Kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT TỪ VIẾT ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép xen / rẽ AIS Alarm indication signal Tín hiệu hiển thị cảnh báo ANTD Advance Network Technologies Divi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN CÔNG THẮNG

KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH

NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT

Chuyên ngành : Điện tử viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

ĐĂNG QUANG HIẾU

Hà Nội – 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi 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:

Nguyễn Công Thắng

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT - 5 -

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU - 9 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - 10 -

LỜI MỞ ĐẦU - 12 -

Chương 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT (GMPLS) - 14 -

1.1 Giới thiệu - 14 -

1.2 Nền tảng MPLS - 14 -

1.3 Kỹ thuật lưu lượng - 16 -

1.4 Sự tiến triển lên GMPLS - 16 -

1.5 Kiến trúc GMPLS - 17 -

1.5.1 Mặt phẳng điều khiển chung - 17 -

1.5.2 Phân chia mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu - 17 -

1.5.3 Nhãn GMPLS - 19 -

1.5.4 Quá trình gán nhãn - 21 -

1.5.5 LSP song hướng - 21 -

1.5.6 Mô hình chồng lấn và ngang cấp - 21 -

1.5.7 Định tuyến tường minh - 22 -

1.5.8 Chuyển tiếp cận kề - 23 -

1.6 Các giao thức sử dung trong GMPLS - 23 -

1.6.1 Giao thức định tuyến tìm đường ngắn nhất mở rộng (OSPF-TE) - 24 -

1.6.2 Giao thức dự trữ tài nguyên mở rộng hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng - 26 -

1.6.3 Mở rộng RSVP-TE - 27 -

1.6.3.1 Mở rộng trong Điều khiển tuyến - 27 -

1.6.3.2 Giảm mào đầu giao thức - 28 -

1.6.3.3 Mở rộng trong thông báo lỗi - 28 -

1.7 Giao thức quản lý liên kết (LMP) - 29 -

1.8 Tổng kết - 29 -

Chương 2 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG GMPLS - 32 -

2.1 Giới thiệu - 32 -

2.2 Sự tiến triển của kỹ thuật lưu lượng - 33 -

2.2.1 Kỹ thuật lưu lượng thông qua thay đổi các metric liên kết mạng (network link metric) - 33 -

2.2.2 Kỹ thuật lưu lượng thông qua ECMP - 34 -

2.2.3 Kỹ thuật lưu lượng thông qua định tuyến dựa vào loại dịch vụ - 34 -

2.2.4 Kỹ thuật lưu lượng sử dụng phương pháp chồng lấn .- 35 -

2.2.5 Kỹ thuât lưu lượng dựa trên MPLS - 37 -

2.2.6 Kỹ thuật lưu lượng trong các mạng truyền tải - 38 -

2.3 Kỹ thuật lưu lượng GMPLS - 41 -

2.3.1 Mô hình mạng đa lớp - 41 -

2.3.2 Kỹ thuật lưu lượng tại lớp IP-MPLS - 45 -

2.3.3 Kỹ thuật lưu lượng tại lớp quang - 47 -

2.3.4 Định tuyến ràng buộc (contraint-based routing - CBR) - 48 -

2.3.5 Định tuyến offline - 50 -

2.3.6 Định tuyến online - 52 -

2.3.7 Định tuyến Hybrid - 54 -

2.3.8 Kỹ thuật băng thông - 55 -

2.4 Ghép kênh mật độ cao theo bước sóng (WDM) - 56 -

2.5 Tổng kết - 57 -

Chương 3: MÔ PHỎNG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG - 58 -

3.1 Công cụ mô phỏng - 58 -

3.2 Mô hình lưu lượng Internet .- 58 -

3.3 Mô hình mạng GMPLS - 59 -

3.4 Mô phỏng mạng trong NS-2 - 60 -

3.5 Kết quả mô phỏng - 61 -

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN - 68 -

4.1 Thông lượng - 68 -

4.2 Khả năng tận dụng bước sóng (băng thông) - 69 -

4.3 Trễ đầu cuối - 70 -

4.4 Jitter - 71 -

KẾT LUẬN - 72 -

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 74 -

PHỤ LỤC - 76 -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TỪ VIẾT

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép xen / rẽ

AIS Alarm indication signal Tín hiệu hiển thị cảnh báo

ANTD Advance Network Technologies

Division

Bộ phận kỹ thuật mạng cấp cao

APS Automatic protection switching Chuyển mạch bảo vệ tự động

ASON Automatic Switched Optical

Network

Mạng chuyển mạch quang tự động

ASTN Automatic Switched Transport

BLSR Bidirectional Line-Switched Ring Vòng chuyển mạch đường hai

hướng CDN Cable Data Network Mạng dữ liệu cáp

CLNP Connectionless Network Protocol Giao thức mạng phi kết nối

CR-LDP Constraint-Based Routing-Label

Distribution Protocol

Giao thức phân bố nhãn định tuyến cưỡng bức

DCS Digital Cross-Connect System Hệ thống kết nối chéo số

DNS Domain Name Service Dịch vụ tên miền

DWDM Dense Wavelength Division

FEC Forward Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương

GMPLS Generalized Multiprotocol Label

GRE Generic Routing Encapsulation Giao thức mã hóa định tuyến

chung

HSNTG High Speed Network Technologies

Group

Nhóm kỹ thuật mạng tốc độ cao

IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức kỹ thuật Internet

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-IS Intermediate

System-to-Giao thức IS-IS kỹ thuật lưu lượng

ITG Internetworking Technologies

ITU International Telecommunication

Union Hiệp hội viễn thông quốc tế

L2TP Layer 2 Tunnel Protocol Giao thức đường hầm lớp 2

(VPN) LAN Local Area Network Mạng phạm vi nội bộ

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LMP Link-Management Protocol Giao thức quản lý tuyến

LOL Loss of light Suy hao tia sáng

LSP Label-Switched Path Đường chuyển mạch nhãn

LSR Label-Switched Router Bộ định tuyến chuyển mach

nhãn LPT Link Protection Type Loại bảo vệ tuyến

MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao

thức

MPλS Multi-Protocol Lambda Switching Chuyển mạch bước sóng đa

giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp theo

NS Network Simulator Bộ mô phỏng mạng

OSI Open Systems Interconnection Mô hình kết nối hệ thống mở OSNR Optical signal-to-noise ratio Tỉ số tín hiệu / tạp âm quang

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến tìm

OXC Optical Cross-Connect System Hệ thống kết nối chéo quang

PSS Photonic switching systems Hệ thống chuyển mạch quang

điện tử

PXC Photonic Cross-Connect System Hệ thống kết nối chéo quang

điện tử QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên RSVP-TE Resource Reservation Protocol- Giao thức RSVP kỹ thuật lưu

Traffic Engineering lượng SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SRLG Shared risk link group Nhóm tuyến chia sẻ

STM Synchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn đồng bộ

UPSR Unidirectional Path-Switched Ring Vòng chuyển mạch đường đơn

hướng VCC Virtual Channel Connection Kết nối kênh ảo

VNPT Vietnam Post and Telecomunication

Corporation

Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

VOD Video of Demand Truyền hình theo yêu cầu

xDSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng các loại mã hóa LSP - 20 -

Bảng 1.2: Bảng các loại chuyển mạch trong GMPLS - 20 -

Bảng 1.3: Các giao thức và sự mở rộng cho GMPLS - 31 -

Bảng 4.1: Trễ đầu cuối cho mỗi lưu lượng - 71 -

Bảng 4.2: Jitter cho mỗi lưu lượng - 71 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển mạch nhãn MPLS - 15 -

