Giao thức định tuyến PNNI

MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 2 Giới thiệu về PNNI 3 Chương 1 : Báo hiệu PNNI 4 1.1: Thủ tục thiết lập kênh ảo trong mạng PNNI 5 1.2: Danh sách đường đi định sẵn 5 1.3: Thủ tục Crankback và định tuyến luân phiên 6 Chương 2 : Định tuyến PNNI 7 2.1: Cấu trúc vật lý mạng 7 2.2: Cấu trúc phân cấp của mạng PNNI 8 2.3: Định tuyến PNNI mở rộng 15 2.4: Proxy PAR 17 2.5: PNNI tích hợp 21 Một số từ viết tắt 25 Tài liệu tham khảo 26 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, đặc biệt là các ứng dụng trên môi truờng mạng Internet thì yêu cầu về thông tin không còn đơn thuần là các trang web hay thư điện tử, mà còn có các ứng dụng đa phương tiện với hình ảnh, âm thanh… và hơn nữa là phải đáp ứng được các đòi hỏi ngày càng cao về chất lượng dịch vụ, tính bảo mật ... Đa số các dịch vụ hiện nay chạy trên nền công nghệ IP, tuy nhiên, công nghệ này có một số nhược điểm về chất lượng dịch vụ và độ an toàn không cao . Do vậy ngành công nghiệp viễn thông hiện nay đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp các ưu điểm của công nghệ IP ( như cơ cấu định tuyến ) và của ATM ( như băng thông, độ tin cậy , chất lượng dịch vụ). Công nghệ PNNI là một trong những giải pháp đuợc đưa ra nhằm đáp ứng nhu cầu này. Nội dung chính của báo cáo này sẽ giới thiêu về một số đặc điểm công nghệ chính trong giao thức PNNI. Giới thiệu về PNNI Hình 1 : Mô hình mạng PNNI PNNI được viết tắt từ cụm từ: Private Network Network Interface – giao diện nút mạng riêng. PNNI là phương pháp định tuyến dựa vào kỹ thuật trạng thái liên kết được sử dụng trong mạng chuyển mạch ATM riêng. PNNI gồm có 2 giao thức : Giao thức báo hiệu nói về các bản tin sử dụng trong quá trình thiết lập kết nối từ điểm tới điểm và điểm tới nhóm đích trên mạng ATM. Giao thức này xây dựng trên nền tảng là các tín hiệu theo chuẩn UNI trong mạng ATM , có bổ sung thêm cơ chế hỗ trợ định tuyến nguồn, thủ tục Crankback và định tuyến luân phiên ( phục vụ cho viêc thiết lập lại kênh truyền trong trường hợp có lỗi khi kết nối ) Giao thức định tuyến nói về cấu hình mạng phân phối giữa các chuyển mạch ATM . Giao thức này dùng để tính toán đường đi trên mạng. Mô hình phân cấp của mạng PNNI đảm bảo nó có thể ứng dụng trong các môi trường mạng lớn . Báo cáo này sẽ phân tích về 2 giao thức trên, theo đó chương 1 của báo cáo sẽ nói về báo hiệu trong PNNI và chương 2 nói về định tuyến trong PNNI. Chương 1: Báo hiệu PNNI Trong chương này chúng ta sẽ mô tả về các thủ tục báo hiệu được sử dụng trong giao thức PNNI , các thủ tục này giúp tạo kênh ảo để truyền tin qua mạng ATM PNNI giai đoạn một có một số đăc điểm chính như sau : Hỗ trợ tất cả các báo hiệu của chuẩn UNI 3.1 và tương thích với một số đặc điểm của báo hiệu chuẩn UNI 4.0. Phù hợp cho ứng dụng với các mạng lớn. Hỗ trợ định tuyến phân cấp. Hỗ trợ đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS Hỗ trợ định tuyến với nhiều tham số và thuộc tính Sử dụng định tuyến nguồn. Hoạt động trong các khu vực đã được phân chia. Giải pháp định tuyến động, có thể đáp ứng sự thay đổi về cơ sở mạng Hỗ trợ anycast Báo hiệu PNNI được xây dựng tương thích với chuẩn UNI 3.1 về các giao diện kết nối trong mạng ATM , gồm các tính chất cơ bản như sau : Kết nối điểm – điểm và điểm – đa điểm . Có tính đến chất lượng dịch vụ Hỗ trợ Anycast Cung cấp tín hiệu ABR (available bit rate ) Kết nối đường dẫn chuyển mạch ảo Thỏa thuận về tham số truyền – số khối tối đa, số khối tối thiểu và kích thước khối Ngoài ra ,báo hiệu PNNI xây dựng để tương thích với phiên bản UNI 4.0 nên có thêm kênh ảo cố định mềm - SPVC (Soft Permanent Vitual Circuit), ở cả mức kênh ảo -VC (vitural chanel) và luồng ảo – VP (Virutal Path) . Hơn nữa, do mô hình PNNI sử dụng kỹ thuật định tuyến nguồn nên giao thức báo hiệu có thể hỗ trợ cả danh sách đường đi định sẵn DTL, thủ tục Crankback, và định tuyến luân phiên. 1.1 Thủ tục thiết lập kênh ảo trong mạng PNNI Khi thiết lập kênh ảo từ điểm đầu đến điểm cuối đi qua mạng PNNI, tại nút nguồn, thủ tục thiết đặt được khởi tạo . Đầu tiên, nút nguồn quyết định yêu cầu thiết lập kênh và sử dụng thông tin có trong sở dữ liệu mạng tại chính nút nguồn để tìm đường đưa đến đích theo yêu cầu tạo kênh, đường đi được thiết lập phụ thuộc vào luật định tuyến tại nút nguồn. Sau khi tìm được đường đi, nút nguồn đẩy danh sách các nút trung gian được chọn để đi qua vào phần tử thông tin gọi là DTL ( danh sách đường đi định sẵn ). DTL bao gốm các thông điệp báo hiệu để có thể thông qua nút chuyển kế tiếp. Kênh ảo có thể bị lỗi nếu như thông tin định tuyến được đưa vào thời điểm nút nguồn xác định đường đi không còn chính xác, trường hợp này có thể xảy ra với các mạng lớn do có độ trễ khi truyền giữa các nút. Vì vậy PNNI bổ sung thêm thủ tục quay vòng Crankback để báo cáo lỗi cho nút nguồn, từ đó nút nguồn sẽ tìm một đường đi khác để thiết lập kênh ảo. Thủ tục quay vòng này sẽ đựoc giới thiệu trong phần 2.3 của báo cáo này . 1.2 DTL – Danh sách đường đi định sẵn PNNI sử dụng định tuyến nguồn để chuyển tiếp yêu cầu của kênh ảo chuyển mạch SVC qua một nút hoặc một tầng trong cấu trúc phân cấp của định tuyến PNNI. PNNI xác định hướng đi từ nút nguồn bằng danh sách đường đi định sẵn. DTL (Designated Transit List ) là một bảng thông tin được định nghĩa đầy đủ đường đi từ nguồn đến đích qua các nhóm cùng cấp của cấu trúc phân tầng PNNI. Danh sách đường đi định sẵn được tính toán từ nút nguồn hay nút đầu tiên trong nhóm để nhận yêu cầu về kênh ảo chuyển mạch SVC. Dựa trên cơ sở dữ liệu về tình trạng mạng của nút đầu tiên, nó tính toán đường đi đến đích để đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Các nút trung gian tạo các liên kết đến nút kế tiếp theo danh sách định sẵn, thực hiện quản lý kênh ảo và chuyển tiếp yêu cầu của kênh ảo chuyển mạch trên mạng . DTL thực hiện như phần tử thông tin khi gửi bản tin SETUP trong mạng PNNI. Nút nguồn tính tóan danh sách đường đi định sẵn cho toàn bộ đường đi đến đích qua các nhóm cùng cấp. Một DTL được tính toán trên yêu cầu cho các nhóm cùng cấp. Khi nút nguồn cung cấp danh sách DTL đầy đủ cho các nhóm cùng cấp , nó đưa ra tên định danh của các nhóm khác, các nút mà nó sẽ đi qua. Danh sách DTL sẽ chứa địa chỉ tường minh của các chuyển mạch trong các nhóm cùng cấp của nút nguồn và địa chỉ logic hóa của các chuyển mạch trên các nhóm cùng cấp khác. Khi có một yêu cầu nằm trong phạm vi nút trong một nhóm mới, nó xóa danh sách DTL cũ và tính tóan DTL mới để đi qua nhóm này. Khi yêu cầu đến đích nằm trong phạm vi nhóm cùng cấp, nút ở biên của nhóm cùng cấp sẽ tính toán đường đi đến nút đích. 1.3 Thủ tục Crankback và định tuyến luân phiên Trong mạng PNNI , khi tìm đuờng đến đích, đường đi được tính toán theo cơ sở dữ liệu trạng thái mạng tại nút nguồn, bao gồm thông tin về các node dự định đi qua tại thời điểm yêu cầu kết nối. Đối với một mạng lớn , thông tin về tình trạng của các nút có thể không được cập nhật kịp thời do một số nguyên nhân liên quan đến thời gian hội tụ và độ trễ lan truyền giữa các node. Trong truờng hợp này, yêu cầu tạo kênh có thể bị hủy giữa chừng vì băng thông của kênh truyền, nút truyền trung gian không đáp ứng được như thông tin về đuờng truyền theo tính toán tại nút nguồn, nguyên nhân ở đây là do băng thông của hệ thống vào thời điểm cập nhật bảng DTL và băng thông khi kênh truyền được thiết đặt không còn giống nhau. Nút mà DTL bị chặn lại gửi bản tin RELEASE đến nút trước nó theo danh sách đường đi định sẵn DTL và cũng bao gồm phần từ thông tin Crankback . Khi thống kê tất cả các thông tin cần thiết để tìm đường định tuyến luân phiên, phần tử thông tin xác định lý do bị hỏng của quá trình lập kênh truyền và chặn nút hoặc liên kết đã xảy ra hỏng đó. Thông tin này được sử dụng tại nút nguồn để tìm đường định tuyến luân phiên. Nút nguồn bỏ qua nút hoặc liên kết đã bị chặn và thử tìm đường đi khác đến đích. Nếu nó tìm được đường đi, bản tin SETUP mới được điền vào bảng DTL và cùng gửi đến đích. Thủ tục Crankback và định tuyến luân phiên mang lại cho PNNI lợi thế để nâng cao khả năng thành công trong việc thiết lập kênh. Người sử dụng có thể đặt được số lần thử lại tối đa của thuật toán quay ngược để thử kết nối tại nút nguồn kết nối với đầu cuối nhằm đạt được hiệu năng cao nhất cho mạng. Trên đây đã trình bày một số điểm chính về danh sách đường đi định sẵn , thủ tục Crankback và định tuyến luân phiên trong báo hiệu của định tuyến PNNI. Phần tiếp theo của báo cáo sẽ trình bày về giao thức định tuyến trong PNNI. Chưong 2: Định tuyến PNNI Trong chương này chúng ta sẽ giới thiệu tóm tắt về quá trình định tuyến PNNI . Các chức năng chính của định tuyến PNNI bao gồm: Tìm kiếm thông tin trạng thái các nút lân cận. Trao đổi thông tin về cơ sở dữ liệu cấu hình mạng Tràn lụt các tin trạng thái cấu hình PTSE Bầu ra truởng nhóm trong nhóm cùng cấp – PGL Tổng kết lại các thông tin trạng thái của cấu hình mạng. Xây dựng đường đi trong hệ thống phân cấp. Ban đầu, thuật toán Dijkstra được sử dụng trong định tuyến PNNI. Tuy nhiên, nó chỉ đáp ứng được yêu cầu tìm đường trong đó đòi hỏi đáp ứng tham số chất lượng dich vụ đơn lẻ .Vì vậy, thuật tóan Dijkstra không thể sử dụng cho định tuyến đáp ứng đảm bảo chất lượng với nhiều dịch vụ cùng lúc. 2.1 Cấu trúc vật lý mạng Hình 2 .1: Cấu trúc vật lý mạng Hình 2.1 giới thiệu một mô hình mạng với 26 nút và các liên kết vật lý của các nút đó, ở đây mỗi nút được mô tả bằng một vòng tròn nhỏ, các liên kết là các đường thẳng nối