Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM

Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát t

KHOA CÔNG NGHỆ

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài

TRÊN MẠNG QUANG WDM

Người hướng dẫn KS NGUYỄN ANH QUỲNH

Sinh viên thực hiện NGUYỄN ĐĂNG TUẤN

Lớp 46K - ĐTVT

Vinh, tháng 5/2010

Người hướng dẫn KS NGUYỄN ANH QUỲNH 5

Lớp 46K - ĐTVT 5

Vinh, tháng 5/2010 5 MỤC LỤC 5 LỜI NÓI ĐẦU 7 DANH MỤC HÌNH VẼ 9 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 10 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 14

1.4 Lí do chọn IP/WDM 22

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 24

2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông 24

2.2 Bảo vệ và tái cấu hình 33

2.3 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng IP/WDM 33

2.5 Mô hình chức năng của kỹ thuật lưu lượng IP/WDM 38

2.6 Kỹ thuật lưu lượng MPLS 50

CHƯƠNG 3 TÁI CẤU HÌNH VÀ PHẦN MỀM TRONG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 56

3.1 Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất 56

3.2 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc 59

3.3 Thiết kế mô hình 59

3.1 Một số thuật toán 60

3.2 Dịch chuyển mô hình ảo 67

3.7 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng chồng lấp 72

3.8 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng tích hợp 75

3.9 Giao thức điều khiển mạng 77

3.10 Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) 78

CHƯƠNG 4 CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN IP/WDM 80

4.1 Các yêu cầu đối với mạng IP/WDM 80

4.2 Các chỉ tiêu phân tích và đánh giá 84

4.4 Tình hình triển khai IP/WDM của VNPT 90

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta phát triển nhanh, tiến đến hội nhập toàn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thông tin tăng mạnh Sự bùng nổ của mạng Internet đã làm một cuộc cách mạng hoá đến rất nhiều khía cạnh trong cuộc sống của chúng ta Nó làm thay đổi hẳn các hoạt động mang tính chất truyền thống của con người Bằng cách sử dụng Internet người ta có thể đọc một tờ báo ở một thành phố rất xa, hoặc tìm kiếm một bộ phim hành động đang chiếu ở đâu đó, nói chuyện với một người lạ ở bất kỳ nơi nào ta muốn… Chính sự đơn giản trong sử dụng, và dịch

vụ cung cấp tương đối rẻ so với các loại hình thức dịch vụ khác, Internet đã phát triển một cách mạnh mẽ và nhanh chóng tại các quốc gia trên thế giới

Bên cạnh đó, các loại hình dịch vụ như: thoại, âm thanh, hình ảnh đều có thể sử dụng giao thức Internet (IP) nhờ tính phổ thông và giá thành của nó Nên xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng trở nên rõ ràng Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng dụng và dịch vụ dựa trên nền IP Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra vấn đề là các hoạt động thực tiễn kỹ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho IP

Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng Nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài Điều đó có nghĩa việc tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua

Đồ án tốt nghiệp của em với đề tài: “Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM” sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ

tập trung vào kỹ thuật lưu lượng về sự kết hợp giữa IP/WDM

Đồ án gồm bốn chương:

• Chương 1 Tổng quan về IP/WDM Chương này sẽ trình bày khái niệm

mạng IP/WDM, các xu hướng truyền tải lưu lượng trên mạng IP/ WDM, kiến trúc mạng IP/ WDM, lí do chọn mạng IP/WDM

• Chương 2 Kỹ thuật lưu lượng IP/WDM Trình bày một số vấn đề chung,

khái niệm, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kỹ thuật lưu lượng IP/WDM và kỹ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM

• Chương 3 Tái cấu hình và phần mềm trong kỹ thuật lưu lượng IP/WDM Chương này đi sâu vào: tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn

nhất, mô tả và thảo luận về một thuật toán cụ thể cho kỹ thuật lưu lượng IP/WDM

• Chương 4 Các yêu cầu và ứng dụng trên IP/WDM Trình bày các yêu

cầu, các tiêu chí, ứng dụng của kỹ thuật lưu lượng IP/WDM, đồng thời đưa ra tình hình triển khai IP/WDM của VNPT

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy,

cô giáo khoa công nghệ trường Đại học Vinh, trực tiếp là KS Nguyễn Anh Quỳnh

đã hướng dẫn, khuyến khích, chỉ bảo tận tình để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với công lao dìu dắt giúp đỡ của các thầy cô Tuy đã cố gắng rất nhiều trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp nhưng vì trình độ

và thời gian còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu sót, mong các thầy cô quan tâm giúp đỡ

