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

Kỹ thuật lưu lượng đa lớp trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát Kỹ thuật lưu lượng đa lớp trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát Kỹ thuật lưu lượng đa lớp trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

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

**********

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG ĐA LỚP TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGUYỄN ĐỨC HÙNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THỊ NGỌC LAN

HÀ NỘI - 2005

DANH MụC CáC HìNH Vẽ

Hình 1.1: Yêu cầu các thông tin cần có đối với nhãn GMPLS 5

Hình 1.2: Thông tin nhãn tổng quát 7

Hình 1.3: Thông tin trong tập nhãn 7

Hình 1.4: Phân cấp LSP trong GMPLS 10

Hình 1.5: Chồng giao thức GMPLS 11

Hình 1.6: Nhóm liên kết rủi ro chung 12

Hình 1.7: Lồng xếp LSP 15

Hình 1.8: Nhận dạng liên kết không đánh số 16

Hình 1.9: Mô hình lớp mạng hiện hữu 17

Hình 1.10: Các mặt phẳng trong GMPLS 18

Hình 2.1: Chức năng bảo vệ khôi phục tại các lớp 26

Hình 2.2 : Ví dụ về cơ chế phát hiện dựa trên trường TTL trong mạng IP 32

Hình 2.3: Nhu cầu trên luồng hướng về và chế độ điều khiển trình tự 35

Hình 2.4: Cơ chế xử lý bộ đệm nút mạng TLV 37

Hình 2.5 : Cơ chế ngăn ngừa chuyển tiếp vòng sử dụng vector đường TLV 39

Hình 2.6: Trao đổi giá trị bộ đếm nút mạng giữa các ATM-LSR 40

Hình 2.7: Xử lý trường TTL của gói tin IP trước khi phân đoạn gói tin 41

Hình 3.1: Kiến trúc node trong một mạng SONET/WDM Ring 42

Hình 3.2: Mạng SONET/WDM với 4 node và 2 bước sóng 43

Hình 3.3: Hai mô hình khả thi đáp ứng yêu cầu lưu lượng trong hình 3.2 44

Hình 3.4: Mạng SONET/WDM ring trong trường hợp có/không có hub-node 45

Hình 3.5: Thiết kế mạng với lưu lượng cho phép t=2 46

Hình 3.6: Topo mạng kết nối ring và kiến trúc các nút chức năng 47

Hình 3.7: Tính năng họp nhóm của một OXC 49

Hình 3.8: Hai hình thức khác nhau của cấu trúc mạng 4 node 50

Hình 3.9: Ví dụ về bảo vệ đa lớp 52

Hình 3.10: Cấu trúc chuyển mạch có hỗ trợ hợp nhóm "multicast" 53

Hình 4.1: Phân cấp LSP trong GMPLS 54

Hình 4.2: Mô hình mạng đa lớp tham khảo 55

Hình 4.3: Kỹ thuật lưu lượng tại lớp IP-MPLS 59

Hình 4.4: TE tại lớp quang 60

Hình 4.5: Định tuyến ràng buộc 61

Hình 4.6: Topo mạng logic 63

Hình 4.7: Giám sát lưu lượng và khởi tạo quá trình MTE 68

Hình 4.8: Giai đoạn giám sát-phát hiện 69

Hình 4.9: Giai đoạn xem xét lựa chọn quyết định 70

Hình 4.10: Các giai đoạn hoạt động của MTE 71

Hình 4.11: Chiến lược MTE reactive 74

Hình 4.12: Phân tích đường chung 75

Hình 4.13: Phân bố lưu lượng sau khi cấu hình lại 77

Hình 4.14: Đưa ra mức quán tính hợp lý 79

Hình 4.15: Tắc nghẽn trung bình 81

Hình 4.16: Tắc nghẽn cực đại 82

Hình 5.1: Kiến trúc mạng với các mặt phẳng chính 84

Hình 5.2: Bản tin RSVP 86

Hình 5.3: Thiết lập đường quang mới (có sử dụng bản tin RSVP ) 87

Hình 5.4: Phương pháp đường duy nhất (SPA) và đa đường (MPA) 89

Hình 5.5: Định tuyến và khôi phục các liên kết trong GMPLS 92

Hình 5.6: Khái niệm nhóm liên kết rủi ro chung 93

Hình 5.7: Ví dụ về khôi phục đa lớp động 97

Hình 5.8: Khôi phục MTE điển hình 97

Hình 5.9: So sánh giữa khôi phục đa lớp động qua (ION) và tĩnh (qua OTN) 98

Hình 5.10: Khôi phục đa lớp rời rạc 99

Hình 5.11: Phương pháp Bottom-up 101

Hình 5.12: Mô hình mạng chồng lấp 103 Hình 5.13: Mô hình mạng ngang cấp 103 Hình 5.14: ảnh hưởng của kích thước cửa sổ quan sát 105 Hình 5.15: Tỉ lệ suy hao gói với các kích thước cửa sổ quan sát khác nhau 106 Hình 5.16: Số lượng các liên kết logic ổn định trong lớp IP 107 Hình 5.17: Tổng số các liên kết IP qua thời gian 108 Hình 5.18: Nhóm họp luồng lưu lượng và độ sử dụng các liên kết IP 109 Hình 5.19: QoS khi sử dụng các kích thước cửa sổ quan sát khác nhau 109

Thuật ngữ viết tắt

ADm Add Drop Multiplexing Thiết bị xen rẽ kênh

ASTN Autonomous Switched

CSPF Constrained Shortest Path First Giao thức định tuyến

tìm đường ngắn nhất DWDM Density-Wave Division

Multiplexing

Ghép kênh theo mật độ bước sóng

DXC Digital Cross Connect Kết nối chéo số

EGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến

cổng biên FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương

đương GMPLS Generalized Multi Protocol

Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến

cổng trong miền IS-IS Intermediate System-

Intermediate System

Giao thức định tuyến IS-IS

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối

nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý kênh LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển

MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa

giao thức NMS Network Management System Cơ chế quản lý trung

tâm O-ADM Optical-Add Drop Multiplexing Thiết bị xen rẽ quang OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến

mở đường ngắn nhất

đầu tiên OXC Optical Cross Connect Kết nối chéo quang PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm-điểm PSC Packet Switch Capable Tính năng chuyển

mạch gói RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước

tài nguyên SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số

đồng bộ SNMP Simple Network Management

Protocol Giao thức quản lý mạng giản đơn SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang

đồng bộ SPF Shortest Path First Phương thức định tuyến

đường ngắn nhất SRLG Shared Risk Link Group Nhóm liên kết rủi ro

chung TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng

gói ) UNI User Network Interface Giao diện mạng người

sử dụng WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia

theo bước sóng WGXC Wavelength-Grooming-Cross-

Connect - WGXC

Kết nối chéo nhóm bước sóng

Mục lục

Trang Mục lục Thuật ngữ viết tắt

Danh mục các hình vẽ

Giới thiệu 1

Chương 1: Chuyển mạch nhãn Đa giao thức Tổng quát GMPLS (generalized MPLS ) 3 1.1 Giới thiệu 3

1.2 Các thành phần GMPLS 3

1.2.1 Cấu trúc nhãn 3

1.2.2 Phân cấp trong GMPLS 9

1.3 Chồng giao thức trong mạng GMPLS 10

1.3.1 Các giao thức định tuyến 11

1.3.2 Các giao thức báo hiệu 13

1.3.3 Các giao thức quản lý liên kết 13

1.4 Đặc trưng của mạng GMPLS 14

1.4.1 Giao diện điều khiển GMPLS 14

1.4.2 Khả năng mở rộng mạng 15

1.4.2.1 Xếp lồng các LSP 15

1.4.2.2 Tạo nhóm liên kết 16

1.4.2.3 Sử dụng liên kết không đánh số 16

1.4.2.4 Tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu 17

1.5 Nguyên lý hoạt động của GMPLS 17 1.5.1 Phát hiện lân cận 18

1.5.2 Tính đường 19

1.5.3 Báo hiệu dịch vụ 19

1.6 Tiến trình chuẩn hoá 20

1.7 Các vấn đề triển khai 21

1.8 Sự phát triển mạng của các nhà khai thác 22

Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng 25 2.1 Kỹ thuật lưu lượng và mục tiêu chất lượng của nó 25

2.2 Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại 26

2.3 Quản lý lưu lượng MPLS 27

2.4 Quản lý lưu lượng qua MPLS 28

2.4.1 Hoạt động cơ bản của các trung kế lưu lượng 29

2.4.2 Thuộc tính kỹ thuật lưu lượng cơ bản của trung kế lưu lượng 29

2.5 Các thuộc tính tài nguyên 30

2.5.1 Bộ phân bổ lớn nhất 30

2.5.2 Thuộc tính lớp tài nguyên 30

2.6 Triển khai định tuyến cưỡng bức MPLS 31

2.7 Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng 31

2.8 Chế độ khung 32

2.8.1 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 32

2.8.2 Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển 33

2.9 Chế độ tế bào 34

2.9.1 Phát hiện/ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển 34

2.9.2 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 39

Chương 3: hợp nhóm luồng lưu lượng trong mạng Quang 42 3.1 Hợp nhóm luồng lưu lượng trong mạng vòng 42

3.1.1 Kiến trúc node 42

3.1.2 Hợp nhóm một chặng (Single-Hop) trong mạng vòng 43

3.1.3 Hợp nhóm nhiều chặng trong mạng vòng SONET/WDM 44

3.1.4 Hợp nhóm động trong vòng SONET/WDM 46

3.1.5 Hợp nhóm luồng lưu lượng trong các vòng SONET/WDM liên kết 46

3 2 Hợp nhóm lưu lượng trong mạng Mesh WDM định tuyến bước sóng 48 3.2.1 Cung cấp mạng: Hợp nhóm lưu lượng tĩnh và động 48

3.2.2 Thiết kế mạng với các mặt phẳng (Plannar) 49

3.2.3 Nhóm họp lưu lượng với yêu cầu bảo vệ trong mạng Mesh WDM 51

3.2.4 Hợp nhóm Multicast trong mạng Mesh WDM 52

Chương 4: Kỹ thuật lưu lượng đa lớp 54 4.1 Mô hình mạng đa lớp 54

4.2 Kỹ thuật lưu lượng đa lớp 57

4.2.1 Giới thiệu 57

4.2.2 Kỹ thuật lưu lượng tại lớp IP-MPLS 58

4.2.3 Kỹ thuật lưu lượng tại lớp quang 59

4.2.4 Định tuyến ràng buộc 60

4.2.5 Định tuyến Hybrid 61

4.2.6 Kỹ thuật băng thông 65

4.3 Hoạt động của MTE 66

4.3.1 Giám sát-phát hiện vấn đề và khởi tạo quá trình MTE 67

4.3.2 Lựa chọn những vấn đề cần cấu hình lại 69

4.3.3 Thực hiện các quyết định cấu hình 70

4.4 Yêu cầu thực hiện một chiến lược MTE hợp lý 77

4.4.1 Cố gắng sử dụng hiệu quả dung lượng 77

4.4.2 Đưa ra mức quán tính phù hợp 78

4.4.3 Tránh hiệu ứng chồng chất bộ nhớ 79

4.4.4 Tránh tình trạng không ổn định 80

4.5 Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng đa lớp 80

CHƯƠNG 5 : Các giải pháp thực hiện MTE 83 5.1 Điều khiển MTE phân tán 83

5.1.1 Giới thiệu 83

5.1.2 Giao thức giành trước tài nguyên RSVP-TE 85

5.1.2.1 Bản tin RSVP và các đối tượng của nó 85

5.1.2.2 Thiết lập quá trình giành trước tài nguyên 87

5.1.3 Một số đề xuất cho điều khiển MTE phân tán 89

5.2 Khôi phục đa lớp 91

5.2.1 Giới thiệu 91

5.2.2 Khái niệm khôi phục đa lớp 92

5.2.3 Khái niệm khôi phục đa lớp tĩnh 94

5.2.4 Khái niệm khôi phục đa lớp động 95

5.2.5 Giới thiệu một số phương pháp khôi phục đa lớp 98

5.3 ảnh hưởng kích thước cửa sổ quan sát đối với MTE 104

Kết luận 110

Tài liệu tham khảo 111

Luận văn cao học GMPLS

Giới thiệu

Từ những năm 1990 nhu cầu kết nối viễn thông ngày càng tăng do nhu

cầu sử dụng ngày càng nhiều các ứng dụng đòi hỏi băng tần lớn, trễ và độ biến

động trễ thấp Bên cạnh những dịch vụ truyền thống, người sử dụng cũng đòi

hỏi nhiều loại dịch vụ ứng dụng giao thức IP như là các dịch vụ thời gian thực,

các ứng dụng đa phương tiện như điện thoại internet, hội nghị truyền hình,

dịch vụ tích hợp thoại, ảnh theo thời gian thực…Cơ sở hạ tầng mạng cần phải

nâng cấp nhiều hơn nữa để đủ sức xử lý được lượng lưu lượng IP khổng lồ mà

một phần trong đó là lưu lượng thời gian thực yêu cầu QoS đảm bảo Một thử

thách đang đặt ra là mạng cần phải có được tính linh động cao để đáp ứng kịp

thời với những sự thay đổi về lưu lượng diễn ra một cách thường xuyên…

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

dựng cơ sở hạ tầng mạng vì những tính năng ưu việt nổi trội mà nó đem lại:

cung cấp một lượng tài nguyên băng thông lớn với độ méo tín hiệu nhỏ Công

nghệ GMPLS dựa trên những ưu điểm của mạng vận chuyển quang đã và đang

được các nhà khai thác ứng dụng phát triển rộng rãi vì đã đem lại những hiệu

quả to lớn về hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng Bên cạnh độ tin cậy công

nghệ GMPLS cũng hỗ trợ quản lý mạng dễ dàng và đơn giản hơn Kỹ thuật

lưu lượng (TE-Traffic Engineering) đang được đặt ra nhằm đạt tới sự tối ưu

trong việc phân bố và cân bằng tải sao cho ít xảy ra tắc nghẽn và sử dụng hiệu

quả tài nguyên mạng nhất Bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến

chuyển mạch nhãn (LSR), nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra

nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng

Đề tài của tôi nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng đa lớp MTE - Multilayer

Traffic Engineering trong mạng GMPLS dựa trên kiến trúc mạng quang đa lớp

nhằm đưa ra một số giải pháp trong việc khắc phục xử lý sự cố xảy ra tại lớp

Chương 3: Hợp nhóm luồng lưu lượng trong mạng quang

Chương 4: Kỹ thuật lưu lượng đa lớp

Chương 5 : Các giải pháp thực hiện MTE

Kết luận

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Ngọc Lan đã tận tình giúp đỡ,

hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Luận văn cao học GMPLS

Chương 1: Chuyển mạch nhãn Đa giao thức

Tổng quát GMPLS (generalized MPLS)

1.1 Giới thiệu

Sự phát triển đa dạng của các ứng dụng dựa trên công nghệ gói, điển hình

là giao thức IP đã kéo thoe sự bùng nổ lưu lượng có nguồn gốc phi thoại trong

những năm qua và làm thay đổi bản chất lưu lượng truyền tải trên mạng.Mô

hình kiến trúc mạng nhiều lớp trước đây đang dần được thay thế bởi Internet

thế hệ kế tiếp theo kiến trúc hai lớp IP over WDM Một trong những chức

năng quan trọng nhất của mạng Internet tế hệ tiếp theo là cần có cơ chế kỹ

thuật lưu lượng hiệu quả nhằm quản lý được lượng lưu lượng gia tăng khổng

lồ và đáp ứng được các dịch vụ yêu cầu chất lượng từ người sử dụng Gần đây

sự ra đời của mô hình GMPLS đã đáp ứng được những đòi hỏi trên

GMPLS mở rộng các đặc trưng đã biết từ mạng MPLS, cung cấp mặt

phẳng điều khiển (báo hiệu và định tuyến) cho các thiết bị chuyển mạch trong

các miền: gói, thời gan, bước sóng và sợi quang Mặt phẳng điều khiển chung

này đơn giản hoá các hoạt động quản lý và vận hành mạng nhờ tự động cung

cấp các kết nối end - to - end, quản lý tài nguyên mạng và đưa ra nhiều mức

chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng mới, tinh vi

1.2 Các thành phần GMPLS

1.2.1 Cấu trúc nhãn

a) Cấu trúc nhãn tổng quát :

Khi mà MPLS đã được mở rộng tại các vùng quang và TDM, chắc chắn

rầng sẽ phải cần thêm một số cấu trúc nhãn mới Mẫu nhãn tổng quát không

chỉ cho phép nhãn MPLS nằm trong dải thông gói có liên quan mà còn cho

phép mở rộng đối với cả các nhãn nhận dạng các khe thời gian, bước sóng, các

sợi quang Những cấu trúc nhãn mới được đề cập tới như là loại "nhãn tổng

quát", có thể bao hàm một nhãn những đặc trưng cơ bản như sau :

Luận văn cao học GMPLS

• Nhãn MPLS cơ bản, nhãn chuyển tiếp khung, nhãn ATM

• Một tập các timeslot nằm trong một khung SONET/SDH

• Một bước sóng đơn sắc thuộc một dải sóng nào đó hay của sợi quang nào đó

• Một sợi quang riêng lẻ trong một bó sợi quang

Vì node sử dụng GMPLS nhận biết được kiểu liên kết đang sử dụng nên

nhãn tổng quát có trường nhận dạng loại nhãn Và hơn nữa nó cũng không bị

phân cấp Khi cần yêu cầu về các cấp độ của nhãn, mỗi LSP đều được thiết lập

một cách hoàn toàn tách biệt Phần thông tin mang trong nhãn được thể hiện

rõ trong hình 1.2 Quá trình biên dịch các thông tin nằm trong nhãn còn phụ

thuộc vào kiểu liên kết mà nhãn đó đang sử dụng

b) Yêu cầu cho nhãn tổng quát :

Có một số yêu cầu được đưa ra đối với nhãn GMPLS nhằm mục đích hỗ

trợ cho việc giao tiếp với các giao diện khác nhau cũng như trong việc thiết

lập một LSP Hình 1.1 chỉ rõ những yêu cầu cần phải có trong nhãn tổng quát

Những trường dưới đây đã được định nghĩa như sau :

LSP enc.type Switching type G-PID

Hình 1.1: Yêu cầu các thông tin cần có đối với nhãn GMPLS

Luận văn cao học GMPLS

• Trường mã hóa LSP : Trường 8 bit này chỉ ra cách thức mã hoá dữ liệu

khi dữ liệu truyền trên LSP Các giá trị được định nghĩa như sau:

• Trường chuyển mạch : Một trường 8-bit được sử dụng để thông báo rằng

kiểu chuyển mạch như thế này chỉ nên thực hiện trên một liên kết riêng

lẻ mà thôi

• Nhận dạng tải tin chung (G-PID): Một trường 16 bit được sử dụng để

nhận dạng tải tin được mang bởi một LSP Nó được sử dụng tại các

điểm đầu cuối của LSP Dưới đây là một số giá trị đã được xác định :

Luận văn cao học GMPLS

14 ánh xạ đồng bộ byte của E1 SONET/SDH

17 ánh xạ đồng bộ bit của DS1/T1 SONET/SDH

28 PoS-Không đổi tần, 16 bit CRC SONET/SDH

c) Nhãn hỗ trợ :

GMPLS đưa ra kiểu nhãn hỗ trợ Loại nhãn này có chức năng cung cấp

một node dữ liệu đầu vào tương ứng với node dữ liệu đầu ra tương ứng Điều

này cho phép node dữ liệu hướng ra khởi tạo quá trình cấu hình phần cứng của

nó theo chỉ dẫn có trong nhãn trước khi nhãn giao tiếp với node dữ liệu hướng

vào Đây rõ ràng là một lựa chọn hợp lý, nếu như thời gian cấu hình xảy ra

ngắn, không gây ra trễ Nhãn hỗ trợ có thể được điền đầy tại node dữ liệu

hướng vào Khuôn dạng của nhãn hỗ trợ tương tự như khuôn dạng của nhãn

tổng quát

Luận văn cao học GMPLS

Sub-channel 1

: : Sub-channel N

d) Tập nhãn:

Tập nhãn được đưa vào sử dụng nhằm mục đích giới hạn sự lựa chọn của

node dữ liệu đầu vào đối với một tập nhãn cho phép Sự giới hạn này áp dụng

trên mỗi chặng Phía đầu thu luôn có một tiêu chuẩn hết sức nghiêm ngặt

trong việc lựa chọn nào sao cho phù hợp nhất Một tập nhãn có thể đi qua

nhiều chặng, và mỗi node sẽ phát đi một tập nhãn của riêng nó dựa trên tập

nhãn đàu vào và những tính năng tương thích về phần cứng Tập nhãn rất

thích hợp trong các lớp quang Có 4 trường hợp được giới thiệu như sau :

Trường hợp 1: Thiết bị đầu cuối chỉ phù hợp trong việc thu phát trên một

tập nhỏ các bước sóng xác định

Trường hợp 2: Có một loạt các giao diện không thể hỗ trợ biến đổi bước

sóng, cần phải có bước sóng giống nhau sử dụng trên các chặng hay thậm chí

Luận văn cao học GMPLS

Trường hợp 4: Hai điểm đầu cuối của một liên kết hỗ trọ các tập bước

sóng khác nhau

Phần thông tin dữ liệu nằm trong nhãn được thể hiện rõ trong hình 1.3

Một nhãn bao hàm một số các thành phần của tập nhãn Mỗi một thành phần

được gọi là một subchannel và có cấu trúc giống như nhãn tổng quát Những

trường dưới đây được thêm vào trong sub-channel:

Action: 8 bit của trường này cho biết cách mà tập nhãn được gán các giá

trị như sau :

Inclusive list ( Giá trị đặt bằng 0 ): Chỉ ra rằng một tập nhãn chứa đựng

các thành phần sub-channel nên được đặt vào trong nhãn

Exclusive list ( Giá trị đặt bằng 1): Chỉ ra rằng một tập nhãn chứa đựng

các thành phần sub-channel nên được loại ra khỏi nhãn

Inclusive range ( Giá trị đặt bằng 2): Cho biết một tập nhãn đang chứa

đựng một dải các nhãn Đối tượng/TLV chứa đựng hai thành phần

subchannel sau: Thành phần đầu tiên chỉ ra phần đầu của dải, thành phần thứ

hai chỉ ra phần kết thúc của dải Giá trị bằng 0 cho biết dải không được phân

chia

Exclusive range ( Giá trị đặt bằng 3 ): Chỉ ra rằng tập nhãn chứa đựng

một dải các nhãn nên được loại ra khỏi nhãn Như ở trên đối tượng/TLV

chứa đựng hai thành phần sub-channel sau: Thành phần đầu tiên cho biết vị

trí khởi đầu của dải, thành phần thứ hai cho biết vị trí cuối cùng của dải Giá

trị bầng 0 cho biết dải không bị phân chia

Label type: Một trường 14 bit được sử dụng để cho biết dạng và cấu trúc

của gói đang được mang bởi đối tượng/TLV

1.2.2 Phân cấp LSP trong GMPLS

Để mở rộng các đặc tính kĩ thuật của MPLS, phiên bản có tính tổng quát

của nó có tên gọi GMPLS đem đến các giải pháp mới thuận tiện hơn, ưu việt

hơn đối với mạng thế hệ sau Thực tế mặt phẳng điều khiển của GMPLS có thể

Luận văn cao học GMPLS

quản lý được các phần tử mạng hỗn tạp (các router IP/MPLS, các phần tử

SDH/SONET, các bộ chuyển mạch ATM…) nhờ sử dụng các giao thức IP

truyền thống đã được mở rộng một cách hợp lý Điều này giúp cho một mặt

phẳng điều khiển độc lập có thể dễ dàng quản lý các lớp mạng bên trong Từ

những khái niệm đã biết của MPLS người ta còn đưa ra khái niệm kỹ thuật

chuyển mạch không gói bằng phương thức phân cấp chuyển tiếp LSP Phân

cấp chuyển tiếp GMPLS dựa trên khả năng kết hợp các giao diện của các

router chuyển mạch nhãn lại với nhau Quan sát trên hình vẽ để thấy rõ điều

này Tại đỉnh của phân cấp (LSP ngoài cùng) là các node có giao diện chuyển

mạch sợi quang (kết nối chéo sợi quang) Tại lớp thứ hai, các λLSP, với các

tính năng chuyển mạch bước sóng (kết nối chéo quang) Lớp thứ ba, TDM

LSP, chính là các node chuyển mạch TDM (kết nối chéo SDH) Tại lớp thứ tư,

lớp LSP thứ hai, là các node với tính năng chuyển mạch lớp hai (các router

hoặc các chuyển mạch ATM thời gian thực) Tại lớp cuối cùng (LSP dạng

gói), sẽ là các node với tính năng chuyển mạch gói (các router IP) Như trong

hình 1.4, mỗi lớp được bao bởi một đám mây mạng Đám mây ngoài cùng là

vùng LSP gói.Vùng LSP lớp 2 được xếp lồng vào trong vùng gói và mây trong

cùng là LSP sợi quang Rõ ràng rằng, các LSP đã đều thuộc cùng một đám

mây mạng chung Mặt khác một LSP có tính năng chuyển mạch gói có thể

được lồng xếp xen kẽ vào trong các LSP thứ bậc cao hơn

Luận văn cao học GMPLS

Nhìn hình 1.4 có thể thấy rõ hơn sự phân cấp giao diện của LSP với các

thuộc tính chuyển mạch gói PSC, chuyển mạch lớp 2, TDM, chuyển mạch

bước sóng lamda, chuyển mạch sợi quang…

1.3 Chồng giao thức trong mạng GMPLS

GMPLS dựa trên những mở rộng về kỹ thuật lưu lượng của GMPLS Sự

bổ sung lớn nhất trong chồng giao thức GMPLS và một giao thức báo hiệu

mới - giao thức quản lý liên kết (LMP - Link Management Protocol) Giao

thức LMP được sử dụng để thiết lập, giải phóng và quản lý kết nối giữa các

node lân cận trong miền GMPLS

Hình 1.4: Phân cấp LSP trong GMPLS

- LMP (Link Management Protocol): Giao thức quản lý liên kết

- OSPF - TE (Open Shortest Path First - TE): giao thức tìm đường ngắn

nhất hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng

- RSVP - TE (Resourrce Reservation Protocol - TE): giao thức dành

trước tài nguyên hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng

- CR - LDP - TE (Constrained based Routing Label Distribution

Protocol): giao thức phân bổ nhãn định tuyến ràng buộc hỗ trợ kỹ thuật lưu

lượng

- BGP (Border Gateway Protocol): giao thức cổng ngoài

1.3.1 Các giao thức định tuyến

Các giao thức định tuyến như OSPF/IS-IS có tác dụng tự động phát hiện

topo mạng và quảng bá tính sẵn sàng tài nguyên mạng Các giao thức định

tuyến này được mở rộng để hỗ trợ thiết lập LSP cho mục đích TE Các giao

thức định tuyến trạng thái liên kết trong cùng domain là OSPF-TE và

IS-IS-TE, còn giao thức định tuyến giữa các domain là BGP-TE

Một số tăng cường (mở rộng) của các giao thức định tuyến GMPLS:

1 Hỗ trợ các liên kết không đánh số - Khi 1router quảng bá 1 liên kết TE

không đánh số, thông báo này mang cả số nhận dạng ID đầu gần (local) và số

Hình 1.5: Chồng giao thức GMPLS

Luận văn cao học GMPLS

nhận dạng đầu xa (remote) của liên kết đó Nếu router đó không biết số nhận

dạng đầu xa của liên kết nó sử dụng giá trị 0 làm số nhận dạng đầu xa

2 Kiểu bảo vệ liên kết (Link Protection Type): cho biết khả năng bảo vệ

của liên kết, được sử dụng bởi thuật toán tính đường trong quá trình thiết lập

LSP với các đặc tính bảo vệ cụ thể Có 6 kiểu bảo vệ: lưu lượng đặc biệt (extra

traffic), không bảo vệ, dùng chung, dành riêng 1+1, dành riêng 1:1 và kiểu

tăng cường

3 Thông tin về nhóm liên kết có chung mức độ rủi ro (SRLG - Shared

Risk Link Group Information): tập hợp mọi liên kết dùng chung tài nguyên

trong đó sự cố của một liên kết nào sẽ gây ảnh hưởng đến các liên kết khác,

được xác định bởi một số 32bit Nếu giữa 2 router chuyển mạch nhãn yêu cầu

nhiều LSP (một số là LSP dự phòng) thì thuật toán tính toán đường sẽ tìm ra

các đường có SRLG tách rời (không chung nhau SRLG) Thông tin về SRLG

do lớp quang cung cấp

LSP dự phũng 2

LSP dự phũng 1

LSP chớnh

1

2

3 4

Luận văn cao học GMPLS

I.3.2 Các giao thức báo hiệu

GMPLS sử dụng 2 giao thức báo hiệu: RSVP-TE và CR-LDP cho việc

thiết lập các TE-LSP Một số cải tiến đối với giao thức báo hiệu của GMPLS

so với MPLS chính là:

1 Khuôn dạng nhãn chung bao gồm nhãn cho các giao diện TDM, LSC, FSC

2 Chỉ dẫn nhãn trên đường lên (upstream) - có tác dụng thiết lập LSP

nhanh hơn, đóng vai trò quan trọng trong trường hợp mạng gặp sự cố cần thiết

lập lại các LSP thay thế

3 Hỗ trợ chuyển mạch băng sóng (waveband) - waveband là tập các

bước sóng liền kề được chuyển mạch cùng nhau sang một băng sóng mới

Cách này giảm được méo của các bước sóng đơn

4 Thiết lập LSP 2 chiều: cả 2 đường dữ liệu upstream và downstream từ

thiết bị khởi tạo và thiết bị ngắt có thể được thiết lập sử dụng tập bản tin báo

hiệu đơn Cách này giảm thời gian thiết lập và số lượng thông báo điều khiển

chỉ bằng trường hợp LSP 1 chiều Hơn nữa, không tăng lượng mào đầu

5 Hỗ trợ lân cận chuyển gói (Forwarding adjacency) - nhằm mở rộng

khả năng báo hiệu xếp lồng LSP trong đó nhiều TE LSP được tập hợp lại trong

một TE LSP lớn hơn Các node trung gian chỉ nhìn thấy LSP phía ngoài, node

này không cần duy trì trạng thái chuyển gói của mỗi LSP phía trong Vì thế

giảm đáng kể lượng thông tin báo hiệu do đó tăng khả năng báo hiệu

6 Thông báo sai hỏng nhanh

I.3.3 Các giao thức quản lý liên kết

LMP là một giao thức mới với mục đích duy trì các kế hoạch điều khiển

và dữ liệu giữa các node Các chức năng chủ yếu của LMP là:

1 Quản lý kênh điều khiển: thiết lập và duy trì kết nối giữa các node lân

cận, nhờ tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu nên các node

lân cận trên mặt phẳng điều khiển không nhất thiết phải là những node lân cận

trong mặt phẳng dữ liệu

Luận văn cao học GMPLS

2 Tương quan thuộc tính liên kết: chức năng này của LMP được thiết kế

để đồng bộ các thuộc tính đầu gần và các thuộc tính đầu xa của liên kết TE

Các bản tin Link Summary khi trao đổi gồm có số nhận dạng đầu gần và đầu

xa, danh sách mọi liên kế dữ liệu (bao gồm liên kết TE, các thuộc tính tuyến

khác nhau VD các cơ chế bảo vệ, các số nhận dạng liên kết…)

3 Định vị và thông báo lỗi: LMP có đặc trưng duy nhất là nó có thể xác

định lỗi kênh và liên kết và những lỗi trên kênh truyền ở cả mạng trong suốt

và mạng không trong suốt (độc lập về phương pháp mã hoá và tốc độ bít dữ liệu)

1.4 Đặc trưng của mạng GMPLS

I.4.1 Giao diện điều khiển GMPLS

Mạng GMPLS mở rộng từ kiến trúc MPLS sao cho các quyết định

chuyển mạch được thực hiện không chỉ dựa vào phần mào đầu của gói hay tế

bào mà còn dựa vào khe thời gian, bước sóng và cổng vật lý

Các giao diện điều khiển được hỗ trợ bởi mạng GMPLS:

1 Khả năng chuyển mạch gói (PSC): quyết định chuyển gói căn cứ vào

phần mào đầu của gói hoặc cell VD: IP router, chuyển mạch ATM

2 Khả năng chuyển mạch lớp 2 (L2SC): dữ liệu chuyển đi dựa vào nội

dung của phần mào đầu khung hoặc cell VD: cổng Ethernet, giao diện của

các router chuyển mạch nhãn trong mạng ATM

3 Khả năng ghép kênh phân chia theo thời gian (TDMC): dữ liệu chuyển

ra khỏi giao diện dựa vào khe thời gian của dữ liệu trong khung VD:

SDH/SONET cross-connect, Terminal Multiplexer (TM), Add-Drop

Multiplexor (ADM)

4 Khả năng chuyển mạch Lambda (LSC): dữ liệu chuyển đi dựa vào

bước sóng nhận được VD hệ thống DWDM

5 Khả năng chuyển mạch sợi quang (FSC): dữ liệu chuyển khỏi giao

diện căn cứ vào vị trí của dữ liệu trong không gian vật lý thực (như cổng vào

hay sợi quang đến) VD: kết nối chéo quang OXC

Luận văn cao học GMPLS

I.4.2 Khả năng mở rộng mạng

Để tăng khả năng mở rộng trong định tuyến và địa chỉ mạng, mạng

GMPLS đưa ra nhiều cơ chế khác nhau như xếp lồng LSP (nesting), sử dụng

nhóm liên kết và các liên kết không đánh số

I.4.2.1 Xếp lồng các LSP

LSP của các giao diện khác nhau được xếp lồng vào LSP của các giao

diện cùng loại hay khác loại, tạo nên sự phân cấp chuyển gói

te xt

te xt

te xt

te xt

te xt

te xt

Lamda SCD Fiber SCD

Tăng cường khả năng báo hiệu

Một giao diện có khả năng tạo ra sự phân cấp chuyển gói nếu nó có khả

năng ghép nhiều LSP bậc thấp trong một LSP bậc cao hơn Sử dụng LSP

nesting, nhiều TE-LSP được tập hợp trong 1 TE-LSP lớn hơn Các node trung

gian chỉ thấy được LSP phía ngoài, chúng không duy trì trạng thái chuyển gói

cho mỗi LSP phía trong Vì thế, số lượng bản tin báo hiệu giảm đáng kể do đó

tăng cường khả năng mở rộng báo hiệu Ngoài ra, LSP nesting còn tránh lãng

phí băng thông bởi nhiều LSP băng thấp được ánh xạ thành một kênh quang

dung lượng cao hơn

Hình 1.7:Lồng xếp LSP

Luận văn cao học GMPLS

I.4.2.2 Tạo nhóm liên kết

Cơ chế tạo nhóm liên kết được sử dụng nhằm tăng khả năng định tuyến

Những node lân cận có thể nối với nhau nhờ vài trăm kết nối vật lý song song

(như các bước sóng) Nhóm liên kết cho phép nhiều liên kết song song giữa

các node được quảng bá như là một liên kết TE bởi giao thức định tuyến IGP

(VD OSPF-TE) Điều này cải thiện khả năng định tuyến do giảm đáng kể

thông tin xử lý bởi IGP do nó chỉ làm việc với nhóm chứ không phải từng liên

kết thành phần (giảm số liên kết trong cơ sở dữ liệu định tuyến, giảm lượng

cấu hình trên mỗi liên kết)

I.4.2.3 Sử dụng liên kết không đánh số

Mỗi LSR lấy số nhận dạng liờn kết đầ xa của cỏc LSR khỏc, nếu khụng biết gỏn “0”

Phương pháp này nhằm tăng khả năng địa chỉ hoá Những liên kết hoặc

giao diện không đánh số sẽ không có địa chỉ IP, vì thế nó kết hợp một số nhận

dạng router duy nhất và số của liên kết tạo thành số 32bit còn được gọi là số

nhận dạng liên kết nội bộ (link local identifier) từ host LSR và gọi là số nhận

dạng liên kết đầu xa (link local identifier) từ các LSR khác

Hình 1.8: Nhận dạng liên kết không đánh số

Luận văn cao học GMPLS

I.4.2.4 Tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu

Một trong những cải thiện về mặt kiến trúc mạng của GMPLS là tách

hoàn toàn mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển của các lớp mạng khác

nhau Công nghệ được sử dụng bởi mặt phẳng điều khiển dựa trên nền IP còn

công nghệ sử dụng bởi mặt phẳng dữ liệu (mặt phẳng lưu lượng) có thể đa

dạng để bao hàm nhiều kiểu lưu lượng như (TDM, Lambda, gói…) Ngoài ra,

nó còn tách mặt phẳng điều khiển thành hai phần: phần báo hiệu chứa các

giao thức báo hiệu và phần định tuyến chứa các giao thức định tuyến

Để các dịch vụ trao đổi được giữa các node với nhau thì phải thiết lập

đường chuyển mạch nhãn LSP giữa các node này Trong mạng GMPLS các

quyết định chuyển mạch cần phải được thực hiện không chỉ dựa trên phần

mào đầu của gói hay cell mà còn căn cứ vào timeslot, bước sóng và các cổng

vật lý Điều này chính là tăng cường từ các giao thức MPLS

1.5 Nguyên lý hoạt động của GMPLS

IP ATM SONET/SDH

DWDM

Xử lý thụng minh cỏc yờu cầu về dịch vụ và ứng dụng của khỏch hàng

Kỹ thuật lưu lượng

Độ tin cậy và khả năng phục hồiDung lượng truyền tải cao

Hỡnh 1.10 : Hình 1.9: Mô hình lớp mạng hiện hữu Mụ hỡnh lớp mạng hiện hữu

OXC

Thành phần điều khiển

Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng dữ liệu

LSR

1.5.1 Phát hiện lân cận

Bất kỳ node mạng nào cũng cần có thông tin về: các thành phần mạng

khác, các giao diện sẵn sàng, và topo liên kết giữa các giao diện đó

Vai trò của LMP trong quá trình thiết lập liên kết: sau quá trình khởi tạo

tại node, nó sẽ thương thảo về các thuộc tính liên kết (như khuôn dạng dữ liệu,

giám sát lỗi) với thành phần mạng tại đầu kia của mỗi liên kết sẵn sàng Quá

trình thương thảo thành công, mỗi thành phần mạng hoàn toàn có thể trao đổi

được với các lân cận của nó

Vai trò của OSPF-TE trong quá trình phát hiện ra lân cận: Tiếp theo, giao

thức phát hiện topo bắt đầu Đầu tiên nó học về các thành phần mạng nối trực

tiếp đến các liên kết của nó Với topo mạng tham khảo ở trên, node A học

được rằng node B và node D là những lân cận của nó, tiếp theo chúng trao đổi

thông tin đã học được với nhau, vì thế node A biết rằng node C cách nó 2

chặng

Hình 1.10: Các mặt phẳng trong GMPLS

Luận văn cao học GMPLS

OSPF-TE còn phân bổ thông tin về mức sử dụng tài nguyên tại mỗi node

Thông tin này chứa trong cơ sở dữ liệu TE dùng để duy trì bản ghi về độ sử

dụng tài nguyên và tính năng của mỗi node mạng Giao thức phát hiện lân cận

hoạt động liên tục và cập nhật cơ sở dữ liệu TE theo thời gian thực Lúc này,

mọi thành phần mạng tham gia vào mặt phẳng điều khiển đều có đầy đủ tri thức về mạng

1.5.2 Tính đường

Đối với một dịch vụ cụ thể, việc tìm ra một đường thích hợp sẽ sử dụng

hiệu quả các liên kết cùng với thành phần mạng

Vai trò của thuật định tuyến theo đường ngắn nhất có ràng buộc (CSPF):

Khi có một yêu cầu dịch vụ khởi tạo từ một phần mềm quản lý như SNMP đến

một node đầu vào Node này tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu TE để tìm ra đường

tốt nhất giữa các điểm cuối dịch vụ "Tốt nhất" ở đây được định nghĩa là

đường có số liên kết hoặc độ trễ mạng nhỏ nhất trong khi vẫn thoả mãn được

các ràng buộc và chính sách yêu cầu của người sử dụng Các ràng buộc là

những vấn đề được quan tâm nhất của mặt phẳng điều khiển thông minh

Những ràng buộc cơ bản bao gồm:

1 Tránh các liên kết và node cụ thể: điều này được sử dụng thường

xuyên để nhận được những đường độc lập về lỗi Node và liên kết có cùng

mức rủi ro được tập hợp thành nhóm Rủi ro có thể là các sợi cáp có cùng ống

dẫn hoặc các văn phòng trung tâm ở trong cùng miền sự cố Vì thế, đường có

thể được yêu cầu đi qua các nhóm khác nhau

2 Bao gồm các node cụ thể: trường hợp đặc biệt cần xác định đầy đủ mọi

node trên đường, điều này có thể sử dụng trong những trường hợp yêu cầu tính

toán đường thủ công (manual)

3 Thoả mãn các thuộc tính trễ và jitter

4 Sử dụng các topo đặc biệt như SONET ring

Luận văn cao học GMPLS

1.5.3 Báo hiệu dịch vụ

Việc cấu hình mỗi thành phần có mặt trên đường với mọi tham số cần

thiết phải được thực hiện để bắt đầu dịch vụ

Vai trò của RSVP-TE hay CR-LDP trong báo hiệu dịch vụ: một khi đã

lựa chọn được đường các giao thức báo hiệu như RSVP-TE được sử dụng để

thiết lập mỗi thành phần mạng trên đường đó Tại mỗi node quản lý tài

nguyên được thực hiện để đảm bảo rằng việc thiết lập dịch vụ sẽ cho phép dịch

vụ mới và tất cả dịch vụ hiện có thoả mãn các yêu cầu về chất lượng dịch vụ

Mỗi node trên đường thực hiện kiểm tra lần cuối và dự trữ tài nguyên cho

dịch vụ Nếu một node nào đó không thoả mãn được yêu cầu dịch vụ, một lỗi

được phát ra và mọi tài nguyên đã dự trưc trước tại các node khác trên đường

được giải phóng Lúc này, việc tính đường được lặp lại theo thông tin đã cập

nhật Một khi thực hiện xong báo hiệu dịch vụ, dịch vụ đó sẵn sàng với người

sử dụng cuối

Công việc của mặt phẳng điều khiển chưa dừng lại kể cả trường hợp dịch

vụ đã được đặt tạo ra Nó tiếp tục cập nhật cơ sở dữ liệu TE để giải quyết các

vấn đề liên quan đến sự cố hay những thay đổi đối với tải mạng

1.6 Tiến trình chuẩn hoá

Mặc dù tiến trình tiêu chuẩn hoá GMPLS được thực hiện rất nhanh và các

đặc tính cơ bản nhất đã được định nghĩa nhưng vẫn còn nhiều việc đang được

tiến hành Khó khăn lớn nhất hiện nay là vấn đề định nghĩa sử dụng các tham

số cơ bản như thế nào để tích hợp đặc điểm riêng và đặc tính của từng lớp

Sự khác biệt cơ bản giữa các lớp chuyển mạch kênh là độ mịn của thông

tin cần thiết để tính toán đường chuyển mạch Một số thuộc tính không phụ

thuộc vào hiện trạng sử dụng mạng hiện nay Ví dụ, bên cạnh những thuộc

tính cơ bản của kênh thì những thuộc tính riêng của kênh SDH cùng được đưa

vào như dạng bảo vệ lớp quang, dạng xích chuỗi và tính không thay đổi của

kênh Một số thuộc tính khác liên quan đến tình trạng sử dụng hiện tại của

Luận văn cao học GMPLS

kênh Số lượng các thông tin chi tiết cần thông báo hiện vẫn chưa được xác

định rõ Ví dụ, thông báo chính xác tài nguyên nào được phân bổ cho mỗi

kênh SDH sẽ tạo điều kiện cho nhà khai thác mạng tối ưu hoá sử dụng mạng

nhưng cũng tạo ra một lượng lớn thông tin cần chuyển và xuất hiện những vấn

đề liên quan đến khả năng mở rộng định tuyến Mặt khác, việc thông báo mức

tổng băng tần sẽ có kết quả ngược lại và tăng xác suất lỗi thiết lập LSP

Hơn nữa, khôi phục nhanh báo hiệu vẫn chưa được định nghĩa Đặc điểm

này của GMPLS rất đựoc quan tâm do bảo vệ và phục hồi LSP sẽ độc lập với

cơ chế bảo vệ SDH (dựa vào các mạch vòng SDH) và thay thế nó

Vấn đề định tuyến giữa các miền cũng cần tiếp tục phải được tiêu chuẩn hoá

1.7 Các vấn đề triển khai

Các vấn đề còn bỏ ngỏ chủ yếu là việc triển khai mảng điều khiển mạng

đa lớp Mặc dù GMPLS là công nghệ phân tán tự nhiên nhưng những ứng

dụng GMPLS trong mạng truyền tải không loại trừ cách tiếp cận tính toán

đường tập trung Do độ phức tạp của một số thuật toán định tuyến cưỡng bức

và rất nhiều điều kiện cần quan tâm để tối ưu hoá mạng, nên cần phải xem xét

khi sử dụng thuật toán định tuyến ở các nút mạng Tuy nhiên cách tiếp cận lai

ghép mà các nút mạng có khả năng tự tính toán đường cơ bản được coi là phù

hợp Điều đó đặc biệt hữu ích trong những tình huống khôi phục mạng

GMPLS có nhiều phương thức triển khai từ mô hình chồng lấn đến mô

hình ngang cấp để tích hợp đa lớp Mô hình chồng lấn giữ lại một số mảng

điều khiên riêng Mỗi mảng điều khiển sẽ hoạt động tại từng lớp Các thành

phần mạng lớp trên được coi là khách hàng (client) của lớp dưới Chúng yêu

cầu các kênh thông qua giao diện UNI Lớp cao hơn không được biết về topo

và tuyến lớp thấp hơn Kết quả là một số chức năng tại các lớp khác nhau có

thể được coi là dự phòng Mô hình này cũng tạo ra những vấn đề liên quan đến

khả năng mở rộng của định tuyến giống như mô hình IP qua ATM khi số

lượng tuyến tăng nhanh theo cấp số nhân (N2) giữa các bộ định tuyến biên

Luận văn cao học GMPLS

Mô hình ngang cấp dựa trên một mảng điều khiển tích hợp trong đó các

bộ định tuyến, thiết bị SDH và các thiết bị chuyển mạch quang là ngang cấp

Các bộ định tuyến đều được biết về topo chuyển tải Số lượng tuyển (N) tạo ra

mạng mắt lưới có (N2) kết nối điểm - điểm giữa các router biên Nó cho phép

độ mềm dẻo hơn khi lựa chọn tuyến trong miền của một nhà quản lý

Mô hình ghép giữa overlay và ngang cấp có ưu điểm của cả 2 mô hình

trên Nó có thể hoạt động được trong môi trường nhiều nhà quản lý và đa công

nghệ trong mạng

GMPLS còn cung cấp khả năng phối hợp hoạt động trong môi trương đa

nhà cung cấp qua các thiết bị đa lớp Giao diện UNI sử dụng trong mô hình

triển khai chồng lấn là thành phần báo hiệu đầu tiên được đo kiểm trong môi

trường đa nhà cung cấp Tuy nhiên một số nhà sản xuất thiết bị đã có kế hoạch

triển khai các hoạt động đo kiểm phối hợp hoạt động giữa các lớp, giữa các

thiết bị GMPLS Do quá trình chuẩn hoá đang trong giai đoạn ban đầu nên còn rất

nhiều việc phải giải quyết

1.8 Sự phát triển mạng của các nhà khai thác

Các nhà công nghiệp viễn thông dự báo rằng GMPLS sẽ là thành phần cơ

bản của mạng trong tương lai Sự phát triển mạng của các nhà khai thác sẽ ảnh

hưởng đến quá trình phát triển và ứng dụng của GMPLS Tốc độ tổng mà bộ

định tuyến, chuyển mạch ATM và các thiết bị SDH ADM có thể đạt được còn

hạn chế so với tốc độ mà mạng quang hoạt động Điều đó dẫn đến việc phát

triển kiến trúc mới trong đó mạng trục sẽ chủ yếu dựa vào các thiết bị DWDM

và chuyển mạch quang điện tử (photonic) Các thiết bị chuyển mạch quang

điện tử là các thiết bị nối chéo quang (OXC), giảm bớt nhu cầu xử lý điện

Thiết bị IP, ATM và SDH sẽ chuyển dịch đến biên của mạng trục để phân

phối dịch vụ đến người dùng Các thiết bị này sẽ có khả năng yêu cầu động

băng tần điểm - điểm thời gian thực với độ mịn của bước sóng tới mạng trục

quang thông qua mảng điều khiển quang GMPLS

Luận văn cao học GMPLS

Hơn nữa, WDM cung cấp băng tần rất lớn bằng cách cho phép các nhà

khai thác tăng số lượng kênh trên 1 sợi cáp đơn IP cung cấp kết nối và khả

năng dịch vụ đến các hệ thống kết cuối và lưu lượng IP sẽ là lưu lượng chính

trong mạng Tốc độ hoàn thiện công nghệ này nhanh hơn sự đổi mới công

nghệ ATM và SONET/SDH Như vậy, tổ hợp WDM và IP được xem như giải

pháp dài hạn phù hợp GMPLS sẽ có vai trò chính trong quá trình phát triển

này khi nó cho phép triển khai các chức năng cơ bản nhất cung cấp bởi ATM

và SDH tại lớp IP hay lớp quang Khi số lượng lớp trong mạng trục giảm thì

quản lý mạng sẽ đơn giản hơn và giá thành tổng thể sẽ giảm đi Hiện nay lớp

ATM đã bắt đầu bị loại bỏ

Việc loại bỏ lớp TDM (SDH hay SONET) gặp nhiều khó khăn hơn

Trong khi SDH (SONET) hiện đang được sử dụng một cách rộng rãi bởi nó

cung cấp các chức năng cần thiết như giám sát chất lượng, quản lý sự cố và

khôi phục rất hiệu quả thì do một số lý do mà các nhà khai thác vẫn phải tiếp

tục cung cấp băng tần không chỉ kết nối IP Nó có thể bao gồm một số loại sau:

- Một số khách hàng như nhà cung cấp dịch vụ muốn sở hữu và quản lý

hạ tầng IP của họ;

- Tất cả các ứng dụng không chỉ dựa trên kết nối IP trong thời gian tới

Ví dụ VoIP sẽ không thay thế được mạng thoại hiện nay

Hệ thống phân cấp ghép kênh SDH cung cấp khả năng phân tách lưu

lượng khách hàng rất đơn giản, với độ mịn tốt và có giá rẻ

Các thiết bị chuyển mạch quang chỉ cung cấp độ mịn bước sóng Trong

thời gian tới, tại một số phần mạng (mạng khu vực) vẫn cần nhu cầu băng tần

tới 2,5 Gbit/s trên 1 kênh (tốc độ STM-1 và thay thế các thiết bị SDH bằng các

tổng đài quang Hơn nữa, các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đang trong giai

đoạn khó khăn về tài chính, các nguồn vốn mới là rất hạn chế và thời gian

triển khai dịch vụ không còn là tiêu chí duy nhất hiện nay Rất nhiều nhà khai

thác lựa chọn cách tiếp cận hiệu quả hơn: phát triển theo nhu cầu thị trường

Như vậy, chức năng đảm bảo lưu lượng của SDH sẽ còn tiếp tục tồn tại trong

những phần mạng phụ trợ của mạng trục

Luận văn cao học GMPLS

Quá trình chuẩn hoá và triển khai thực tế GMPLS cần kéo dài Lớp TDM

sẽ bị loại trong mạng truyền tải khi tốc độ truy nhập của khách hàng tương

đương với tốc độ bit của bước sóng Tuy nhiên, rất khó khẳng định được nhu

cầu thị trường sẽ đạt đến điểm này trước khi GMPLS được triển khai thực tế

Như vậy, rất nhiều mạng chuyển tải sẽ có tổ hợp các tổng đài quang và thiết bị

SDH Nếu nhà khai thác mong muốn cung cấp dịch vụ truyền tải xuyên suốt

đến nhiều khách hàng thì họ sẽ phải tích hợp lớp TDM trong kiến trúc mạng

chuyển tải chuyển mạch tự động

Từ các yếu tố trên cho thấy mạng truyền tải chuyển mạch tự động

(ASTN) se cho phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ cao cấp mà khách

hàng yêu cầu và giảm giá thành khai thác Trong thời gian tới, các mạng này

sẽ không hoàn toàn là mạng của các thành phần quang thuần tuý mà các thiết

bị như SDH/SONET vẫn tiếp tục tồn tại để cho phép nhà khai thác thoả mãn

yêu cầu của thị trường Như vậy, việc cung cấp mảng điều khiển động cho lớp

SDH trở thành cần thiết cũng giống như việc cung cấp lớp điều khiển động

của lớp quang GMPLS cung cấp mô hình đơn cho tất cả các lớp chuyển tải

Điều đó khẳng định lại GMPLS là một bộ phận cần thiết của ASTN, khi nó

đơn giản hoá việc tích hợp đa lớp truyền dẫn trước giải pháp độc quyền của

nhà cung cấp thiết bị

Luận văn cao học Kỹ thuật lưu lương

Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng

2.1 Kỹ thuật lưu lượng và mục tiêu chất lượng của nó

Chất lượng dịch vụ QoS là một vấn đề lớn đặt ra cho các kỹ thuật định

tuyến Những kỹ thuật định tuyến IP truyền thống không đủ đáp ứng cho các

dịch vụ đòi hỏi QoS cao hơn như ứng dụng VOIP hiện nay

Về vơ bản có thể nhận thấy bất cứ kỹ thuật lưu lượng nào cũng nhằm giải

quyết hai vấn đề cơ bản sau đây:

- Thiết lập tuyến tối ưu trên cơ sở một số chuẩn mực nhất định

- Xem xét băng tần khả dụng trên từng kênh riêng

Kỹ thuật lưu lượng là một giải pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng dịch

vụ bằng cách điều khiển tắc nghẽn mạng và tối ưu tính năng mạng Như vậy

mục tiêu chất lượng cơ bản của TE có thể phân thành các loại cơ bản sau:

- Các mục tiêu định hướng lưu lượng: nâng cao chất lượng QoS nhờ: giảm

thiểu thất thoát gói, giảm độ trễ, tăng tối đa băng thông và bắt buộc thực thi SLA

- Các mục tiêu định hướng tài nguyên: tối ưu hoá sử dụng tài nguyên

băng thông được coi là tham số quan trọng nhất trong tài nguyên mạng Vấn

đề của TE là quản lý băng thông một cách hiệu quả Hệ quả tất yếu của mục

tiêu này là giảm thiểu tắc nghẽn mạng

Tắc nghẽn mạng có thể xảy ra ở một số trường hợp sau:

- Khi tài nguyên mạng không đủ hoặc không tương xứng để phục vụ tải

theo yêu cầu

- Khi luồng lưu lượng được chuyển một cách không hiệu quả trên các tài

nguyên khả dụng (băng thông) gây ra một phần của tài nguyên mạng bị quá

tải trong khi các phần khác vẫn còn dư thừa

Luận văn cao học Kỹ thuật lưu lương

Trên mạng IP dịch vụ chịu lỗi được cung cấp bởi các giao thức định

tuyến phân bố với độ trễ hội tụ chậm rất không thích hợp với mạng tốc độ cao

Trong khi đó tại lớp thấp như SONET hay SDH của mạng tốc độ cao luôn sẵn

sàng đáp ứng được chức năng bảo vệ và khôi phục nhanh Hiện nay xu hướng

thay thế mạng nhiều lớp phức tạp bởi mạng thế hệ kế tiếp có kiến trúc đơn

giản là IP/MPLS qua mạng WDM (ghép kênh phân chia theo bước sóng) Do

lớp IP/MPLS và lớp WDM có các cơ chế điều khiển lưu lượng độc lập với

nhau như khôi phục lỗi và cân bằng tải, mô hình IP/MPLS qua mạng WDM

kết hợp chức năng điều khiển lưu lượng của hai lớp trên theo cách hợp lý nhất

Hình vẽ dưới đây thể hiện các chức năng bảo vệ, khôi phục tại các lớp IP,

MPLS và WDM

2.2 Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại

Các khả năng điều khiển mà giao thức IGP của Internet hiện nay không

còn đủ đối với quản lý lưu lượng TE Giao thức này rất khó có khả năng triển

khai các chính sách hữu hiệu để giải quyết vấn đề chất lượng mạng Hơn nữa,

giao thức IGP dựa trên thuật toán tìm đường ngắn nhất làm tăng khả năng tắc

nghẽn đối với các hệ thống tự điều khiển (AS) trong mạng Internet Thuật toán

SPF về cơ bản được tối ưu hoá dựa trên một số tham số bổ sung đơn giản Các

giao thức này thuộc loại điều khiển theo cấu trúc nên độ khả dụng băng thông

Định tuyến động tại lớp IP

Khôi phục và định tuyến tại lớp WDM

Định tuyến lại và bảo vệ tại lớp MPLS

Hình 2.1 : Chức năng bảo vệ khôi phục tại các lớp

Luận văn cao học Kỹ thuật lưu lương

và các tham số lưu lượng không phải là các tham số được sử dụng trong quyết

định định tuyến Hệ quả là tắc nghẽn thường xuyên xuất hiện khi:

- Các đường ngắn nhất của nhiều luồng lưu lượng cùng chiếm một kênh

hay một giao diện của bộ định tuyến hoặc:

- Một luồng lưu lượng nào đó được định tuyến qua kênh hay bộ định

tuyến không đủ băng thông cho nó

2.3 Quản lý lưu lượng MPLS

MPLS là công nghệ đóng vai trò quan trọng chiến lược cho quản lý lưu

lượng bởi nó có khả năng cung cấp đa số các chức năng của mô hình xếp

chồng (overlay) theo kiểu tích hợp với giá thấp hơn so với các kỹ thuật khác

hiện nay Cũng quan trọng không kém là MPLS cung cấp khả năng điều khiển

tự động các chức năng quản lý lưu lượng

ở đây khái niệm trung kế lưu lượng được hiểu như sau:

- Trung kế lưu lượng MPLS: là một phần của các luồng tải lưu lượng

thuộc cùng một lớp trong một đường chuyển mạch nhãn LSP

Cần lưu ý sự khác biệt giữa trung kế lưu lượng, đường và LSP mà nó đi

qua Việc sử dụng MPLS cho quản lý lưu lượng do một số thuộc tính hấp dẫn sau:

- Các đường chuyển mạch nhãn hiện không bị trói buộc với nguyên tắc

định tuyến dựa trên địa chỉ đích có thể được tạo ra một cách rất đơn giản bằng

nhân công hay tự động qua các giao thức điều khiển

- LSP được quản lý một cách rất hiệu quả;

- Các trung kế lưu lượng được thiết lập và ghép vào các LSP;

- Các thuộc tính của trung kế lưu lượng được mô tả bởi bộ thuộc tính;

- Một bộ thuộc tính có liên quan đến tài nguyên bắt buộc đối với LSP và

các trung kế lưu lượng qua LSP;

Luận văn cao học Kỹ thuật lưu lương

MPLS hỗ trợ tích hợp và phân tách lưu lượng trong khi định tuyến IP

truyền thống chỉ hỗ trợ tích hợp lưu lượng mà thôi;

Dễ dàng tích hợp "định tuyến cưỡng bức" vào MPLS;

Triển khai tốt MPLS có thể làm giảm đáng kể mào đầu so với các công

nghệ cạnh tranh khác

Hơn nữa, dựa trên cơ sở các đường chuyển mạch nhãn hiện có, MPLS

cho phép khả năng cùng triển khai mô phỏng chuyển mạch kênh trên mô hình

mạng Internet hiện nay

• Những vấn đề cơ bản của quản lý lưu lượng qua MPLS :

Có 3 vấn đề cơ bản sau đây liên quan đến quản lý lưu lượng trong MPLS:

- Làm thế nào để chuyển đổi từ các gói thông tin sang FEC

- Làm thế nào để chuyển FEC sang các trung kế lưu lượng

- Làm thế nào để chuyển đổi các trung kế lưu lượng sang cấu trúc topo

mạng vật lý qua các LSP

2.4 Quản lý lưu lượng qua MPLS

Để tăng cường những tính năng quản lý lưu lượng trong MPLS người ta

bổ sung thêm một số thuộc tính Những thuộc tính đó được đề xuất như sau:

- Những thuộc tính của trung kế lưu lượng thể hiện tính chất ứng xử lưu lượng

- Những thuộc tính của tài nguyên gắn liền với việc sử dụng cho các

trung kế lưu lượng

- Khung "định tuyến bắt buộc" sử dụng để chọn đường cho các trung kế

lưu lượng được coi là bắt buộc phải thoả mãn 2 yêu cầu thuộc tính trên

Trong mạng đang hoạt động các thuộc tính trên phải có khả năng thay

đổi động trực tuyến bởi nhà quản trị mạng mà không ảnh hưởng đến hoạt

động bình thường của mạng

Luận văn cao học Kỹ thuật lưu lương

2.4.1 Hoạt động cơ bản của các trung kế lưu lượng

- Thiết lập: Tạo trung kế lưu lượng;

- Kích hoạt: kích hoạt trung kế lưu lượng để chuyển lưu lượng;

- Giải kích hoạt: dừng việc chuyển lưu lượng trên kênh trung kế lưu lượng;

- Thay đổi thuộc tính: thay đổi thuộc tính của trung kế lưu lượng;

- Tái định tuyến: Thay đổi tuyến cho trung kế lưu lượng, được thực hiện

nhân công hoặc tự động trên cơ sở giao thức lớp dưới;

- Huỷ bỏ: huỷ bỏ trung kế lưu lượng và các tài nguyên có liên quan Các

tài nguyên có thể bao gồm: nhãn và băng tần khả dụng

Trên đây là những hoạt động cơ bản, ngoài ra có thể còn có các hoạt

động khác như thiết lập kiểm soát hay định dạng lưu lượng

2.4.2 Thuộc tính kỹ thuật lưu lượng cơ bản của trung kế lưu lượng

Các thuộc tính này được gán cho trung kế lưu lượng để mô tả chính xác

đặc tính tải lưu lượng

Các thuộc tính có thể được gán nhân công hay tự động khi các gói được

gán vào FEC tại đầu vào mạng MPLS Các thuộc tính này phải có khả năng

thay đổi bởi nhà quản trị mạng

Các thuộc tính cơ bản được gán cho trung kế lưu lượng bao gồm:

- Thuộc tính tham số lưu lượng;

- Thuộc tính lựa chọn và bảo dưỡng đường cơ bản;

- Thuộc tính ưu tiên;

- Thuộc tính dự trữ trước;

- Thuộc tính khôi phục;

- Thuộc tính kiểm soát

Việc kết hợp các thuộc tính tham số lưu lượng và kiểm soát tương tự như

UPC (điều khiển tham số sử dụng) trong mạng ATM

Luận văn cao học Kỹ thuật lưu lương

2.5 Các thuộc tính tài nguyên

2.5.1 Bộ phân bổ lớn nhất

Bộ phân bổ tài nguyên lớn nhất (MAM) là thuộc tính quản lý được thiết

lập để xác định phần tài nguyên khả dụng phân bổ cho trung kế lưu lượng

Thuộc tính này chủ yếu áp dụng cho băng thông của kênh Tuy nhiên, nó có

thể áp dụng để phân bổ bộ đệm trong LSR Nguyên tắc của MAM cũng tương

tự như nguyên tắc đăng ký đối với mạng ATM hay Frame Relay

Giá trị của MAM được chọn sao cho tài nguyên có thể được phân bổ

thiếu hay thừa Tài nguyên được coi là phân bổ thiếu (thừa) nếu tổng nhu cầu

của tất cả các trung kế lưu lượng (được thể hiện trong các tham số trung kế lưu

lượng) phân bổ cho các trung kế lưu lượng luôn luôn thấp hơn (vượt quá) dung

lượng của tài nguyên

2.5.2 Thuộc tính lớp tài nguyên

Thuộc tính lớp tài nguyên là tham số được gán bởi nhà quản trị mạng để

thông báo "lớp" tài nguyên Thuộc tính này được xem như là một lớp "màu"

đánh dấu trên tài nguyên thể hiện một phần tài nguyên cùng màu thuộc về

cùng một lớp

Thuộc tính này được sử dụng cho các mục đích sau:

- áp dụng một chính sách cho một phần tài nguyên mặc dù không cùng

thuộc một poto mạng

- Xác định quyền ưu tiên tương đối cho một bộ phận tài nguyên gắn cho

trung kế lưu lượng

- Hạn chế hiện việc gán một phần tài nguyên nhất định cho trung kế lưu lượng

- Triển khai các kỹ thuật kiểm soát thêm/bớt chung

Ngoài ra, thuộc tính lớp lưu lượng có thể được sử dụng cho mục đích

nhận dạng