giữa 2 nút với nhau . Cấu trúc vật lý của định tuyến PNNI được áp dụng trên nền của mô hình mạng này. Tuy nhiên , nếu giao thức PNNI chỉ hỗ trợ mô hình mạng phẳng như hình vẽ 2.1 thì mỗi nút sẽ phải cập nhật mọi thông tin về liên kết cũng như các nút của cả mạng. Điều này có thể hiệu quả đối với những mô hình mạng nhỏ, tuy nhiên đối với mô hình mạng lớn thì nó không còn phù hợp. Do vậy định tuyến PNNI cung cấp một cấu hình phân cấp nhằm mang lại hiệu quả cao hơn trong quá trình làm việc. 2.2 Cấu trúc phân cấp của mạng PNNI Hình 2.2 Mô hình phân cấp của mạng PNNI Hình vẽ 2.2 mô tả mô hình phân cấp của mạng PNNI, sau đây chúng ta sẽ nói rõ hơn về các thành phần trong mô hình này. Nút logic và liên kết logic: Nút logic là thành phần cơ bản nhất trong mô hình hệ thống mạng PNNI, nó nằm ở tầng dưới cùng trong hệ thống phân cấp mạng. Liên kết giữa các 2 nút logic gọi là liên kết logic, liên kết này có thể là một liên kết vật lý hoặc một kênh VPC. Liên kết logic giữa 2 nút một nhóm cùng cấp còn gọi là liên kết ngang, liên kết giữa 2 nút thuộc 2 nhóm cùng cấp khác nhau còn gọi là kiên kết bên ngòai. Nhóm ngang hàng PG ( Peer Group) : Tập hợp các nút logic có chia sẻ thông tin cấu trúc mạng do các nút đó quảng bá trong cấu trúc mạng gọi là nhóm ngang hàng . Thành viên trong các nhóm ngang hàng này tìm kiếm thông tin về các nút lân cận bằng giao thức HELLO, mỗi nút gửi gói tin HELLO qua cổng kết nối tới nút khác để thu được thông tin về các nút khác. Về vật lý các nhóm ngang hàng bao gồm các nút vật lý, về logic các nhóm ngang hàng là nhóm các nút đuợc tập hợp bởi các nút logic đại diện cho các nhóm cùng cấp ở tầng thấp ở tầng tiếp theo của cấu trúc. Đối với hình 2.2 ta có các nhóm ngang hàng với nhau là PGA,PGB, ở tầng thấp hơn ta có các nhóm PGA1,PGA2,PGB1,PGB2,PGC là ngang hàng với nhau. Định danh nút, định danh nhóm ngang hàng Định danh nhóm ngang hàng và định danh nút được sử dụng để phân biệt các nút trong cùng một nhóm ngang hàng cũng như giữa các nhóm với nhau, có 13 octet đầu của địa chỉ ATM để định danh nút. Trong hình 2.2 ta có thể thấy định danh các nhóm như PGA, PGA1…,và định danh các nút khác nhau như A1.1, A1.2 ... Điều này cho thấy rõ tính duy nhất của mỗi nút và mỗi nhóm trong mô hình PNNI Trưởng nhóm ngang hàng PGL ( Peer Group Leader ) Trong nhóm cùng cấp , sau khi các nút trao đổi thông tin theo giao thức HELLO, quá trình bầu chọn ra 1 nút làm truởng nhóm cùng cấp này sẽ bắt đầu. Nút trưởng nhóm này sẽ đại diện cho các nút trong cùng nhóm tại các mức tiếp theo cao hơn. Nút truởng nhóm sẽ tổng hợp thông tin nhóm và gửi thông tin đến nút logic đại diện cho nó ở các mức kết tiếp. Đồng thời, nó thu thập thông tin về các tầng cha ông, thông tin này đựoc sử dụng để tìm đường cho người sử dụng muốn đi qua nhóm ngang hàng . Ví dụ trong hình 2.2, các nút truởng nứom được đánh dấu bằng một hình tròn đen như A1.1, B2… Nút đại diện cho nhóm logic LGN (Logical Group Node) Nút đại diện cho nhóm logic là khái niệm trừu tượng về nút có chức năng giới thiệu nhóm cùng cấp ở tầng dưới với tầng trên của mạng PNNI trong mô hình phân cấp, nó tập hợp và tổng kết các thông tin về nhóm con ứng với nó. LGN bao gồm thông tin cấu trúc mạng được tập hợp lại ở tầng dưới bởi nút truởng nhóm. Thông tin này liên tục được gửi tới các nút ở nhóm khác theo kỹ thuật tràn lụt. Ví dụ : Trong hình 2.2 nút A.1 cung cấp thông tin về nhóm PGA1 cho các nút ở PGA. Ta có thể thấy chức năng của Nút đại diện cho nhóm logic và nút truởng nhóm của nhóm con ở tầng thấp hơn của nó khá giống nhau. Tập hợp các LGN cũng được chia thành các nhóm cùng cấp với định danh xác định. Nhóm các LGN này cũng bầu ra truởng nhóm nhằm nhiệm vụ tập hợp thông tin của các thành viên trong nhóm – thông tin về nhóm con ứng với mỗi thành viên của nhóm và tràn lụt thông tin đó trong nhóm cùng cấp cũng như đại diện với tầng trên của nhóm trong mô hình phân cấp. Đối với nút đại diện cho nhóm logic , thông tin của nó nhận được là thông tin từ nút truởng nhóm của nhóm con gửi lên , gọi là thông tin lên , và thông tin do nó gửi xuống nhóm con là thông tin xuống. Nút biên và liên kết bên ngoài Nút biên là nút được xác định rõ ràng trong một nhóm tương đương. Nút biên là nút có chứa ít nhất một mối liên kết với nút nằm bên ngòai đường biên của nhóm cùng cấp. Nó được tìm thấy trong khi thực hiện giao thức HELLO bằng cách so tên định danh. Liên kết đến nút biên gọi là liên kết bên ngòai, không có các cơ sở dữ liệu được chuyển qua liên kết này mà chỉ có các thủ tục của gói tin HELLO trong giao thức PNNI được truyền trên đó. Liên kết trên và tương ứng liên kết trên Liên kết trên là liên kết mang thông tin cấu hình quảng bá từ nút biên đến nút ở bậc cao hơn – nút đại diện cho nhóm logic. Sự tồn tại của liên kết lên xuất phát từ việc trao đổi gói tin HELLO giữa các nút biên. Nhũng trao đổi được xác định ở bậc cao hơn nơi mà 2 nhóm cùng cấp có các nút logic giới thiệu trong cùng nhóm cha. Tương ứng liên kết trên là liên kết tồn tại do PNNI cho phép tính không đối xứng trong liên kết giữa nhóm cha và nhóm con VD trong hình 2.2 ta có: Liên kết giữa nút B2.3 và nút C là liên kết trên Liên kết giữa nút B.2 và nút C là tương ứng liên kết trên Nhóm cha và nhóm con Nhóm cha là nhóm bao gồm nhóm các nút đại diện cho nhóm logic của tầng thấp hơn tại tầng cao hơn, nhóm con là nhóm các nút mà trong cấu trúc thông tin là chuyển giữa chính nó và nhóm logic miêu tả nhóm này với nhóm cha . Nút con là nút thuộc nhóm con nằm ở tầng thấp hơn trong hệ thống phân cấp của cấu trúc mạng PNNI Trong mô hình PNNI , một nhóm ở mức con có thể có thể nằm ở tầng thấp hơn so với các nhóm con của các nút khác trong nhóm cùng cấp với nhóm cha Ví dụ trong hình 2.2, nhóm con PGC nằm ở tầng thấp nhất , cùng với các nhóm PGA1,PGA2,PGB1,PGB2. Giao thức HELLO Giao thức HELLO là thủ tục trạng thái liên kết sử dụng bởi các nút lân cận để tìm kiếm sự tồn tại và nhận dạng với nhau. Trong gói tin HELLO có chứa một số thông tin như địa chỉ cuối của hệ thồng ATM, định danh nút, định danh nhóm ngang hàng, nếu 2 nút có cùng định danh nhóm ngang hàng thì chúng cùng thuộc một nhóm ngang hàng do vậy các nút có thể biết được các nút nào nằm cùng nhóm ngang hàng với nó, nút nào khác nhóm ngang hàng. Giao thức PNNI được trao đổi liên tục khi có mối liên kết , do vậy có thể nói nó cũng xác định được các liên kết bị hỏng. Sau khi trao đổi giao thức HELLO, nút tạo ra phần tử trạng thái cấu hình PTSE ( PNNI Topology State Element ) và trao đổi liên tục với các nút lân cận bằng kỹ thuật tràn lụt. PTSE : phần tử trạng thái cấu hình PNNI PTSE là tập hợp thông tin nhỏ nhất của thông tin định tuyến PNNI được tràn lụt giữa các nút logic trong một nhóm cùng cấp . Thông tin cơ sở dữ liệu cấu hình mạng tại một nút bao gồm thông tin của tất cả các phần tử thông tin PTSE mà nó đã nhận được . PTSE là phần tử thông tin sử dụng bởi các nút để xây dựng và trao đổi dữ liệu cấu trúc mạng trong các nhóm cùng cấp, các PTSE được trao đổi liên tục giữa các nút theo kiểu tràn lụt trong cùng nhóm cùng cấp và đi xuống từ LGN đến các nhóm con để thông tin đến các nút lân cận về tài nguyên thông tin. PTSE bao gồm thông tin cấu hình mạng về các liên kết, nút trong các nhóm cùng cấp, các tham số , trọng số trong đó có thể có các thông số động như băng thông... tập hợp các phần tử PTSE được mang trong gói tin trạng thái cấu hình ( PTSP ). Các gói này với thông tin cập nhật về cấu hình được gửi đi nếu có một thay đổi trong cấu hình mạng Kênh điều khiển định tuyến Các nút lân cận trong mô hình PNNI có một kênh điều khiển định tuyến để trao đổi thông tin về định tuyến PNNI. Ở tầng thấp nhất của mô hình PNNI, các nút sử dụng một kênh VCC được định sẵn để điều khiển định tuyến. Tại tầng cao hơn của mô hình PNNI , các nút đại diện cho nhóm logic sử dụng một kênh SVCC. Thông tin yêu cầu thiết lập kênh SVCC này được bắt nguồn từ những tin quảng bá gửi qua liên kết trên trong nhóm cùng cấp đại diện bởi nút đại diện cho nhóm logic. Kỹ thuật tràn lụt Kỹ thuật tràn lụt là sự lan truyền các phần tử thông tin PTSE xuyên suốt các nhóm ngang hàng, nó đảm bảo cho mỗi nút trong nhóm cùng cấp có thể duy trì định danh trong cơ sở dữ liệu cấu hình mạng. Kỹ thuật tràn lụt chính là phương pháp quảng bá thông tin trong định tuyến PNNI Về bản chất, kỹ thuật tràn lụt gồm các bước sau đây : Các phần tử PTSE được đóng gói thành các PTSP để truyền đi Khi PTSP được nhận , nó kiểm tra các thành phần PTSE trong đó Mỗi phần tử PTSE đã được nhận sẽ báo cáo lại việc nó đã được nhận bằng cách gửi gói tin Acknowlegment đến nút vừa gửi gói tin PTSP chứa phần tử PTSE đó. Nếu thông tin chứa trong phần tử PTSE là mới hoặc có thời gian khởi tạo gần hiện tại hơn so với gói tin trong cơ sở dữ liệu thì nó sẽ được cài đặt lên cơ sở dữ liệu và gửi tràn lụt đến các nút khác. Các phần tử PTSE sẽ được gửi đi gửi lại sau những khoảng thời gian nhất định cho đến khi nhận được gói tin trả lời Acknowlegment. Nếu sau một thời gian , một nút không được cập nhật thì nó sẽ bị xóa đi trong cơ sở dữ liệu. Điều khiển định tuyến PNNI ATM cho phép người sử dụng thiết lập khi thiết lập kênh truyền các giá trị về đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS và các giá trị về băng thông để đáp ứng yêu cầu chất lượng kênh truyền. Kênh truyền được thiết lập bao gồm 2 thao tác chính : Chọn đường đi từ nguồn đến đích Thiết lập các kết nối từ mỗi điểm trên đường truyền Quá trình tìm đường kết thúc khi tìm được đường đi từ nguồn đến đích và đường đi đó đảm bảo được các yêu cầu về chất lượng dịch vụ cũng như băng thông dựa trên những thông tin có sẵn. Các nút được đi qua trên kênh truyền phải có đủ khả năng để đáp ứng, nếu không thủ tục Crankback sẽ được thực hiện. Trên thực tế, hiện nay các thuật toán phục vụ cho việc tính toán các tham số về đảm bảo chất lượng dịch vụ hiện nay vẫn đang được nghiên cứu phát triển. Một số thuật toán hiện nay đang được sủ dụng đòi hỏi các tính toán rất “đắt” với nhều giá trị tham số và trọng số phức tạp. Do vậy PNNI cho phép lựa chọn một cách mềm dẻo các phương pháp tính toán để đưa ra thông tin về đảm bảo chất lượng dịch vụ. Hội tụ mạng Khái niệm hội tụ mạng được đưa ra nhằm giảm bớt các thông tin lan truyền về nút cũng như các thông tin về các liên kết để đạt được hiệu năng cao hơn khi phát triển các mạng lớn. Hội tụ mạng không chỉ được thúc đẩy phát triển bởi nhu cầu làm giảm sự phức tạp của mạng mà còn nhằm che giấu cấu hình mạng của các nhóm có nhu cầu được bảo mật trong cấu hình mạng. Hội tụ mạng bao gồm hội tụ liên kết và hội tụ về nút. Để đặc tả thông tin cấu hình mạng PNNI ở cấp con cho nút logic ở mức cha, cần thiết phải có sự hội tụ thông tin của nút và liên kết. Quá trình này tổng hợp tin tại một nhóm cùng cấp để quảng bá lên tầng trên. Hội tụ cấu hình mạng được thực hiện bởi các truởng nhóm cùng cấp PGL. Nhiều liên kết ở mức con được tập hợp vào trong một liên kết ở mức cha và các nhóm nút cùng cấp được tập hợp lại vào trong Nút đại diện cho nhóm logic tại tầng kế tiếp. Chọn đường đi trong PNNI Có 2 phương pháp cơ bản được sử dụng trên các mô hình mạng đó là định tuyến nguồn và định tuyến từng bước ( hop - by - hop). Về nguyên tắc, cả 2 phương pháp trên đều có thể được áp dụng trên các mạng kỹ thuật hướng kết nối như ATM. Tuy nhiên, phương pháp định tuyến theo tính toán từng bước có một số bất lợi trong truờng hợp này . Định tuyến từng bước có thể bị lặp vòng, xảy ra mâu thuẫn giữa các nút khi chọn đường do mỗi nút sử dụng các thuật toán khác nhau, mâu thuẫn do cơ sở dữ liệu cấu hình mạng trên các nút chuyển mạch không đồng bộ. Ngoài ra định tuyến từng bước còn có một số hạn chế khác . Đối với định tuyến nguồn, điểm nguồn có trách nhiệm chọn đuợc đi đến đích một cách rõ ràng , chuẩn xác , các nút trung gian phải thực hiện đúng theo đường đi này. Do vậy không xảy ra hiện tượng lặp vòng , mâu thuẫn giữa các chuyển mạch, không phụ thuộc vào cơ sở dữ liệu của nút trung gian. Đối với định tuyến nguồn, các nút chuyển mạch phải sử dụng cùng một thuật toán, vì vậy cũng không có mâu thuẫn về tính toán giữa các nút. Để loại bỏ các hạn chế của định tuyến từng bước cũng như tận dụng các ưu điểm của định tuyến nguồn, PNNI sử dụng định tuyến nguồn cho tất cả các yêu cầu tạo kênh truyền. Điều này dẫn đến nút đầu trong nhóm cùng cấp PG phải chọn đường đi cho các kênh liên lạc trong mạng. Các thuộc tính và tham số của cấu trúc mạng PNNI Về cơ bản PNNI là một cấu trúc trạng thái có tham số, các tham số được trao đổi giữa các nút, và chúng đã được phân loại như các trọng số và thuộc tính, trọng số là các giá trị ứng với các liên kết và các nút trong kênh chuyển mạch ảo yêu cầu tìm đuờng để xác định xem đuờng dẫn có được chấp nhận hay không. Thuộc tính là các tham số riêng tại chuyển mạch. 2.3 Định tuyến PNNI mở rộng Định tuyến PNNI mở rộng PAR (PNNI Augmented Routing) là phương pháp đầu tiên mở ra khả năng định tuyến PNNI để hỗ trợ IP. Trong mạng PAR tất cả các bộ định tuyến IP chạy các giao thức IP truyền thống như là OSPF để xây dựng và quản lý bảng chuyển tiếp gói tin. Tất cả các chuyển mạch ATM chạy giao thức định tuyến PNNI. PAR cho phép các bộ định tuyến gắn trường chuyển mạch ATM cũng là một thành viên trong hoạt động phân bổ cấu hình PNNI. Đặc biệt, bộ định tuyến PAR sử dụng định tuyến PNNI để phát hành sự hiện diện và khả năng của nó ( giao thức định tuyến, nhận dạng bộ định tuyến, địa chỉ IP,..), cũng như thu nhận các thông tin và dịch vụ hỗ trợ bởi các bộ định tuyến khác. Bộ định tuyến lọc các thông tin nhận được qua tiến trình xử lý định tuyến PNNI và tách ra các thông tin cần thiết để thiết lập các SVC. PAR cho phép các bộ định tuyến có các tham số cấu hình IP chung để xây dựng và duy trì một tập các SVC tới các bộ định tuyến khác, vì vậy quản lý và cấu hình mạng sẽ đơn giản đi rất nhiều, thêm vào đó là các bộ định tuyến không phải cấu hình PVC giữa các bộ định tuyến. PAR cung cung cấp khả năng hỗ trợ nhiều mạng ảo trên một nền mạng ATM, qua việc dán nhãn tất cả các thông tin liên quan tới PAR với một giá trị nhận dạng VPN. Nếu giá trị PAR cập nhật không tìm thấy giá trị nhận dạng của bộ định tuyến thì thông tin đó sẽ bị lọc bỏ. Các bộ định tuyến PAR có thể lọc các thông tin lớp IP như là các cờ giao thức và địa chỉ IP. Điều này chứng tỏ rằng các bộ định tuyến PAR sẽ không chỉ xử lý các thông tin cần thiết cho các điều hành định tuyến qua mạng ATM. Hình 2.3 : Định tuyến PNNI mở rộng Trong hình 2.3, các bộ định tuyến từ 1 đến 10 hỗ trợ OSPF. Các bộ định tuyến từ 4 đến 7 chạy giao thức PNNI và gắn các chuyển mạch ATM. Các bộ định tuyến PAR sẽ tham gia vào tiến trình quản lý cấu hình mạng PNNI. Chúng trao đổi bản tin Hello và tham gia vào nhóm ngang hàng nhau. Các bộ định tuyến PAR trao đổi các phần tử trạng thái cấu hình PNNI (PTSE) với các nút PNNI lân cận và xây dựng, duy trì cơ sở dữ liệu cấu hình PNNI. Chúng cũng đưa các thông tin của các bộ định tuyến non-ATM vào trong PTSE để quảng bá trong nhóm. Các chuyển mạch ATM chạy các PNNI tiêu chuẩn sẽ bỏ qua các thông tin này và chuyển toàn bộ tới các nút khác trong nhóm. Điều này cho phép các bộ định tuyến gắn ATM sử dụng PNNI để phân bổ thông tin IP tới các bộ định tuyến khác. Bởi vì các bộ định tuyến PAR duy trì cơ sở dữ liệu PNNI, nên chúng có một ánh xạ đầy đủ về cấu hình topo mạng. Các cập nhật PAR có thể được phân mức khác nhau trong một mạng PNNI. Cơ sở dữ liệu cấu hình PNNI duy trì bởi bộ định tuyến PNNI cũng chứa các địa chỉ và các dịch vụ hỗ trợ trên các bộ định tuyến PAR khác. Các bộ định tuyến này chia sẻ thông tin cấu hình mạng IP chung và thiết lập một số SVC khi khởi tạo mạng. PAR đòi hỏi không có sự thay đổi các chuyển mạch ATM khi PNNI đang chạy ngoại trừ trường hợp chúng có thể quảng bá PTSE một cách trong suốt. Một thiết bị PAR phải có khả năng tạo ra và giao tiếp với các thông tin liên quan tới PAR. Cuối cùng, các bộ định tuyến vẫn phải chạy các giao thức định tuyến IP truyền thống để xác định nút kế tiếp tốt nhất trên con đường tới đích. 2.4 Proxy-PAR Yêu cầu cơ bản của PAR là PNNI phải chạy đồng thời trên các bộ định tuyến. Để làm giảm nhẹ lưu lượng thông tin định tuyến cần chuyển qua mạng và tạo ra các chức năng cấu hình và tự động tìm kiếm, giải pháp proxy-PAR ra đời vào năm 1998. Proxy-PAR là một phiên bản nhỏ của PAR cho phép các bộ định tuyến gắn ATM khai thác phân bổ định tuyến PNNI từ các bộ định tuyến khác. Proxy-PAR gồm các thành phần client hoạt động trên các bộ định tuyến, thành phần server hoạt động trực tiếp trên các chuyển mạch ATM, thông tin giao thức server-client được trao đổi trên các dạng bản tin khác nhau. Client đăng ký các thông tin lớp IP tại server, các thông tin để đăng ký được phân bổ qua vùng PNNI. Client có thể truy vấn server các thông tin liên quan tới lớp IP có thể sử dụng. Giống như PAR. Mục tiêu của Proxy-PAR là để cho phép các thiết bị non-ATM sử dụng kỹ thuật tràn lụt PNNI để đăng ký và phát hiện dịch vụ. Hình 2.4 : Proxy – PAR Trong hình 2.4 các bộ định tuyến từ 1 đến 5 được đấu nối tới mạng ATM chạy PNNI trên các nút chuyển mạch. Mỗi một bộ định tuyến được cấu hình như là một thành viên trong vùng OSPF và chạy Proxy-PAR client. Thêm vào đó, các chuyển mạch này được đấu nối trực tiếp tới các bộ định tuyến chạy Proxy-PAR server. Khi mạng khởi tạo, Proxy-PAR client trên các bộ định tuyến sẽ liên lạc với server của chúng và đăng ký thông tin lớp IP như nhận dạng vùng OSPF, nhận dạng bộ định tuyến,v..v. Các thông tin này được sử dụng cho kỹ thuật tràn lụt PNNI và để các Proxy-PAR client lấy lại các thông tin cần thiết cho các điều hành tiếp theo. Trong trường hợp các thông tin cung cấp cho các bộ định tuyến có chứa địa chỉ ATM của các bộ định tuyến trong vùng OSPF, thì rất đơn giản cho quá trình xử lý của các bộ định tuyến khi muốn thiết lập các SVC với các bộ định tuyến khác. Kết quả là, các bộ định tuyến tự động cấu hình SVC với sự phản ánh trung thực cấu hình vùng OSPF. Người điều hành trong trường hợp này không cần cấu hình trước các PVC và để tìm các bộ định tuyến trong cùng vùng OSPF các SVC sẽ được thiết lập tự động. Thêm một điểm chú ý rằng mỗi một bộ định tuyến đơn phương truy vấn server về các thông tin liên quan tới PAR mà nó không cần tự động tràn lụt như trong trường hợp PAR. Tiªu ®Ò PNNI Cê §Þa chØ ATM Dù phßng Sè thø tù gãi ®¨ng ký Ph¹m vi Dù phßng KiÓu ChiÒu dµi ChØ sè nhËn d¹ng VPN §Þa chØ IP MÆt n¹ ®Þa chØ IP MÆt n¹ dÞch vô Hình 2.5 : Khuôn dạng gói tin Proxy – PAR Các đặc tính kỹ thuật của Proxy-PAR được định nghĩa trong 3 giao thức chức năng đặc biệt. Đầu tiên là giao thức Hello có bản chất giống như giao thức Hello PNNI giai đoạn 1. Giao thức hello thiết lập các liên liên kết giữa các Proxy-PAR server và Proxy-PAR client đăng ký thứ tự và các bản tin truy vấn có thể truyền. Server cũng thông tin cho các client qua giao thức hello thời gian phục vụ các dữ liệu. Thứ hai, là giao thức đăng ký. Proxy-PAR client sử dụng giao thức này để đăng ký các giao thức IP đặc biệt và các dịch vụ mà nó hỗ trợ. Liên quan