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày 15 tháng 5 năm 2010

Sinh viên

Nguyễn Đăng Tuấn

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng 15

Hình 1.2 Mạng IP/ATM/SONET/WDM 16

Hình 1.3 Mạng IP/SONET/WDM 17

Hình 1.4 Mạng IP/MPLS/WDM 17

Hình 1.5 Mô tả kiến trúc mạng IP/WDM điểm –điểm 19

Hình 1.6 Kiến trúc mạng IP/WDM tái định cấu hình 20

Hình 1.7 Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch 21

Hình 2.1 Bảo vệ đường và bảo vệ tuyến 33

Hình 2.2 Kỹ thuật lưu lượng IP/WDM (TE) 34

Hình 2.3 Kỹ thuật lưu lượng chồng lấp 36

Hình 2.4 Kỹ thuật lưu lượng tích hợp 38

Hình 2.5 Mô hình khối chức năng kỹ thuật lưu lượng IP/WDM 40

Hình 2.6 Tái cấu hình trong mạng IP/WDM 45

Hình 2.7 Hiện tượng trên mạng khi không có cân bằng tải 52

Hình 2.8 OSPF-OMP 54

Hình 2.9 MPLS-OMP 55

Hình 3.1 Thiết kế và định tuyến mô hình ảo 58

Hình 3.2 Tái cấu hình trong mạng WDM chuyển mạch gói 71

Hình 3.3 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng chồng lấp trong mạng IP/WDM 74

Hình 3.4 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng tích hợp trong mạng IP/WDM 77

Hình 4.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang 88

Hình 4.2 Mạng NGN 91

Hình 4.3 Giai đoạn trước năm 2004 92

Hình 4.4 Giai đoạn từ năm 2004 đến nay 93

Hình 4.5 Giai đoạn 2005-2006 94

Hình 4.6 Giai đoạn sau năm 2010 95

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra phát hiện lổi

CSPF Constraint-based Shortest Path

First Routing

Định tuyến đường đi ngắn nhất trước tiên dựa trên ràng buộc DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu

DHP Demand Hop-count Product

heuristic algorithm

Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu

DWDM Dense Wavelength Division

Multiplexing

Ghép kênh bước sóng mật độ cao

ECMP Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí

FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh

Brownian FEC Forwarding Equivalence Class Trường tương đương chuyển tiếp

FEC GMPLS Generalized Multiprotocol Label

Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ HTDA Heuristic Topology Design

Algorithm

Thuật toán thiết kế mô hình dựa trên kinh nghiệm

HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ICMP Internet Control Message

Protocol

Giao thức bản tin điều khiển Internet

ID Identifier Bộ nhận dạng

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kỹ sư Internet

LEMS Link Elimination via Matching

Scheme

Loại bỏ tuyến nối thông qua lược

đồ ghép LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối

LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí

MLDA Minimum-delay Logical

Topology Design Algorithm

Thuật toán thiết kế mô hình logic tối thiểu hoá trễ

MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan

MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa

NC&M Network Control and

Management

Quản lí và điều khiển mạng

NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang

OAM Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì

OAM&P Operation, Administration,

Maintenance and Provisioning

Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám sát

OC-3 Optical Carrier Level 3 Mức mang quang 3

(155,52Mb/s) (155,52Mb/s) OC-192 Optical Carrier Level 192

(9953,28 Mb/s)

Mức mang quang 192 (9953,28 Mb/s) OHTMS LP-based One-Hop Traffic

Maximisation Scheme

Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn hop dựa trên LP

OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàn liên mạng Internet

quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang

OSCP Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển

mạch quang OSI Open Systems Interconnection Kết nối các hệ thống mở

OSPF Open Shortest Path First Protocol Giao thức đường đi ngắn nhất

trước tiên mở

RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

RARP Reverse Address Resolution

Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ ngược

RD Residual Demand heuristic

algolrithm

Thuật toán dựa trên kinh nghiệm nhu cầu dư thừa

RDHP Residual Demand Hop-count

Product heuristic algolrithm

Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu dư thừa RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên SCSI Small Computer Systems

Interface

Giao diện các hệ thống máy tính nhỏ

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SNMP Simple Network Management

Protocol

Giao thức quản lí mạng đơn giản

SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên SRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia

sẻ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TE Terminal Equipment, Traffic

Engineering

Thiết bị đầu cuối, kỹ thuật lưu lượng

TECP Traffic Engineering to Control

Protocol

Kỹ thuật lưu lượng cho giao thức điều khiển

TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa

TILDA Traffic Independent Logical

Topology Design Algorithm

Thuật toán thiết kế mô hình logic độc lập lưu lượng

TMN Telecommunications

Management Network

Mạng quản lí viễn thông

UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử

dụng UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng-mạng VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo

VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo

WADM Wavelength Add/Drop

Multiplexer

Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng

WAM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 1.1 Khái niệm mạng IP/WDM

Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM Một khối điều khiển bằng phần mềm

sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch Ở đây, IP với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp:

• Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet)

• Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC)

• Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ)

Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí