Ứng dụng kỹ thuật lưu lượng đa lớp để nâng cao chất lượng hoạt động

vii FA Forwading Adjacency Lân cận chuyển gói FSC Fiber-Switch Capable Dung lượng chuyển mạch cáp OIF Optical Internetworking Forum Cộng đồng diễn đàn mạng quang ONE Optical Network Elem

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI CAM ĐOAN iv

LỜI CẢM ƠN v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ x

LỜI MỞ ĐẦU xiv

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GMPLS 1

1.1 Giới thiệu GMPLS 1

1.1.1 Sơ lược về GMPLS 1

1.1.2 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS 3

1.2 Các giao thức trong GMPLS 4

1.3 Những vấn đề của mạng GMPLS và các giải pháp 6

1.3.1 Tính chuyển hướng đa dạng 8

1.3.2 Tính năng chuyển tiếp đa dạng 10

1.3.3 Cấu hình 11

1.3.4 Tính cân đối (Scalability) 12

1.3.5 Độ tin cậy (Reliability) 15

1.4 Một số vấn đề tồn tại trong mạng GMPLS 17

1.4.1 Bảo mật 17

1.4.2 Interworking 17

1.4.3 Hệ thống quản lý mạng 18

ii

1.5 Kết luận 18

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG ĐA LỚP MTE 19

2.1 Kỹ thuật lưu lượng 19

2.2 Kỹ thuật lưu lượng đa lớp MTE 21

2.2.1 Quá trình hoạt động và khởi tạo MTE 23

2.2.2 Thiết lập liên kết mới trong MTE 23

2.2.3 Thực hiện cấu hình lại mạng logic 23

2.3 Cách tiếp cận MTE 24

2.3.1 Cách tiếp cận MTE Reactive 24

2.3.2 Cách tiếp cận Proactive 27

2.4 Những yêu cầu khi thiết kế MTE 30

2.4.1 Sử dụng dung lượng một cách hiệu quả 30

2.4.2 Đưa ra mức quán tính hợp lí 30

2.4.3 Tránh hiệu ứng tích lũy bộ nhớ 32

2.4.4 Tránh tình trạng không ổn định của mạng 32

2.5 Kết luận 32

CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HOẠT ĐỘNG CỦA KỸ THUẬT MTE TRONG MẠNG GMPLS 34

3.1 Giới thiệu 34

3.2 Giải pháp MTE Reactive hiệu quả 35

3.2.1 Ba giai đoạn của MTE trong mạng GMPLS 35

3.2.2 Tình huống nghiên cứu MTE trong mạng GMPLS 44

3.2.3 Nghiên cứu mô phỏng MTE 48

3.3 Giải pháp MTE tích hợp 68

iii

3.3.1 Giải pháp định tuyến kết hợp 68

3.3.2 Kỹ thuật băng thông 76

3.4 Đánh giá kết quả hoạt động của kỹ thuật MTE trong mạng GMPLS 82

3.5 Cấu trúc mạng ảo điều khiển phân tán 86

3.5.1 Thiết kế topo mạng ảo 86

3.5.2 Mạng được điều khiển phân tán 88

3.5.3 Thiết kế giao thức 96

3.5.4 Đánh giá hiệu suất topo mạng ảo được điều khiển phân tán 99

3.6 Kết luận 108

KẾT LUẬN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111

iv

LỜI CAM ĐOAN

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các Thầy, Cô trong viện Điện tử viễn thông, các Thầy, Cô trong viện Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi cho các học viên trong

quá trình học tập và nghiên cứu Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Trần Thị Ngọc Lan đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em hoàn thành nội dung của

luận văn này

Em xin cam đoan rằng nội dung của luận văn này hoàn toàn do em tìm hiểu, nghiên cứu và viết ra Có sự hướng dẫn, góp ý sửa chữa của giáo viên hướng dẫn, các số liệu được công bố là hoàn toàn trung thực Các số liệu tham khảo khác đều

có chỉ dẫn về nguồn gốc xuất xứ và được nêu trong phần tài liệu tham khảo cuối luận văn

Em xin chịu trách nhiệm với những nội dung trong quyển luận văn này

v

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các Thầy, Cô và bạn bè đã giúp đỡ

em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành Luận văn

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Trần Thị Ngọc Lan, Cô đã

trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình, chu đáo và có những nhận xét, góp ý quý báu giúp em trong suốt quá trình thực hiện Luận văn cho đến khi Luận văn được hoàn thiện

Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các Thầy, Cô giáo Viện Điện tử Viễn thông – Đại Học Bách Khoa Hà Nội, những người đã tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em được nghiên cứu và học tập trong môi trường tốt nhất

Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, cùng tất cả các bạn bè đã luôn động viên, khích lệ em trong cuộc sống, lao động và học tập