tới các thông tin này là địa chỉ ATM và phạm vi của các thanh viên trong vùng PNNI. Cuối cùng nó cho phép các thông tin đặc biệt liên quan tới PAR được phân bổ trong vùng phân cấp PNNI. Ví dụ, một bộ định tuyến đăng ký các dịch vụ OSPF để phân bổ tới các bộ định tuyến khác trong cùng lớp vùng phân cấp PNNI, các dịch vụ BGP tới các bộ định tuyến BGP khác trong vùng phân cấp lớp trên. Khuôn dạng của một gói tin dịch vụ Proxy-PAR điển hình chỉ ra trên hình 2.5 trên đây. Nó gồm tiêu đề PNNI, địa chỉ ATM, số thứ tự và phạm vi thành viên. Một hoặc nhiều nhóm thông tin định nghĩa dịch vụ IG ( Sevice Definition Information Group) được sắp xếp phía dưới. Trong ví dụ này, IG định nghĩa cho IPv4 được chỉ ra, nó gồm có địa chỉ IPv4, mặt nạ địa chỉ, mặt nạ dịch vụ. Mặt nạ dịch vụ sẽ chỉ ra những dịch vụ thực tế được đăng ký ứng dụng ( OSPF, BGP, PIM). Mỗi một gói tin đăng ký gửi đi bởi Proxy-PAR client được server xác nhận và đáp lời. Các thông tin đăng ký này được tràn lụt qua mạng PNNI trong phạm vi các thành viên. Nó không trực tiếp gửi tới các client khác vì cần phải truy vấn tường minh từ các Proxy-PAR client. Nếu một Proxy-PAR client muốn đăng ký các thông tin mới, tất cả các thông tin đăng ký trước đây sẽ bị ghi đè. Không có trạng thái duy trì giữa server và client ngoại trừ các thông tin để được đăng ký. Hình 2.6 : Quá trình trao đổi bản tin truy vấn Proxy – PAR Thứ ba, là giao thức truy vấn, Một Proxy-PAR client sử dụng giao thức truy vấn để lấy lại các thông tin liên quan tới PAR, ngoài ra client có thể hỏi các thông tin trong phạm vi thành viên như : địa chỉ IP, mặt nạ địa chỉ, nhận dạng VPN, và dịch vụ. Điều này cho phép các Proxy-PAR client chỉ nhận các thông tin liên quan tới cấu hình riêng và điều hành riêng của nó trong mạng ATM. Nó cho phép client định kỳ truy vấn server để loại bỏ các thông tin không cần thiết hoặc quá hạn sử dụng. Một luồng các bản tin truy vấn Proxy-PAR được chỉ ra trên hình 2.6. PNNI mở rộng cho phép các bộ định tuyến PAR và Proxy-PAR đăng ký và truy nhập thông tin không chỉ trên lớp dịch vụ IP (giao thức) sử dụng trong trên mạng ATM. Một vài dịch vụ thông thường được chỉ ra trên bảng sau đây. Dịch vụ PNNI hỗ trợ OSPF RIP BGP4 MOSPF DVRMP PIM-SM PIM-DM MARS NHRP ATMARP DHCP DNS có không có có không có không không không không không có Bảng 2.1: các dịch vụ được PNNI hỗ trợ Các thông tin dịch vụ có thể đi cùng với thông tin giao thức đặc biệt để hoàn thiện quá trình cấu hình mạng. Ví dụ, một bộ định tuyến phát hành dịch vụ OSPF sẽ gồm các IG tách biệt trong nhận dạng vùng, mức ưu tiên của bộ định tuyến yêu cầu chuyển qua, và kiểu của giao tiếp OSPF. Thêm vào đó là một hệ thống có khả năng IG có thể được sử dụng để đăng ký các thông tin thử nghiệm và riêng biệt. Proxy-PAR lợi dụng mối quan hệ xử lý hiện đại nhất với các chỉ định yêu cầu vùng nhớ tại phía client. Nó rất hiệu quả trong quyết định thiết kế từng phần để phát triển Proxy-PAR. Tuy nhiên, nó cung ngụ ý rằng các client không thể lưu trữ và yêu cầu một số lượng lớn dữ liệu. Bên cạnh mục tiêu chính là để sử dụng Proxy-PAR cho tràn lụt PNNI cho một số lượng nhỏ các client ổn định, nó không được thiết kế để điều hành trong môi trường mạng thay đổi thường xuyên.Tuy nhiên, nó cung cấp một cách hiệu quả các kỹ thuật quảng bá tự do để phát hành và khám phá các thiết bị gắn ATM với thông tin cấu hình IP chung. PAR và Proxy-PAR tạo ra trên các thành phần có khả năng bootstrap làm việc trên cấu hình chồng lấn của các SVC. Nó tương thích hoàn toàn với các giao thức phân giải địa chỉ IP/ATM hoạt động trên mô hình chồng lấn hiện có (ATMARP, NHRP,v..v). 2.5 PNNI tích hợp Một phương pháp mở rộng thứ ba của PNNI là tích hợp định tuyến IP và ATM gọi là I-PNNI (Intergrated PNNI). I-PNNI có thể nhìn nhận như tiếp cận ngược hướng với OSPF ARA. Thay vì sử dụng định tuyến IP để phân bổ các địa chỉ ATM, I-PNNI sử dụng giao thức định tuyến PNNI để phân bổ các địa chỉ IP. Đặc biệt, I-PNNI tích hợp các chức năng định tuyến của IP và PNNI vào một giao thức đơn trên nền PNNI. Trong đó nó chỉ dùng PNNI để định nghĩa các IG mang thông tin định tuyến IP. I-PNNI được thiết kế để điều hành trên chuyển mạch ATM, các bộ định tuyến gắn ATM, Các bộ định tuyến non-ATM và thậm chí cả trạm chủ (Host). I-PNNI tương thích hoàn toàn với các hoạt động điều hành chuyển mạch ATM. Mỗi một bộ định tuyến gắn các phương tiện như ethernet hoặc chuyển mạch khung, I-PNNI sử dụng giao thức định tuyến IP động như OSPF và BGP. Hình 2.7 PNNI tích hợp Từ góc độ nhìn của IP, I-PNNI chỉ là một giao thức liên kết trạng thái được sử dụng để phân bổ các tiền tố địa chỉ IP trong mạng và tính toán tuyến đường theo phương pháp từng chặng. Mặt khác, từ góc độ ATM I-PNNI chỉ là một giao thức PNNI với