Định Tuyến Trong Mạng GMPLS

ve Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng. SDH Synchronous Digital Hierrachy Hệ thống phân cấp đồng bộ LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay 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. 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 thuc đẩy việc nghiên cứu giao thức GMPLS để thống nhất quản lý giữa các thực thể mạng không chỉ ở phương thức chuyển mạch gói mà trong lĩnh vực chuyển mạch thời gian, không gian quản lý đồng thời 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. Trong các mạng viễn thông, để việc truyền tải được ổn định và hiệu quả thì định tuyến là một trong những vấn đề mấu chốt. Từ những lý do trên, trong chuyên đề Thông Tin Quang chúng em đã chọn chủ đề “Định Tuyến Trong Mạng GMPLS”. Chuyên đề gồm các nội dung chính như sau: Chương I : Tổng quát về GMPLS Chương II: Một số vấn đề của mạng GMPLS Chương III: Định tuyến trong mạng GMPLS Sau khi hoàn thành chuyên đề này, chúng em sẽ có những hiểu biết nhất định về mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát. Từ đó làm tiền đề để tìm hiểu các công nghệ mới. Thay mặt nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Văn Võ đã tận tình hướng dẫn chúng em lựa chọn và hoàn thành đề tài này. Hà Nội ngày 20 tháng 9 năm 2011 Sinh viên Bùi Tuấn Anh Trần Tuấn Dũng Nguyễn Thị Hoa Đỗ Thị Minh Tâm CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GMPLS 1. 1 Giới thiệu GMPLS Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Labed Switching) là bước phát triển 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. Việc tạo nên một mặt phẳng điều khiển thống nhất đối với các lớp mạng hứa hẹn khả năng tạo ra một mạng đơn giản về điều hành và quản lý, cho phép cung cấp các kết nối từ đầu cuối tới đầu cuối, quản lý tài nguyên mạng một cách hoàn toàn tự động và cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau các ứng dụng trên mạng. Xu hướng phát triển mạnh mẽ việc xây dựng các hệ thống truyền tải quang trong cơ sở hạ tầng mạng viễn thông quốc tế nói chung, của quốc gia và các nhà cung cấp dịch vụ mạng nói riêng đã phần nào đáp ứng nhu cầu rất lớn về băng thông truyền tải cho các ứng dụng mới trên mạng, chẳng hạn như ứng dụng mạng lưu trữ, thuê băng thông, cập nhật dữ liệu trực truyến trong cơ sở hạ tầng mạng truyền tải đa dịch vụ. Hiện nay người ta cho rằng để đáp ứng được nhu cầu băng thông cho các ứng dụng dịch vụ thì mạng truyền tải chủ yếu sẽ là các hệ thống truyền dẫn trên sợi quang với các thiết bị ghép tách luồng ADM, 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 thuc 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 nhân công, thời gian đáp ứng dài và chi phí kết nối cao. Để thiết lập được kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối theo phương thức nhân công 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). Sự phát triển MPLS hướng tới GMPLS. Trong những năm trở lại đây, tổ chức IETF đã tập trung hướng phát triển các giao thức MPLS hỗ trợ các phần tử mạng chuyển mạch hoạt động bởi các phương thức khác nhau như theo thời gian, theo bước sóng (DWDM), không gian (OXC) thành các chuẩn của giao thức GMPLS. Nó cho phép mạng GMPLS xác định và cung ứng kết nối trên mạng một cách tối ưu theo yêu cầu lưu lượng của người sử dụng và có khả năng truyền tải thông suốt trên mạng IP và sau đó là truyền xuống các tiện ích truyền dẫn quang ở lớp dưới như là SDH, bước sóng trong hệ thống DWDM trên một sợi quang cụ thể nào đó. Bảng dưới đây cho ta một cái nhìn tổng quan nhất về các chức năng thực hiện trong GMPLS. 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 bước sóng Trong suốt Lambda DWDM Khả năng chuyển mạch Lambda LSC Không gian vật lý Trong suốt Sợi quang, cáp đồng OXC 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 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 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. 1.2 Các giao thức định tuyến trong GMPLS Sự thể hiện chuyển đổi từ MPLS sang GMPLS đó là các giao thức mở rộng cho chức năng báo hiệu (RSVP–TE, CR– LDP) và chức năng định tuyến (OSPF–TE, IS–IS–TE). Những giao thức mở rộng này là sự bổ sung thêm các chức năng cho các phần tử mạng TDM/SDH và mạng truyền tải quang nói chung. Một giao thức mới đó là giao thức quản lý đường LMP (Liên kết-Management Protocol) đã được xây dựng để thực hiện quản lý và duy trì tình trạng điều khiển cũng như trình trạng truyền tải lưu lượng giữa hai nút kế cận trong mạng GMPLS. LMP là một giao thức thực hiện trên IP, nó bao gồm các chức năng thực hiện RSVP-TE và CR-LDP. Giao thức định tuyến OSPF-TE và IS-IS-TE Là các giao thức tự động xác định cấu hình tô-pô mạng, thông báo tài nguyên khả dụng (ví dụ như băng thông hoặc loại hình bảo vệ...). Các điểm chủ yếu của các giao thức này đó là: thông báo về loại hình bảo vệ đường (1+1, 1:1, không bảo vệ hoặc lưu lượng phụ), thực hiện tìm đường (giữa các nút mạng kế cận) để nâng cao khả năng xác định tuyến thông) mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP. 1.2.2 Giao thức báo hiệu RSVP–TE, CR–LDP Các giao thức báo hiệu để thực hiện kỹ thuật lưu lượng giữa các LSP. Những chức năng nổi bật của các giao thức báo hiệu này là: chuyển giao lưu lượng bao gồm cả loại hình lưu luợng không phải ở dạng gói, thực hiện báo hiệu hai chiều giữa các LSP để xác định tuyến dự phòng cho trường hợp bảo vệ, thực hiện gán nhãn cho phương thức chuyển mạch nhãn bước sóng – nghĩa là các bước sóng cận kề nhau được chuyển mạch theo cùng một hướng. 1.2.3 Giao thức quản lý đường LMP Thực hiện 2 chức năng chính. Quản lý kênh điều khiển: Đảm bảo việc thực hiện theo cơ chế đàm phán thông qua các tham số đường thông (chẳng hạn như sử dụng phương thức gửi có chu kỳ các bản tin truy vấn thời gian sống của gói tin) để đảm bảo tình trạng của đường thông luôn được theo dõi. 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. Hình 1.1: Cấu trúc ngăn giao thức GMPLS Trong GMPLS, cấu trúc ngăn giao thức cho chức năng định tuyến IS–IS–TE cũng tương tự như đối với chức năng định tuyến OSPF–TE, chỉ có một điểm khác đó là thay lớp định tuyến IP bằng chức lớp định tuyến phi kết nối CLNP (Connectionless Network Protocol) sử dụng để truyền tải thông tin theo giao thức IS–IS-TE. CHƯƠNG II MỘT SỐ VẤN ĐỀ CỦA MẠNG GMPLS Trong mạng GMPLS có một số vấn đề cần quan tâm. Việc chuyển tiếp dữ liệu không đơn thuần hạn chế ở chuyển tiếp dữ liệu ở dạng gói mà còn cần phải tìm kiếm các giải pháp đơn giản nhất cho việc sử dụng một khuôn dạng nhãn duy nhất để chuyển tiếp dữ liệu qua các loại thiết bị với công nghệ khác nhau theo phương thức chuyển tiếp theo thời gian, bước sóng hoặc không gian. Không phải loại mạng nào cũng thiết kế các phần tử chuyển tiếp dữ liệu cho phép truy vấn nội dung thông tin, nhãn hoặc mào đầu của dữ liệu thu được. Mạng chuyển mạch gói cho phép các phần tử chuyển tiếp của mạng kiểm tra mào đầu gói hoặc nhãn từ đó đưa ra các quyết định dữ liệu sẽ được chuyển tiếp tới giao diện đầu ra cụ thể. Trong khi đó điều này sẽ không thực hiện đổi với luồng dữ liệu đầu vào là các dữ liệu dạng TDM (cụ thể là các luồng ghép kênh PCM, hoặc là bước sóng). Tính cân đối và phù hợp là một vấn đề quan trọng khi thiết kế những mạng cỡ lớn. Thông thường tài nguyên cần phải quản lý ở trong mạng TDM và mạng quang nói chung là nhiều hơn rất nhiều so với mạng chuyển mạch gói. Ví dụ, số lượng bước sóng cần phải quản lý trong một mạng quang có thể lên tới hàng ngàn và số lượng sợi có thể lên tới hàng trăm. Cấu trúc của của các bộ chuyển mạch quang hoặc điện cũng là phần tử gây ra sự tiêu tốn thời gian xử lý dữ liệu. Ví dụ một thiết bị DSC có khả năng chuyển mạch từ hàng chục tới hàng ngàn cổng cho đường tín hiệu số (DS-x), việc xác định cổng vào cổng ra cho một kết nối cũng tiêu tốn khá nhiều thời gian, điều đó đồng nghĩa với việc gia tăng độ ỳ của phần tử chuyển tiếp, nghĩa là tăng độ trễ truyền tải dữ liệu. 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. 2.1 Tính chuyển hướng đa dạng 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 dự liệu trong mạng TDM, bước sóng mang dữ liệu trong mạng truyền tải quang...). Một nhãn tổng quát có thể đại diện cho một bước sóng, sợi quang đơn lẻ hoặc một time-slot, ngoài ra nó còn đại diện cho dữ liệu của các nguồn lưu lượng khác đã thực hiện với nhãn MPLS như là VCC trong ATM, phần gắn thêm (shim) trong gói tin IP... Các thông tin sau đây gắn liền với nhãn tổng quát: - Dạng của mã LSP để chỉ thị loại nhãn mang lưu lượng ( ví dụ: gói tin, bước sóng, SDH...) - Loại hình chuyển mạch, chỉ thị cho nút mạng khi nào sẽ thực thi các loại hình chuyển mạch khác nhau: chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh, chuyển mạch bước sóng, chuyển mạch sợi quang. Tương tự như MPLS, sự phân bố nhãn được khởi đầu từ việc yêu cầu phân bố nhãn từ đường lên đối với đường xuống 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. 2.2 Tính chuyển tiếp đa dạng 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 lôgíc mà còn có thể tách rời về vật lý. Ví dụ, thông tin điều khiển đường điều khiển giữa nút mạng có thể truyền theo kênh kết nối Ethernet hoặc qua các tiện ích truyền dẫn khác mà nó không cần quan tâm việc thông tin quản lý giữa hai nút mạng được truyền tải bằng cách nào. Việc lựa chọn tiện ích truyền tải thông tin điều khiển giữa các nút mạng GMPLS là rất có ý nghĩa về mặt kinh tế. Rõ ràng là không nên sử dụng sợi quang riêng biệt để truyền thông tin điều khiển giữa các ADM 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 đàu 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. 2.3 Cấu hình Khi một LSP cần được tạo lập khởi đầu từ phạm vi mạng truy nhập,nó yêu cầu thiết lập một vài LSP khác dọc theo tuyến từ nút đầu tới nút cuối. Các LSP trung gian có thể được tạo lập trong qua các thiết bị TDM hoặc LSC. Các thiết bị này có thể có những đặc điểm riêng khác nhau do vậy chức năng GMPLS cần phải thống nhất được các đặc tính khác nhau đó để tạo lập các LSP từ đầu cuối tới đầu cuối. 2.3.1 Nhãn đề xuất Một đường lên tại nút mạng có thể lựa lựa chọn một nhãn đề xuất với đường xuống của nó. Đường xuống có quyền từ chối các tham số kiến tạo LSP do nhãn đề xuất đưa ra và đề xuất các tham số của mình. Nhãn đề xuất trong trường hợp này còn được sử dụng để tìm đường bên trong từ cửa vào tới cửa ra một cách nhanh chóng. Nhãn đề xuất cho phép các DCS tự định cấu hình của mình bằng nhãn đề nghị (Proposed Label) thay vì chờ nhãn đưa lại từ hướng ngược lại trên đường xuống. Nhãn đề xuất đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập các đường dự phòng LSP trong trường hợp có sự hư hỏng tuyến.. Tuy nhiên, nếu trong trường hợp thiết bị đường xuống từ chối nhãn đề nghị và đưa ra đề nghị riêng của nút về tham số kiến tạo LSP thì thiết bị đường xuống phải định lại cấu hình với nhãn mới. 2.3.2 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 sự phòng cho LSP hướng kia. LSP hai hướng sẽ thực hiện kỹ thuật lưu lượng và cơ chế phục hồi giống nhau trên mỗi hướng. GMPLS thực hiện chức năng kiến tạo các LSP hai hướng thông qua các một tập bản tin giao thức báo hiệu (ví dụ các bản tin RSVP/PATH và RESV). 