Hình 1.2: Các mạng khác nhau truyền tải lưu lượng đến người dùng đầu cuối - 17 - Hình 1.3: Phân chia mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong GMPLS - 18 - Hình 1.4: Kiến trúc mặt phẳng điều khiển phân tán trong GMPLS - 19 -

Hình 1.5: Nhãn GMPLS - 19 -

Hình 1.6: Quá trình gán nhãn - 21 -

Hình 1.7: Mô hình chồng lấn và ngang cấp GMPLS - 22 -

Hình 1.8: Cơ chế chuyển tiếp cận kề - 23 -

Hình 1.9: Chồng giao thức GMPLS - 24 -

Hình 1.10: PathErr message với State Removed Flag - 28 -

Hình 1.11: Cơ chế phát hiện lỗi trong GMPLS - 29 -

Hình 2.1: Kỹ thuật lưu lượng thông qua thay đổi các metric liên kết - 33 -

Hình 2.2: Mô hình mạng chồng lấn IP - 36 -

Hình 2.3: Mạng truyền tải đa miền - 41 -

Hình 2.4: Phân cấp LSP trong GMPLS - 42 -

Hình 2.5: Mô hình mạng đa lớp - 43 -

Hình 2.6: Kỹ thuật lưu lượng lớp IP-MPLS - 46 -

Hình 2.7: Kỹ thuật lưu lượng lớp quang - 47 -

Hình 2.8: Kỹ thuật lưu lượng đa lớp - 48 -

Hình 2.9: Nguyên tắc của định tuyến ràng buộc - 49 -

Hình 2.10: Sơ đồ khối module định tuyến động - 50 -

Hình 2.11: Topo mạng logic - 52 -

Hình 2.12: Hệ thống truyền dẫn WDM - 57 -

Hình 3.1: Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng - 58 -

Hình 3.2: Mô hình mạng GMPLS - 59 -

Hình 3.3: Mô hình mạng GMPLS trong NS-2 - 60 -

Hình 3.4: S0 gửi thông tin tới D0 thông qua node 5-6-9 - 61 -

Hình 3.5: Lưu lượng từ S0 và S1 chia sẻ trên cùng tuyến 5-6-9 - 63 -

Hình 3.6: Bản tin setup để thiết lập λLSP cho S2 - 64 -

Hình 3.7: Bản tin Reserve để dự trữ λLSP cho S2 - 65 -

Hình 3.8: S3 gửi thông tin tới D3 thông qua node 5-8-9 - 66 -

Hình 3.9: Sơ đồ tất cả các lưu lượng được truyền trên các node - 67 -

Hình 4.1: Thông lượng mạng - 68 -

Hình 4.2: Tận dụng bước sóng tại mỗi liên kết - 70 -

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ Internet cùng với sự phát triển nhanh chóng của số người dùng đặc biệt là từ ngành công nghiệp cũng như sự phát triển của công nghệ quang, sự cần thiết của mạng tốt hơn với sự đảm bảo chất lượng dịch vụ được yêu cầu rất cao Bên cạnh những dịch vụ truyền thống, người sử dụng cũng đòi hỏi nhiều loại dịch vụ ứng dụng giao thức IP như là các dịch vụ thời gian thực, các ứng dụng đa phương tiện như điện thoại Internet, hội nghị truyền hình…Cơ sở hạ tầng cần phải nâng cấp nhiều hơn nữa để đủ sức xử lý được lưu lượng IP khổng lồ mà một phần trong đó là lưu lượng thời gian thực yêu cầu QoS đảm bảo

Ngày nay công nghệ cáp sợi quang đã trở nên phổ biến trong việc xây dựng

cơ sở hạ tầng mạng vì những tính năng ưu việt nổi trội mà nó đem lại: cung cấp một lượng tài nguyên băng thông lớn với độ méo tín hiệu nhỏ Công nghệ GMPLS dựa trên những ưu điểm của mạng vận chuyển quang đã và đang được các nhà khai thác ứng dụng phát triển rộng rãi vì đem lại những hiệu quả to lớn về hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ GMPLS cũng hỗ trợ quản lý mạng dễ dàng và đơn giản hơn Kỹ thuật lưu lượng đang được đặt ra nhằm đạt tới

sự tối ưu trong việc phân bố và cân bằng tải sao cho ít xảy ra tắc nghẽn và sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng nhất Bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR), nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng

Đề tài của tôi nghiên cứu Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS Luận văn tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng qua quá trình mô phỏng, đánh giá QoS Kết quả mô phỏng và đánh giá kỹ thuật lưu lượng dựa trên các thông số thông lượng, khả năng tận dụng băng thông, trễ đầu cuối và jitter

Nội dung luận văn gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS)

Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Chương 3: Mô phỏng kỹ thuật lưu lượng

Chương 4: Kết quả và bàn luận

Kết luận

Do hạn chế về thời gian và năng lực nên luận văn của tôi không tránh khỏi những sai sót Tôi rất mong được các thầy cô và các bạn bè đồng nghiệp quan tâm đóng góp thêm

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Đặng Quang Hiếu đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Hà nội, tháng 10 năm 2010

Người thực hiện

Nguyễn Công Thắng

Chương 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA

GIAO THỨC TỔNG QUÁT (GMPLS)

1.1 Giới thiệu

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) được phát triển bởi tổ chức kỹ thuật Internet (IETF) Nó là sự mở rộng của kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) GMPLS xây dựng trên kỹ thuật lưu lượng MPLS (MPLS-TE) bằng việc mở rộng các giao thức định tuyến và báo hiệu Mục đích của việc phát triển các giao thức như vậy là để hỗ trợ các kỹ thuật chuyển mạch trong mạng đa lớp GMPLS cung cấp một mặt phẳng điều khiển hợp nhất để có thể quản lý các mạng đa lớp từ IP tại lớp 3 xuống lớp truyền tải quang tại lớp 1

1.2 Nền tảng MPLS

Trong các IP router, một gói tin được chuyển tiếp dựa vào địa chỉ trong gói tin và thông tin trong bảng chuyển tiếp, phương pháp này được gọi là Best Matching Prefix Phần network prefix của địa chỉ IP được ánh xạ với các lối vào (entry) trong bảng chuyển tiếp và ánh xạ tốt nhất (số bit cao nhất) được sử dụng để tìm kiếm giao diện đầu ra

Các router tạo và cập nhật các bảng chuyển tiếp định tuyến của chúng sử dụng các giao thức định tuyến và kết hợp địa chỉ mạng với một giao diện đầu ra Bảng chuyển tiếp còn được gọi là Bảng thông tin chuyển tiếp (FIB) Bảng FIB được xây dựng bởi các giao thức định tuyến chứa các network prefix kết hợp với một giao diện đầu ra Khi các gói IP cần chuyển tiếp bởi một router tới một vài mạng khác thì router đó thực hiện một quá trình tìm kiếm tuyến đường tốn nhiều thời gian và phức tạp với việc prefix dài nhất ánh xạ vào địa chỉ IP đích và các sơ đồ ánh xạ địa chỉ mạng để xác định giao diện đầu ra cho một gói tin nhận được

