Chương “Mạng chuyển mạch kênh quang” nhằm cung cấp một phân tích chi tiết về mạng chuyển mạch kênh quang và các kỹ thuật hỗ trợ, bao gồm: Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng • Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức; Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng Chuyển mạch bước sóng • Chuyển mạch quang đa mức; Dải sóng; Định tuyến và cấp phát bước sóng Chuyển mạch khe quang • Khe quang; Đồng bộ hoá; Giao thức phân loại truy cập; Xử lý tranh chấp. Nhận xét và kết luận BG Mạng Quang, TS. Võ Viết Minh Nhật 071016 2 071016 3 Nội dung o Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức; Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng o Chuyển mạch bước sóng Chuyển mạch quang đa mức; Dải sóng; Định tuyến và cấp phát bước sóng o Chuyển mạch khe quang Khe quang; Đồng bộ hoá; Giao thức phân loại truy cập ;
Trang 107/10/16 1
Mạng quang
TS Võ Viết Minh Nhật
Đại học Huếvominhnhat@gmail.com
Học phần
Chương 2: Mạng chuyển mạch kênh quang
Mục tiêu
o Chương “Mạng chuyển mạch kênh quang” nhằm cung cấp
một phân tích chi tiết về mạng chuyển mạch kênh quang và các kỹ thuật hỗ trợ, bao gồm:
Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng
• Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức; Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng
Chuyển mạch bước sóng
• Chuyển mạch quang đa mức; Dải sóng; Định tuyến và cấp phát bước sóng
Chuyển mạch khe quang
• Khe quang; Đồng bộ hoá; Giao thức phân loại truy cập; Xử lý tranh chấp.
Nhận xét và kết luận
Trang 207/10/16 3
Nội dung
o Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng
Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức;
Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng
o Chuyển mạch bước sóng
Chuyển mạch quang đa mức;
Dải sóng;
Định tuyến và cấp phát bước sóng
o Chuyển mạch khe quang
Khe quang; Đồng bộ hoá; Giao thức phân loại truy cập ;
Xử lý tranh chấp.
o Nhận xét và kết luận
2.1 Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng
o Khái niệm mạng quang chuyển mạch tự động (ASON,
Automatic Switched Optical Network) và giao thức GMPLS
(Generalized Multiprotocol Label Switching) là rất thích hợp
cho các mạng chuyển mạch quang được quản lý tập trung
o Một ASON bao gồm một hoặc nhiều miền (domain), trong đó
mỗi miền có thể thuộc về một nhà điều hành, quản trị viên hoặc nhà cung cấp nền tản mạng khác nhau
o Khung làm việc (framework) ASON hỗ trợ việc thiết lập, sửa
đổi, tái cấu hình và giải phóng các kết nối quang
o Điểm tương tác giữa 2 miền được gọi là điểm tham chiếu:
UNI: giữa một mạng người sử dụng và một miền quản trị
E-NNI: giữa các miền quản trị của hai mạng quang
Trang 3Các điểm tham chiếu của ASON
hiệu out-of-band là được khuyến khích hơn in-band.
o Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS, Multiprotocol Label
Switching) cung cấp một nền tảng đầy hứa hẹn cho mặt phẳng điều khiển của mạng chuyển mạch quang bởi vì MPLS tách rời mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu
o Kiến trúc MPLS đã được chuẩn hóa bởi IETF
o MPLS cho phép sử dụng lại, mở rộng các giao thức báo hiệu, định tuyến IP hiện có, nên tránh phải phát triển giao thức mới và làm giảm thời gian đến với thị trường
Trang 42.1.1 Tổng quan về MPLS
o MPLS mở đầu mô hình hướng kết nối trong bối cảnh IP không kết nối Nó đóng gói các gói tin IP thành các gói có gắn nhãn
o Việc gắn nhãn phụ thuộc vào công nghệ liên kết đang sử dụng Ví dụ:
Mạng ATM, định danh kênh ảo (VCI) và định danh đường ảo (VPI) có thể được sử dụng như là một nhãn tự nhiên.
Một tiêu đề MPLS shim có thể được thêm vào trong gói tin IP
Trang 5gỡ bỏ các LSPs bằng cách sử dụng các giao thức báo hiệu
và định tuyến nói trên với các phần mở rộng thích hợp
o LSRs trung gian trong một miền MPLS không kiểm tra tiêu
đề IP trong khi chuyển tiếp (forwarding) Thay vào đó, chúng
chuyển tiếp các gói tin IP được gắn nhãn theo mô hình trao đổi nhãn
o Với trao đổi nhãn, mỗi LSR trung gian ánh xạ một nhãn và một cổng vào cụ thể đến một nhãn và một cổng ra
2.1.1 Tổng quan về MPLS
o LERs thiết lập các LSPs bằng cách cấu hình mỗi LSR trung gian thực hiện trao đổi nhãn đúng cách, bằng cách sử dụng cổng và nhãn vào của gói tin IP đến để xác định cổng và nhãn ra
o MPLS cung cấp một số tính năng thuận lợi, giúp các nhà khai thác mạng xây dựng các mạng đa dịch vụ và loại bỏ các lớp mạng dự phòng bằng cách kết hợp một số chức năng được cung cấp bởi ATM và SONET/SDH với mặt phẳng điều khiển IP/MPLS
o MPLS hỗ trợ đặt trước tài nguyên mạng cũng như khả năng định tuyến rõ ràng và dựa trên ràng buộc
Trang 62.1.1 Tổng quan về MPLS
o Định tuyến dựa trên ràng buộc có thể được sử dụng cho kỹ nghệ lưu lượng (TE) và định tuyến lại nhanh (FRR) Khi làm như vậy, IP/MPLS có thể thay thế ATM cho mục đích TE và SONET/SDH cho việc bảo vệ và phục hồi
o Hơn nữa, MPLS cung cấp khả năng xếp chồng nhãn Kết quả là, trong các mạng MPLS một gói tin IP được gắn nhãn
có thể có một, hai hoặc nhiều nhãn, trái ngược với chỉ có hai nhãn (VCI, VPI) trong các mạng ATM
o Khả năng xếp chồng nhãn cho phép xây dựng hệ thống phân cấp LSP tùy ý trong mạng MPLS
Nhược điểm của MPLS
o Trong kiến trúc MPLS, các LSPs về cơ bản là một chiều Để thiết lập một LSP hai chiều, hai LSPs riêng biệt hướng ngược nhau phải được thiết lập một cách độc lập Như vậy, mặt phẳng điều khiển IP/MPLS là không thể thiết lập kết nối hai chiều trong một yêu cầu đơn, kết quả là làm tăng chi phí điều khiển và độ trễ thiết lập
o Hơn nữa, băng thông bảo vệ không thể được sử dụng bởi lưu lượng ưu tiên thấp khi hoạt động mạng không lỗi, mà sẽ được đặc quyền trong trường hợp lỗi mạng để thực hiện các lưu lượng ưu tiên cao hơn được bảo vệ Kết quả là, trong mạng MPLS băng thông bảo vệ không sử dụng trong hoạt động không lỗi
Trang 72.1.2 Chuyển mạch nhãn đa giao thức suy rộng (GMPLS)
o Các mạng chuyển mạch quang triển khai một loạt các kỹ thuật chuyển mạch và ghép kênh khác nhau, như chuyển mạch gói (có kích thước thay đổi), mạng chuyển mạch tế bào (có kích thước cố định), mạng TDM và mạng WDM
o Không chỉ hỗ trợ chuyển mạch gói, MPLS cần được mở rộng để hỗ trợ chuyển mạch khe thời gian, chuyển mạch
bước sóng, chuyển mạch dải sóng (waveband) hoặc chuyển
mạch sợi quang => MPLS cần được mở rộng (GMPLS)
2.1.2 GMPLS
o Để hỗ trợ mở rộng của MPLS sang miền thời gian và miền bước sóng, cần có một số hình thức mới của nhãn => Nhãn suy rộng