2.3.3 Tính mở rộng Chức năng chuyển tiếp LSP cận kề (Forwarding Kế cận–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 trên 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. Hình 2.1: Cơ chế chuyển tiếp kế cận 2.3.4 Cấu hình LSP Cấu trúc mạng (bao gồm các lớp truy nhập, lớp lõi và lớp mạng trục). Giả thiết rằng khi nhu cấu kết nối trên mạng tăng lên, nghĩa là xuất hiện những kết nối dòng lưu lượng từ đầu cuối tới đầu cuối của các doanh nghiệp từ lớp mạng truy nhập yêu cầu. Nếu như các nút mạng không có cơ chế định băng thông một cách mềm dẻo, nghĩa là chỉ có các băng thông cố định kết nối gắn với các đường thông vật lý thì vần đề là rất khó giải quyết. Trong trường hợp như vậy, một luồng băng thông kết nối vật lý STM-64 giữa hai chuyển mạch OXC của mạng đường trục cũng không thể truyền tải một dòng lưu lượng yêu cầu với tốc độ 100 Mbps từ lớp truy nhập. Hình 2.2: Cấu hình mạng 2.3.5 Cơ chế bỏ đường Trong tương lai có thể sự phát triển của mạng quang sẽ là rất dày đặc. Một mạng cáp quang có cần phải quản lý có thể lên tới hoàng chục tới hàng trăm sợi quang trên cùng một tuyến, mỗi một sợi quang lại có thể truyền tải hàng trăm tới hàng ngàn bước sóng quang, việc quản lý đường, quản lý tuyến sẽ trở lên rất phức tạp nếu như không có một cách thức hợp lý.GMPLS đã đưa ra một phương thức quản lý đường và tuyến trong mạng quang tương đối hợp lý đó là phương thức bó đường. Phương thức bó đường cho phép ghép một vài đường vào làm một và thông báo về đường đó cho các giao thức định tuyến, chẳng hạn như OSPF, hoặc IS-IS. Thông tin truyền tải theo phương thức này có thể là mang tính chất rút gọn và không đầy đủ nhưng ưu điểm là dung lượng xử lý sẽ giảm đi rất nhiều nếu như sử dụng phương pháp lưu trữ cơ sở dữ liệu định tuyến. Kỹ thuật bó đường chỉ cần một đường điều khiển, điều đó cho phép giảm số lượng bản tin báo hiệu điều khiển cần phải xử lý. GMPLS có thể cho phép bó đường một cách mềm dẻo theo phương thức điểm – điểm (PTP) thực hiện cho các LSP và thông báo thông tin bó đường này cho các giao thức OSPF (chuyển tiếp cận kề). Tuy vậy, phương thức bó đường này cũng bộc lộ một số hạn chế như: - Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải bắt đầu và kết thúc trong cùng một cặp LSR. - Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải có cùng chung một loại (ví dụ như PTP hoặc quảng bá). - Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải có cùng một dạng cho cơ chế chuyển mạch - PSC, TDMC, LSC, hoặc FSC. 2.4 Độ tin cậy Độ tin cậy (Reliability) Hình 2.3: Quá trình thực hiện quản lý hư hỏng trong mạng GMPLS Chức năng thực hiện của các giao thức GMPLS cho phép quản lý và điều khiển các hư hỏng trên mạng một cách tự động. Khi xảy ra hư hỏng tại một phân mạng nào đó thi nó sẽ được phát hiện, định vị và cách ly với các phân mảnh mạng khác. Đây là một điểm quan trọng khi thực hiện các LSP từ đầu cuối tới đầu cuối bằng phương thức đường hầm qua các LSP có cấu hình cao hơn. Các bước thực hiện cần thiết để quản lý một hư hỏng (xác định, định vị, cách ly và phục hồi được thể hiện trong). 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 3.7 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 rã về vật lý hoặc là nhóm các kênh kết nối không có chung hiểm họa. Hình 2.4: Cơ chế phục hồi hỗ trợ bởi mạng GMPLS Chức năng phục hồi đường được thực hiện trong mạng GMPLS được thực hiện theo cơ chế phục hồi động. Cơ chế này đòi hỏi có các cơ cấu cài đặt tài nguyên động trên các tuyến đấu nối. Có hai phương pháp phục hồi áp dụng trong mạng GMPLS, đó là phục hồi kênh kết nối và phục hồi đoạn kết nối. Phục hồi kênh kết nối là tìm tuyến thay thế tại một nút mạng trung gian. Phục đoạn kết nối là phục hồi tuyến cho một LSP cụ thể nào đó được thực hiện bắt đầu từ nút mạng nguồn để tìm tuyến thay thế xung quanh phạm vi mạng có sự hư hỏng. 2.5 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. 2.5.1 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. 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. - 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. 2.5.2 Hệ thống quản lý mạng Mạng GMPLS cần phải thực thi việc quản lý các LSP có số tượng từ hàng ngàn đến hàng triệu hoạt động ở trong mạng theo các khía cạnh liên quan như tình trạng hoạt động, định tuyến, kỹ thuật lưu lượng v.v.. Điều đó có nghĩa là hệ thống quản lý mạng GMPLS là phức tạp hơn nhiều so với mạng khác, chẳng hạn như mạng Internet. CHƯƠNG III ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG GMPLS Chức năng định tuyến trong mạng GMPLS được mở rộng từ các chức năng của MPLS, các giao thức định tuyến chính được sử dụng là OSPF-TE, IS-IS-TE. Trong báo cáo này em chỉ giới thiệu đến giao thức định tuyến OSPF-TE là giao thức tự động xác định cấu hình tô-pô mạng, thông báo tài nguyên khả dụng (ví dụ như băng thông hoặc loại hình bảo vệ...). Các điểm chủ yếu của các giao thức này đó là: thông báo về loại hình bảo vệ đường (1+1, 1:1, không bảo vệ hoặc lưu lượng phụ), thực hiện tìm đường (giữa các nút mạng kế cận) để nâng cao khả năng xác định tuyến thông mà không cần phải thực hiện các giao thức định tuyến trên cơ sở địa chỉ IP. Giao thức OSPF ứng dụng trong mạng viễn thông như đã nêu lên ở phần trước. Phần này ta chỉ xem xét giao thức OSPF-TE được mở rộng để ứng dụng trong mạng GMPLS. 3.1 Định tuyến đường ngắn nhất Thuật toán đường ngắn nhất như SPF và CSPF được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điều khiển lưu lượng trực tuyến,các kết nối cần được thiết lập ở một thời điểm, giống như kết nối yêu cầu đến liên tiếp. Chúng ta đưa ra khái niệm gần giống gọi là định tuyến dựa trên thiết kế (DBR), nhờ đó việc tính toán đường tối ưu ngoại tuyến (offline) được sử dụng để chỉ dẫn việc cài đặt đường trực tuyến (online). Tính toán đường ngoại tuyến trong mạng GMPLS không có khó khăn khi mạng lõi quang hoặc mạng nội thị chỉ có khoảng từ một vài đến 100 nút so với 100 đến 1000 nút trong mạng dữ liệu thuần tuý. DBR có những ưu điểm như thông tin yêu cầu dựa vào nhu cầu của khách hàng, tham chiếu lưu lượng và phép đo từ trước, để xây dựng gần đúng một bộ đo lưu lượng yêu cầu cho việc tối ưu hoá đường truyền. Chúng ta sẽ thực hiện việc so sánh, ước lượng trong mạng GMPLS không trong suốt dưới các kết nối tĩnh và động với các kiểu đảm bảo khác nhau. Kết quả cho thấy rằng DBR tốt hơn SPF và CSPF dưới điều kiện hoạt động với phạm vi rộng, nhưng lại không xác định được đúng sai trong việc tính toán bộ đo lưu lượng yêu cầu. Chúng ta xây dựng sơ đồ định tuyến với quản lý tài nguyên và phép đo trực tuyến. Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng quản lý tài nguyên cung cấp một cách có hiệu quả làm giảm bớt những thiếu sót trong CSPF, và phép đo trực tuyến cung cấp một cách có hiệu quả để cải thiện sự hoạt động của DBR khi thông tin lưu lượng yêu cầu được sử dụng trong việc thiết kế đường DBR là khác nhau từ lưu lượng yêu cầu thực tế Hệ thống kỹ thuật điều khiển lưu lượng (TE) trong mạng MPLS và GMPLS dựa trên các phương pháp giống nhau, với điểm khác nhau chính là yêu cầu lưu lượng hội tụ và sức chứa của đường liên kết và các dịch vụ ràng buộc. Hệ thống kỹ thuật điều khiển lưu lượng trong mạng kết nối có hướng thường được phân biệt như là hệ thống điều khiển lưu lượng trực tuyến (online) hoặc hệ thống điều khiển lưu lượng ngoại tuyến (offline). Với hệ thống điều khiển lưu lượng trực tuyến các yêu cầu kết nối được thừa nhận là đến ở tại một thời điểm. Đối với mỗi yêu cầu kết nối, một hệ thống điều khiển lưu lượng trực tuyến tính toán mỗi đường độc lập không cần biết về các yêu cầu đến sau. Sau đó đường được xác định và kết nối thường xuyên cài đặt báo hiệu. Tổng thời gian từ khi một yêu cầu kết nối đến, đến khi nó được thiết lập mất từ 10 đến 100 ms. Vì thế việc xác định đường trong hệ thống điều khiển lưu lượng trực tuyến phải tương đối nhanh (tính bằng ms). Với một hệ thống điều khiển lưu lượng ngoại tuyến toàn bộ yêu cầu kết nối phải chắc chắn biết chính xác một đường trả lời ưu tiên trước khi tính toán. Sử dụng thông tin cấu hình, sức chứa của đường liên kết và bộ đo lưu lượng yêu cầu, một kiểu server trung tâm thực hiện tối ưu hoá toàn bộ để xác định đường cho mỗi yêu cầu kết nối. Việc thiết kế đường đường hoàn thành một lần, hệ thống quản lý mạng sẽ cài đặt kiểu kết nối. Một hệ thống ngoại tuyến với việc tối ưu hoá toàn bộ có thể đạt được cải thiện trong việc sử dụng tài nguyên qua một hệ thống trực tuyến. Tuy nhiên tổng thời gian cần với một hệ thống ngoại tuyến đến nhiều phút hoặc hàng giờ. Không giống với việc quản lý mạng trong mạng truyền tải truyền thống, mạng GMPLS-based sử dụng định tuyến động và báo hiệu cho phép các kết nối thiết lập theo yêu cầu trong việc trả lời yều cầu của khách. Vì thế kỹ thuật điều khiển lưu lượng trực tuyến trong mạng GMPLS-based đã được xem xét nhiều như kiểu hoạt động phù hợp hơn, khi các dịch vụ mới yêu cầu cung cấp nhanh thì có thể sẵn sàng cung cấp. Kỹ thuật điều khiển lưu lượng trực tuyến cũng được quan tâm nhiều trong mạng GMPLS, khi kỹ thuật thiết kế đường được tích hợp trong mỗi nút cho phép tự động thiết lập đường xử lý và các bước cấu hình nhỏ nhất. Từ định tuyến đường ngắn nhất đến định tuyến dựa trên thiết kế Trong phần trước, chúng ta phân biệt thuật toán định tuyến đối với kỹ thuật điều khiển lưu lượng. Phân biệt này thì không dùng để nghiên cứu kỹ hơn. Tuy nhiên, nó có lược đồ để sử dụng trong các phép đo ngoại tuyến và trực tuyến, tối ưu hoá nội bộ và toàn cầu, kế hoạch quản lý tài nguyên và yêu cầu báo hiệu. Ở mức cao nhất thuật toán có thể phân biệt theo việc tối ưu hoá tài nguyên sử dụng có được hay không. Nhóm định tuyến dựa trên thiết kế thì thể hiện bằng cách sử dụng ước lượng bộ đo lưu lượng yêu cầu và tối ưu hoá toàn bộ đường. Nhóm định tuyến path-shortest bao gồm tính toán đường chắc chắn ngắn nhất, với hoặc không cần quản lý tài nguyên, đối với một cặp nguồn-đích ở một thời điểm. Thuật toán định tuyến trong nhóm đường ngắn nhất bao gồm thuật toán SPF và CSPF chuẩn. Trong nhóm này, chúng ta cũng mở rộng việc quản lý nguồn, gọi là CSPF-TR. Thuật toán định tuyến trong nhóm định tuyến dựa trên thiết kế có thể phát triển hơn nữa dựa vào việc sử dụng các phép đo trực tuyến. Trong DBR các đường tính toán lại tối ưu dựa vào kiến thức gần đúng của bộ đo yêu cầu được sử dụng để cài đặt toàn bộ đường nguồn – đích trực tuyến. Trong kế hoạch đó, gọi là tương ứng DBR, phép đo trực tuyến được sử dụng cho việc chọn đường và điều khiển đầu vào. Hình dưới đây giới thiệu các thiết bị chính cho DBR framework. Thiết bị tối ưu hoá đường truyền lấy thông tin từ cổng vào, như cấu hình mạng, sức chứa của liên kết, ước lượng lưu lượng yêu cầu, và thông tin có liên quan khác như cưỡng bức. Dựa vào thông tin cổng vào này, kỹ thuật DBR tính toán tối ưu toàn bộ đường có thể ngoại tuyến và lưu kết quả trong một database để sử dụng về sau. Thiết bị điều khiển đầu vào làm tối ưu hoá sử dụng, kết quả lưu trong một database. Trong DBR cơ sở, điều khiển đầu vào chỉ áp dụng trên đường DBR. Trong tương ứng DBR, điều khiển đầu vào ứng dụng trong DBR, như đường kế tiếp (ví dụ: CSPF). Hình 3.1: Các thiết bị cho DBR framework cơ sở Nghiên cứu sự hoạt động Chúng ta biết rằng một mạng truyền tải quang hỗ trợ định tuyến động (OSPF-TE) để phân phối thông tin trạng thái liên kết và một giao thức báo hiệu (RSVP-TE) để thiết lập kết nối theo yêu cầu. Mục tiêu chính là so sánh DBR với các phương pháp thiết kế đường khác dưới các điều kiện khác nhau. Ví dụ, Chúng ta đã biết hai phương pháp thiết kế đường trực tuyến, đã được phát triển rộng rãi là SPF và CSPF. SPF chọn một đường có giá trị nhỏ nhất. Việc thực hiện của CSPF cũng giống như trong SPF, trừ ra các liên kết có độ rộng băng thông không phù hợp hoặc rằng buộc khác trước tiên sẽ được giảm bớt. Sau đó SPF sẽ chạy trên mạng xác định đó. Chúng ta xem xét hai kiểu kết nối: Tĩnh và động. Trong kiểu tĩnh, yêu cầu kết nối đến lần lượt (one-by-one). Mỗi yêu cầu có thể nhận dạng nút lối vào và nút lối ra, và có nhiệm vụ thiết lậpkết nối giữa nút lối vào và nút lối ra. Nếu kết nối đã định tuyến được thành công, nó sẽ tồn tại suốt quá trình hoạt động. Nếu yêu cầu kết nối bị tắc nghẽn, thì quá trình tắc nghẽn bị mất suốt quá trình hoạt động. Lưu ý kiểu tĩnh giống như kiểu mạch ảo cố định (PVC) trong mạng ATM. Trong kiểu động, yêu cầu kết nối đến được mặc định, thời gian của kết nối là giới hạn. Một yêu cầu kết nối bị tắc nghẽn thì sẽ mất suốt trong quá trình hoạt động. Kiểu động này có thể mở rộng hơn khi khách hàng của mạng quang là mạng sử dụng băng thông theo yêu cầu, mà có thể sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng trong mạng khách. Trong phần này, việc thiết lập kết nối và đường xuống được khởi xướng bởi nút khách theo yêu cầu thông qua giao diện quang giữa người sử dụng và mạng (O-UNI). Chú ý là kiểu động giống như kiểu mạng chuyển mạch ảo (SVC) trong mạng ATM. Mạng quang có thể hoạt động dưới các sự đảm bảo khác nhau phụ thuộc vào các yêu cầu dịch vụ. Có ba kiểu đường đảm bảo đối với tất cả kế hoạch định tuyến: Không đảm bảo Một hoạt động và một dự phòng(1+1 hoặc 1:1). đảm bảo đường chỉ định Đảm bảo đường dùng chung (1:1) 3.2 Kỹ thuật định tuyến lại nhanh Công nghệ MPLS sử dụng kỹ thuật kết nối có hướng nên nó gặp phải hạn chế như thời gian trả lời chậm từ thiết bị mạng, vì thế thời gian cần thiết lập một LSP mới để mang lưu lượng ảo. Lỗi liên kết thường do các dịch vụ chia sẻ trong mạng máy tính.. Lỗi trong các liên kết có khả năng chứa cao hoặc giữa các bộ định tuyến đường trục, có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến luồng đa truy nhập, các dịch vụ ứng dụng thời gian thực tuyệt đối và các giao thức. Để làm giảm bớt vấn đề này người ta đưa ra phương pháp định tuyến lại nhanh. Kỹ thuật định tuyến lại nhanh dựa trên vùng đã được định trước mà một một LSP dự phòng đã được tính toán, thông báo và cài đặt từ trước, khi một lỗi liên kết được phát hiện. LSP dự phòng kết hợp với mục tiêu sửa chữa bên trong để làm nhỏ nhất sự mất gói trong thời gian khôi phục. Hiện nay chúng ta tăng cường kỹ thuật định tuyến lại nhanh cho mạng MPLS-based mà lưu lượng định tuyến lại thông qua một LSP dự phòng khi một liên kết/nút của LSP bảo vệ bị lỗi. Mục đích là cung cấp chất lượng dịch vụ cho lưu lượng mang bởi LSP bảo vệ, thậm chí trong trường hợp lỗi trong quá trình khôi phục, cho đến khi nó đã tính toán xong. LSP không bảo vệ có thể định tuyến lại nhưng không có bảo đảm (nỗ lực hết sức). Thực hiện đề xuất của chúng ta tốt hơn so với thực hiện đề xuất trong cả trễ gói và mất thứ tự gói. Chúng ta cung cấp một thuật toán ngắn gọn và đơn giản trong LSRs trung gian mà hoạt động theo một kiểu phân bổ nào đó, giới thiệu chức năng truyền thống để làm giảm việc sắp sếp lại thứ tự gói và làm giảm trễ truyền thống không cần thiết. Kỹ thuật đưa ra có thể sử dụng cho việc cung cấp chất lượng dịch vụ (QOS). Bởi vì thuật toán có khả năng diễn tả tiêu chuẩn khác hơn là phát hiện lỗi liên kết cho sự hoạt động của nó. Hơn nữa một LSP đã định sẵn phát hiện tắc nghẽn hoặc ở trạng thái dẫn đến thoả thuận mức dịch vụ (SLA) hoặc thoả thuận Chất lượng dịch vụ (QoS) bị vi phạm, thì LSP bảo vệ bắt đầu định tuyến lại nhanh. Để mở rộng kỹ thuật của chúng ta đến vấn đề tắc nghẽn thì phải đảm bảo rằng LSRs cần phải có kiến thức về vấn đề tắc nghẽn. Chỉ trong trường hợp lỗi liên kết, luồng có thể đi trệch hướng đến một LSP khác thì tình huống tắc nghẽn đã được phát hiện. Thuật toán đưa ra đã được đánh giá thông qua mô phỏng và kết quả cho thấy sự cải thiện trong trễ truyền gói trung bình. Đề xuất đưa ra giảm bớt việc sắp sếp lại thứ tự gói, cải thiện hiệu suất đầu cuối và thời gian khôi phục lại ngắn hơn so với đề xuất của Haskin. Chúng ta thừa nhận trong đề xuất của chúng ta tất cả các LSPs bảo vệ trên một liên kết giống như là một LSP để thay đổi lại và theo hoàn toàn kiến trúc MPLS. Mở rộng của MPLS trong mạng quang là GMPLS, cho bởi khả năng mang đặc biệt của LSP bảo vệ trên lambda (DWDM). 3.3 Dự phòng trong GMPLS Đường dự phòng có thể được chọn để sẵn sàng truyền lưu lượng giữa LSP nguồn và đích khi mà bất kỳ một liên kết/nút nào bị lỗi định tuyến cơ sở. Một vấn đề quan trọng là chọn cơ sở và chọn tuyến dự phòng trong bảng mà có số yêu cầu của LSP lớn nhất có thể có thể cung cấp trong tương lai. Vì thế nên xử lý việc chon tuyến, ngăn ngừa các liên kết vật lý khi mà mạng có số cặp nguồn đích lớn. Cơ sở của đường dự phòng không đảm nhiệm những rủi ro giống nhau của lỗi, nói cách khác lỗi giống nhau có thể gây ra bởi lỗi đường dẫn. Nếu một tài nguyên đã được nắm giữ bởi một đường bảo vệ mà tài nguyên đó có thể chia sẻ, giống như là có thể nắm giữ bởi một đường bảo vệ khác, cho đến con số lớn nhất cho phép trên tài nguyên đó. Đa đường bảo vệ chia sẻ tài nguyên chung không hoạt động đồng thời. Để đạt được điều này thuật toán định tuyến phải không cho phép đường bảo vệ chia sẻ tài nguyên nếu đường cơ sở có lỗi chung. Bảo vệ chia sẻ thường được sử dụng ở mạng lớn hơn bảo vệ chỉ dẫn. Tuy nhiên, chỉ đường với yêu cầu bảo vệ nghiêm ngặt thì cần được bảo vệ liên tục. Những đường khác có thể bảo vệ bên dưới bảo vệ chia sẻ mà có thể khi tài nguyên mạng còn thừa. Chi phí tài nguyên trong đường dự phòng Chi phí tài nguyên (RC) trong phương pháp đảm bảo được đánh giá phụ thuộc vào việc sử dụng phương pháp phục hồi. Ví dụ, chúng ta đưa ra việc sử dụng độ rộng băng thông được cấp trên mỗi liên kết. Chi phí tài nguyên được tính toán trên mỗi liên kết bởi việc tính toán số liên kết trên đường và độ rộng băng thông được cấp trên mỗi liên kết. Việc cấp tài nguyên được thừa nhận là độ rộng băng thông trong khi chưa truyền là: Rc = NL . RB Với RB là độ rộng băng thông dự trữ, NL là số các liên kết. Công thức trên tương ứng dùng để mô tả phương pháp đường dự phòng khác nhau. Chi phí tài nguyên cho phương pháp toàn cầu (RCG) phụ thuộc vào số các liên kết trong đường dự phòng (NLs). Chi phí tài nguyên cho phương pháp khôi phục dự trữ (RCR) là tổng của RCG với yêu cầu tài nguyên đối với đường dự trữ (NLR.RB). Chi phí tài nguyên cho phương pháp khôi phục nội (RCL) phụ thuộc vào độ rộng băng thông dự trữ và số các liên kết (NLL). Trong trường hợp dự phòng nội, được lưu ý hơn một dự phòng nội có thể được tạo ra để đảm bảo một vài liên kết trong đường hoạt động. RC đối với phương pháp khác nhau được cho bởi: RCG = NLG.RB RCR = RCG + NLR.RB RCL = NLL.RB Với RCG, RCR, RCL là chi phí tài nguyên (tương ứng các phương pháp toàn cầu, dự trữ, định sẵn nội) NLG, NLR, NLL là số các liên kết (tương ứng các phương pháp toàn cầu, dự trữ, định sẵn nội). 3. 4 Định tuyến khôi phục đảm bảo chất lượng Các kỹ thuật khác nhau để lựa chọn đường phù hợp phụ thuộc vào các yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS). Các thuật toán định tuyến sử dụng để tìm đường đi khả thi nhất, Những thuật toán đó được phân chia theo loại thông tin định tuyến và được sử dụng để tính toán đường chọn đường. Vấn đề quan trọng thứ nhất trong thuật toán định tuyến phân lớp là định tuyến tĩnh hoặc động. Thuật toán tĩnh chỉ sử dụng với thông tin mạng tĩnh, còn thuật toán động sử dụng với thông tin tải liên kết được cập nhật một cách định kỳ. Vấn đề thứ hai, thuật toán định tuyến có thể định tuyến trực tuyến (theo yêu cầu) hoặc tính toán ngoại tuyến (tính toán từ trước). Việc tính toán đường đường truyền với thuật toán định tuyến trực tuyến diễn ra liên tục, trong khi đó, thuật toán định tuyến ngoại tuyến không theo việc tính toán chọn một đường mới vì chúng đã được tính toán từ trước. 3.4.1 Nguyên lý và hoạt động ưu tiên Mục đích chính của thuật toán này là tìm đường truyền tối ưu nhất (đường đảm bảo Qos, độ rộng băng thông) mà đạt được hiệu quả tài nguyên sử dụng. Đầu tiên lựa chọn đường có giá trị nhỏ nhất trong theo thứ tự để giảm bớt việc chi phí tài nguyên. Thứ hai, để cân bằng tải trên mạng (ví dụ: đường có tải nhỏ nhất được chọn). Việc tối ưu hoá sử dụng mạng này làm giảm chi phí tài nguyên và cân bằng tải trên mạng, vấn đề này không dễ dàng nếu chỉ sử dụng một thuật toán, do đó hai mục tiêu đó thường không phù hợp với nhau. Một đường với giá trị nhỏ nhất không tất yếu không có chi phí tài nguyên tốt nhất. Do đó, việc phát triển thuật toán định tuyến đảm bảo chất lượng là phù hợp. Một cách phù hợp để phát triển thuật toán định tuyến đảm bảo chất lượng, giữ lấy mục tiêu cân bằng tải và khả năng tính toán tài nguyên, là ứng dụng tiêu chuẩn định tuyến mới hoặc trộn một vài tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng. Những tiêu chuẩn đảm bảo chất lượng đó có thể là: số bước nhảy nhỏ nhất, độ rộng băng thông còn dư lớn nhất, giá trị đường nhỏ nhất dựa vào việc sử dụng liên kết. Một phương pháp định tuyến thông thường là sử dụng thuật toán bước nhảy nhỏ nhất (min-hop algorithm MHA). Thuật toán này chỉ chọn đường nhỏ nhất với liên kết thấp nhất giốn như tiêu chuẩn định tuyến đơn. Thuật toán đường ngắn nhất rộng nhất (WSP) dựa trên thuật toán Bellman-Ford cũng được đưa ra. Hai tiêu chuẩn được trộn là: thứ nhất, chọn đường với số bước nhảy nhỏ nhất giữa tất cả các đường tối ưu, thứ hai nếu có hơn một đường để chọn thì chọn một đường với độ rộng băng thông dự trữ lớn nhất (MRB). MRB của một đường là nhỏ nhất giữa trong số tất cả các liên kết trên đường có độ băng thông dự trữ. Một phương pháp định tuyến khác được đưa ra là ngược với thuật toán WSP. Trong trường hợp này, đầu tiên ưu tiên chọn đường với độ rộngbăng thông nhỏ nhất và nếu có hơn một đường tối ưu thì đường với số bước nhảy nhỏ nhất được chọn. Thuật toán này gọi là đường rộng nhất ngắn nhất (SWP) WSP ưu tiên cao nhất cho việc sử dụng tài nguyên trong khi SWP dùng cho việc cân bằng tải trên mạng. Đề xuất khác định nghĩa chức năng của giá trị (cost) và ứng dụng tính toán đường ngắn nhất dựa trên giá trị đó. Tuy nhiên, các thuật toán hiện tại có một vài hạn chế khi chọn một đường với số bước lớn hơn (trong trường hợp của WSP) hoặc đường với một tiêu chuẩn cấp cho độ rộng băng thông, cả hai trường hợp này có thể trở thành điểm hạn chế. Để làm giảm điều này, Đề xuất khác được đưa ra là dùng biện pháp cưỡng ép các hoạt động của thuật toán để làm giảm các hạn chế của nó. Trong thuật toán đường thay thế động (DAP), giới hạn bước nhảy được sử dụng để ngăn ngừa đường được chọn lớn hơn một ngưỡng là số bước nhảy được tính toán bởi MHA. Đây là cơ sở của một thuật toán WSP với giới hạn số bước nhảy. 3.4.2 Thuật toán định tuyến trực tuyến đảm bảo chất lượng trong MPLS MPLS có khả năng thực hiện dễ dàng phép đo đảm bảo chất lượng để lựa chọn một đường mới. (LSPs). Trong phần này ta xem xét một vài đề xuất định tuyến trực tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ của MPLS, những ưu điểm và nhược điểm. Định tuyến động trong việc đảm bảo băng thông đường ngang với việc khôi phục dữ liệu. Đây là một đề xuất đầu tiên được đưa ra để xem xét MPLS trong việc thiết kết thuật toán định tuyến. Họ phát triển thuật toán định tuyến trực tuyến đảm bảo độ rộng băng thông LSPs để định tuyến dự phòng và đường hoạt động giống như các yêu cầu đến. Trong thuật toán này, nếu độ rộng băng thông đủ để thiết lập cả đường hoạt động và dự phòng mà chưa sẵn sàng, thì yêu cầu bị loại bỏ. Chỉ bảo đảm các lỗi liên kết/nút sẽ được tính toán tại. Dự phòng đa đường được thiết lập và vì thế có khả năng dự phòng sẽ phải được chia ra. Các thuật toán định tuyến khác, dựa trên hệ thống chưa sẵn sàng để tính toán đường, đã được đưa ra. Các phương pháp đó về cơ bản tính toán vấn đề về chiều dài của chương trình theo số nguyên. Một thuật toán với sự kết hợp thông tin sử dụng độ rộng băng thông liên kết (gọi là định tuyến động với thông tin một phần) được đưa ra như là một giải pháp tốt trong việc tính toán giá trị và hiệu suất mạng. Mục đích chính của đề xuất này để phát triển thuật toán định tuyến trực tuyến để sử dụng độ rộng băng thông nhỏ nhất. Không giống như các đề xuất khác phương pháp này không xem xét đến việc tối ưu hoá tỷ lệ yêu cầu loại bỏ, giống như mục đích ban đầu. Hạn chế chính của đề xuất này là yêu cầu loại bỏ số bước nhảy hoặc yêu cầu dự phòng đa đường. 3.4.3 Thuật toán định tuyến khôi phục động Trong đề xuất này việc thiết lập đường vòng (dự phòng) cho mỗi liên kết hoặc nút ngang bởi đường hoạt động ban đầu. Sử dụng khôi phục nội (dự phòng nội) với chi phí tài nguyên chia sẻ. So sánh giữa hai mạng thông tin khác nhau và kết hợp việc sử dụng thông tin trên mỗi đường, cung cấp đủ thông tin cho việc chọn đường có hiệu quả với độ rộng băng thông nội và đường dự phòng bảo đảm. Thuật toán này chỉ cho biết một phần nhỏ về độ rộng băng thông của mỗi liên kết, được sử dụng cho các đường hoạt động và chức năng sử dụng của đường dự phòng. 3.5 Kỹ thuật lưu lượng trong trong GMPLS Giới thiệu Mục đích của TE (kỹ thuật lưu lượng) là tăng hiệu quả và độ tin cậy vận hành mạng khi tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên mạng và hiệu năng lưu lượng. Trong vài năm gần đây lượng lưu lượng bởi các dịch vụ dựa vào Internet ngày càng trở nên rõ ràng hơn. Do đó, các thiết bị trong tương lai phải có khả năng đa dịch vụ để hỗ trợ các loại dịch vụ khác nhau với các yêu cầu QoS khác nhau. Tính không ổn định và không dự đoán trước được của lưu lượng Internet, đưa ra các yêu cầu thách thức cho NGN: tính mềm dẻo và khả năng phản ứng lại nhanh chóng sự thay đổi lưu lượng. Phương pháp dựa vào cung cấp tài nguyên vượt quá được sử dụng trong các mạng viễn thông ngày nay không phải là giải pháp mang lại lợi nhuận cho NGN. 3.5.2 Vai trò của MPLS Kiến trúc MPLS căn cứ vào sự ngăn cách giữa mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển, tái sử dụng và mở rộng các giao thức IP hiện tại cho các chức năng định tuyến, báo hiệu, khi mà lại đưa vào một mô hình hướng kết nối trong bối cảnh dựa vào Internet. Nó dựa vào sự