi mạng

 Resv Tear: Phản hồi của Path Tear, đáp ứng việc hủy sự dành riêng ra khỏi mạng, chấm dứt chiếm dụng tài nguyên

 Path Err: Gửi bởi phía nhận thông điệp Path, thông báo phát hiện ra lỗi trong thông điệp đó

 Resv Err: Gửi bởi phía nhận thông điệp Resv, thông báo phát hiện ra lỗi trong thông điệp đó

 Resv Conf: Để thông báo tài nguyên dành riêng đưa ra đã được thiết lập

 Resv Tear Conf: Là thông điệp riêng của thiết bị Cisco để thông báo sự dành riêng đã bị hủy khỏi mạng

 Hello: Là thông điệp mở rộng cho phép kết nối cục bộ được duy trì giữa hai láng giềng RSVP kết nối trực tiếp

1.4.1.2 Chức năng của RSVP-TE

RSVP-TE hoạt động bằng cách gởi các bản tin để dành riêng tài nguyên, báo lỗi,… RSVP-TE có 4 chức năng cơ bản, đó là: thiết lập đường đi, duy trì đường đi, hủy đường đi và báo lỗi:

 Quá trình thiết lập đường đi: RSVP-TE thực hiện việc thiết lập đường đi cho đường hầm theo tuyến tường minh đã được tính toán trước

Hình 1-7 Minh họa thiết lập RSVP

Sự trao đổi các thông điệp RSVP Path và Resv trong suốt quá trình thiết lập LSP được minh họa như hình 1-7 Giả sử R1 thực hiện CSPF xong và muốn chiếm dụng băng thông theo tuyến đường R1R2R3R5R6R7 Đầu tiên R1 gửi thông điệp Path đến R2, R2 kiểm tra thông điệp để chắc chắn băng thông mà R1

yêu cầu hiện đang sẵn có Nếu xảy ra lỗi thì R2 sẽ gửi thông điệp Error lại cho R1 Nếu không có lỗi thì R2 sẽ gửi thông điệp Path đến R3, R3 tiến hành các bước kiểm tra như R2 Tương tự thông điệp Path được gửi đến R5, R6 và R7 Tại R7 là vị trí cuối của tuyến đường, R7 sẽ gửi thông điệp Resv đến R6 Resv chỉ định nhãn R7 xác định trên gói đến Vì R7 là vị trí cuối nên nhãn là rỗng Sau đó, R6 tiếp tục gửi thông điệp Resv cho R5 và chỉ định nhãn R6 xác định trên gói đến là 9, khi R6 nhận nhãn là 9 thì nó sẽ thực hiện hủy nhãn (vì nhãn ở R7 là rỗng) và gửi thông điệp về cho R5 R5 gửi thông điệp Resv cho R3 thông báo nhãn là 13 Khi R5 nhận gói với nhãn là 13 thì nó sẽ hoán đổi nhãn thành 9 và chuyển gói đến R6 Tương tự, R3 gửi thông điệp Resv cho R3 thông báo nhãn là 6, R2 gửi thông điệp Resv cho R1 thông báo nhãn là 3 Lúc này R1 nhận thông điệp Resv cho tuyến đường đến R7 và nó xác định được nhãn ra nào được sử dụng Giao tiếp trên R1 từ up – down trước thời điểm này được chuyển sang up – up

 Duy trì đường đi: Mỗi 30 giây đầu đường hầm gửi một thông điệp Path đến láng giềng xuôi theo chiều tuyến đường của nó Nếu một LSR gửi đi một dãy

4 thông điệp Path và không thấy Resv, nó xác nhận sự chiếm dụng bị mất và gửi một thông điệp ngược dòng báo rằng sự dành riêng bị mất Các thông điệp Path và Resv được gửi độc lập và bất đồng bộ giữa các láng giềng với nhau Hai thông điệp này không liên hệ với nhau Thông điệp Resv được dùng để làm mới (refresh) một sự chiếm dụng đang tồn tại

 Hủy đường đi: Nếu một nút (thường là đầu đường hầm) quyết định một sự dành riêng không còn cần thiết trong mạng, nó gửi một thông điệp PathTear dọc theo đường thông điệp Path đã đi và một ResvTear dọc theo đường của Resv Thông điệp ResvTear được gửi để hồi đáp cho PathTear báo hiệu cuối đường hầm PathTear và ResvTear cũng được gửi để trả lời một điều kiện lỗi trong mạng Không giống thông điệp làm tươi, PathTear không cần đi đến hết downstream trước khi nhận được kết quả Như hình 2-2, nếu R1 gửi PathTear đến R2, ngay lập tức R2 trả lời bằng một ResvTear, sau đó gửi PathTear xuôi dòng của nó

 Báo lỗi: Đôi khi tín hiệu RSVP có thể bị lỗi, các lỗi này được báo hiệu bằng thông điệp PathErr hay ResvErr Thông điệp lỗi được gửi ngược dòng về phía nguồn của lỗi, một PathErr được gửi ngược dòng còn một ResvErr được gửi xuôi dòng

RSVP-TE của mạng MPLS được mở rộng trong GMPLS Trong MPLS, nhãn chỉ để xây dựng các LSP nhưng nó không chỉ rõ ra băng thông và tài nguyên mạng Trong GMPLS, nhãn tương ứng với khe thời gian trong lớp TDM, bước sóng trong lớp λ, và sợi quang trong lớp quang Do đó, việc gán nhãn trong mạng GMPLS nghĩa là chỉ ra băng thông hoặc tài nguyên mạng trong các lớp khác nhau ngoài lớp gói tin Việc gán nhãn đồng thời chỉ rõ băng thông hoặc tài nguyên mạng

là điểm khác biệt trong RSVP-TE mở rộng cho GMPLS Những sự mở rộng bao gồm: yêu cầu nhãn tổng quát, báo hiệu đường hai chiều và kiến trúc báo hiệu

1.4.2 Nhãn tổng quát

Như đã đề cập từ trước, trong GMPLS các LSP được định nghĩa riêng cho mỗi lớp Trong mạng MPLS, khả năng chuyển mạch của giao diện thông qua LSP chỉ là PSC Trong GMPLS, RSVP-TE xây dựng đường TDM-LSP, FSC-LSP, LSC-LSP không chỉ riêng PSC-LSP như MPLS Khi yêu cầu nhãn với bản tin PATH, bản tin PATH phải có một đối tượng yêu cầu nhãn (Label-Request Object) Nhãn trong GMPLS gọi là nhãn tổng quát Do đó phải có thêm sự mở rộng cho yêu cầu nhãn bao gồm: Loại mã hóa LSP, loại chuyển mạch, G-PID (Generalized Payload ID):

 Loại mã hóa LSP (LSP Encoding Type): Là trường gồm 8 bit, cho biết giao diện nút trung gian trên đường LSP phải hỗ trợ loại công nghệ mã hóa nào Các loại mã hóa: Packet, Ethernet, SDH, λ, quang, digital… Cho ví dụ, nếu loại mã hóa là SDH giao diện của nút trung gian trên LSP có thể nhận dạng

và xử lý SDH Frame, nếu loại mã hóa là λ thì tại nút trung gian, chuyển đổi quang-điện-quang không thể thực thi

 Loại chuyển mạch (Switching Type): gồm 8 bit, chỉ ra LSP của lớp nào phải được thiết lập, cụ thể là nhãn của lớp nào phải được thiết lập Loại chuyển mạch bao gồm: PSC, TDM, LSC và FSC Ví dụ, nếu loại chuyển mạch là TDM, nó cần một nhãn là khe thời gian, nếu loại chuyển mạch là LSC nó cần nhãn là bước sóng

 G-PID: gồm16 bit, xác định loại truyền tải mà LSP truyền Nó cho biết công nghệ nào mà nút khởi tạo và nút đích có thể xử lý truyền tải G-PID cụ thể như trong hình 1-10 Cho ví dụ khi G-PID = 28, công nghệ sử dụng là POS (Packet Over SONET), không xáo trộn và 16 bit CRC Khi G-PID = 31, công nghệ sử dụng là POS với xáo trộn và 32 bit CRC Giao diện tại hai đầu của LSP phải hỗ trợ cùng G-PID

Hình 1-8 Định dạng Label-Request Object

Bảng 1-1 Các loại G-PID Dựa vào ví dụ hoạt động của RSVP-TE trong MPLS, ta có thể phân tích hoạt động của RSVP-TE mở rộng trong GMPLS như sau:

Giả sử LSP được xây dựng từ nút A qua nút B và C rồi tới nút D Nút khởi tạo A gửi một thông điệp PATH bao gồm yêu cầu nhãn tới nút B Sau đó, nút B kiểm tra giao diện của nó có hỗ trợ loại mã hóa và loại chuyển mạch thích hợp hay không (LSP Encoding Type và Switching Type ) Nếu có, nó gửi thông điệp PATH

tới nút C Nút B tạo ra một trạng thái LSP liên quan và lưu lại trước khi gửi sang nút C Nút C hoạt động tương tự nút B và nó sẽ gửi thông điệp PATH tới nút D nếu không có vấn đề gì xảy ra Nút đích D kiếm tra giao diện của nó có hỗ trợ loại chuyển mạch, loại mã hóa, cũng như G-PID hay không, nó tạo ra một trạng thái và lưu lại nếu không có vấn đề Sau đó, nút D tạo ra nhãn 301 ở liên kết giữa nút D và

C Nút D chọn nhãn 301 này cho liên kết Input-Side trong bảng hoán đổi nhãn và truyền thông điệp RESV bao gồm nhãn 301 tới nút C Khi nút C nhận thông điệp RESV, nó chọn nhãn 301 tới liên kết Output-Side trong bản chuyển đổi nhãn của

nó Sau đó, nút C tạo ra nhãn 201 ở liên kết giữa nút C và B Nút C đặt nhãn 201 cho liên kết input-side trong bảng hoán đổi nhãn, sau khi thiết đặt để các hoạt động chuyển mạch của nó phù hợp với bảng hoán đổi nhãn, nó sẽ truyền thông điệp RESV bao gồm giá trị nhãn 201 đến nút B Tương tự nút B lại tạo nhãn và truyền thông điệp RESV tới nút A Khi thông điệp RESV tới nút khởi tạo A, LSP được xây dựng hoàn toàn

Hình 1-9 Hoạt động của RSVP-TE mở rộng

1.4.3 Báo hiệu đường hai chiều

LSP trong mạng MPLS là một chiều Trong GMPLS, bởi vì đường SDH/SONET, đường bước sóng, đường quang về nguyên tắc được coi là đường dẫn hai chiều, do đó báo hiệu đường phải được mở rộng tới hai chiều

Hình 1-10 Báo hiệu đường hai chiều Trong báo hiệu đường hai chiều, nút mà truyền bản tin PATH được gọi là nút khởi tạo (Initiator), nút truyền bản tin RESV được gọi là nút cuối (Terminator) LSP

mà chuyển dữ liệu từ nút khởi tạo tới nút cuối gọi là đường truyền xuôi (Downstream Path) và ngược lại mà chuyển dữ liệu từ nút cuối tới nút khởi tạo được gọi là đường truyền ngược (Upstream Path) Khi xây dựng một chiều, trạng thái của LSP được tạo ra với thông điệp PATH và việc thiết lập nhãn được thi hành khi truyền bản tin RESV Thiết lập nhãn cho đường truyền xuôi trong đường hai chiều tương tự với thiết lập nhãn trong đường một chiều khi bản tin RESV được truyền từ nút đích tới nút nguồn Thiết lập đường cho đường truyền ngược được thực thi khi thông điệp PATH được truyền đến Đây là điểm khác biệt trong thiết lập nhãn của đường hai chiều

Trong hình 1-10, trước khi nút A (Initiator) truyền thông điệp PATH tới nút

B, 505 được thiết lập như giá trị nhãn cho đường truyền xuôi của liên kết giữa A và

B, và thiết lập chuyển mạch được thực thi cho đường truyền xuôi Nút A gửi bản tin PATH tới nút B với giá trị nhãn 505 kèm theo Nút B thiết lập giá trị 505 cho Output-Link và cùng lúc đó, thiết lập nhãn 613 cho Input-Link giữa nút B và nút C trong bảng chuyển đổi nhãn Tương tự, thông điệp PATH được truyền tới nút C và nút D Khi xây dựng bảng chuyển đổi nhãn cho đường truyền ngược và thiết lập chuyển mạch hoàn toàn tại nút D, nút D truyền đường truyền ngược tới nút A Phương pháp thiết lập nhãn cho đường truyền ngược tương tự phương pháp thiết lập nhãn cho đường một chiều qua bản tin RESV