Hà Nội, ngày 06 tháng 05 năm 2015

vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TỪ VIẾT

ADM Add/Drop Multiplexer Bộ ghép xen/ rẽ

ASON Automatic Switched Optical

ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ khuếch đại tự phát

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ

BLSR Bi-directional Line Switched Ring Vòng chuyển mạch đường dây hai

CLNP Connectionless Network Protocol Giao thức mạng phi kết nối

CSPF Constrained Shortest Path First Giao thức định tuyến tìm đường ngắn

nhất DCS Digital Cross Connect Hệ thống đấu nối đầu số chéo

DDWC Distributedly controlled Dynamic

vii

FA Forwading Adjacency Lân cận chuyển gói

FSC Fiber-Switch Capable Dung lượng chuyển mạch cáp

OIF Optical Internetworking Forum Cộng đồng diễn đàn mạng quang ONE Optical Network Element Phần tử mạng quang

OLSP Optical Label-Switched Path Đường nhãn chuyển mạch quang OTN Optical Transport Network Mạng lưới truyền tải quang

GMPLS Generalized Multiprotocol Label

Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

HCRN Hierarchical Cloud Routing

HDLC High-level Data Link Control Kiểm soát đường truyền dữ liệu mức

cao IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức kỹ thuật Internet

ILP Integer Linear Program Chương trình định tuyến nguyên

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-IS Intermediate

System-to-Intermediate System Giao thức định tuyến Cisco IS-IS

IS-IS-TE

Intermediate

System-to-Intermediate System-Traffic

Engineering

Giao thức IS-IS kỹ thuật lưu lượng

L2SC Layer 2 Switching Capable Dung lượng chuyển mạch lớp 2

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn

LER Label Edge Router Bộ định biên nhãn

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LMP Link-Management Protocol Giao thức quản lý kênh

viii

LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái liên kết

LSC Lamda Switch Capable Dung lượng chuyển mạch bước sóng LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn

LSR Label Switched Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LWC Limited Wavelength Convertible Mạng giới hạn chuyển đổi bước sóng MSPF Multilayer Shortest-Path-First Đường đi ngắn nhất đa lớp

MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTE Multilayer Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng đa lớp

NMS Network Management System Cơ chế quản lý trung tâm

NWC Nonwave-Length Convertible Mạng không chuyển đổi bước sóng LRU Lambda Routing Unit Khối định tuyến lambda

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến tìm đường ngắn

nhất

OSPF-TE Open Shortest Path First- Traffic

Engineering Giao thức OSPF kỹ thuật lưu lượng OXC Optical Cross-Connect System Hệ thống kết nối chéo quang

PCM Pulse Code Modulation Điều biến mã xung

PNNI Private Network Network

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm-điểm

PSC Packet Switch Capable Tính năng chuyển mạch gói

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

ix

Traffic Engineering

RWA Routing and Wavelength

Assignment Định tuyến và gán bước sóng SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SONET Synchronous Optical NETwork Mạng truyền dẫn quang đồng bộ

TDM Time Division Multiplex Phân kênh theo thời gian

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng

TLV Type-Length-Value Giá trị độ dài loại

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dùng UNI User Network Interface Giao diện mạng người sử dụng

UPSR Unidirectional Path Switched Ring Vòng chuyển mạch đường dẫn đơn

hướng VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

x

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Chức năng thực hiện trong GMPLS 3

Bảng 1.2: Các giao thức GMPLS 5

Bảng 1.3: Các vấn đề cần giải quyết trong hệ thống GMPLS 8

Bảng 2.1: Bảng tính liên kết ứng cử 26

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc ngăn giao thức GMPLS 6

Hình 1.2: Thiết lập một LSP qua môi trường mạng không đồng nhất 9

bằng công nghệ GMPLS 9

Hình 1.3: Cơ chế chuyển tiếp kế cận 13

Hình 1.4: Cấu hình mạng 13

Hình 1.5: Cấu trúc phân cấp các LSP 14

Hình 1.6: Quá trình thực hiện quản lý hư hỏng trong mạng GMPLS 15

Hình 1.7: Cơ chế phục hồi hỗ trợ bởi mạng GMPLS 16

Hình 2.1: Ba giai đoạn trong chiến lược MTE Reactive 22

Hình 2.2: Sơ đồ thực hiện chiến lược MTE reactive 25

Hình 2.3: Giai đoạn thực hiện quyết định MTE 26

Hình 2.4: Hàm chi phí và các bước thực hiện MTE proactive 29

Hình 2.5: Các vấn đề quan tâm khi thiết kế MTE 31

Hình 3.1: Tiến hành giám sát lưu lượng và kích hoạt MTE 36

Hình 3.2: Quy trình kích hoạt chiến lược MTE 38

Hình 3.3: Quan tâm tới đường dẫn chung 40

Hình 3.4: Phân bố lưu lượng sau khi cấu hình 42

Hình 3.5: Thực hiện cấu hình lại (sử dụng thông báo RSVP-TE [15]) 43

xi

Hình 3.6: phương pháp tiếp cận đơn đường (SPA) và phương pháp tiếp cận đa

đường (MPA) 44

Hình 3.7: ảnh hưởng của chiều dài TOW 45

Hình 3.8: tỉ lệ mất gói tin (PLR) và phát hiện mức độ sử dụng liên kết đối với các độ dài TOW khác nhau 46

Hình 3.9: cấu trúc liên kết mạng truyền tải quang Ilatia 49

Hình 3.10: Các tình huống mô phỏng 50

Hình 3.11: Số lượng các liên kết logic và số lượng tái cấu hình trong lớp IP 53

Hình 3.12: Kiểu thu gom lưu lượng và sử dụng liên kết IP 56

Hình 3.13: QoS được cung cấp khi sử dụng các độ dài TOW khác nhau 57

Hình 3.14: Tỉ lệ ngăn chặn của các kết nối quang.Các nhãn được định dạng như X_Ch_Y: 59

Hình 3.15: Độ dài trung bình trong các bước nhảy của các kết nối quang cần thiết được thêm vào tương ứng với lưu lượng bổ sung 60

Hình 3.16: Tỉ lệ mất gói tin vượt quá 100ms 60

Hình 3.17: Sự chiếm giữ của kênh bước sóng 62

Hình 3.18: Thu gom lưu lượng trong các mạng logic với khả năng giới hạn 63

Hình 3.19: tỉ lệ trung bình mất gói tin trên 1s trong mạng được giới hạn 64

số lượng kênh bước sóng trên mỗi sợi quang 64

Hình 3.20: độ trễn end-to-end gói tin trung bình và độ trễ Jitter hơn 1s 66

trong mạng giới hạn kênh bước sóng 66

Hình 3.21: độ dài (trong các bước nhảy) của các kết nối quang bổ sung 67

và độ trễ bộ đệm trung bình trong các bộ định tuyến IP trên từng giây 67

Hình 3.22: Sơ đồ khối module định tuyến động 68

Hình 3.23: Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất 71

Hình 3.24: Thủ tục tìm vùng 72

Hình 3.25: Sơ đồ khối module định tuyến động 73

Hình 3.26: Yêu cầu tăng băng thông cho LSP ưu tiên cao 78

Hình 3.27: Yêu cầu tăng băng thông cho LSP ưu tiên thấp 79

xii

Hình 3.28: Yêu cầu thiết lập mới một LSP có độ ưu tiên cao 80

Hình 3.29: Yêu cầu thiết lập mới một LSP có độ ưu tiên thấp 81

Hình 3.30: khả năng ngăn chặn kết nối và khai thác nguồn mạng với giá trị α đối với ba trường hợp lưu lượng khác nhau, với ρ=0.5 (trên), ρ=0.8 (dưới) và β=0.5 82

Hình 3.31: so sánh giữa chiến lược BE và DB trong điều kiện xác suất ngăn chặn kết nối với ρ đối với các giá trị khác nhau của β trong trường hợp 3 với α=0.6: (a) trường hợp 1, (b) trường hợp 2, (c) trường hợp 3 85

Hình 3.32: thứ tự hoạt động ưu tiên được yêu cầu trong trường hợp β=0.1 và β=0.5; được chuẩn hóa thành số trung bình của yêu cầu LP LSP 86

Hình 3.33: Kiến trúc nút lai (IEEE 2003) 88

Hình 3.34: Topo mạng ảo 89

Hình 3.35: Thủ tục cho thiết lập/ dỡ bỏ đường quang 92

Hình 3.36: Mạng đa lớp GMPLS 96

Hình 3.37: Ví dụ về một LSP quang được định tuyến 98

Hình 3.38: Mô hình mạng bao gồm 11 nút đơn giản 99

Hình 3.39: Chi phí mạng về yêu cầu lưu lượng của các cặp SD (IEEE 2003) 101

Hình 3.40: Bậc trung bình ảo của các yêu cầu lưu lượng được sao lưu bởi bước sóng 101

Hình 3.41: Tải cho phép như một hàm của số các bước sóng và cổng PSC 103

Hình 3.42: hàm các đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r0,r1] = [0,0.3] 104

Hình 3.43: Hàm các đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r0,r1] = [0.1, 0,2] 104

Hình 3.44: Hàm các đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r0,r1] = [0.125, 0.175] 105

Hình 3.45: Hàm các đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r0, r1] = [0, 0.3] 105 Hình 3.46: Một hàm tải của các LSP quang theo chuỗi thời gian [r0, r1] = [0.1, 0.2] 106

Hình 3.47: Một hàm tải của các LSP quang theo chuỗi thời gian [r0, r1] = [0.125, 0.175] 106

xiii

Hình 3.48: Mối quan hệ giữa ngưỡng tắc nghẽn và số lượng các LSPs quang 107 Hình 3.49: Mối quan hệ giữa ngưỡng sử dụng không đúng mức và số lượng các LSP quang 107

xiv

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của Khoa học – Công nghệ, các dịch vụ công cộng qua mạng Internet đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng Yêu cầu tăng băng thông trong quá trình truyền tin đã trở nên cấp thiết cho các mạng viễn thông truyền thống Kết quả là diện mạo mạng viễn thông đã được thay đổi nhanh chóng để theo kịp yêu cầu đó Ngoài ra, với những tiến bộ mới nhất về chất lượng dịch vụ ứng dụng giao thức IP và chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS), các nhà cung cấp dịch vụ đã nghiên cứu các kỹ thuật quang, có dung lượng lớn như: ghép kênh phân chia theo bước sóng (WMD) Sự thay đổi nhanh chóng mạng WMD và sự ra đời các thành phần quang cho phép cung cấp khả năng cấu hình động nhanh hơn, như thiết bị đấu nối chéo quang (OXC), cho phép thực hiện bảo

vệ, chuyển mạch, khôi phục trực tiếp trong lớp quang, vượt qua các lớp ATM và lớp SONET/SDH truyền thống Vì vậy, hạ tầng viễn thông sẽ chuyển từ kiến trúc đa lớp dung lượng thấp sang các bộ định tuyến tốc độ cao có khả năng kết nối trong nhờ các mạng lõi quang thông minh

Giải pháp mặt phẳng điều khiển tốt nhất cho mạng thế hệ sau IP/WDM được gọi là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS, kèm theo các giao thức báo hiệu và định tuyến MLS mở rộng để thực hiện cho các mạng khác nhau như SONET/SDH, chuyển mạch nhãn ATM và các thành phần mạng quang mới như đấu nối chéo quang (OXC) Bên cạnh khả năng cung cấp dung lượng cao

và hiệu quả chi phí của kiến trúc lớp 2, ưu điểm của tích hợp IP/WDM là khả năng truyền thông gần hơn giữa hai miền Giao diện người sử dụng và mạng (UNI), sẽ cung cấp các dịch vụ động từ lớp WDM tới lớp IP

Mặt phẳng điều khiển GMPLS có khả năng định tuyến và báo hiệu trong cả hai miền và với UNI đóng vai trò trung gian giữa hai lớp, mạng quang thế hệ mới được gọi là mạng quang chuyển mạch tự động (Automatic Switched Optical Networks – ASONs) có khả năng thiết lập hoặc loại bỏ tự động các đường quang

xv

Việc tái định tuyến mạng logic động, lớp WDM có thể giảm đáng kể khả năng nghẽn mạch Sự kết hợp giữa lớp IP và kỹ thuật lưu lượng lớp WDM trong mạng gọi là kỹ thuật lưu lượng đa lớp (Multilayer Traffic Engineering – MTE) Do đó, quá trình nghiên cứu MTE đều dựa trên cách tiếp cận tập trung vào hai lớp IP và WDM

Trong kỹ thuật lưu lượng mạng MPLS, các kênh thông tin được truyền tải trong một LSP, có thể bao gồm một tập hợp các kênh thông tin có cách thức mã hóa các loại hình nhãn khác nhau GMPLS mở rộng chức năng này bằng việc thêm vào các dạng kênh kết nối có các loại nhãn đại diện cho một khung thời gian TDM, một bước sóng hoặc một vị trí theo không gian của một cổng giao diện vật lý Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (thậm chí cả chức năng LDP) được thực hiện một cách đơn hướng thì GMPLS thực hiện kỹ thuật lưu lượng theo cả hai hướng của LSP

Trong khuôn khổ Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu một số điểm quan trọng trong công nghệ GMPLS, đồng thời tập trung nghiên cứu về kỹ thuật lưu lượng đa lớp MTE Luận văn được chia làm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về GMPLS

Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng đa lớp MTE

Chương 3: Đánh giá chất lượng hoạt động của kỹ thuật MTE trong mạng

GMPLS

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Labed Switching) là bước phát triển tiếp theo của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Labed Switching) 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

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

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

2

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, thiết bị ghép bước sóng quang WDM, 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 quản 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 cuối 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 thủ 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 thủ công nói ở trên 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 (tính theo giờ hoặc phút so với tuần hoặc tháng của phương thức nhân công truyền thống)

3

1.1.2 Quá trình phát triển MPLS đến 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 Điều này cho phép mạng dựa trên GMPLS xác định và cung cấp đường tối ưu dựa trên các yêu cầu lưu lượng của user (người sử dụng) Một số cấu trúc GMPLS được chỉ ra như ở bảng 1.1:

Miền

chuyển

mạch

Kiểu lưu lượng

Lược đồ chuyển tiếp Thiết bị mạng Thuật ngữ

Gói, tế bào IP, ATM

Nhãn hay phần tiêu đề, kết nối kênh ảo (VCC)

Bộ định tuyến

IP, chuyển mạch ATM

Khả năng chuyển mạch gói (PSC)

Thời gian TDM/SONET

Khe thời gian lặp theo chu kỳ

Hệ thống đấu chéo số (DCS), ADM

Khả năng ghép kênh TDM

Chiều dài

Khả năng chuyển mạch Lambda LSC Không gian

vật lý Trong suốt

Sợi quang, cáp

Khả năng chuyển mạch quang FSC Bảng 1.1: 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

4

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 có thể được truyền tải qua nhiều phạm vi mạng Ví dụ, lưu lượng theo nhiều loại hình truy nhập khác nhau của nhiều người

sử dụng được tập trung tích hợp tại một nút mạng truy nhập hoặc nút mạng biên và sau đó được truyền tải vào nút mạng đô thị theo công nghệ SDH hoặc công nghệ ATM Các luồng lưu lượng từ mạng đô thị này lại được tập trung tích hợp một lần nữa để đưa tới mạng đường trục bằng bước sóng mang lưu lượng, trên hướng truyền ngược lại cũng thực hiện với phương thức tương tự Như vậy việc thực hiện truyền tải lưu lượng như đã nói ở trên qua rất nhiều các tiện ích truyền tải khác nhau, sử dụng các công nghệ khác nhau, do vậy nếu như thống nhất được về mặt điều khiển, quản lý, xử lý lưu lượng thì sẽ là một ưu điểm tuyệt đối trong việc truyền tải lưu lượng và quản lý sử dụng tài nguyên hiệu quả, cung ứng dịch vụ mạng nhanh chóng Đồng thời, đó là những mục tiêu thực hiện mà GMPLS hướng tới

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 1.2: Các giao thức GMPLS

Hình 1.1: Cấu trúc ngăn giao thức GMPLS

Lưu ý: 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 lớp định tuyến phi kết nối CLNP (Connectionless Network Protocol) sử dụng để truyền tải thông tin theo giao thức IS–IS-TE [8]

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

3 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

7

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

4 Cấu trúc 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 ì của phần tử chuyển tiếp, nghĩa là tăng độ trễ truyền tải

dữ liệu

5 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 1.3 [9] [10]

Chuyển mạch Nhãn tổng quát Báo hiệu:

RSVP–TE,

Bắt đầu và kết thúc bởi LSP

Tính đa dạng

của chuyển tiếp

Các phần riêng rẽ mang tính logic hoặc vật lý về điều khiển hoặc dữ liệu

Toàn bộ Báo hiệu và định tuyến

ngoài băng

Cấu hình Khuyến khích LSP Báo hiệu Thiết lập bởi LSP

Tính cân đối Chuyển tiếp đường kề cận

theo cấu trúc bó LSPs

Định tuyến và báo hiệu: OSPF–TE, IS–IS–TE

+ Sử dụng cho chuyển tiếp dữ liệu ở phân lớp thấp

+ Tính cân đối về băng thông

8

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 dụng tuyến tách biệt để phục hồi

Tiết kiệm quỹ địa chỉ IP

Bảng 1.3: Các vấn đề cần giải quyết trong hệ thống GMPLS

1.3.1 Tính chuyển hướng đa dạng

1.3.1.1 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 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 dữ 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 trong gói tin IP Các thông tin sau gắn liền với nhãn tổng quát:

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

2 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

3 Phần xác định tải tin để chỉ thị loại hình tải tin được truyền tải bởi LSP (ví

dụ VT, DS-x, ATM, Ethernet )

9

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

1.3.1.2 Kiến tạo các LSP trong mạng GMPLS

Thực hiện kiến tạo một LSP trong mạng GMPLS cũng tương tự như trong mạng MPLS Hình 1.2 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 1.2)

Hình 1.2: Thiết lập một LSP qua môi trường mạng không đồng nhất

10

Quá trình thiết lập này được khởi đầu bởi bản tin chứa PATH/Label gửi tới đầu 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 thể 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 [12]

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

1.3.2 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 logic 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 logic mà còn

11

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 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 về 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 có tính khả thi cao

1.3.3 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 thông 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 trọng được xây dựng trong GMPLS đó là nhãn đề xuất (Suggested Label) và LSP hai hướng (Bidirectional LSP)

1.3.3.1 Nhãn đề xuất

Một đường lên tại nút mạng có thể 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

12

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

1.3.3.2 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 dự 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 một tập bản tin giao thức báo hiệu (VD: các bản tin RSVP/PATH và RESV)

1.3.4 Tính cân đối (Scalability)

1.3.4.1 Chức năng chuyển tiếp LSP cận kề (Forwarding Adjacency–LSP (FA–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 có thể được lưu vào trong dữ liệu định tuyến để định tuyến đường Đồng thời, 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 1.3 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

mô tả ở trên

Hình 1.4: Cấu hình mạng

14

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 1.5 thể hiện cấu trúc phân cấp này

Hình 1.5: Cấu trúc phân cấp các LSP

1.3.4.3 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 cần phải quản lý có thể lên tới hàng chục, đến 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 đường và thông báo về đường đó cho các giao thức định tuyến, chẳng hạn như OSPF, hoặc

15

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:

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

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

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

1.3.5 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 thì 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 1.6

Hình 1.6: Quá trình thực hiện quản lý hư hỏng trong mạng GMPLS

16

GMPLS thực hiện cơ chế bảo 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 thông tin định tuyến ngay cả khi tuyến đang trong quá 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 1.7 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 rẽ về vật lý hoặc là nhóm các kênh kết nối không có chung hiểm họa

Hình 1.7: 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 hồi 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

17

1.4 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

1.4.1 Bảo mật

Các cơ cấu định tuyến truyền thống trong mạng IP cho phép kiểm tra toàn bộ thông tin phần mào đầu gói tin để xác định nút chuyển tiếp gói tin đó Tuy rằng cách thực hiện như vậy tốn nhiều thời gian xử lý nhưng có ưu điểm là tạo điều kiện thuận lợi để thiết lập các Firewall cũng như đảm bảo rằng địa chỉ đích và nguồn của gói tin là duy nhất trong phạm vi toàn cầu Trong mạng GMPLS nhãn được sử dụng

để gia tăng tốc độ chuyển giao gói tin nhưng ý nghĩa sử dụng giá trị nhãn chỉ mang tính nội bộ trong phạm vi mạng GMPLS cụ thể Do vậy, nhãn sẽ không thể sử dụng cho điều khiển truy nhập với yêu cầu bảo mật Để giải quyết vấn đề bảo mật trong mạng GMPLS 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

1.4.2 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:

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)

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

18

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

1.4.3 Hệ thống quản lý mạng

Mạng GMPLS cần phải thực thi việc quản lý các LSP có số lượng 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 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

GMPLS có khả năng tự động quản lý tài nguyên mạng và cung ứng kết nối truyền tải lưu lượng khách hàng từ đầu cuối tới đầu cuối

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

19

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG ĐA LỚP MTE

2.1 Kỹ thuật lưu lượng

Kỹ thuật lưu lượng là quá trình điều khiển các luồng lưu lượng trong mạng

để tối ưu hóa dung lượng sử dụng và khả năng thực thi trong mạng Điều này được thể hiện bởi cách chọn tuyến liên quan đến tải lưu lượng, trạng thái của mạng, yêu cầu chất lượng từ người dùng như thời gian trễ hay băng thông Kỹ thuật lưu lượng được thực hiện trong từng lớp riêng biệt nên không tự giải quyết được vấn đề suy giảm mạng, vì vậy các nhà nghiên cứu đã đưa ra kỹ thuật lưu lượng đa lớp MTE (Multilayer Traffic Engineering) MTE kết hợp tái định tuyến trên lớp IP/MPLS và tái cấu hình mạng vật lý trên lớp quang

MTE là vấn đề quan trọng trong mạng IP-WDM (mạng chuyển mạch các gói tin IP dựa trên kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng) vì nó giải quyết vấn

đề tắc nghẽn mạng và suy giảm chất lượng dịch vụ bằng cách tái cấu hình mạng logic Với chiến lược proactive trong đó MTE proactive thì cố gắng duy trì tính hiệu quả của mạng, còn reactive thì quyết định tuyến nào được thiết lập hoặc loại bỏ khi

đã phát hiện lỗi Việc tái cấu hình được tiến hành liên tục, điều này gây ra nhóm các lưu lượng thực hiện tái cấu hình, do vậy ảnh hưởng đến các luồng lưu lượng khác MTE proactive được mở rộng để theo kịp các lỗi mạng, khôi phục mạng thông qua cách khôi phục đường động Việc duy trì mạng rất quan trọng đặc biệt là với mạng quang có dung lượng lớn, có thể xảy ra ngừng/ trễ chỉ vì một lỗi nhỏ

Cho đến nay mạng vận chuyển quang OTN (Optical Transport Network) dựa trên kỹ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM được triển khai trên các kết nối chéo quang OXC (Optical Cross Connector) đã đem lại sự gia tăng về băng thông sẵn có và tăng độ linh động của mạng Cấu hình một cách chính xác các OXC cho phép ghép nối các sợi cáp quang riêng lẻ, nối tiếp thành một đường quang end-to-end Dung lượng của một đường quang là 2.5Gbps hoặc 10Gbps bằng với một kênh bước sóng đơn Yêu cầu đặt ra cho mạng vận chuyển quang là phải đáp ứng nhanh với những biến đổi trong một khung thời gian đủ ngắn Tuy nhiên để cung

20

cấp được một đường quang với sự can thiệp thủ công của người vận hành mạng thì phải mất hàng tuần thậm chí là hàng tháng Vì thế các nhà nghiên cứu gần đây tập trung vào phát triển một mạng với nền tảng vật lý có thể đáp ứng được những yêu cầu về mở rộng băng thông và những đòi hỏi về chất lượng dịch vụ hay kỹ thuật lưu lượng đó chính là mạng quang thông minh ION (Intelligent Optical Network) Mạng quang thông minh cho phép thiết lập và ngắt các đường quang tự động cho nhiều dịch vụ lớp client Mạng quang chuyển mạch tự động bỏ qua sự can thiệp bằng tay của con người, việc thiết lập và ngắt các đường quang hoàn toàn tự động

sử dụng báo hiệu tại giao diện người sử dụng – mạng UNI, được chuẩn hóa bởi diễn đàn liên mạng quang OIF (Optical Internetworking Forum), nhờ đó thời gian thực hiện giảm xuống chỉ còn hàng phút hoặc hàng giây Trường hợp mạng IP-over-OTN (các gói tin IP truyền qua mạng truyền quang) thì các đường quang chính là các liên kết IP trong topo logic IP, nhưng topo logic được tạo ra này hoàn toàn độc lập với topo vật lý Trong trường hợp mạng GMPLS, các đường quang này trở thành các LSP quang (tương tự như LSP điện truyền thống)

Topo logic tạo thành từ các đường quang nên có thể cấu hình động tùy theo mẫu lưu lượng Chúng ta có thể thiết lập/ hủy bỏ những liên kết trực tiếp trong topo logic khi mạng ở trạng thái quá tải (dưới tải) Quá trình cấu hình lại topo logic là một phương pháp kỹ thuật để tránh tắc nghẽn hay suy giảm chất lượng dịch vụ mạng MTE mở rộng ở lớp logic cộng thêm kỹ thuật xuyên lớp sử dụng sự linh động của lớp quang phía dưới MTE là kỹ thuật thực hiện TE ở cả hai lớp IP/MPLS

và lớp quang MTE phối hợp hoạt động của TE ở cả hai lớp chính là cấu hình động topo logic nhờ thiết lập hoặc ngắt băng thông quang Để hiểu rõ hơn, ta sẽ đề cập đến một số cách tiếp cận MTE sau:

Cách tiếp cận định tuyến tĩnh (off-line) hay còn gọi là cấp đường

Cách tiếp cận định tuyến động (on-line)

Cách tiếp cận kết hợp

Cách tiếp cận MTE reactive

Cách tiếp cận MTE proactive

21

2.2 Kỹ thuật lưu lượng đa lớp MTE

MTE [10] là một dạng TE kết hợp các công nghệ TE hiện tại với sự mềm dẻo, linh hoạt của mạng đa lớp MTE không chỉ định tuyến lại các luồng lưu lượng

IP khi các yêu cầu và mẫu lưu lượng thay đổi theo thời gian, mà còn cho phép cấu hình lại topo mạng khi sự thay đổi này vượt phạm vi định tuyến thông thường Mục đích chính của MTE là đáp ứng các yêu cầu lưu lượng theo cách tối ưu nhất

Trong quá trình hoạt động của MTE thì giai đoạn xem xét phân tích, cấu hình lại những gì để từ đó có thể lựa chọn được các tuyến phù hợp có vai trò quan trọng nhất

Ví dụ về hoạt động MTE theo chiến lược reactive:

22 Hình 2.1: Ba giai đoạn trong chiến lược MTE Reactive

23

2.2.1 Quá trình hoạt động và khởi tạo MTE

Nhằm để thực hiện việc cấu hình lại một cách chính xác nhất quá trình MTE, phải nắm rõ được hiện trạng về lưu lượng Trên hình 2.1, phần một là topo logic IP MPLS với tải trên liên kết là phần trăm băng thông rỗi của đường quang Khi thêm luồng lưu lượng theo với yêu cầu băng thông là 40% sẽ gây ra tải cao trên một số liên kết, kết quả lưu lượng tại router f là 180%, chia đều cho cả hai liên kết (hai đường quang) giữa f và c, router f phát hiện ra tải trên hai liên kết đầu ra của nó là 90% và cho rằng tắc nghẽn xuất hiện, và nó tiến hành khởi tạo MTE

2.2.2 Thiết lập liên kết mới trong MTE

Sau khi sự cố được phát hiện, những quyết định thích hợp sẽ mang lại cấu hình tốt hơn cho topo logic, có thể là thiết lập liên kết mới Phải quyết định thiết lập hay hủy bỏ liên kết nào và phải đưa ra luồng lưu lượng nào và nó được hút về liên kết mới thiết lập ra sao Việc lựa chọn liên kết ứng cử cũng là cần thiết trước khi đưa vào luồng lưu lượng mới Quyết định ở đây là cố gắng tối ưu cả tải trên liên kết ứng cử và tải trên liên kết bị tắc nghẽn (giảm tải trên liên kết gặp tắc nghẽn) Trong thực tế việc lựa chọn ra liên kết ứng cử phụ thuộc một phần vào lưu lượng được chuyền đến Quyết định thực hiện càng chính xác nếu thông tin thu thập được càng nhiều, ngoài giám sát băng thông trung bình bị chiếm bởi mỗi liên kết IP thì còn giám sát tuyến và các đặc tả trên mỗi luồng lưu lượng Trong trường hợp này, quyết định cuối cùng là thiết lập một liên kết IP MPLS nối giữa router a và d, thu hút một phần lưu lượng từ liên kết tắc nghẽn f-c Chú ý là việc quyết định do router f đảm nhận

2.2.3 Thực hiện cấu hình lại mạng logic

Khi hệ thống được cấu hình thì topo logic sẽ có cấu hình mới Như hình 2.1 phần 3 yêu cầu thiết lập một kết nối mới (hỗ trợ bởi 1 đường quang) giữa hai rouer

a và d, router f tiến hành gửi một tín hiệu chỉ dẫn đến một hoặc hai router trên thông báo rằng hai router này nên bắt đầu thương thảo về việc thiết lập một liên kết logic trực tiếp Điều này có nghĩa là phải yêu cầu một đường quang tại lớp quang giữa hai router này

24

Để thực hiện được yêu cầu này, có một số giải pháp thực tế sau: thông qua giao diện mạng – người sử dụng UNI do OIF đề ra, router có thể báo hiệu cho mạng quang thông minh ION để yêu cầu một đường quang Trong mạng GMPLS một mặt phẳng điều khiển thống nhất điều khiển cả lớp IP/MPLS và lớp quang Khi liên kết logic được thiết lập, nó sẽ được quảng bá đến mọi router trong mạng và lưu lượng

sẽ được hút về liên kết mới này Gán cho nó mức chi phí thấp trước khi liên kết này được thiết lập, điều này làm cho lưu lượng được hút về liên kết mới này một cách tự động Tuy nhiên, để hút lưu lượng trên liên kết mới trong mạng MPLS đòi hỏi phải thiết lập rõ ràng một LSP trên liên kết này bởi vì nó tách rời định tuyến và chuyển gói [17]

2.3 Cách tiếp cận MTE

2.3.1 Cách tiếp cận MTE Reactive

Mục đích của MTE reactive là cấu hình lại mạng khi gặp sự cố Căn cứ vào hai giá trị ngưỡng: Thigh – ngưỡng tải cao và Tlow – ngưỡng tải thấp để giám sát và

quản lí vấn đề tắc nghẽn mạng Khi xảy ra tắc nghẽn, luồng lưu lượng trên liên kết tắc nghẽn sẽ được hút về liên kết ứng cử Các liên kết ứng cử được ước lượng bằng cách sử dụng một hàm phù hợp Hàm này thực hiện tăng độ ổn định bằng cách cố gắng đưa tải trên cả hai liên kết tắc nghẽn và liên kết ứng cử về một giá trị ổn định

Tmid Trên thực tế việc lựa chọn liên kết ứng cử phụ thuộc vào tổng lưu lượng có thể được hút qua liên kết này

Hàm phù hợp cố gắng tìm ra một thỏa hiệp giữa hai mục tiêu: nhu cầu lưu lượng trên liên kết bị tắc nghẽn và trên liên kết ứng cử giữ ở mức hợp lí để đạt độ

ổn định mạng tốt nhất Vì thế, giá trị Tmid được đưa vào biểu thị mức tải thích hợp cho mỗi liên kết (trung bình của Thigh và Tlow) Sau khi cấu hình lại, lưu lượng trên liên kết tắc nghẽn và liên kết ứng cử càng gần với giá trị Tmid thì càng tốt, nhằm tránh xuất hiện sự thay đổi phụ về mẫu lưu lượng có thể dẫn đến khởi tạo hoạt động MTE khác Quá trình đưa ra quyết định khởi tạo chỉ được kích hoạt khi đã phát hiện mạng đang gặp sự cố gì đó cần giải quyết Ví dụ router có thể phát hiện ra tải của một trong các liên kết đầu ra của nó vượt quá ngưỡng cho phép (>Thigh) hoặc dưới

25

mức thấp nhất có thể (<Tlow) thì nó sẽ đưa ra quyết định router nào cần thiết lập liên

kết mới hoặc hủy bỏ liên kết logic

Các bước hoạt động

Hình 2.2: Sơ đồ thực hiện chiến lược MTE reactive

Liên kết ứng cử càng chứa ít lưu lượng của router trung gian càng tốt Xét một mạng đơn giản như trong hình 2.3

Phát hiện liên kết quá tải hoặc tải quá thấp (Tcong) căn cứ vào

các giá trị ngưỡng Thigh, Tlow

Tcong > Thigh (liên kết quá tải) Tcong < Thigh (liên kết dưới tải)

2 )

1 (

2 )

, (

2 2

Nh T

T T Nh

T

T T T T Nh T f

cong mid

mid cong

Trong đó:

f(T,Nh): số chặng của liên kết ứng cử

Tcong: tải của liên kết đo được

Tmid: tải trung bình

Tmid = (Thigh + Tlow)/2 T: phần tải được chuyển từ liên kết tắc nghẽn sang liên kết ứng cử

liên kết tắc nghẽn

liên kết ứng cử

Thiết lập liên kết và hút lưu lượng từ liên kết bị tắc nghẽn sang liên kết vừa

thiết lập