Các kỹ thuật chuyển tiếp này được thực hiện đơn giản hơn trong mạng MPLS MPLS ra quyết định chuyển tiếp gói tin dựa vào một nhãn đơn giản Các gói tin đầu

vào mạng MPLS sẽ được gán nhãn và chuyển tiếp rất đơn giản dựa vào nhãn này Một router trong mạng chuyển mạch nhãn được gọi là Router chuyển mạch nhãn (LSR) và duy trì một cơ sở dữ liệu gọi là bảng thông tin về nhãn (LIB) Bảng LIB này là một sự bổ sung cho bảng FIB LIB bao gồm các ánh xạ đơn giản giữa giao diện/nhãn đầu vào và giao diện/nhãn đầu ra và được sử dụng để ra quyết định chuyển tiếp trong miền MPLS

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển mạch nhãn MPLS

MPLS router tạo một lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) để mô tả lưu lượng với cùng các yêu cầu kỹ thuật lưu lượng Sau đó một nhãn được gắn với lớp chuyển tiếp tương đương này Tại đầu vào của miền MPLS, các gói tin đầu vào được kiểm tra bởi các router chuyển mạch nhãn biên (LER) và một nhãn sẽ được gán cho gói tin này bởi router biên LER Các gói được gán nhãn sau đó được chuyển tiếp trên một tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) LSR không cần kiểm tra địa chỉ IP của gói tin

để tìm kiếm chặng tiếp theo của gói tin đó Mỗi LSR khi nhận được gói tin sẽ gỡ bỏ nhãn cũ và gắn một nhãn mới vào gói IP bằng cách tìm kiếm nhãn cũ trong bảng LIB của nó Kỹ thuật này gọi là “Lable Swapping” Trước chặng cuối cùng, nhãn được gỡ bỏ khỏi gói IP bởi LSR cuối cùng và chuyển tiếp tới Egress LER Sau đó Egress LER định tuyến gói tin này theo cách thông thường

1.3 Kỹ thuật lưu lượng

Mục đích cuối cùng của kỹ thuật lưu lượng là để tối ưu hóa việc tận dụng tài nguyên mạng và để tối thiểu tắc nghẽn lưu lượng Đây là một phương pháp thực tế trong việc quản lý các vấn đề về lưu lượng Một trong những mục tiêu thiết kế cho MPLS là để tạo ra một công cụ để thực hiện vấn đề này Có thể mô tả vắn tắt khái niệm kỹ thuật lưu lượng như sau:

Kỹ thuật lưu lượng là tất cả những khám phá về các tuyến và các liên kết sẵn

có trong mạng, tận dụng kỹ thuật lưu lượng hiện tại trong mạng và sau đó chuyển lưu lượng tới các tuyến khác ngoài tuyến ngắn nhất để tối ưu tài nguyên mạng Điều này được thực hiện bởi kết hợp việc mở rộng các giao thức định tuyến IGP hiện tại, các công cụ giám sát lưu lượng và các kỹ thuật định tuyến lưu lượng

1.4 Sự tiến triển lên GMPLS

Mô hình chuyển mạch nhãn được phát triển cho các gói IP trong MPLS nhưng nó không được mở rộng tới các kỹ thuật chuyển mạch khác Vì vậy việc phát triển GMPLS đã được bắt đầu và hiện tại GMPLS đang được chuẩn hóa bởi IETF

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát là một tập những mở rộng của các giao thức báo hiệu và định tuyến trong MPLS như là giao thức báo hiệu kỹ thuật lưu lượng (RSVP-TE) và các giao thức định tuyến kỹ thuật lưu lượng OSPF-TE, IS-IS-TE để cung cấp một mặt phẳng chung, được chuẩn hóa cho việc điều khiển các mạng lõi

Theo RFC 3945, GMPLS hỗ trợ các giao diện: chuyển mạch gói (PSC), chuyển mạch lớp 2 (L2SC), chuyển mạch ghép kênh theo thời gian (TDM), chuyển mạch lambda (LSC) và chuyển mạch sợi quang Điều này có nghĩa mạng GMPLS

có khả năng mang lưu lượng người dùng từ một mạng IP qua mạng chuyển mạch lớp 2 (ví dụ, mạng Ethernet hoặc ATM) hoặc mạng TDM (ví dụ các mạng kết nối chéo số ADM) tới một mạng quang Trong môi trường GMPLS nó hỗ trợ các loại chuyển mạch của các thiết bị truyền thông tham gia vào chuyển mạch nhãn

ADM ADM

Mạng IP TDM / SONET (Chuyển mạch bước sóng)Mạng lõi quang TDM / SONET Mạng IP

1.5.1 Mặt phẳng điều khiển chung

GMPLS được phát triển để hỗ trợ mô hình chuyển mạch nhãn trên các loại thiết bị khác nhau Những thiết bị này có khả năng chuyển mạch gói hoặc chuyển mạch lớp 2 hoặc chuyển mạch quang Điều này cho phép GMPLS có khả năng điều khiển một mạng đa lớp với các loại thiết bị mạng khác nhau và được thực hiện qua một mặt phẳng điều khiển chung Mặt phẳng điều khiển chung này làm đơn giản hóa quản lý và điều hành mạng Ngoài ra nó làm giảm toàn bộ chi phí quản lý cho mạng đa lớp với các loại thiết bị khác nhau Các giao thức từ bộ giao thức IP được

mở rộng để tạo ra mặt phẳng điều khiển này Việc sử dụng mặt phẳng điều khiển chung cho phép thao tác giữa các thiết bị mức cao (như router) và các thiết bị mức thấp (như các bộ kết nối chéo quang và các bộ ghép/tách kênh SDH/SONET)

1.5.2 Phân chia mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu

Trong các chuẩn GMPLS và MPLS, có một sự phân chia giữa mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển Trong GMPLS, lưu lượng dữ liệu có thể được chuyển mạch trong suốt trong miền quang cho hiệu suất cao hơn Vì vậy, mặt phẳng điều khiển được phân chia về mặt vật lý hoặc logic từ các kênh dữ liệu Kênh điều khiển

có thể là out of band hoặc in band trong một miền GMPLS Out of band trong miền

GMPLS có nghĩa là kênh điều khiển được triển khai qua một mạng vật lý bên ngoài (ví dụ Ethernet hoặc mạng IP) Ngược lại, in band trong một miền GMPLS có nghĩa

là kênh điều khiển được triển khai qua cùng miền GMPLS nhưng nó sẽ được phân chia về mặt logic từ miền GMPLS

Hình 1.3: Phân chia mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong

GMPLS

Trong một miền GMPLS, mặt phẳng điều khiển được phân phối giữa các loại thiết bị truyền dẫn khác nhau Mặt phẳng điều khiển được thiết lập bên trong các thiết bị này thông qua giao thức báo hiệu Việc thiết lập mặt phẳng điều khiển chung được thực hiện trên nền tảng hop-to-hop bên trong một miền GMPLS Các kênh điều khiển chung phải được triển khai giữa tất cả các node mạng bởi vì việc này làm cho các node mạng có khả năng trao đổi các bản tin điều khiển sử dụng một giao thức định tuyến và một giao thức báo hiệu

Hình 1.4: Kiến trúc mặt phẳng điều khiển phân tán trong GMPLS

1.5.3 Nhãn GMPLS

Để hỗ trợ các loại thiết bị khác nhau từ các miền chuyển mạch khác nhau, GMPLS đưa ra một nhãn tổng quát Nhãn tổng quát này bao gồm ba phần là Encoding Type, Switching Type và General Payload Identifier (G-PID) [RFC 3471] Mỗi phần của nhãn tổng quát này phản ánh thông tin khác nhau về lưu lượng GMPLS Encoding Type biểu diễn mã hóa LSP được yêu cầu hoặc được sử dụng Khả năng chuyển mạch của một link/node liên quan được biểu diễn bởi Switching Type Trường Switching Type là rất quan trọng cho những liên kết mà có nhiều hơn một loại chuyển mạch G-PID thể hiện loại lưu lượng gì được mang bởi một LSP

Hình 1.5: Nhãn GMPLS

Các loại mã hóa LSP được mô tả như bảng sau:

Bảng 1.1: Bảng các loại mã hóa LSP Các loại chuyển mạch được mô tả như bảng sau:

Bảng 1.2: Bảng các loại chuyển mạch trong GMPLS

1.5.4 Quá trình gán nhãn

Trong GMPLS, việc cấp phát nhãn được quyết định bởi node xuôi dòng (downstream) trên bất kỳ liên kết nào Khi node ngược dòng (upstream) gửi một nhãn đề xuất tới node xuôi dòng, node xuôi dòng sau đó sẽ quyết định xem nhãn này có được chấp nhận hay không Nếu nhãn đề xuất được chấp nhận, nó sẽ quảng

bá nhãn quay trở lại node ngược dòng sử dụng giao thức báo hiệu Node xuôi dòng cũng sử dụng nhãn này để gửi lưu lượng tới node ngược dòng

Router A (Cho đích C) Router B (Cho đích C) Router C

(Vd: sử dụng nhãn 9) (Vd: sử dụng nhãn 5)

Hình 1.6: Quá trình gán nhãn

1.5.5 LSP song hướng

Tất cả các LSP trong GMPLS là song hướng trong khi MPLS bị giới hạn là các LSP đơn hướng GMPLS hỗ trợ thiết lập đồng thời cả hai hướng các LSP ngược dòng và xuôi dòng sử dụng một tập bản tin báo hiệu đơn Để thiết lập một LSP song hướng, các nhãn được sử dụng bởi lưu lượng động theo hướng ngược lại (ví dụ từ egress tới ingress) phải được phân phối bởi các node ngược dòng tới các node xuôi dòng tương ứng Nhãn này được gọi là Nhãn ngược dòng (Upstream Lable) Nhãn ngược dòng này chỉ rõ node xuôi dòng mà nhãn sử dụng cho LSP để gửi lưu lượng theo hướng ngược lại

1.5.6 Mô hình chồng lấn và ngang cấp

GMPLS có thể được triển khai theo hai mô hình dịch vụ khác nhau là mô hình chồng lấn và mô hình ngang cấp Hai mô hình này được phân biệt bởi giới hạn cấu trúc mạng

Mô hình chồng lấn che giấu toàn bộ chi tiết mạng lõi quang từ phía các client Mô hình này sử dụng giao diện mạng người dùng (UNI) Trong mô hình này,

có hai mặt phẳng điều khiển khác nhau hoạt động Một mặt phẳng điều khiển hoạt động giữa mạng truyền tải lõi quang và một mặt phẳng hoạt động giữa mạng lõi và các client Ở đây các client không có khả năng nhìn thấy bên trong mạng lõi

Hình 1.7: Mô hình chồng lấn và ngang cấp GMPLS

Trong mô hình ngang cấp, chỉ một mặt phẳng điều khiển được sử dụng Trong mô hình này tất cả các node có thể nhìn thấy mạng lõi

1.5.7 Định tuyến tường minh

Khi một LSP thiết lập giữa một node ingress và một node egress và muốn LSP đáp ứng được các yêu cầu, cần phải chỉ rõ chi tiết về LSP đó Những yêu cầu này có thể được biểu thị dưới dạng băng thông, khả năng chuyển mạch, trong tương lai nó cũng có khả năng chỉ rõ các yêu cầu như là trễ tối đa, latency Khả năng thiết lập một LSP theo các yêu cầu (hoặc ràng buộc) được gọi là định tuyến ràng buộc (contraint based routing) Một kỹ thuật tương tự là định tuyến tường minh (explicit routing) Định tuyến tường minh là một tập con của định tuyến ràng buộc, trong đó

sự ràng buộc là đối tượng tuyến tường minh ER (explicit route)

Tuyến tường minh ER là một danh sách các node trừu tượng (abstract node)

mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua Nút trừu tượng

có thể là một node (địa chỉ IP) hoặc một nhóm node (như IP prefix hoặc một AS)

Nếu ER chỉ qui định một nhóm trong số các node mà CR-LSP đi qua thì nó được gọi là tuyến tường minh thả lỏng (loose ER) Ngược lại, nếu ER qui định toàn bộ các node trên CR-LSP thì được gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER)

1.5.8 Chuyển tiếp cận kề

Trong GMPLS, một node có thể quảng bá một LSP như là một traffic engineering (TE) link trong giao thức định tuyến Như vậy một liên kết được xem xét như là một chuyển tiếp cận kề (FA) và LSP tương ứng được gọi là LSP chuyển tiếp cận kề hoặc đơn giản là FA-LSP Giao thức định tuyến quảng bá thông tin FA này giống như bất kỳ các TE-link khác Điều này cho phép các node khác sử dụng thông tin của các FA này như là traffic engineering link khác bất kỳ cho việc tính toán tuyến đường

Hình 1.8: Cơ chế chuyển tiếp cận kề

1.6 Các giao thức sử dung trong GMPLS

GMPLS dựa trên nhiều giao thức được mở rộng để hỗ trợ chức năng GMPLS Nhiều giao thức như là OSPF, IS-IS, RSVP…đã được phát triển từ đặc điểm kỹ thuật ban đầu của chúng Các giao thức sau đã được phát triển cho GMPLS:

- Giao thức tìm đường ngắn nhất hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng (OSPF-TE) với phần mở rộng GMPLS

- Giao thức định tuyến Cisco IS-IS hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng (IS-IS-TE) với phần mở rộng GMPLS

- Giao thức dự trữ tài nguyên hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng (RSVP-TE) với phần

1.6.1 Giao thức định tuyến tìm đường ngắn nhất mở rộng (OSPF-TE)

OSPF là một giao thức định tuyến kiểu link state sử dụng các bản tin quảng

bá Link State để thu thập cấu trúc mạng và chỉ ra các tài nguyên thông tin của các liên kết trong mạng Giao thức định tuyến OSPF đã được mở rộng để đáp ứng các khả năng của mạng truyền tải Những thông tin như là băng thông thông sẽ không

có trong giao thức định tuyến OSPF ban đầu Các thông số về băng thông như là

khả năng tận dụng tối đa đã được đề xuất trong OSPF mở rộng (OSPF-TE) Đó là tại sao có khái niệm LSA không trong suốt (opaque LSA) được đề cập trong RFC

3630 Để hỗ trợ các chuẩn GMPLS, OSPF-TE cũng được mở rộng với các thông tin liên quan tới liên kết, chuyển mạch, bảo vệ, nhóm liên kết rủi ro chung (SRLG) và cung cấp các liên kết không đánh số

Trong kỹ thuật lưu lượng OSPF, băng thông sẵn sàng cho một liên kết cụ thể được quảng bá để trợ giúp tìm kiếm nơi tài nguyên sẵn sàng để thiết lập một LSP Một liên kết lưu lượng Gigabit Ethernet có thể có khả năng mang 1Gbit/s số lượng payload nhưng trên liên liên kết đó một phần băng thông có thể được dự trữ cho các LSP khác và cũng có độ ưu tiên cao hơn Vì vậy, nhiều thông tin liên quan tới băng thông được thêm vào trong OSPF-TE mở rộng để hỗ trợ GMPLS Thông tin cụ thể

về băng thông bao gồm băng thông tối đa, băng thông dự trữ tối đa, và băng thông

không dự trữ [RFC 4203]

Trong GMPLS, có hai đặc tính liên kết là các yếu tố quan trọng khi lựa chọn một tuyến cho một LSP Một đặc tính là khả năng chuyển mạch của một liên kết được quảng bá bởi OSPF Nếu một liên kết có nhiều hơn một khả năng chuyển mạch, mỗi khả năng phải được báo cáo cùng với băng thông hỗ trợ trong node đó [RFC 4202]

Một đặc tính khác là khả năng bảo vệ Khả năng bảo vệ được cung cấp bởi một node cũng là được quảng bá trong GMPLS Một vài node có thể cung cấp khả năng bảo vệ lưu lượng dữ liệu bằng cách thiết lập nhiều hơn một kết nối vật lý với hàng xóm của nó Thông tin mở rộng này sẽ được quảng bá trong mạng, vì vậy bất

kỳ LSP trên liên kết này có thể được lợi từ sự bảo vệ này [RFC 3945]

Nhóm liên kết rủi ro chung (SRLG) là một tính năng khác trong GMPLS được mô

tả là một nhóm liên kết mà chia sẻ cùng tài nguyên vật lý và lỗi tài nguyên chung có thể ảnh hưởng tới tất cả các liên kết Thông tin này cũng được quảng bá bởi OSPF-

TE trong mạng GMPLS [RFC 4203]

Các loại node và các thành phần mạng khác nhau cũng được hỗ trợ trong GMPLS nơi liên kết có thể là hai thiết bị quang khác nhau hoặc các thành phần

mạng khác nhau Loại liên kết này không hỗ trợ sơ đồ địa chỉ IP chuẩn Để biểu diễn loại liên kết lưu lượng này, người ta kết hợp một router ID duy nhất và số liên kết Trong GMPLS, loại liên kết này được gọi là “Unnumbered Link” [RFC 3945] OSPF-TE đã được mở rộng để mang loại thông tin liên kết này

1.6.2 Giao thức dự trữ tài nguyên mở rộng hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng

RSVP là một giao thức báo hiệu sử dụng trong mạng Giao thức RSVP là một loại giao thức dạng request/response Nó sử dụng bản tin Path messenge để thiết lập một tuyến từ một điểm router vào tới điểm router lối ra và một bản tin Resv messenge để dự trữ tài nguyên dọc theo tuyến đó Một bản tin Path messenge được gửi từ ingress node về phía đích và bản tin này đi qua node tới node trong mạng cho tới khi nó tới được egress node Bản tin Path messenge mang thông tin về lưu lượng được yêu cầu bởi ingess node Mỗi node trong tuyến sẽ xử lý Path messenge và kiểm tra rằng nó có thể chuyển dịch vụ yêu cầu và cũng đưa ra các thông tin cập nhật thích hợp tới path messenge được gửi tới đích

Từ path messenge này, egress node sẽ tính toán tài nguyên dự trữ để đáp ứng yêu cầu từ ingress node Bản tin Resv messenge được gửi từ Egress node như là một bản tin phản hồi của Path messenge Giao thức RSVP nguyên thủy đã được mở rộng thành RSVP-TE để hỗ trợ các khả năng kỹ thuật lưu lượng cũng như các mức ánh xạ tới các tuyến qua bản tin RSVP [RFC 3477]

Quản lý và phân phối các nhãn trong RSVP-TE được thực hiện được thực hiện bởi hai bản tin khác nhau là Path messenge và Resv messenge Một yêu cầu nhãn trong Path messenge được sử dụng để yêu cầu thiết lập một LSP Ngoài ra, Lable Object còn được sử dụng trong bản tin Resv messenge để mang nhãn

Một session object sử dụng RSVP-TE cho các LSP riêng biệt Nó thực hiện để xác định các LSP và có thể phân biệt giữa một Ipv4 và Ipv6 tunnel

Định tuyến tường minh cũng có thể được báo hiệu trong RSVP-TE bởi bao gồm một đối tượng định tuyến tường minh (ERO) ERO này có thể là chính xác hoặc tương đối Ví dụ, nếu các node có một sự chọn lựa trong việc lựa chọn tuyến

tới đích hoặc phải theo tuyến chỉ định thực hiện bởi định tuyến tường minh Một cơ chế khác được biết đến như là route recording có trong RSVP-TE Cơ chế này sử dụng Record Route Object (RRO) được mô tả trong các bản tin Path và Resv và nó ghi các hop đi qua mà bản tin đã được định tuyến Đối tượng này cho ta một bức tranh tổng thể về tuyến mà LSP đi tới egress node hoặc ingress node

Để phát hiện lỗi mạng giữa hai node, RSVP-TE đưa vào một khái niệm gọi

là bản tin Hello Một đối tượng mới gọi là Hello object cũng được đưa vào để xác định các bản tin Hello Request và Hello Ack Khái niệm này hoàn toàn khác với RSVP ban đầu Thông thường RSVP sẽ nhận biết vấn đề lỗi kết nối giữa hai node bằng cách trao đổi bản tin Hello

RSVP-TE cũng đưa vào một tính năng mới gọi là LSP coloring Đây là một loại đường hầm được tô màu và nó trợ giúp cho việc đưa ra quyết định định tuyến

Có ba loại sắc thái được đưa vào ở đây là Exclude any, Include any và Include all Tính năng này rất hữu ích khi ERO không được sử dụng trong mạng

1.6.3 Mở rộng RSVP-TE

RSVP-TE có nhiều mở rộng để hoạt động trong môi trường GMPLS Những

sự mở rộng này bao gồm một vài đối tượng mới để mang thông tin cho chức năng GMPLS Cũng để thông báo lỗi, một loại bản tin mới được thêm vào để hỗ trợ cho RSVP-TE trong môi trường GMPLS Phần sau mô tả ngắn gọn những mở rộng này

1.6.3.1 Mở rộng trong Điều khiển tuyến

Như đã đề cập, RRO trong các bản tin Path và Resv được sử dụng để ghi lại các nhãn Bởi vì GMPLS hỗ trợ các LSP song hướng, do đó các nhãn trong mỗi hướng phải được ghi lại trong RRO Để hỗ trợ tính năng này, một trường reserved flag được sử dụng để chỉ thị hướng của nhãn Cũng như thế, trong trường hợp ERO, một vài tính năng mở rộng cũng được tạo ra để giữ đường đi của các nhãn sử dụng trên một hop cụ thể giữa một cặp node

1.6.3.2 Giảm mào đầu giao thức

Một tính năng mở rộng khác của RSVP-TE là hỗ trợ quá trình LSP clean up phẳng Trong một mạng GMPLS khi một lỗi xảy ra hoặc khi một egress node khởi tạo teardown thì một PathErr message cần được gửi ngược dòng Tại Ingress node gửi một PathTear message dọc theo LSP Tương tự, nếu egress node muốn kết thúc LSP, nó phải gửi một bản tin ResvTear và sau đó đợi để nhận một PathTear Request từ ingress node GMPLS mở rộng RSVP-TE bằng cách thêm vào một cờ (flag) mới (Path State Removed Flag) [RFC 3473] trong bản tin PathErr message Một bản tin PathErr message với cờ này chỉ thị rằng trạng thái đã được gỡ bỏ bởi downstream node Đây là một sự tối ưu quan trọng được minh họa trong hình 1.10

Hình 1.10: PathErr message với State Removed Flag

1.6.3.3 Mở rộng trong thông báo lỗi

RSVP-TE chuẩn sử dụng các bản tin PathErr và ResvErr để truyền thông tin

về lỗi mạng hop-by-hop Với những thông báo lỗi này, mỗi node cần phải xử lý giao thức, điều này mất nhiều thời gian cho mỗi node Mục đích của bản tin báo lỗi

là để chuyển lưu lượng tới tuyến mới nhanh nhất có thể Vì vậy, một bản tin mới là Notify message được đưa vào RSVP-TE cho GMPLS Khi có một lỗi mạng xảy ra trong mạng GMPLS, các node trong vùng xảy ra lỗi sẽ gửi một bản tin Notify message tới node thực hiện hiệu quả việc khôi phục LSP Tính năng mới này làm tăng tốc độ trong cơ chế khôi phục Hình 1.11 minh họa cơ chế này

Hình 1.11: Cơ chế phát hiện lỗi trong GMPLS

1.7 Giao thức quản lý liên kết (LMP)

Để truyền thông hiệu quả giữa các node, các kênh điều khiển cần được thiết lập Giao thức quản lý liên kết cung cấp các dịch vụ cục bộ (local service) như là kiểm tra kết nối, quản lý kênh điều khiển, tương quan thuộc tính liên kết, định vị và thông báo lỗi

1.8 Tổng kết

GMPLS được phát triển để hỗ trợ các hoạt động MPLS trong mạng quang và

có thể dùng được những công nghệ khác như phân thời gian, bước sóng, chuyển mạch không gian (cổng vào hay sợi quang vào đến cổng ra hay sợi quang ra) Mặt phẳng điều khiển của nó bao phủ nhiều miền chuyển mạch khác nhau bao gồm các miền chuyển mạch gói, lambda, sợi quang không giống như MPLS chỉ bao phủ miền chuyển mạch gói Mặt phẳng điều khiển chung của GMPLS làm đơn giản hóa quản lý và hoạt động

GMPLS cung cấp các giao diện LSR sau:

- Giao diện có khả năng chuyển mạch gói (PSC)

- Giao diện có khả năng chuyển mạch lớp 2 (L2SC)

- Giao diện có khả năng ghép kênh phân thời gian (TDM)

- Giao diện có khả năng chuyển mạch theo bước sóng (LSC)

- Giao diện có khả năng chuyển mạch theo sợi quang (FSC)

GMPLS mở rộng các giao thức báo hiệu (RSVP-TE, CR-LSP) và giao thức định tuyến (OSPF-TE, IS-IS-TE) để hỗ trợ các đặc tính của các mạng TDM/SONET và các mạng quang Ngoài ra, một giao thức mới đó là giao thức quản lý liên kết (LMP) đã được xây dựng để thực hiện việc quản lý và duy trì quá trình điều khiển cũng như tình trạng truyền tải lưu lượng giữa hai nút kề cận trong mạng GMPLS

Là các giao thức tự động xác định cấu hình topo

mạng, thông báo tài nguyên khả dụng Các điểm chủ yếu của các giao thức này đó là: thông báo về loại hình bảo

vệ tuyến mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP

Báo hiệu RSVP-TE,

CR-LDP

Các giao thức báo hiệu để thực hiện kỹ thuật lưu lượng giữa các LSP với các chức năng: chuyển giao lưu lượng bao gồm cả loại hình lưu luợng không phải ở dạng gói, thực hiện báo hiệu hai chiều giữa các LSP để xác định tuyến dự phòng cho trường hợp bảo vệ, thực hiện gán nhãn cho phương thức chuyển mạch nhãn bước sóng

- nghĩa là các bước sóng cận kề nhau được chuyển mạch theo cùng một hướng

• 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

Bảng 1.3: Các giao thức và sự mở rộng cho GMPLS

GMPLS sẽ là một phần không thể thiếu trong việc triển khai mạng thế hệ tiếp theo Nó cung cấp cầu nối cần thiết giữa mạng IP và mạng quang GMPLS cho phép hoạt động liên mạng, dễ dàng mở rộng và các mạng có mặt phẳng điều khiển chung Cấu trúc mạng phân tán và quảng bá tính sẵn sàng tài nguyên Giao thức GMPLS cung cấp khả năng phát hiện lân cận và quản lý liên kết Giao thức quản lý liên kết cung cấp cơ chế phát hiện và khôi phục lỗi trong mạng Giao thức GMPLS đáp ứng các mạng hiệu năng cao

Chương 2 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG GMPLS

2.1 Giới thiệu

Theo RFC 2702, kỹ thuật lưu lượng là một công nghệ được xem xét với việc tối ưu hóa hiệu năng hoạt động mạng Một cách tổng quát, đây là một tập các ứng dụng, cơ chế, công cụ và các nguyên tắc khoa học cho phép đo đạc, mô hình hóa, phân loại và điều khiển lưu lượng dữ liệu người dùng để đạt được các mục tiêu hiệu năng cụ thể

Các nhà cung cấp dịch vụ nhận ra tầm quan trọng của các kỹ thuật lưu lượng bởi vì chúng cho phép tối ưu khả năng tận dụng tài nguyên mạng và mạng lại nhiều lợi nhuận hơn Trên thực tế, một trong những lý do lớn nhất cho thành công của MPLS là kỹ thuật có khả năng thực thi kỹ thuật lưu lượng với chi phí thấp, đặc biệt trong điều kiện chi phí hoạt động Sự tính toán linh động của các tuyến tối ưu qua mạng, cung cấp các đường hầm động và phân phối linh hoạt lưu lượng giữa các đường hầm là ví dụ của việc làm cách nào MPLS đưa sự thông minh vào hoạt động của mạng áp dụng kỹ thuật lưu lượng vào trong bản thân mạng đó và cách xa các trạm quản lý trung tâm, vì vậy cho phép xây dựng các mạng từ nhiều nhà cung cấp với chi phí hiệu quả Chương này sẽ đề cập đến những vấn đề: kỹ thuật lưu lượng là

gì, làm thế nào ứng dụng nó vào các mạng truyển tải điều khiển GMPLS và kỹ thuật lưu lượng khác với mạng chuyển mạch gói IP như thế nào Các khái niệm về dịch

vụ truyền tải, điều khiển mạng, chuyển mạch dữ liệu và kênh điều khiển cũng như giao diện điều khiển, giao tiếp dữ liệu, data link và các thuộc tính liên kết trong ngữ cảnh về kỹ thuật lưu lượng

2.2 Sự tiến triển của kỹ thuật lưu lượng

2.2.1 Kỹ thuật lưu lượng thông qua thay đổi các metric liên kết mạng (network link metric)

Điều khiển các luồng lưu lượng bằng cách thay đổi các metric kết hợp với các network link

Xem xét sơ đồ trong hình 2.1 Giả thiết mỗi link matric có giá trị 1 Giả sử rằng có hai loại service được cung cấp trên mạng: service 1 chạy trên tuyến AFGE

và service 2 chạy trên tuyến HFGI Ở đây cả 2 service trực tiếp sử dụng liên kết (link) FG bởi thuật toán Tìm đường ngắn nhất Khi phát hiện tắc nghẽn trên liên kết

FG, có thể điều chỉnh metric một vài giá trị để service 1 chuyển lên tuyến thích hợp hơn (tuyến có chi phí thấp hơn) là ABCDE

Hình 2.1: Kỹ thuật lưu lượng thông qua thay đổi các metric liên kết

Tuy nhiên việc cải tiến các link metric là khá đơn giản và cần khéo léo ở chỗ quyết định metric nào cần chỉnh sửa, khi nào, và nhiều thế nào Nếu thực hiện sửa đổi quá sớm, lưu lượng có thể bị chuyển từ link có tắc nghẽn nhỏ tới link dung lượng thấp không tắc nghẽn, ngay lập tưc gây ra tắc nghẽn nhiều hơn Nếu thực hiện quá trễ, lưu lượng có thể xảy ra va đập bởi vì nó sẽ mất ít nhất một vài giây trước khi bảng định tuyến hội tụ

Việc sửa đổi các link metric yêu cầu lập kế hoạch rất cẩn thận: các lỗi có thể chi phí rất cao và không có sự đảm bảo rằng việc sửa đổi như thế sẽ không ảnh hưởng đến các dịch vụ đang hoạt động tốt và ngay cả việc thực hiện trên các tuyến tách rời với các link có metric sẽ được sửa đổi

2.2.2 Kỹ thuật lưu lượng thông qua ECMP

ECMP (Equal-cost multi-path) là kỹ thuật định tuyến dựa vào chuyển tiếp gói tin tới các tuyến có chi phí như nhau và cho phép mặt phẳng dữ liệu quyết định tuyến nào truyền gói tin Nhiều giao thức định tuyến tường minh nay hỗ trợ ECMP,

dễ dàng cho việc cân bằng tải Tuy nhiên những giao thức này cũng không cải thiện được nhiều Nguyên nhân khi các liên kết của một tuyến bị tắc nghẽn có thể gây tắc nghẽn trên hai hoặc ba tuyến có cân bằng tải và có thể mất mát dữ liệu bất chấp yếu

tố một vài tuyến có chi phí đắt hơn nhưng hoàn toàn không được sử dụng Ngoài ra, nếu có tắc nghẽn cũng không có cơ chế để biết chắc chắn rằng các gói có độ ưu tiên thấp hơn sẽ bị hủy cho các gói có độ ưu tiên cao hơn

2.2.3 Kỹ thuật lưu lượng thông qua định tuyến dựa vào loại dịch vụ

Mục đích tiếp theo của kỹ thuật lưu lượng thông qua định tuyến các luồng dữ liệu kết hợp với các loại dịch vụ khác nhau Số lượng giới hạn các loại ứng dụng mà

có các yêu cầu dịch vụ mạng khác nhau có thể được xác định Ví dụ, dịch vụ VoIP ràng buộc vào các yêu cầu chuyển giao gói end-to-end, trễ, kiểm tra trễ, nhưng có thể chấp nhận rớt gói không thường xuyên; dịch vụ truyền file không yêu cầu nhiều

về trễ nhưng cũng cần mức độ rớt gói là tối thiểu để có khả năng khôi phục Vấn đề chính đối với ứng dụng duyệt web là tốc độ (đặc biệt trong hướng download) và chi phí Một khi các ứng dụng/dịch vụ được xác định, nó có khả năng:

- Kết hợp với mỗi liên kết trên đồ hình mạng, tập các link metric và có một giao thức định tuyến xây dựng để phân chia bảng chuyển tiếp (forwarding table) cho mỗi loại dịch vụ;

- Có cơ chế chuyển tiếp gói trên mỗi node xác định loại dịch vụ kết hợp với một gói (có thể bằng cách tìm kiếm trong Diffserv color hoặc các byte khác

bên trong packet header hoặc payload) và chọn bảng chuyển tiếp thích hợp cho việc chuyển tiếp gói

Phương pháp này đạt được 2 mục đích Thứ nhất, có một vài loại cân bằng tải được cung cấp: các luồng dữ liệu kết hợp với các loại dịch vụ khác nhau được định tuyến trên các tuyến khác nhau ngay cả nếu chúng xuất phát từ cùng một nguồn và được chuyến đến cùng một đích Thứ hai, mặt phẳng dữ liệu có thể hoạt động theo cách mà các yêu cầu về QoS cho các loại dịch vụ khác nhau được cung cấp thích hợp, vì vậy các gói dữ liệu nhận cách xử lý chuyển tiếp tương ứng

Tuy nhiên có một vài vấn đề với phương pháp này Giả sử rằng mỗi router trên mạng áp dụng chính sách chuyển tiếp gói tin giống nhau Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu các nguyên tắc chuyển tiếp gói tin (có thể rất phức tạp và không thể cung cấp động hoặc cập nhật) trên mỗi router là khác nhau Trong trường hợp này router phải đưa ra quyết định chuyển tiếp gói mà không mong đợi bởi các router khác, và loop

có thể dễ dàng xảy ra Ngoài ra phương pháp này cũng không thể giải quyết nếu mạng sử dụng phần lớn cho một loại dịch vụ

2.2.4 Kỹ thuật lưu lượng sử dụng phương pháp chồng lấn

Việc giới thiệu các mạng chồng lấn là một bước chuyển lớn trong kỹ thuật lưu lượng Xem xét mô hình như trong hình 2.2, một mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ được xây dựng trên chuyển mạch lớp 2 (ATM hoặc FR) đáp ứng tốt về hỗ trợ QoS trong khi mạng chồng lấn được tạo nên từ các IP router biên của nhà cung cấp dịch vụ kết nối thông qua các kênh ảo lớp 2 cung cấp bởi mạng lõi Mỗi cặp router biên thường kết nối bởi nhiều hơn một kênh Các kênh mở rộng dùng cho cân bằng tải, phân chia QoS và cho các mục đích khôi phục

Hình 2.2: Mô hình mạng chồng lấn IP

Vấn đề lớn nhất đối với mô hình này đó là mỗi luồng dữ liệu có thể được định tuyến riêng lẻ ngay cả nếu tất cả chúng được kết hợp với cùng loại dịch vụ Khi một gói đi vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ, nó có thể bị phân loại phục thuộc vào cổng dữ liệu đầu vào và/hoặc nội dung của mào đầu gói và/hoặc payload Quyết định chuyển tiếp cho mỗi gói tin được tạo ra chỉ một lần (bởi router đầu vào – ingress router và không bởi bất kỳ thành phần mạng lõi nào); vì vậy loop có thể không xảy ra Cân bằng tải có thể dễ dàng đạt được bằng cách cung cấp các kênh ảo song song Trong trường hợp lỗi mạng xảy ra, lưu lượng có thể chuyển lên các kênh

ảo đã được định trước mà không liên kết với các kênh bị ảnh hưởng bởi lỗi này Một trong các vấn đề với mô mạng chồng lấn là khả năng mở rộng của nó hạn chế Vấn đề bất tiện chính với mô hình chồng lấn là yêu cầu phức tạp để hỗ trợ hai mặt phẳng là mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng quản lý – IP và ATM/FR - và do đó chi phí hoạt động cao Nó sẽ trở nên đơn giản hơn, rẻ hơn, tốt hơn toàn bộ để cung cấp các kênh QoS ảo trên mạng hỗn tạp sử dụng một mặt phẳng điều khiển đơn duy nhất

2.2.5 Kỹ thuât lưu lượng dựa trên MPLS

Sự phát triển của kỹ thuật MPLS cho ta một phương pháp đơn giản, hiệu quả cho những yêu cầu về kỹ thuật lưu lượng

Các giao thức MPLS cho phép các node quảng bá không chỉ trạng thái hiện tại và cấu trúc kết nối mà còn cả các thuộc tính cũng như liên kết của chúng Nó cho phép các node mạng biên hoặc các thành phần tính toán tuyến off-line tính toán các tuyến với những ràng buộc cần thiết Vì vậy, các dịch vụ chạy trên các tuyến này có khả năng hoạt động tốt

Các giao thức báo hiệu MPLS có khả năng thiết lập thiết lập các dịch vụ theo các tuyến được cung cấp thủ công hoặc được tính toán động dựa vào các giao thức định tuyến Nếu có một tuyến là tốt hơn cho một vài dịch vụ hoạt động thì có thể tái định tuyến trên tuyến mới này mà không ảnh hưởng đến lưu lượng người sử dụng Trong một số trường hợp, dịch vụ có độ ưu tiên cao không thể thực hiện trên mạng này bởi vì tài nguyên yêu cầu không sẵn có Nó có thể tự động giành trước tài nguyên từ các dịch vụ có độ ưu tiên thấp hơn

Các đường chuyển mạch nhãn (LSP) được thiết lập bởi các giao thức báo hiệu MPLS có các đặc tính tương tự như các tuyến ảo trong mô hình chồng lấn Một dịch vụ được ánh xạ trên một MPLS LSP có thể thực hiện QoS theo yêu cầu bởi vì

dự trữ tài nguyên cần thiết đã được tạo ra trong suốt quá trình thiết lập LSP Các gói

dữ liệu được chuyển mạch dựa trên các nhãn MPLS không cần tìm kiếm packet header hoặc payload

Ưu điểm của mô hình MPLS so với mô hình chồng lấn là khả năng thiết lập các MPLS LSP được cung cấp động trong các mạng không đồng nhất (như là mạng của các IP router và ATM switch), sử dụng một mặt phẳng điều khiển hợp nhất Có thể thiết lập nhiều LSP giữa bất kỳ cặp router biên nào cho mục đích cân bằng tải Các MPLS LSP cũng loại bỏ được vấn đề n-squared tự nhiên so với các đường hầm

ảo trong mô hình chồng lấn bởi vì không cần định tuyến ngang hàng giữa các điểm cuối của một LSP

Từ những ưu điểm này, các mạng MPLS hoạt động tốt hơn so với các mạng chồng lấn Các giao thức báo hiệu MPLS có một cơ chế để thông báo cho một node LSP đầu vào hoặc bất kỳ node nào chịu trách nhiệm khôi phục dịch vụ, về các lỗi LSP Vì vậy các node đầu vào có thể thực hiện các hoạt động khôi phục dịch vụ mà không cần đợi các bảng định tuyến hội tụ

Node MPLS khởi động lại các thủ tục cho phép một node bị lỗi đồng bộ nhanh chóng trạng thái điều khiển của nó với các node hàng xóm của nó Vì vậy LSP qua node lỗi có thể được quản lý thông qua mặt phẳng điều khiển và tất cả các node khác có thể có miêu tả chính xác về tài nguyên node sẵn có cho các LSP khác

Ưu điểm lớn nhất của kỹ thuật lưu lượng MPLS cho các nhà cung cấp dịch vụ là số lượng các thành phần và các cơ chế được xây dựng bên trong các giao thức MPLS

và các ứng dụng tiêu chuẩn Vì vậy mạng có thể được xây dựng từ các loại thiết bị khác nhau và từ các nhà cung cấp khác nhau Do đó nhiều dịch vụ có thể hoạt động trên một hạ tầng đơn lẻ

2.2.6 Kỹ thuật lưu lượng trong các mạng truyền tải

Kỹ thuật lưu lượng tự động là không cần thiết trên các mạng mà cung cấp thủ công Nó là trách nhiệm của những người điều hành mạng và lập kế hoạch nhằm vào các dịch vụ thông qua các phần mạng mà có đủ tài nguyên để hỗ trợ cho các dịch vụ này

Khi các mạng truyền tải được cung cấp bằng tay, kỹ thuật lưu lượng không cần một quá trình xử lý động Những người điều hành mạng sẽ kiểm tra trạng thái hiện tại của mạng và đặt mỗi kênh mới theo tài nguyên sẵn có Nếu tài nguyên thiếu hụt, hoặc tắc nghẽn, nhà khai thác sẽ phải đặt lại vị trí dịch vụ hiện tại hoặc cài đặt vào thiết bị mới Điều này góp phần làm chậm quá trình cung cấp dịch vụ

Ngoài ra, hầu hết các mạng truyền tải được xây dựng dựa trên kỹ thuật vòng ring nên mạng có cấu trúc khá đơn giản và điều này có nghĩa rằng kỹ thuật lưu lượng chỉ

có thể thêm vào giá trị giới hạn

Do các mạng truyền tải ngày càng trở nên phức tạp với sự liên kết các vòng ring và cấu trúc dần trở nên phức tạp, do vậy GMPLS được đưa ra để quản lý cung cấp động các dịch vụ Kỹ thuật lưu lượng trong những mạng này bắt đầu được xem xét nhiều hơn

Do GMPLS dựa trên kỹ thuật MPLS, nó đưa ra khả năng xem xét triển khai

kỹ thuật lưu lượng MPLS trong các mạng truyền tải nhưng có nhiều cách triển khai trong mạng truyền tải khác với mạng MPLS

™ Các kết nối truyền tải là song hướng

Các MPLS LSP là đơn hướng, trong khi các dịch vụ được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ hầu hết là song hướng Vì vậy, trong khi các dịch vụ MPLS cũng

có thể là song hướng (được xây dựng từ một LSP chạy trong mỗi hướng), các dịch

vụ truyền tải phải cố gắng sử dụng cùng tài nguyên vật lý (sợi quang) trong cả hai hướng để đưa ra một mức gọi là “fate sharing” cho các luồng dữ liệu ngược và xuôi Điều này có nghĩa là các thuật toán kỹ thuật lưu lượng sử dụng phải quản lý tài nguyên sẵn sàng theo cả hai hướng

™ Nhãn xác định tài nguyên

Trong MPLS các nhãn và tài nguyên kết hợp được tách riêng ra Không có sự tương quan giữa nhãn và tài nguyên chỉ định để hỗ trợ LSP mà sử dụng nhãn đó Tuy nhiên, trong các mạng truyền tải, nhãn được đồng bộ với tài nguyên Một nhãn chỉ thị chính xác tài nguyên nào được rành riêng Ví dụ, trong chuyển mạch lambda – nhãn xác định chính xác bước sóng WDM của kênh truyền tải LSP được thiết lập

™ Tận dụng băng thông

Trong một mạng truyền tải, tài nguyên dự trữ cho một LSP được kết hợp với tài nguyên vật lý, do vậy tập hợp các kỹ thuật lưu lượng đơn giản không thể thực hiện được Kỹ thuật lưu lượng trong một mạng truyền tải yêu cầu xem xét đến lãng phí băng thông và cần tập hợp các kỹ thuật mới để mang nhiều luồng lưu lượng sử dụng cùng một tài nguyên

™ Tính toán tuyến cần nhiều ràng buộc hơn