Nghiên cứu công nghệ GMPLS và giải pháp áp dụng vào mạng truyền tải quang

Sự đa dạng và phức tạp trong quản lý các phần tử mạng tại các phân lớp mạng khác nhau là nhân tố cơ bản thúc đẩy việc nghiên cứu cải tiến bộ giao thức MPLS thành GMPLS không ngoài mục đí

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

-

KHƯƠNG NGỌC BÍNH

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GMPLS VÀ GIẢI PHÁP ÁP DỤNG

VÀO MẠNG TRUYỀN TẢI QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : Điện tử viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PHẠM MINH VIỆT

Hà Nội – 2007

PHẦN I: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ GMPLS

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS/GMPLS

I.1 Giới thiệu chung

Ý tưởng đầu tiên về MPLS (Multiprotocol Labed Switching) được đưa

ra ra bởi hãng Ipsilon, một hãng công nghệ rất nhỏ trong triển lãm công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas Một thời gian ngắn sau đó, Cisco và một loạt hãng khác như IBM, Toshiba công bố các sản phẩm của họ sử dụng công nghệ chuyển mạch được đặt dưới nhiều tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất đó là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn

MPLS là một công nghệ khá mới mẻ trong mạng IP, là sự thay đổi của công nghệ IPoA (IP over ATM) truyền thống MPLS sử dụng chế độ tích hợp bởi vậy nó có được các ưu điểm của cả ATM như tốc độ cao, QoS, điều khiển luồng cũng như độ mềm dẻo, khả năng mở rộng của IP MPLS không những giải quyết được rất nhiều vấn đề của mạng hiện tại mà còn hỗ trợ được nhiều chức năng mới, do đó có thể nói rằng MPLS là công nghệ mạng trục IP lý tưởng

Hiện nay MPLS đã và đang được triển khai trên mạng lõi của rất nhiều nhà khai thác mạng trên thế giới để cung cấp các dịch vụ mới đi kèm Đối với Việt nam, việc triển khai MPLS hiện đang được xúc tiến xây dựng trong mạng truyền tải của Tập đoàn VNPT Với dự án VoIP đã triển khai, VNPT đã thiết lập mạng trục MPLS với 3 LSR lõi Các LSR biên sẽ được tiếp tục đầu

tư và mở rộng tại các địa điểm có nhu cầu lớn như Hải Phòng, Quảng Ninh ở phía Bắc, Đà Nẵng, Khánh Hoà ở miền Trung, Bình Dương, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu ở miền Nam

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS alized Multiprotocol Labed Switching là bước phát triển theo của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS GMPLS thực chất là sự mở rộng chức năng điều khiển của mạng MPLS, nó cho phép kiến tạo mặt phẳng điểu khiển quản lý thống nhất không chỉ ở lớp mạng mà còn thực hiện đối với các lớp ứng dụng, truyền dẫn và lớp vật lý Việc kiến tạo một mặt phẳng điều khiển thống nhất đối với các lớp mạng hứa hẹn khả năng tạo ra một mạng đơn giản

(Gener-về điều hành và quản lý, cho phép cung cấp các kết nối từ đầu cuối tới đầu, quản lý tài nguyên mạng một cách hoàn toàn tự động và cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau các ứng dụng trên mạng

Xu hướng phát triển mạnh mẽ việc xây dựng các hệ thống truyền tải quang trong cơ sở hạ tầng mạng viễn thông quốc tế nói chung, của quốc gia

và các nhà cung cấp dịch vụ mạng nói riêng đã phần nào đáp ứng nhu cầu rất lớn về băng thông truyền tải cho các ứng dụng mới trên mạng, chẳng hạn như ứng dụng mạng lưu trữ, thuê băng thông, cập nhật dữ liệu trực tuyến trong cơ

sở hạ tầng mạng truyền tải đa dịch vụ Hiện nay người ta cho rằng để đáp ứng được nhu cầu băng thông cho các ứng dụng dịch vụ thì mạng truyền tải chủ yếu sẽ là các hệ thống truyền dẫn trên sợi quang với các thiết bị ghép tách luồng ADM/OADM, thiết bị ghép bước sóng quang WDM/DWDM, thiết bị đấu chéo luồng quang OXC Sự đa dạng và phức tạp trong quản lý các phần

tử mạng tại các phân lớp mạng khác nhau là nhân tố cơ bản thúc đẩy việc nghiên cứu cải tiến bộ giao thức MPLS thành GMPLS không ngoài mục đích thống nhất quản lý giữa các thực thể mạng không chỉ ở phương thức chuyển mạch gói mà MPLS đã thực hiện mà còn cả trong lĩnh vực chuyển mạch thời gian, không gian vật lý GMPLS còn mở rộng chức năng hỗ trợ giao thức IP

để điều khiển thiết lập hoặc giải phóng các đường chuyển mạch nhãn LSP cho mạng hỗn hợp bao gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh, mạng quang Một trong những yếu tố kinh tế nổi bật của GMPLS đó là nó có chức năng tự động quản lý tài nguyên mạng và cung ứng kết nối truyền tải lưu lượng khách hàng từ đầu cuối tới đầu Việc cung ứng kết nối cho khách hàng theo kiểu truyền thống như đối với mạng truyền tải Ring SDH có đặc điểm là mang tính nhân công, thời gian đáp ứng dài và chi phí kết nối cao Để thiết lập được kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối theo phương thức nhân công, người

ta cần phải xác định các vòng ring SDH nào trong mạng mà đường kết nối đó

đi qua, dung lượng còn lại của vòng ring đó còn đủ khả năng phục vụ không, nếu như chưa đủ thi cần phải tìm đường vu hồi qua vòng ring nào khác? Sau khi xác định được đường kết nối người ta phải thông báo cho toàn bộ các nút mạng thuộc các vòng ring để thực hiện các thiết lập luồng hoặc đấu chuyển nhân công trong các vòng ring, công việc này đòi hỏi rất nhiều nhân công và tốn rất nhiều thời gian trao đổi thông tin nghiệp vụ Công nghệ GMPLS cho phép các nút mạng tự động cung cấp các kết nối theo yêu cầu do vậy giá thành chi phí cung cấp kết nối cũng như giá thành quản lý bảo dưỡng giảm đi rất nhiều, thời gian cung ứng kết nối cung cấp dịch vụ giảm đi rất nhiều so với phương pháp truyền thống

I.2 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

II.2.1 Khái niệm về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

MPLS là gì ?

Trong mạng IP, phương thức vận chuyển các gói tin là dựa vào địa chỉ

IP đích Tại mỗi router, các gói tin được kiểm tra địa chỉ đích và được truyền đến nút tiếp theo dựa vào thông tin có trong bảng định tuyến Thay vì cơ chế

vận chuyển gói tin như trong IP, chuyển mạch nhãn thực hiện bằng việc gắn một số (một nhãn) cho gói tin Cần lưu ý rằng nhãn không phải là địa chỉ, tức

là nó không liên quan đến cấu trúc mạng như địa chỉ Hơn nữa, khi chưa liên kết một nhãn với một địa chỉ thì thông tin về đường đi của nhãn sẽ chưa có ý nghĩa Như vậy mạng chuyển mạch nhãn phải liên kết nhãn với địa chỉ của gói tin và các nút mạng sẽ dựa vào giá trị trong nhãn đó để vận chuyển gói tin đến đích

MPLS là một công nghệ mới sẽ được sử dụng trong nhiều hệ thống mạng core, gồm có cả mạng hội tụ giữa thoại và dữ liệu MPLS sẽ không thay thế định tuyến IP mà sẽ hoạt động song song với các công nghệ định tuyến đang có và sẽ có trong tương lai để cung cấp các chuyển tiếp dữ liệu tốc độ cao giữa các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR cùng với việc dự trữ băng thông cho lưu lượng dữ liệu với các yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau

MPLS được xác định làm việc với rất nhiều giao thức lớp 2 và lớp 3 khác nhau và cũng thực hiện được trong nhiều loại thiết bị mạng khác nhau

“Công nghệ lớp 2,5” là một cụm từ thường được dùng để mô tả MPLS

là gì Ta có thể hình dung MPLS như một lớp chèn thêm mới đặt vào giữa lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu

Layers 4-7 (Transport, Session, Presentation, Application)

kết dữ liệu MPLS không phải là một giao thức lớp mạng mới bởi vì nó không có các mẫu địa chỉ và các khả năng định tuyến của riêng nó mà các mẫu địa chỉ và khả năng định tuyến là các đòi hỏi cho một giao thức lớp 3 MPLS sử dụng địa chỉ IP và các giao thức định tuyến IP với sự mở rộng và sửa đổi cần thiết MPLS cũng không phải là một giao thức lớp liên kết dữ liệu mới bởi vì nó được thiết kế để làm việc với rất nhiều các công nghệ liên kết

dữ liệu phổ biến, cung cấp các chức năng và địa chỉ lớp 2 cần thiết

Bằng việc sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến IP đang tồn tại và mở rộng, MPLS cung cấp chuyển mạch liên kết có định hướng ảo qua các tuyến nhờ sự cung cấp các nhãn và mẫu trao đổi nhãn

Các chức năng của MPLS:

• Đưa ra cơ chế để quản lý lưu lượng truyền giữa các thành phần khác nhau của mạng như là giữa các thiết bị phần cứng khác nhau hay thậm chí là giữa các ứng dụng khác nhau

• Giữ nguyên sự độc lập của các giao thức lớp 2 và lớp 3

• Cung cấp phương thức để map các địa chỉ IP theo các nhãn đơn giản, có độ dài cố định để sử dụng cho các công nghệ gửi chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau

• Là giao diện cho các giao thức định tuyến hiện có như là giao thức

dự trữ trước tài nguyên (RSVP) hay giao thức mở lựa chọn đường đi ngắn nhất (OSPF)

• Hỗ trợ các giao thức lớp 2 của các mạng IP, ATM và Frame relay Tại sao nên sử dụng chuyển mạch nhãn ?

MPLS tách chức năng của IP Router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn

tương tự như của ATM Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Với chuyển mạch nhãn, giá trị nhãn được đặt trong phần tiêu đề của gói tin đến và được dùng làm chỉ mục tìm kiếm trong bảng dữ liệu Cơ chế này có thể được thực hiện bằng các giải pháp phần cứng nên sẽ giảm nhẹ thời gian vận chuyển gói tin trong mạng hơn nhiều so với IP Nhờ vậy mạng chuyển mạch nhãn đem tới ưu điểm là: thời gian trễ giảm, tránh được hiện tượng jitter

MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Proto-col) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến

cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến cổ điển

MPLS có thể tăng khả năng mở rộng của định tuyến IP lớp 3 bằng việc tránh được số lượng lớn các kết nối giữa các router trong trung tâm mạng

Các cơ chế điều khiển trong mạng chuyển mạch nhãn nói chung không tiêu tốn quá nhiều tài nguyên mạng Mạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên để kích hoạt quá trình thiết lập đường đi cho lưu lượng của người sử dụng

Một đặc điểm khác của chuyển mạch nhãn là khả năng mở rộng Vì hiện nay có nhiều nhà cung cấp dịch vụ có hệ thống mạng backbone với nhiều nền tảng khác nhau gồm cả ATM, FR, IP… nên với khả năng mở rộng của mình MPLS đã đưa ra một giải pháp quan trọng để cung cấp các dịch vụ IP gia tăng trên nền các phương tiện sẵn có

Việc tổ hợp các công nghệ phổ biến hiện tại với MPLS cũng tạo ra các ứng dụng mới như QoS, TE, VPN và khôi phục lại đường nhanh Nhà cung cấp dịch vụ đã và đang phát triển MPLS để tăng khả năng sử dụng mạng

II.2.2 Các thành phần của MPLS

II.2.2.1 LSR và LER, khái niệm LSP

Những thiết bị tham gia trong cơ chế giao thức MPLS có thể được phân ra thành: Bộ định tuyến nhãn biên (Label Edge Router - LER) và bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (Label switching Router - LSR)

LSR là thiết bị định tuyến mạng tốc độ cao ở trung tâm của mạng MPLS, nó tham gia vào việc thiết lập các LSP sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn phù hợp và thực hiện các chuyển mạch tốc độ cao cho dữ liệu dựa trên các đường kết nối đã được thiết lập

LER là thiết bị hoạt động ở biên của mạng truy nhập hoặc mạng MPLS LER hỗ trợ nhiều cổng để kết nối tới các mạng khác nhau ( như là ATM, Frame Relay, hay Ethernet) và chuyển tiếp các lưu lượng này tới mạng MPLS sau khi thiết lập LSP Nó sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn ở lối vào (in-gress) và phân phối dữ liệu trở về mạng truy nhập ở lối ra (egress) LER có vai trò rất quan trọng trong việc gán và loại bỏ nhãn trong quá trình dữ liệu vào và ra khỏi mạng MPLS

Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label switching path) là một đường bắt đầu tại LSR đầu vào, qua các LSR trung gian và kết thúc tại LSR đầu ra Tất cả các gói chứa cùng một giá trị nhãn được chuyển đi trên cùng một LSP II.2.2.2 FEC - (Forward Equivalence Class)

Là một tập hợp các gói lớp mạng được chuyển qua cùng một đường theo cùng một phương thức Với mỗi nút MPLS, tập hợp tất cả các đích có

thể được phân chia thành các tập con riêng rẽ và đó chính là FEC Sau khi nút MPLS đã phân loại các gói vào các FEC, nó phải ánh xạ mỗi FEC vào một chặng tiếp theo tương ứng cho quá trình chuyển gói hoạt động chính xác

LSR vào (ingress LSR ) lựa chọn chặng tiếp theo cho các gói bằng việc xác định FEC thích hợp cho nó Quá trình đó là quá trình kết hợp gói với FEC trong bảng ánh xạ logic FEC Sau khi FEC được thiết lập, quá trình ánh xạ ấn định một nhãn tương ứng cho gói và chuyển gói MPLS đến giao diện ra thích hợp

Trước khi quá trình chuyển gói MPLS thực sự thực hiện, mỗi LSR đầu vào phải tạo bảng ánh xạ FEC của nó bằng cách thực hiện một quá trình phân chia

II.2.2.3 Nhãn và quá trình gán nhãn

Nhãn ở dạng đơn giản nhất là để chỉ ra đường mà gói tin sẽ được truyền đi Nó là một thành phần nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định và được đóng gói trong mào đầu lớp 2 cùng với gói tin Bộ định tuyến tại nơi nhận sẽ phân tích nội dung nhãn của gói tin để quyết định chặng tiếp theo

Khi gói tin đã được gắn nhãn, phần còn lại của quá trình chuyển tiếp nó trên mạng sẽ dựa trên chuyển mạch nhãn Giá trị của nhãn chỉ có ý nghĩa cục

bộ tức là chúng chỉ liên quan tới các chặng giữa các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR)

Một khi gói tin đã được phân chia vào một lớp chuyển tiếp (FEC) đã có hoặc một FEC mới tạo, gói tin đó sẽ được gán nhãn Giá trị của nhãn sẽ được xác định từ lớp liên kết dữ liệu (data link) bên dưới

Đối với các lớp liên kết dữ liệu như Frame Relay hoặc ATM, các định danh lớp 2 như DLCIs (data link connection identifiers) với mạng frame relay hoặc Virtual path identifiers (VPIs) / Virtual channel identifiers (VCIs) trong mạng ATM có thể được dùng trực tiếp làm nhãn Sau đó gói tin sẽ được chuyển tiếp dựa trên giá trị nhãn của nó

Định dạng nhãn chung thường giống như hình vẽ dưới đây Nhãn có thể được chèn vào mào đầu của lớp datalink hoặc trong một header được gọi

Hình P1C1-2 Định dạng nhãn MPLS

Lớp liên kết dữ liệu là ATM:

Lớp liên kết dữ liệu là Frame Relay:

Hình P1C1-5: Gán nhãn với lớp liên kết dữ liệu là Frame Relay

II.2.2.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP – Label Switching Path

LSP về cơ bản là đường đi được định trước cho một tập các gói tin thuộc về một FEC trong mạng MPLS để tới được đích

Mỗi LSP chỉ xác định theo một hướng duy nhất nên vì vậy các dữ liệu được gửi trả lại sẽ cần có một LSP khác

MPLS cung cấp hai tùy chọn để tạo nên LSP:

(i) Định tuyến theo từng chặng (hop -by-hop routing): Mỗi LSR lựa chọn một cách độc lập chặng tiếp theo cho 1 FEC cho trước Cách thức này cũng giống như cách hiện đang dùng trong các mạng IP hiện nay LSR sử dụng bất kỳ giao thức định tuyến nào như là OSPF, giao diện ATM từ mạng riêng tới mạng riêng (PNNI) …

(ii) Định tuyến thẳng: khái niệm này cũng giống như định tuyến nguồn LSR ở đầu vào xác định danh sách các nodes qua đó các LSP sẽ đi qua Như vậy đường đi có thể sẽ chưa phải tối ưu Theo đường đi đó, dữ liệu

có thể được dự phòng trước để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) của lưu lượng dữ liệu Điều đó cho phép kỹ thuật quản lý lưu lượng được áp dụng trên mạng và cung cấp các dịch vụ đặc biệt khác dựa trên các cơ chế và phương thức quản lý mạng

Phân loại LSP: có hai loại LSP là:

(a) LSP thiết lập tĩnh (Static LSP): là một LSP được cấu hình nhân công tại mỗi LSR Không đòi hỏi giao thức báo hiệu nào, nó sử dụng quản lý mạng để thiết lập nhãn, giao diện và các giá trị thích hợp khác

(b) LSP thiết lập nhờ các giao thức báo hiệu (Signaled LSP): Khi một giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập một LSP thì một đường LSP được báo hiệu được tạo ra Giao thức báo hiệu và phân phối nhãn LDP ( La-bel Distribution Protocol) được sử dụng cho loại LSP này

II.2.2.5 Giao thức báo hiệu và phân phối nhãn LDP (Label Distribution col)

Proto-Để các LSR có thể thay đổi các nhãn của một gói tin nhận được và chuyển tiếp nó ở trong mạng thì cần phải có phương thức để biết giá trị nhãn nào là giá trị mà mạng mong muốn Hiện nay, có một số giao thức được dùng

để phân phối nhãn giữa các LSR ngang hàng như LDP, giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc (CR – LDP), RSVP và BGP

Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin yêu cầu Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC Giao thức này là một tập hợp các luật và thủ tục mà một LSR có thể sử dụng để thông báo với một LSR khác về các giá trị nhãn sẽ được sử dụng để chuyển lưu lượng MPLS giữa chúng

Các giao thức phân phối nhãn kết hợp với các giao thức báo hiệu đường

để thiết lập thông tin điều khiển và thông tin nhãn đảm bảo cho các dòng dữ liệu MPLS hoạt động chính xác Điều này cho phép các nút MPLS quyết định

các nhãn nào được sử dụng với các dòng lưu lượng cụ thể

Thông thường giao thức sử dụng sẽ tùy thuộc vào những yêu cầu cần đáp ứng của từng mạng riêng biệt LDP được thiết kế cho việc phân phối nhãn song nếu chỉ có LDP thì sẽ chưa đủ khả năng đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS) Do vậy, hai giao thức LDP thông dụng là CR-LDP và RSVP-

TE đều được phát triển để đáp ứng những yêu cầu thêm ngoài phân phối nhãn LDP đã được mở rộng để hỗ trợ cả định tuyến dựa trên ràng buộc (CR)

và trở thành CR-LDP

RSVP là giao thức dự trữ trước tài nguyên nên bản thân đã hỗ trợ QoS

và được phát triển thêm để hỗ trợ phân phối nhãn và RSVP-TE tức là RSVP với các kỹ thuật điều khiển lưu lượng

Thµnh phÇn giao thøc MPLS Thµnh phÇn giao thøc non-MPLS

Mgr Qu¶n lý LDP Dscy B¶n tin ph¸t hiÖn Sess B¶n tin qu¶n lý phiªn Advt Ph¸t hµnh LDP Notf B¶n tin x¸c nhËn

Hình P1C1-6 : Quan hệ giữa giao thức LDP với các giao thức khác

II.2.3 Hoạt động của mạng MPLS

Khi một gói tin được truyền qua mạng MPLS thì sẽ có những quá trình xảy ra như sau:

Tạo nhãn và phân phối nhãn

Tạo bảng ở các bộ định tuyến (router) Tạo đường chuyển mạch nhãn (LSP) Chèn nhãn / kiểm tra bảng

Chuyển tiếp gói tin

LSR2

LSR3 Data flow

− Với LDP, bộ định tuyến đích khởi tạo quá trình phân phối nhãn

và gắn nhãn với FEC tương ứng

− Các đặc tính khác của quá trình truyền được đàm phán qua LDP

− Giao thức tin cậy và truyền tải có thứ tự sẽ được sử dụng cho giao thức báo hiệu LDP dùng TCP

Tạo bảng

− Khi nhận các nhãn cần gắn (với FEC), mỗi LSR tạo ra các mục

ở trong bảng thông tin nhãn (LIB)

− Nội dung của bảng sẽ chỉ ra sự ánh xạ (mapping) giữa nhãn và FEC

− Các mục sẽ được cập nhật lại mỗi khi có sự đàm phán lại của việc gắn nhãn

Chuyển tiếp

gói

− Dựa trên hình 1.7 chúng ta sẽ phân tích đường đi của gói tin khi

nó đi tới đích từ LER1 tới LER4

− LER1 có thể không có nhãn nào cho gói tin vì nó là điểm xuất phát cho yêu cầu nhãn Trong mạng giao thức IP, nó sẽ tìm địa chỉ xa nhất phù hợp để tìm chặng tiếp theo LSR1 là chặng tiếp theo của LER1

− LER1 sẽ khởi tạo 1 yêu cầu nhãn cho LSR1 Yêu cầu đó sẽ được thiết lập trong mạng như mô tả trên hình vẽ

− Các router sẽ nhận được các thông tin từ các router kế tiếp như trên hình bắt đầu từ LER4 cho tới LER1 Đường chuyển mạch nhãn sẽ được thiết lập với báo hiệu dựa trên LDP hoặc 1 giao thức báo hiệu khác

− LER1 sẽ chèn nhãn và chuyển tiếp gói tin tới LSR1

− Các router kế tiếp sẽ phân tích nhãn của gói tin nhận được và thay thế nó bởi nhãn mới và chuyển tiếp trong mạng

− Khi gói tin tới LER4, nó sẽ được gỡ bỏ nhãn bởi vì gói tin sẽ đi

ra khỏi mạng MPLS và chuyển tới đích

Bảng P1C1-1: Các hoạt động của MPLS II.2.4 Đường hầm trong MPLS

Một khả năng đặc biệt của MPLS là nó có thể điều khiển toàn bộ đường đi của gói tin mà không cần trực tiếp chỉ ra router trung gian Nó làm điều này bằng cách tạo ra các đường hầm (tunnel) qua các router trung gian

và các tunnel đó có thể nối nhiều phân đoạn khác nhau

Hình P1C1-8 Đường hầm trong MPLS

Ta hãy nghiên cứu hình vẽ trên Các router nhãn biên (LER) LER4 đều sử dụng chung giao thức biên (BGP) và tạo nên một đường chuyển mạch nhãn giữa chúng , đó là LSP1 LER1 được biết rằng đích tới tiếp theo của nó là LER2 và khi nó truyền tải dữ liệu thì sẽ phải qua 2 phân đoạn mạng Tương tự, LER2 biết rằng đích tới tiếp theo của nó là LER3 và tiếp tục tương