đóng các gói IP thành các gói được gắn nhãn mà được gửi vào miền MPLS theo kết nối ảo có tên là tuyến chuyển mạch nhãn (LPS). Các phần tử chính của mạng MPLS là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSRs)-thực hiện chuyển mạch nhãn, và các bộ định tuyến đỉnh (E-LSRs)-hoạt động tại đầu vào và đầu ra của miền MPLS. Mỗi kết nối ảo, nghĩa là mỗi LPS, có thể được thiết lập tại LSR đầu vào bởi điều khiển theo thứ tự, trước khi gửi các gói. LSP này có thể bị ép theo một tuyến mà quyền ưu tiên được tính nhờ vào chức năng định tuyến hiện. Đặc trưng chủ yếu của mô hình MPLS liên quan tới khả năng tái sử dụng nguồn tài nguyên mạng trên một tuyến riêng biệt bởi các giao thức báo hiệu phù hợp (ví dụ: RSVP-TE, CR-LDP). Do đó, LSP biểu diễn một kết nối ảo trong mạng MPLS như các mạch ảo và các tuyến ảo trong ATM. Cụ thể, mỗi LSP có thể được thiết lập, xoá bỏ, định tuyến lại nếu cần, và được điều chỉnh bởi sự biến đổi một số thuộc tính của nó, gồm có băng thông. Thực chất, băng thông của LSP có thể điều chính một cách tự động, tăng theo mong muốn, theo một yêu cầu đặc biệt tại LSR đầu vào duy trì tất cả các thuộc tính khác. Hơn nữa, kỹ thuật chiếm hữu trước trong LSP cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ các luồng dữ liệu có ưu tiên cao hơn để tránh tranh chấp trong mạng. Đặc trưng quan trọng khác của MPLS liên quan tới khả năng sắp xếp các nhãn để đưa ra các mức có thứ bậc khác nhau thay vì hai mức trong ATM. Đặc trưng này hỗ trợ các dịch vụ VPN, cho phép mở rộng điều khiển MPLS cho các cộng nghệ khác. 3.5.3 Định tuyến trên cơ sở ràng buộc: thành phần chính cho xây dựng lưu lượng Sự kết hợp của chức năng định tuyến hiện, kỹ thuật dành riêng tài nguyên và định tuyến trên cơ sở ràng buộc (CBR) trong mạng MPLS biểu diễn các thành phần chính để thực hiện chiến lược xây dựng lưu lượng hiệu quả. Cụ thể, tiêu chuẩn được sử dụng để chọn các tuyến trong mạng và định tuyến lại các luồng lưu lượng theo các tuyến khác, là quyết định trong việc áp dụng các chiến lược TE. Chuẩn này cần tính nhiều tham số hơn cấu hình mạng đơn giản. Tóm tắt hoạt động định tuyến trên cơ sở ràng buộc được minh hoạ trong hình 3.14. Thực ra, khi tính toán tuyến cho đường dẫn được yêu cầu (LSP trong trường hợp mạng MPLS), CBR phải xem xét cả ràng buộc mạng và người sử dụng. Vấn đề trước quan tâm tới trạng thái liên kết, độ khả dụng của tài nguyên ngoài cấu hình mạng, trong khi vấn đề sau liên quan tới các yêu cầu băng thông, các nhóm kinh doanh, quyền ưu tiên,.... Khi tuyến hiện được tính, thủ tục dành riêng tài nguyên được bắt đầu bởi các giao thức báo hiệu như RSVP. Theo cách này, CBR tìm tuyến dài hơn nhưng nhỏ hơn các tuyến bị tắc nghẽn thay vì các tuyến ngắn nhất. Do đó lưu lượng mạng được phân bố đều hơn và tắc nghẽn được ngăn cản. Hình 3.2: Nguyên lý định tuyến trên cơ sở ràng buộc Có hai phương pháp chính được xem xét để tính toán tuyến là: trực tuyến (on-line), ngoại tuyến (off-line). Về cơ bản, phương pháp off-line liên quan tới tính tuyến được xác định trước, thường được thực hiện bởi công cụ tối ưu hoá mạng ngoài, còn phương pháp on-line liên quan tới tính toán tuyến theo yêu cầu, đạt được tự động bởi các giao thức báo hiệu hoặc bởi công cụ ngoại tuyến. Phương pháp off-line thích hợp để đạt được tuyến tối ưu toàn bộ trên cơ sở ma trận lưu lượng (biểu diễn các yêu cầu kết nối biết trước cho mọi cặp node mạng). Về mặt logic, phương pháp này rất thích hợp khi nhu cầu lưu lượng là khá ổn định: nghĩa là sự thay đổi lưu lượng không liên quan tới yêu cầu thiết kế lại tuyến cho các luồng dữ liệu khác. Đó là trường hợp lưu lượng thoại truyền thống mà hoàn toàn có thể dự đoán được và khá ổn định: vì vậy ma trận lưu lượng khá nhất quán. Nhưng lưu lượng Internet không dự đoán được mà cũng không ổn định. Vì vậy, phương pháp off-line không thích hợp vì hoặc là nó dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng (các ống truyền dẫn không được lấp đầy) hoặc xảy ra tắc nghẽn do lưu lượng tăng và tài nguyên được cấp phát không đủ. Để đáp ứng lại nhanh chóng các thay đổi lưu lượng Internet, phương pháp on-line thoả mãn hơn. Cụ thể, phương pháp định tuyến on-line gồm có ước lượng tuyến “theo yêu cầu”, khi cần, nghĩa là, khi có một yêu cầu hoặc thay đổi yêu cầu trước. Do đó, nó thích hợp để thực hiện quá trình điều chỉnh LSP kế tiếp. Vấn đề chính trong các trường hợp này là duy trì sự ổn định. Thực chất, tính ổn định có thể xuất hiện khi thời gian cần thiết để định tuyến một luồng dữ liệu mới là bậc của thời gian ưu tiên mà yêu cầu được bắt đầu. Rõ ràng, phương pháp on-line cũng không phù hợp để thực hiện quá trình điều chỉnh tuyến. Tuy nhiên, định tuyến on-line cần tiêu thụ nhiều tài nguyên hơn. Kết quả là, phương pháp lai là một giải pháp tốt nhất để khai thác các ưu điểm của cả hai phương pháp. Từ đó ta thấy CBR trong các mạng thực tế là một vấn đề cốt yếu và phức tạp. Ở đây ta đề xuất một hệ thống xây dựng lưu lượng thực tế, sử dụng phương pháp định tuyến lai mới. Cụ thể hơn, hệ thống TE viện dẫn thủ tục off-line để đạt được tính toán các tuyến tối ưu toàn bộ, theo ma trận lưu lượng, còn việc dẫn thủ tục định tuyến on-line để điều chỉnh tự động một cách tuần tự các yêu cầu lưu lượng thực tế, cho phép đáp ứng nhanh chóng sự thay đổi lưu lượng.