o Một nhãn suy rộng chứa đủ thông tin để một nút có thể cấu hình OXC của nó
o Nhãn suy rộng mở rộng nhãn truyền thống (như VCI, VPI,
shim header) để bao gồm các loại nhãn khác như khe thời gian, bước sóng hoặc sợi quang (cổng)
o Các nút gửi và nhận các nhãn suy rộng cần biết các loại liên kết mà chúng đang sử dụng, bối cảnh loại nhãn nào đang được mong đợi
o Kiến trúc GMPLS xây dựng dựa trên MPLS, nên nhiều khái niệm MPLS có thể được tìm thấy trong kiến trúc GMPLS
Trang 82.1.2.1 Khả năng chuyển mạch của giao diện
o GMPLS là một mặt phẳng điều khiển đa năng, không chỉ hỗ trợ cho các thiết bị chuyển mạch gói mà còn hỗ trợ cho các thiết bị thực hiện chuyển mạch trong miền thời gian, bước sóng và không gian
o Mặt phẳng điều khiển GMPLS có thể hoạt động trên một phạm vi rộng các thiết bị mạng không đồng nhất (như bộ định tuyến IP/MPLS, thiết bị mạng SONET/SDH, chuyển mạch ATM, cũng như các thiết bị mạng quang như OXC và OADM)
o Các thiết bị mạng không đồng nhất đại diện bởi LSRs để thực hiện các loại chuyển mạch khác nhau Các loại LSRs trong mạng GMPLS có thể được phân loại theo khả năng chuyển mạch của giao diện (ISC) của chúng
2.1.2.1 Khả năng chuyển mạch của giao diện
o Các loại giao diện khả năng chuyển mạch của LSRs
Giao diện có khả năng chuyển mạch gói (PSC)
Giao diện có khả năng chuyển mạch tầng 2 (L2SC)
Giao diện có khả năng ghép kênh thời gian (TDM)
Giao diện có khả năng chuyển mạch bước sóng (LSC)
Giao diện có khả năng chuyển mạch sợi quang (FSC)
Trang 92.1.2.1 Khả năng chuyển mạch của giao diện
o Giao diện có khả năng chuyển mạch gói (PSC): là giao diện
nhận biết ranh giới của gói tin và có thể chuyển tiếp dữ liệu dựa trên nội dung tiêu đề gói tin Ví dụ giao diện dựa trên
tiêu đề IP, hay giao diện dựa trên tiêu đề MPLS shim.
o Giao diện có khả năng chuyển mạch tầng 2 (L2SC): là giao
diện nhận biết ranh giới của khung/tế bào và chuyển mạch
dữ liệu dựa trên nội dung tiêu đề khung/ tế bào Ví dụ giao diện trên Ethernet Bridge hay giao diện của MAC trên ATM
o Giao diện có khả năng ghép kênh thời gian (TDM): là giao
diện chuyển mạch dữ liệu dựa trên khe thời gian của dữ liệu trong mỗi chu kỳ lặp lại Ví dụ giao diện của hệ thống
chuyển mạch số (DCS) SONET/SDH hoặc ADM
2.1.2.1 Khả năng chuyển mạch của giao diện
o Giao diện có khả năng chuyển mạch bước sóng (LSC): là
giao diện chuyển mạch dữ liệu dựa trên bước sóng mang
dữ liệu Ví dụ, giao diện của một OXC hoạt động ở mức bước sóng đơn Lưu ý rằng, lớp giao diện LSC cũng bao gồm các giao diện ở mức của một nhóm bước sóng (dải sóng), nên được gọi là chuyển mạch dải sóng
o Giao diện có khả năng chuyển mạch sợi quang (FSC): là
giao diện chuyển mạch dữ liệu dựa trên vị trí không gian vật
lý Ví dụ, giao diện của một OXC mà có thể hoạt động ở mức một hoặc nhiều sợi quang
o Lưu ý rằng, trong mạng GMPLS, một LSP chỉ được thiết lập giữa 2 giao diện cùng loại; Nghĩa là, các LSPs luôn phải bắt đầu và kết thúc tại 2 LSRs có hỗ trợ cùng ISC
Trang 102.1.2.2 Phân cấp đường chuyển mạch nhãn
o MPLS cung cấp khả năng xếp chồng nhãn; có nghĩa là phân cấp MPLS LSP được thực hiện bằng cách cho phép các LSRs trung gian thêm nhãn vào tiêu đề của gói tin, tạo thành một ngăn xếp nhãn Như vậy, các LSPs có thể được lồng vào trong các LSPs khác, tạo ra một phân cấp LSP
o Khái niệm phân cấp LSP có thể được mở rộng đến mạng GMPLS bằng cách sử dụng nhãn suy rộng
o Tương tự MPLS, một phân cấp chuyển tiếp các LSPs có thể được xây dựng giữa các LSRs suy rộng với cùng ISC
Ví dụ, một SONET/SDH LSP bậc thấp (OC12) có thể được lồng vào bên trong một LSP bậc cao (OC48)
o Không giống như MPLS, trong mạng GMPLS, việc lồng các LSPs cũng có thể được thực hiện giữa các loại giao diện khác nhau
Các đường hầm chuyển mạch nhãn GMPLS
Trang 112.1.2.2 Phân cấp đường chuyển mạch nhãn
o Sự phân cấp GMPLS về LSPs được dựa trên các khả năng chuyển mạch khác nhau của các giao diện LSR Cụ thể, một LSP bắt đầu trên một giao diện PSC sẽ tạo 1 LSP bậc gói,
mà nó có thể được lồng vào bên trong 1 LSP lớp 2 …
o Mỗi loại LSP bắt đầu và kết thúc tại 2 LSRs mà giao diện của nó có khả năng chuyển đổi tương tự Như vậy, một LSP bắt đầu và kết thúc trên một giao diện PSC có thể được lồng vào một LSP bắt đầu và kết thúc trên một giao diện L2SC …
o Trong mạng GMPLS, một LER là một LSR nằm ở biên của
một miền (domain) bao gồm các LSRs có giao diện hỗ trợ
cùng loại năng lực chuyển mạch
Ví dụ, miền FSC gồm 2 LSRs chuyển mạch sợi quang bên trong miền và 2 LERs chuyển mạch sợi quang ở biên miền
2.1.2.3 Điều khiển đường chuyển mạch nhãn
o Nguyên tắc của việc tạo đường hầm có hiệu lực đối với tất
cả các miền GMPLS, trong đó một LSP bậc cao hơn có thể được xem là đường hầm cho các LSPs bậc thấp lồng nhau
o Các đường hầm LSP được hình thành bởi các LSRs ở biên của hai miền GMPLS mà khác nhau đối với ISC của chúng
o LSP bậc cao được thiết lập để tạo đường hầm cho việcmang các LSPs bậc thấp hơn Tuy nhiên, nếu một LSP bậcthấp mới không tìm thấy một LSP bậc cao thích hợp tồn tạithì nó sẽ kích hoạt việc thiết lập LSP bậc cao
Trang 12Thiết lập các LSPs trong GMPLS
2.1.2.4 Đường chuyển mạch nhãn hai chiều
o Trong mạng MPLS truyền thống, LSP là một chiều; Để thiết lập một LSP hai chiều, hai LSPs một chiều theo hướng ngược nhau được thiết lập một cách độc lập
o Gọi initiator là LSR bắt đầu thiết lập LSP và terminator là
LSR là đích của LSP Trong mạng MPLS truyền thống,
o Việc thành lập một LSP hai hướng đòi hỏi hai cặp initiator(LSR đầu của LSP) và terminator (LSR đích của LSP), một cho mỗi hướng
o Nhược điểm của cách tiếp cận này:
Độ trễ thiết lập LSP hai hướng = thời gian báo hiệu khứ hồi +
độ trễ quá cảnh tại initiator - terminator.
Chi phí điều khiển là gấp đôi so với LSP một chiều
Trang 132.1.2.4 Đường chuyển mạch nhãn hai chiều
o Với LSP quang 2 chiều, chỉ có 1 cặp initiator - terminator và cặp đường dữ liệu hướng lên và hướng xuống (initiator
terminator và terminator initiator) được thiết lập bằng
cách sử dụng một tập các thông điệp báo hiệu Điều này làm
giảm độ trễ thiết lập = thời gian khứ hồi + thời gian xử lý và
hạn chế các chi phí điều khiển như LSP một chiều
o Đối với LSP hai chiều, 2 nhãn phải được phân bổ, 1 hướng lên và 1 hướng xuống
o Thiết lập LSP 2 chiều chỉ được chỉ định bởi nhãn hướng lêntrong thông điệp báo hiệu, vì có thể xảy ra 2 yêu cầu thiết lập LSP 2 hướng di chuyển ngược nhau phân bổ cùng nhãn cùng một lúc, dẫn đến một tranh chấp nhãn
2.1.2.5 Bảo vệ và phục hồi LSP
o LSP có thể bị ảnh hưởng bởi các lỗi liên kết và/hoặc lỗi LSR
o Để xây dựng mạng GMPLS chịu lỗi, một số kỹ thuật phục hồi lỗi có thể được triển khai để hỗ trợ bảo vệ, phục hồi LSP
o Quá trình phục hồi lỗi gồm bốn bước: (1) Phát hiện lỗi; (2) Định vị lỗi; (3) Thông báo lỗi; và (4) Giảm nhẹ lỗi
o (1) Phát hiện lỗi:
thường xảy ra ở lớp gần nhất với lỗi (lớp vật lý)
Có một số kỹ thuật phát hiện lỗi ở lớp vật lý như phát hiện mất ánh sáng (LOL) hoặc đo tỷ lệ tín hiệu quang/lỗi (OSNR), tán sắc, nhiễu xuyên âm hoặc suy giảm.
o (2) Định vị lỗi: được thực hiện thông qua giao tiếp giữa các nút
thủ tục quản lý lỗi của LMP có thể được sử dụng để định vị lỗi
Trang 14Định vị lỗi bằng cách sử dụng LMP
2.1.2.5 Bảo vệ và phục hồi LSP
o (3) thông báo lỗi:
được thực hiện bằng cách bằng cách gửi thông báo lỗi
RSVP-TE hoặc CR-LDP lên LSR nguồn hoặc một LSR trung gian.
o (4) giảm thiểu lỗi:
có thể được phân loại thành bảo vệ và phục hồi;
Trong bảo vệ, tài nguyên giữa các điểm cuối bảo vệ được thiết lập trước và kết nối được thực hiện một cách đơn giản khi có lỗi bằng cách thực hiện chuyển mạch tại các điểm cuối bảo vệ
=> bảo vệ được xem là một kỹ thuật chủ động.