LER1-tự như vậy với các LER còn lại Các LER này sẽ sử dụng LDP để nhận và lưu nhãn từ LER ở đầu ra (egress LER) tức là LER4 cho tới LER ở đầu vào (in-gress LER) tức LER1

Tuy nhiên, để LER1 gửi dữ liệu tới LER 2, nó phải đi qua một vài LSR trung gian (như trên hình vẽ thể hiện là 3 LSR) Do vậy một đường chuyển mạch nhãn (LSP) riêng khác (LSP2) sẽ được tạo ra giữa 2 LER (LER1 và

LSP 2 gåm cã LSR1, LSR2 vµ LSR3

LSP 3 gåm cã LSR4,LSR5 vµ LSR6 LSP1 gåm cã LER1, LER2, LER3 vµ LER4

LER2) để nối giữa LSR1,LSR2 và LSR3, và LSP2 chính là sự thể hiện của đường hầm (tunnel) giữa 2 LER

Các nhãn cho LSP2 sẽ khác so với các nhãn mà các LER tạo ra cho LSP1 Điều này cũng đúng đối với LER3 và LER4 và các LSR giữa chúng LSP3 sẽ được tạo ra cho các phân đoạn này

Để đạt được điều đó thì trong trường hợp này, việc truyền gói tin giữa 2 phân đoạn mạng sẽ sử dụng ngăn xếp nhãn (label stack) Với những gói tin sẽ

đi qua LSP1,LSP2 và LSP3 chúng sẽ có 2 nhãn cùng một lúc và sẽ có 2 cặp nhãn sử dụng cho các phân đoạn : phân đoạn (1): nhãn cho LSP1 và LSP2, phân đoạn (2): nhãn cho LSP1 và LSP3

Khi gói tin ra khỏi phân đoạn mạng thứ nhất và được LER3 nhận, nó sẽ được bỏ nhãn cho LSP2 và thay thế bởi nhãn cho LSP3 trong khi nhãn LSP1 của gói thì được hoán đổi với nhãn của chặng tiếp theo LER4 sẽ bỏ cả 2 nhãn này trước khi gửi gói tin tới đích cuối cùng

I.3 Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS

I.3.1 Sự phát triển MPLS hướng tới GMPLS

Trong những năm trở lại đây, tổ chức IETF đã tập trung hướng phát triển các giao thức MPLS hỗ trợ các phần tử mạng chuyển mạch hoạt động bởi các phương thức khác nhau như theo thời gian, theo bước sóng (DWDM), không gian (OXC) thành các chuẩn của giao thức GMPLS Nó cho phép mạng GMPLS xác định và cung ứng kết nối trên mạng một cách tối ưu theo yêu cầu lưu lượng của người sử dụng và có khả năng truyền tải thông suốt trên mạng IP và sau đó là truyền xuống các tiện ích truyền dẫn quang ở lớp dưới như là SDH, bước sóng trong hệ thống DWDM trên một sợi quang cụ

thể nào đó Bảng P1C1-2 cho ta một cái nhìn tổng quan nhất về các chức

năng thực hiện trong GMPLS

Dạng chuyển

mạch Dạng lưu lượng

Cơ chế chuyển tiếp

(Gói, tế bào)

Nhãn mào đầu SHIM, VCC

Bộ định tuyến IP, chuyển mạch ATM

Tính năng chuyển mạch gói (PSC)

Thời gian

Khe thời gian lặp lại theo chu kỳ

Thiết bị nối chéo

số (DCS), thiết bị ghép tách (ADM)

Tính năng chuyển mạch thời gian (TDM)

Bước sóng

Tính năng chuyển mạch bước sóng (LSC) Không gian vật

lý

(Physical space)

sợi (FSC)

Bảng P1C1-2: Chức năng thực hiện trong GMPLS

Một trong những điểm hấp dẫn nhất của GMPLS đó là sự thống nhất về giao thức điều khiển để thực hiện thiết lập, duy trì và quản lý kỹ thuật lưu lượng theo đường xác định từ điểm đầu đến điểm cuối một cách có hiệu quả Dòng lưu lượng của người sử dụng bắt đầu từ điểm nguồn của có thể được truyền tải qua nhiều phạm vi mạng

I.3.2 Các giao thức trong GMPLS

Sự thể hiện chuyển đổi từ MPLS sang GMPLS đó là các giao thức mở rộng cho chức năng báo hiệu (RSVP–TE, CR– LDP) và chức năng định tuyến (OSPF–TE, IS–IS–TE) Những giao thức mở rộng này được bổ sung thêm các chức năng cho các phần tử mạng TDM/SDH và mạng truyền tải quang nói chung

Một giao thức mới đó là giao thức quản lý đường LMP

(Link-Management Protocol) đã được xây dựng để thực hiện quản lý và duy trì tình trạng điều khiển cũng như trình trạng truyền tải lưu lượng giữa hai nút kế cận trong mạng GMPLS LMP là một giao thức thực hiện trên IP, nó bao gồm các

chức năng thực hiện RSVP-TE và CR-LDP Bảng P1C1-3 tổng kết các giao

thức và sự mở rộng cho GMPLS

Là các giao thức tự động xác định cấu hình tô-pô mạng, thông báo tài nguyên khả dụng (ví dụ như băng thông hoặc loại hình bảo vệ ) Các điểm chủ yếu của các giao thức này đó là: thông báo về loại hình bảo vệ đường (1+1, 1:1, không bảo vệ hoặc lưu lượng phụ), thực hiện tìm đường (giữa các nút mạng kế cận) để nâng cao khả năng xác định tuyến thông) mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP

CR–LDP

Các giao thức báo hiệu để thực hiện kỹ thuật lưu lượng giữa các LSP Những chức năng nổi bật của các giao thức định tuyến này là: chuyển giao lưu lượng bao gồm cả loại hình lưu lượng 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

Quản lý

Thực hiện 2 chức năng chính

hiện theo cơ chế đàm phàn thông qua các tham số đường thông (chẳng hạn như sử dụng phương thức gửi có chu kỳ các bản tin truy vấn thời gian sống của gói tin) để đảm bảo tình trạng của đường thông luôn được theo dõi

hoạt động của các kết nối giữa các nút mạng kề cận nhau thông qua các gói tin kiểm tra

Cấu trúc ngăn xếp giao thức GMPLS được thể hiện trong hình P1C1-9

Hình P1C1-9: Cấu trúc ngăn giao thức GMPLS

Lưu ý rằng trong GMPLS, cấu trúc ngăn giao thức cho chức năng định tuyến IS–IS–TE cũng tương tự như đối với chức năng định tuyến OSPF–TE, chỉ có một điểm khác đó là thay lớp định tuyến IP bằng chức lớp định tuyến phi kết nối CLNP (Connectionless Network Protocol) sử dụng để truyền tải thông tin theo giao thức IS–IS-TE

I.3.3 Những vấn đề của mạng GMPLS và các giải pháp

Để có một mặt điều khiển chung sử dụng cho nhiều loại mạng khác nhau thì cần phải quan tâm những vấn đề sau đây:

(i) Việc chuyển tiếp dữ liệu không đơn thuần hạn chế ở chuyển tiếp dữ

liệu ở dạng gói mà còn cần phải tìm kiếm các giải pháp đơn giản nhất cho việc sử dụng một khuôn dạng nhãn duy nhất để chuyển tiếp dữ liệu qua các loại thiết bị với công nghệ khác nhau theo phương thức chuyển tiếp theo thời gian, bước sóng hoặc không gian

(ii) Không phải loại mạng nào cũng thiết kế các phần tử chuyển tiếp dữ

liệu cho phép truy vấn nội dung thông tin, nhãn hoặc mào đầu của dữ liệu thu được Mạng chuyển mạch gói cho phép các phần tử chuyển tiếp của mạng kiểm tra mào đầu gói hoặc nhãn từ đó đưa ra các quyết định dữ liệu sẽ được chuyển tiếp tới giao diện đầu ra cụ thể Trong khi đó điều này sẽ không thực

hiện đổi với luồng dữ liệu đầu vào là các dữ liệu dạng TDM (cụ thể là các luồng ghép kênh PCM, hoặc là bước sóng)

(iii) Tính cân đối và phù hợp là một vấn đề quan trọng khi thiết kế

những mạng cỡ lớn Thông thường tài nguyên cần phải quản lý ở trong mạng TDM và mạng quang nói chung là nhiều hơn rất nhiều so với mạng chuyển mạch gói Ví dụ, số lượng bước sóng cần phải quản lý trong một mạng quang

có thể lên tới hàng ngàn và số lượng sợi có thể lên tới hàng trăm

(iv) Cấu trúc của của các bộ chuyển mạch quang hoặc điện cũng là

phần tử gây ra sự tiêu tốn thời gian xử lý dữ liệu Ví dụ một thiết bị DSC có khả năng chuyển mạch từ hàng chục tới hàng ngàn cổng cho đường tín hiệu

số (DS-x), việc xác định cổng vào cổng ra cho một kết nối cũng tiêu tốn khá nhiều thời gian, điều đó đồng nghĩa với việc gia tăng độ ỳ của phần tử chuyển tiếp, nghĩa là tăng độ trễ truyền tải dữ liệu

(v) Mạng SDH có khả năng rất tốt trong việc thực hiện cơ chế bảo vệ

đường truyền tải dữ liệu (50ms) Hệ thống quản lý điều khiển mạng thực hiện trong GMPLS cũng cần phải thực hiện chức năng bảo vệ đường truyền tải tương tự như SDH, có thể theo phương thức cài đặt trước, cơ chế động, cơ chế ưu tiên theo lớp dịch vụ

Những vấn đề nêu trên được tổng kết trong bảng P1C1-4

Tính đa dạng

của

chuyển tiếp

Các phần riêng rẽ mang tính lô-gíc hoặc vật lý về điều khiển hoặc dữ liệu

tuyến ngoài băng

chuyển tiếp dữ liệu ở phân lớp thấp

Tính cân đối về băng thông

Tính tin cậy

Bảo vệ và phục hồi (M:N, 1+1), chia

sẻ nhóm đường hiểm họa cho chuyển hướng đường thông

Địng tuyến LMP: OSPF–TE, IS–IS–TE

Mô phỏng Ring SDH dạng BLSR

và UPSR, sử dụngtuyến tách biệt để phục hồi

Tiết kiệm quĩ địa chỉ IP

Bảng P1C1-4: Các vấn đề cần giải quyết trong hệ thống quản lý điều khiển GMPLS

I.3.3 1 Tính chuyển hướng đa dạng

a Nhãn tổng quát và sự phân bổ nhãn

GMPLS được phát triển mở rộng để có khả năng hỗ trợ các phần tử mạng truyền tải thông tin từ đầu cuối tới đầu cuối thông qua nhiều mạng với các công nghệ khác nhau với tốc độ xử lý truyền tải nhanh Để thực hiện được điều này trong công nghệ GMPLS, người ta thêm chèn thêm thông tin trong các nhãn MPLS Định dạng mới này của nhãn được gọi là "nhãn tổng quát" (Generalized Label) cho phép các thiết bị thu nhận dữ liệu ở các dạng nguồn khác nhau (như là gói tin trong mạng chuyển mạch gói, các khung ghép kênh

dự liệu trong mạng TDM, bước sóng mang dữ liệu trong mạng truyền tải

quang ) Một nhãn tổng quát có thể đại diện cho một bước sóng, sợi quang đơn lẻ hoặc một time-slot, ngoài ra nó còn đại diện cho dữ liệu của các nguồn lưu lượng khác đã thực hiện với nhãn MPLS như là VCC trong ATM, phần gắn thêm (shim) trong gói tin IP Các thông tin sau đây gắn liền với nhãn tổng quát:

− Dạng của mã LSP để chỉ thị loại nhãn mang lưu lượng ( ví dụ: gói tin, bước sóng, SDH )

− Loại hình chuyển mạch, chỉ thị cho nút mạng khi nào sẽ thực thi các loại hình chuyển mạch khác nhau: chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh, chuyển mạch bước sóng, chuyển mạch sợi quang

− Phần xác định tải tin để chỉ thị loại hình tải tin được truyền tải bởi LSP (ví dụ VT, DS-x, ATM, Ethernet )

Tương tự như MPLS, sự phân bố nhãn được khởi đầu từ việc yêu cầu phân bố nhãn từ đường lên (upstream) đối với đường xuống (downstream) của LSR GMPLS thực hiện bằng cách cho phép đường lên của LSR đề xuất trước giá trị của nhãn cho một LSP và giá trị nhãn này có thể được thay thế bằng giá trị nhãn gửi trả lại từ đường xuống của LSR

b Kiến tạo các LSP trong mạng GMPLS:

Hình P1C1-10: Thiết lập một LSP qua môi trường mạng không đồng nhất bằng công nghệ

Thực hiện kiến tạo một LSP trong mạng GMPLS cũng tương tự như

trong mạng MPLS Hình P1C1-10 thể hiện quá trình một mạng chuyển mạch

gói (PSC) kết nối qua ống STM-4 đến DSC của phần tử mạng TDM Các thành phần mạng SDH trong mạng TDM hoạt động theo cấu trúc ring UPSR STM-16 Hai mạng TDM kết nối với nhau thông qua hai phần tử chuyển mạch quang có khả năng chuyển mạch các chùm bước sóng mang lưu lượng STM-64 phần tử SDH của mạng Mục tiêu cần thực hiện trong cấu trúc này

là thiết lập được một LSP giữa LSR1 và LSR4 (hình P1C1-10)

Để thiết lập LSPpc giữa LSR1 và LSR2, các LSP trung gian trong mạng cần được kiến tạo theo kiểu đường hầm qua các LSP ở phân lớp dưới

Ví dụ, trong hình vẽ trên thể hiện cấu trúc đường hầm LSPT1 cho các LSP1, LSP2 và LSP3 nếu như tổng lưu lượng yêu cầu bởi các LSP này có thể được phục vụ bởi LSPT1

Quá trình thiết lập này được khởi đầu bởi bản tin chứa PATH/Label gửi tới đầu kết cuối từ đường xuống, nó chứa đựng thông tin về cấu hình LSP

Cụ thể ở đây là DSCi sẽ gửi bản tin tới OXC1 và kết thúc bản tin tại DSCe Khi OXC1 nhận được bản tin nó sẽ tạo một LSP giữa nó và OXC2 Chỉ khi LSP này được tạo lập thì các LSP giữa DSCi và DSC2 mới được tạo lập (các DSPtdi)

Gói tin yêu cầu PATH/Label chứa đựng thông tin yêu cầu nhãn tổng quát trong đó mô tả dạng của LSP (nghĩa là mô tả tới phân lớp nào quản lý LSP) và loại hình tải tin (ví dụ như DS-x, VT ) Các tham số cụ thế khác như loại báo hiệu, bảo vệ, hướng của LSP và các nhãn đề xuất đều được chỉ thị trong bản tin này Trên đường xuống của mỗi nút mạng sẽ gửi các bản tin

hướng ngược lại RESV/Label Mapping có nhãn tổng quát chứa một vài nhãn tổng quát khác

Khi LSR khởi đầu thu được nhãn tổng quát nó thực hiện kiến tạo một LSP qua từng chặng của mạng bằng bản tin RSVP/PATH Tuần tự thực hiện của quá trình nói trên xảy ra như sau:

LSP được tạo lập giữa OXC1 và OXC2 (LSPl) có dung lượng truyền tải STM-64 làm đường hầm cho các TDM LSP khác, LSP được tạo lập giữa DSCi và DSCe (LSPtdi)

LSP được tạo lập giữa DS–1 và DS–2 (các LSP bên trong hai mạng TDM được tạo lập trước khi tạo lập LSP này)

LSP được tạo lập giữa LSR2 và LSR3 (LSPpi)

LSPpc được tạo lập giữa LSR1 và LSR4

I.3.3.2 Tính năng chuyển tiếp đa dạng

Các thiết bị MPLS có khả năng nhận biết nội dung thông tin chuyển tiếp qua, nghĩa là thông tin chứa trong mào đầu của tế bào tin (cell) hoặc gói tin Đồng thời chúng cần phải phân tích các nhãn (các mào đầu shim) để xác định cửa ra và cửa vào cho các gói tin được gắn nhãn Quá trình trao đổi nhãn

là độc lập về mặt lô gíc giữa mặt phẳng truyền tải dữ liệu và điều khiển

GMPLS thực hiện mở rộng tính năng này để các thiết bị GMPLS có thể nhận biết mọi loại mào đầu mà chúng thu được Trường hợp này GMPLS cho phép mặt phẳng điều khiển và truyền tải có thể tách rời nhau không những về mặt lô gíc mà còn có thể tách rời về vật lý Ví dụ, thông tin điều khiển đường điều khiển giữa nút mạng có thể truyền theo kênh kết nối Ethernet hoặc qua

các tiện ích truyền dẫn khác mà nó không cần quan tâm việc thông tin quản lý giữa hai nút mạng được truyền tải bằng cách nào

Việc lựa chọn tiện ích truyền tải thông tin điều khiển giữa các nút mạng GMPLS là rất có ý nghĩa về mặt kinh tế Rõ ràng là không nên sử dụng sợi quang riêng biệt để truyền thông tin điều khiển giữa các ADM/OADM trong một mạng ring SDH nào đó Thay vào đó chúng ta có thể tiếp cận giải quyết vấn đề theo một cách khác, một trong những cách đó là sử dụng những byte thông tin mào đầu còn trống trong khung SDH để truyền các thông tin vê điều khiển Với mào đầu trống trong khung STM-1 chúng ta có thể tận dụng được một dung lượng kênh truyền tải 768 kbit/sec để trao đổi thông tin điều khiển giữa các nút mạng Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm và tính khả thi cao

I.3.3 3 Cấu hình

Khi một LSP cần được tạo lập khởi đầu từ phạm vi mạng truy nhập, nó yêu cầu thiết lập một vài LSP khác dọc theo tuyến từ nút đầu tới nút cuối Các LSP trung gian có thể được tạo lập trong qua các thiết bị TDM hoặc LSC Các thiết bị này có thể có những đặc điểm riêng khác nhau do vậy chức năng GMPLS cần phải thống nhất được các đặc tính khác nhau đó để tạo lập các LSP từ đầu cuối tới đầu cuối Để giải quyết vấn đề nói trên có 2 khái niệm quan trong được xây dựng trong GMPLS đó là nhãn đề xuất (Suggested La-bel) và LSP hai hướng (Bidirectional LSP)

a Nhãn đề xuất:

Một đường lên tại nút mạng có thể lựa lựa chọn một nhãn đề xuất với đường xuống của nó Đường xuống có quyền từ chối các tham số kiến tạo LSP do nhãn đề xuất đưa ra và đề xuất các tham số của mình Nhãn đề xuất trong trường hợp này còn được sử dụng để tìm đường bên trong từ cửa vào tới

cửa ra một cách nhanh chóng Nhãn đề xuất cho phép các DCS tự định cấu hình của mình bằng nhãn đề nghị (Proposed Label) thay vì chờ nhãn đưa lại

từ hướng ngược lại trên đường xuống Nhãn đề xuất đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập các đường dự phòng LSP trong trường hợp có sự hư hỏng tuyến Tuy nhiên, nếu trong trường hợp thiết bị đường xuống từ chối nhãn đề nghị và đưa ra đề nghị riêng của nút về tham số kiến tạo LSP thì thiết bị đường xuống phải định lại cấu hình với nhãn mới

b LSP hai hướng:

Bảo vệ mạng chống lại những hư hỏng của mạng, chẳng hạn như đứt sợi cáp quang trong mạng quang sẽ cung cấp chức năng tìm sợi quang thay thế trong các cấu cấu trúc mạng cụ thể Cũng tương tự như vậy, các LSP được thiết lập trong mạng quang cũng cần phải được bảo vệ Vấn đề này được giải quyết bằng cách thực hiện các LSP hai chiều đơn hướng, mỗi LSP một hướng sẽ là sự phòng cho LSP hướng kia LSP hai hướng sẽ thực hiện kỹ thuật lưu lượng và cơ chế phục hồi giống nhau trên mỗi hướng GMPLS thực hiện chức năng kiến tạo các LSP hai hướng thông qua các một tập bản tin giao thức báo hiệu (ví dụ các bản tin RSVP/PATH và RESV)

I.3.3 4 Tính cân đối (Scalability)

a Chức năng chuyển tiếp LSP cận kề (Forwarding Adjacency–LSP) Chức năng FA-LSP này được thực hiện trên cơ sở các LSP của mạng GMPLS để truyền tải các LSP khác Một FA-LSP được thực hiện giữa hai nút mạng GMPLS được xem như là một đường kết nối ảo có những đặc tính kỹ thuật lưu lượng riêng biệt và được thông báo cho chức năng OSPF/IS-IS như một đường thông giống như bất kỳ một đường thông vật lý nào Một FA-LSP

một FA-LSP có thể được đánh số hoặc không đánh số tùy thuộc vào việc xem FA-LSP đó là một đường thông bình thường hay không

Hình P1C1-11: Cơ chế chuyển tiếp kế cận Hình P1C1-11 mô tả cơ chế hoạt động của một TDM LSP (LSPtdm),

nó được xem như là một đường thông kết nối giữa hai thiết bị LSR định tuyến gói trong mạng PSC thay vì đó là một đường thông kết nối vật lý như trong

mạng TDM

b Cấu hình LSP:

Hình P1C1-12: Minh họa LSP với một cấu hình mạng ví dụ

Hình P1C1-12 đưa ra một cấu trúc mạng (bao gồm các lớp truy nhập, lớp lõi và lớp mạng trục) Giả thiết rằng khi nhu cấu kết nối trên mạng tăng lên, nghĩa là xuất hiện những kết nối dòng lưu lượng từ đầu cuối tới đầu cuối của các doanh nghiệp từ lớp mạng truy nhập yêu cầu Nếu như các nút mạng không có cơ chế định băng thông một cách mềm dẻo, nghĩa là chỉ có các băng thông cố định kết nối gắn với các đường thông vật lý thì vần đề là rất khó giải

quyết Trong trường hợp như vậy, một luồng băng thông kết nối vật lý

STM-64 giữa hai chuyển mạch OXC của mạng đường trục cũng không thể truyền tải một dòng lưu lượng yêu cầu với tốc độ 100 Mbps từ lớp truy nhập Vấn đề này có thể dễ dàng giải quyết bằng cơ chế LSP như mô tả ở trên

Bản chất cấu trúc bó các LSP này được mô tả như sau: các PSC-LSP sẽ được nhóm vào trong các TDM-LSP, các TDM-LSP này lại tiếp tục được nhóm vào trong các LSC-LSP tại các thiết bị LSC, các LSC-LSP này lại tiếp tục được nhóm vào trong các FSC-LSP tại các thiết bị FSC Và như vậy dung lượng đường thông của các dòng lưu lượng sẽ được thực hiện theo cơ chế ghép nhóm và chuyển tiếp theo cấu hình phân cấp Trong GMPLS đã chỉ rõ

cấu hình phân cấp này để tạo ra các cấp LSP khác nhau từ cao đến thấp Hình

P1C1-13 thể hiện cấu trúc phân cấp này

Hình P1C1-13: Cấu trúc phân cấp các LSP

c Cơ chế bó đường (Link Bundling):

Trong tương lai có thể sự phát triển của mạng quang sẽ là rất dày đặc Một mạng cáp quang có cần phải quản lý có thể lên tới hoàng chục tới hàng trăm sợi quang trên cùng một tuyến, mỗi một sợi quang lại có thể truyền tải hàng trăm tới hàng ngàn bước sóng quang, việc quản lý đường, quản lý tuyến

sẽ trở lên rất phức tạp nếu như không có một cách thức hợp lý GMPLS đã

đưa ra một phương thức quản lý đường và tuyến trong mạng quang tương đối hợp lý đó là phương thức bó đường (link bundling)

Phương thức bó đường cho phép ghép một vài đường vào làm một và thông báo về đường đó cho các giao thức định tuyến, chẳng hạn như OSPF, hoặc IS-IS Thông tin truyền tải theo phương thức này có thể là mang tính chất rút gọn và không đầy đủ nhưng ưu điểm là dung lượng xử lý sẽ giảm đi rất nhiều nếu như sử dụng phương pháp lưu trữ cơ sở dữ liệu định tuyến Kỹ thuật bó đường chỉ cần một đường điều khiển, điều đó cho phép giảm số lượng bản tin báo hiệu điều khiển cần phải xử lý

GMPLS có thể cho phép bó đường một cách mềm dẻo theo phương thức điểm – điểm (PTP) thực hiện cho các LSP và thông báo thông tin bó đường này cho các giao thức OSPF (chuyển tiếp cận kề)

Tuy vậy, phương thức bó đường này cũng bộc lộ một số hạn chế như:

− Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải bắt đầu và kết thúc trong cùng một cặp LSR

− Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải có cùng chung một loại (ví dụ như PTP hoặc quảng bá)

− Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải có cùng một dạng cho cơ chế chuyển mạch - PSC, TDMC, LSC, hoặc FSC

I.3.3 5 Độ tin cậy (Reliability)

Chức năng thực hiện của các giao thức GMPLS cho phép quản lý và điều khiển các hư hỏng trên mạng một cách tự động Khi xảy ra hư hỏng tại một phân mạng nào đó thi nó sẽ được phát hiện, định vị và cách ly với các phân mảnh mạng khác Đây là một điểm quan trọng khi thực hiện các LSP từ đầu cuối tới đầu cuối bằng phương thức đường hầm qua các LSP có cấu hình

cao hơn Các bước thực hiện cần thiết để quản lý một hư hỏng (xác định,

định vị, cách ly và phục hồi được thể hiện trong hình P1C1-14

Hình P1C1-14: Quá trình thực hiện quản lý hư hỏng trong mạng GMPLS

GMPLS thực hiện cơ chế bởi vệ chống lại các hư hỏng trên kênh kết nối (hoặc đường thông) giữa hai nút mạng cận kề (bảo vệ đoạn) hoặc bảo vệ

từ đầu cuối tới đầu cuối (bảo vệ tuyến) các chức năng mở rộng định tuyến OSPF và IS-IS trong mạng GMPLS cung cấp các thôngtin định tuyến ngay cả khi tuyến đang trongqua trình thiết lập Khi tuyến truyền tải lưu lượng được thiết lập chức năng điều khiển báo hiệu sẽ được thực hiện để kiến tạo các tuyến dự phòng theo hướng ngược lại bằng các giao thức RSVP–TE hoặc

CR–LDP Phương thức bảo vệ tuyến có thể là ở dạng 1+1 hoặc M:N Hình

P1C1-15 mô tả các cơ cấu thực hiện chức năng bảo vệ được hỗ trợ bởi mạng

GMPLS Trong cơ cấu bảo vệ từ đầu cuối tới đầu cuối các tuyến sơ cấp và tuyến thứ cấp được tính toán và thực hiện kiến tạo sao cho đó là hai tuyến riêng rã về vật lý hoặc là nhóm các kênh kết nối không có chung hiểm họa

Hình P1C1-15: Cơ chế phục hồi hỗ trợ bởi mạng GMPLS

Chức năng phục hồi đường được thực hiện trong mạng GMPLS được thực hiện theo cơ chế phục hồi động Cơ chế này đòi hỏi có các cơ cấu cài đặt tài nguyên động trên các tuyến đấu nối Có hai phương pháp phục hồi áp dụng trong mạng GMPLS, đó là phục hồi kênh kết nối và phục hồi đoạn kết nối Phục hồi kênh kết nối là tìm tuyến thay thế tại một nút mạng trung gian Phục đoạn kết nối là phục hồi tuyến cho một LSP cụ thể nào đó được thực hiện bắt đầu từ nút mạng nguồn để tìm tuyến thay thế xung quanh phạm vi mạng có sự

hư hỏng

I.3.4 Một số vấn đề tồn tại trong mạng GMPLS

GMPLS thực chất là bộ các giao thức được mở rộng để thực hiện một

số chức năng mới của mạng MPLS Trong đó, một số phần thực hiện còn phải được chuẩn hóa trong tương lai gần Một số vấn đề trong mạng GMPLS được

đề cập dưới đây cần được giải quyết

có thể áp dụng cơ chế bảo mật ngay trong quá trình thiết lập kết nối, giống như thực hiện trong mạng X.25 hoặc ATM

I.3.4.2 Interworking

Sự thành công của mạng GMPLS phụ thuộc vào khả năng phối hợp hoạt động với cơ sở hạ tầng mạng hiện có như là ATM hoặc Frame Relay

Khả năng kết hợp giữa GMPLS với mạng ATM và Frame Relay chính là sự cho phép hệ điều khiển báo hiệu của chúng có thể trao đổi thông tin với nhau như hai mạng giống nhau về công nghệ thông qua mạng đa loại hình

Thực thi các chức năng phối hợp giữa hai mạng sẽ phải đối mặt với một

số vấn đề sau:

ƒ Phối hợp điều khiển hai mặt phẳng điều khiển với các giao thức báo hiệu điều khiển khác nhau là một công việc phức tạp (chẳng hạn như vấn đề phối hợp định tuyến PNNI trong mạng ATM và OSPF–TE trong mạng GMPLS

ƒ Duy trì chất lượng dịch vụ trong mạng đa loại hình cũng là một công việc phức tạp

ƒ Chuyển mạch GMPLS có thể hỗ trợ các loại hình chuyển mạch như là chuyển mạch gói, chuyển mạch TDM, chuyển mạch bước sóng / sợi… Điều này nảy sinh một việc đó là lựa chọn tổ hợp các loại hình dữ liệu một cách phù hợp để chuyển đổi giữa mạng GMPLS và các mạng khác

Một số các tổ chức diễn đàn công nghiệp đã đề xuất những cách giải quyết vấn đề phối hợp giữa mạng GMPLS với các mạng khác (như là GMPLS Forum, ATM Forum, Frame Relay Forum) Tuy nhiên các vấn đề nói trên vẫn đang được nghiên cứu đệ trình để đề xuất thành tiêu chuẩn I.3.4 3 Hệ thống quản lý mạng

Mạng GMPLS cần phải thực thi việc quản lý các LSP có số tượng từ hàng ngàn đến hàng triệu hoạt động ở trong mạng theo các khía cạnh liên quan như tình trạng hoạt động, định tuyến, kỹ thuật lưu lượng v.v Điều đó có nghĩa là hệ thống quản lý mạng GMPLS là phức tạp hơn nhiều so với mạng khác, chẳng hạn như mạng Internet

CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH XÂY DỰNG TIÊU CHUẨN CHO GMPLS VÀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI GMPLS TRÊN THẾ GIỚI

II.1 Các tổ chức xây dựng tiêu chuẩn công nghệ GMPLS

II.1.1 Tổ chức nghiên cứu đặc biệt về kỹ thuật mạng liên kết IETF

Lĩnh vực nghiên cứu về việc chuẩn hóa công nghệ GMPLS được thực hiện bởi nhóm nghiên cứu thuộc tổ chức nghiên cứu đặc biệt về kỹ thuật mạng liên kết IETF, có tên là mặt phẳng điều khiển và đo lường thống nhất, gọi tắt là CCAMP (Common Control and Measurement Plane) Một trong những nhiệm vụ chủ yếu của nhóm nghiên cứu này là tiếp tục nghiên cứu đề xuất các tiêu chuẩn kỹ thật cho việc thực hiện mở rộng các chức năng của mạng MPLS (do nhóm nghiên cứu về MPLS thực hiện )

Nhóm làm việc CCAMP có nhiệm vụ xem xét các khía cạnh kỹ thuật thực hiện mặt phẳng điều khiển thông nhất cho các phân lớp mạng liên kết, bao gồm cả việc thực hiện định tuyến, quản lý điều khiển các đường vật lý, kỹ thuật kiến tạo đường hầm liên kết mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ (ISP), các kỹ thuật chuyển đổi và liên kết quang O-O, O-E-O

Nhóm làm việc CCAMP tập trung vào giải quyết một số lĩnh vực sau:

• Định nghĩa các giao thức độc lập và các tham số (đặc tính đo lường)

mô tả kênh liên kết và đường liên kết cho chức năng định tuyến điều khiển báo hiệu

• Định nghĩa các chức năng mở rộng trong các giao thức hỗ trợ quản lý kênh và đường liên kết để thực hiện đa dạng các loại hình chuyển mạch khác nhau, bao gồm cả chuyển mạch quang

• Định nghĩa các chức năng định tuyến mở rộng của các giao thức định tuyến (OSPF, ISIS) và báo hiệu (RSVP-TE) cho việc kiến tạo các tuyến trao đổi dữ liệu Xác định khuôn dạng dữ liệu và cách thức trao đổi thông tin cũng như các hành động đáp ứng khu thu nhận thông tin

• Xác định các cơ cấu tìm đường cũng như đặc điểm kiến trúc thiết lập đường (chẳng hạn như kiến trúc đường hầm)

Một số kết quả đạt được của CCAMP:

(1) Các dự thảo về tiêu chuẩn mạng GMPLS

(2) Các kết quả trong năm 2005:

• Dự thảo “GMPLS MIBs” đệ trình lên IESG

• Dự thảo “WG I-D MPLS to GMPLS” (chuyển dịch MPLS sang GMPLS) lên IESG xem xét, năm 2005

• Dự thảo “RSVP-TE extensions for inter-domain signaling” lên cho IESG xem xét

• Dự thảo “GMPLS signaling in support of Call Management “ cho IESG xem xét

• Dự thảo “GMPLS/ASON lexicography” đệ trình lên IESG xem xét

(3) Các kết quả đã đệ trình lên IESC xem xét trong năm 2006:

• Dự thảo “WG I-D MPLS-GMPLS interworking requirements and lutions”

so-• Dự thảo “WG I-D GMPLS OAM Requirements”

• “GMPLS routing and signaling interoperability”

• Dự thảo “MPLS to GMPLS migration strategies”

• Dự thảo “MPLS-GMPLS interworking requirements and solutions”

• Dự thảo “OSPF-TE/GMPLS MIB module for MIB”

• Dự thảo “GMPLS OAM Requirements”

• Dự thảo “MIB module for RSVP-TE signaling extensions for MIB”

II.1.2 Tổ chức diễn đàn mạng quang liên kết OIF

Tổ chức diễn đàn mạng quang liên kết OIF (Optical Internetworking

viên là các chuyên gia cao cấp trong lĩnh vực thông tin quang và các lĩnh vực khác cùng các thành viên khác là các đối tác tham gia thị trường viễn thông như là các nhà sản xuất thiết bị và giải pháp mạng quang, các nhà khai thác và các tổ chức tiêu chuẩn

Diễn đàn mạng quang liên kết OIF thúc đẩy sự nghiên cứu phát triển và triển khai kết nối, phối hợp cung cấp dịch vụ và thực hiện chức năng định

tuyến giữa các sản phẩm mạng quang của các nhà cung cấp thiết bị khác nhau trên thế giới Mục tiêu thực hiện của OIF là khuyến khích sự hợp tác của các đối tác công nghiệp viễn thông tham gia thị trường viễn thông trên thế giới bao gồm cả các nhà sản xuất thiết bị và giải pháp mạng quang, các nhà khai thác mạng truyền tải quang cũng như người sử dụng thiết bị đầu cuối tăng cường triển khai các hệ thống quang liên kết trên phạm vi các nhà khai thác mạng trong một quốc gia cũng như ở phạm vi toàn cầu trên các khía cạnh

về chuẩn hóa theo từng lĩnh vực kỹ thuật cần phải giải quyết Trong đó OIF nhấn mạnh việc kết hợp giữa những đối tượng tham gia thị trường viễn thông phối hợp với các tổ chức tiêu chuẩn để đề xuất các tiêu chuẩn phù hợp để thực hiện được những mục tiêu nói trên OIF đã nghiên cứu đề xuất các khuyến nghị về đặc tính kỹ thuật các các thiết bị mạng quang trên cơ sở xem xét về công nghệ liên quan cũng như các giải pháp phù hợp để thực hiện

OIF đã nghiên cứu

đề xuất nhiều khía cạnh

tiêu chuẩn về thiết bị cũng

như mạng quang Tuy

nhiên khía cạnh tiêu chuẩn

quan trọng nhất mà OIF đề

xuất đã được nhiều đối tác

sản xuất công nghiệp cũng

như các tổ chức tiêu chuẩn

lớn khác như IETF,

ITU-T…chấp nhận làm tài liệu tham chiếu chuẩn đó là các khuyến nghị về tiêu chuẩn giao diện quang kết nối các phạm vi mạng quang khác nhau Mô hình

Hình P1C2-1: Mô hình xác định đối tượng đề xuất khuyến nghị về tiêu chuẩn mạng quang được OIF đề xuất

đề xuất như trong hình vẽ P1C2-1

Các thỏa thuận thực hiện (Implementation Agreement) đã được OIF xây

dựng dựa trên các cuộc họp thảo luận với các đối tác là các tổ chức tiêu chuẩn khác (ITU-T, IETF…) và các nhà sản xuất thiết bị, giải pháp mạng và dựa trên các kết quả thu được từ những dự án thử nghiệm của OIF

Các thỏa thuận thực hiện cho giao diện kết nối quang giữa người sử dụng và mạng (UNI):

- UNI 1.0 Signaling Specification Realease 1

+ OIF-UNI-01.0 - User Network Interface 1.0 Signaling tion

Specifica UNI 1.0 Signaling Specification, Release 2

+ OIF-UNI-01.0-R2-Common - UNI 1.0 Signaling Specification, Release 2: Common Part

+ OIF-UNI-01.0-R2-RSVP - RSVP Extensions for User Network Interface (UNI) 1.0 Signaling, Release 2

(NNI):

- E-NNI-01.0

Specification

II.1.3 Tổ chức tiêu chuẩn viễn thông quốc tế ITU-T

Các khía cạnh xem xét về tiêu chuẩn của ITU-T đối với công nghệ GMPLS được thể hiện ở nhiều lĩnh vực từ các yêu cầu về cấu trúc mạng, giao diện, giao thức đến các chức năng thực hiện Một số khía cạnh thực hiện kỹ thuật mà ITU-T xem xét đề xuất tiêu chuẩn liên quan tới công nghệ GMPLS như sau:

Yêu cầu chung và cấu trúc mạng:

• G.874 – Requirements for Optical Transport Networks

• G.807 – Requirements for the Automatic Switched Transport Network

• G.8080 – Architecture for the Automatic Switched Optical work

Net-Yêu cầu về các giao diện và giao thức:

• G.709 & G.707 – Interface for OTN & Interface for SDH

• G.7712 - Architecture and Specification of Data Communication Network

• G.7713 - Distributed Call and Connection Management

• G.7714.1 – Protocol for Automatic Discovery in SDH and OTN Networks

• G.7715 – Architecture and Requirements for the Automatically Switched