phục hồi thực hiện tính toán đường và báo hiệu sau khi lỗi
=> phục hồi được xem là một kỹ thuật phản ứng
Bảo vệ đạt được thời gian phục hồi nhanh, nhưng chi phí dự
Trang 152.1.2.5 Bảo vệ và phục hồi LSP
o Bảo vệ và phục hồi có thể được áp dụng tại các cấp độ:
Cấp liên kết: bảo vệ và phục hồi có thể được sử dụng để bảo
vệ một cặp LSRs láng giềng chống lại lỗi liên kết hoặc lỗi kênh bằng cách chuyển lưu lượng vào một liên kết thay thế hoặc kênh nối hai LSRs
Cấp phân đoạn: bảo vệ và phục hồi có thể được sử dụng để bảo vệ một đoạn kết nối với một hoặc nhiều lỗi liên kết hoặc lỗi nút bằng cách chuyển lưu lượng đến một đoạn thay thế mà nó được định tuyến vòng qua điểm lỗi
Cấp đường: bảo vệ và phục hồi có thể được sử dụng để bảo
vệ toàn bộ đường giữa các LSRs nguồn và đích khỏi một hoặc nhiều lỗi liên kết hoặc nút bằng cách chuyển sang một đường khác vòng qua điểm lỗi
o Do đó, có 3 loại kỹ thuật bảo vệ và phục hồi: chuyển mạch dòng, chuyển mạch đoạn và chuyển mạch đường
2.1.2.5 Bảo vệ và phục hồi LSP
o Các sơ đồ bảo vệ tồn tại trong mạng GMPLS:
Bảo vệ 1+1: Hai tài nguyên rời nhau được cung cấp trước (liên
kết, phân đoạn, đường) được sử dụng song song để truyền dữ liệu đồng thời
Bảo vệ 1:1: Một tài nguyên hoạt động và một tài nguyên bảo
vệ được cung cấp trước, nhưng dữ liệu không được sao chép trên tài nguyên bảo vệ Nếu tài nguyên hoạt động bị lỗi, dữ liệu được chuyển đến tài nguyên bảo vệ.
Bảo vệ 1:N: N tài nguyên hoạt động và một tài nguyên bảo vệ
là được cung cấp trước Nếu một tài nguyên hoạt động lỗi, dữ liệu được chuyển đến tài nguyên bảo vệ.
Bảo vệ M:N: N tài nguyên hoạt động và M tài nguyên bảo vệ
được cung cấp trước, trong đó 1 ≤ M ≤ N Nếu một tài nguyên hoạt động lỗi, dữ liệu được chuyển đến tài nguyên bảo vệ
Trang 162.1.2.5 Bảo vệ và phục hồi LSP
o Các sơ đồ khôi phục trong mạng GMPLS :
Phục hồi với cung cấp lại: Một đường phục hồi được thiết lập
sau khi lỗi Đường phục hồi có thể được tự động tính toán sau khi lỗi hay được tính toán trước khi lỗi, nhưng không có băng thông dành riêng nào được cấp phát.
Phục hồi với đặt trước băng thông và không chọn trước nhãn:
Một đường phục hồi được tính toán trước khi lỗi và một thông điệp báo hiệu được gửi dọc theo tuyến đã chọn trước này để dành băng thông, nhưng các nhãn không được chọn Chỉ khi phát hiện lỗi, báo hiệu mới bắt đầu thực hiện chọn nhãn.
Phục hồi với đặt trước băng thông và chọn trước nhãn: Một
đường phục hồi được tính toán trước trước khi lỗi và một thông điệp báo hiệu được gửi dọc theo tuyến đã chọn trước này để đặt trước băng thông và chọn nhãn
2.2 Chuyển mạch bước sóng
o Để thực hiện mạng GMPLS, các nút mạng cần hỗ trợ nhiều mức độ chuyển mạch Do đó, các chuyển mạch quang (OXCs), thông thường chỉ thực hiện chuyển mạch bước sóng, phải được nâng cấp để hỗ trợ nhiều mức chuyển mạch, chuyển mạch quang đa mức (MG-OXCs)
o So với OXC, MG-OXC giảm được độ phức tạp và giảm chi phí đáng kể bằng cách chuyển mạch sợi quang và chuyển mạch dải sóng như một thực thể mà không tách tín hiệu WDM đến thành các bước sóng riêng biệt
o Chuyển mạch bước sóng thông thường đòi hỏi một số lượng lớn các cổng; trong khi chuyển mạch dải sóng WBS hứa hẹn giảm số cổng, giảm độ phức tạp điều khiển và giảm