vài chức năng mở rộng sử dụng để chuẩn bị cho các dữ liệu không phải là ATM mà các chuyển mạch sẽ rất dễ dàng bỏ qua được chuyển mạch. Các bộ định tuyến và chuyển mạch chạy I-PNNI duy trì một cơ sở dữ liệu duy nhất cho toàn bộ mạng. ưu điểm đầu tiên của giải pháp này khi chạy một bộ giao thức đơn sẽ giảm bớt sự chồng các giao thức định tuyến và giảm rất nhiều các định tuyến lân cận, cuối cùng giải pháp này là kết quả thực tế cho bất kỳ một nút nào trong mạng, kể cả bộ định tuyến và chuyển mạch, định dạng định tuyến lân cận để trao đổi cập nhật thông tin định tuyến. Một ưu điểm quan trọng nữa là định tuyến IP có thể nâng cấp vì các bộ định tuyến có một cái nhìn tổng thể về toàn bộ kiến trúc mạng gồm các bộ định tuyến, các chuyển mạch ATM, và các liên kết đấu nối. Mạng phân cấp hai mức gồm các bộ định tuyến và chuyển mạch chạy giao thức I-PNNI được chỉ ra trên hình 2.7 Người điều hành trong nhóm C gồm có các máy chủ định tuyến và các thiết bị gờ mạng. Máy chủ định tuyến (ví dụ, máy chủ cho MPOA) thường giao thức IP thì nay thay thế bằng I-PNNI. Các thiết bị gờ mạng không chạy I-PNNI mà chạy giao thức client IP/ATM tiêu chuẩn như LANE hoặc MPOA. Các chức năng cơ bản của I-PNNI gồm có: • Tất cả các bộ định tuyến, chuyển mạch và máy chủ phục vụ đều chạy giao thức định tuyến đơn nhất I-PNNI. • Các bộ định tuyến và chuyển mạch tham gia trong nhóm một cách ngang hàng. Một nhóm gồm có các chuyển mạch, các bộ định tuyến hoặc tích hợp. Trong môi trường tích hợp người quản trị nhóm phải hỗ trợ khả năng phát hành địa chỉ IP ra các nhóm khác. • Phát hành cấu hình PNNI được trao đổi giữa các bộ định tuyến, giữa các chuyển mạch, và giữa các chuyển mạch và bộ định tuyến. • Các địa chỉ IP và ATM được phát hành tách biệt trong giao thức phát hành PNNI PTSE. Vì vậy I-PNNI là một giải pháp tích hợp định tuyến IP và ATM, cần có hai không gian địa chỉ được hỗ trợ và duy trì. Quá trình tìm kiếm địa chỉ IP được phát hành theo một trong ba cách sau: Trực tiếp: địa chỉ IP được tìm kiếm trực tiếp qua các bộ định tuyến phát hành. Truy vấn: Một phương pháp truy vấn địa chỉ như trong giao thức giải bước kế tiếp NHRP để tìm địa chỉ. Gián tiếp: Địa chỉ IP phụ thuộc vào thành phần thứ 3. Nó được sử dụng để một bộ định tuyến phát hành địa chỉ IP và địa chỉ ATM liên quan của một mạng con hoặc trạm chủ thông dụng. Điều này làm giảm bớt các truy vấn NHRP. Một mạng có một cơ sở dữ liệu chung được xây dựng và duy trì bởi các thành viên trong nhóm ngang nhau. Các bộ định tuyến thông báo hạn chế truyền khi nó không có khả năng đáp ứng được các SCV yêu cầu, tuy nhiên các bộ định tuyến có thể khởi tạo và ngắt các đấu nối SVC qua sử dụng kỹ thuật định tuyến PNNI chuẩn để giải quyết vấn đề đó. Các bộ định tuyến chạy I-PNNI có khả năng quảng bá trong LAN thông qua các nút giả từ OSPF để thể hiện cơ sở dữ liệu cấu hình LAN. Có thể tạo ra phân cấp định tuyến nhiều mức. NHRP cần thiết cho các nút I-PNNI để sắp xếp địa chỉ IP/ATM khi các thông tin đến không đầy đủ, Ví dụ, một phân cấp định tuyến chỉ cung cấp các thông tin địa chỉ ATM tổng quát giữa các nhóm, hoặc một máy chủ định tuyến chạy I-PNNI không phát hành các bộ định tuyến chủ riêng của tất cả các máy chủ ATM mà nó hỗ trợ. Trên đây đã mô tả một cách ngắn gọn về các thành phần cơ bản cấu tạo nên mô hình phân cấp của định tuyến PNNI như các nút, các liên kết và quan hệ giữa chúng. Gắn liền với mô hình này là cơ cấu trao đổi bản tin HELLO, các phần tử thông tin PTSE , gói thông tin PTSP phục vụ cho việc tràn lụt thông tin trong mô hình mạng PNNI. Ngoài ra , các phương pháp định tuyến mở rộng của PNNI cũng là những nội dung quan trọng mang tính ứng dụng cao trong các mô hình chuyển mạch ATM riêng cũng như giữa các nhóm chuyển mạch ATM. Định tuyến PNNI cho thấy khả năng hoạt động tốt của cơ chế định tuyến nguồn với yêu cầu về chất lượng dịch vụ cũng như băng thông trên các mô hình mạng lớn và dễ dàng thích ứng được với các thay đổi về vậy lý của cơ sở hạ tầng mạng Một số từ viết tắt : ATM PNNI UNI SVC PVC ABR DTL VPI VCI PG PGL LGN PTSE PTSP PAR OSFP VC VP QOS SPVC Asynchronous Transfer Mode Private Network to Network Interface User to network interface Switched virutal circuit Permananent vitural circuit Availible bit rate Designated transit list Vitural path identifier Vitural chanel identifier Peer group Peer group leader Logical group node PNNI topology state element PNNI topology state packet PNNI augmented routing Open shortest path first Vitural chanel Vitural path Quality of servive Soft permanent vitural circuit Tài liệu tham khảo Hoàng Trọng Minh , “Giáo trình chuyên đề định tuyến” Phongsak Prasithsangeree, “Performance Evaluation of Multiple Criteria Routing & Algorimthms in Large PNNI ATM networks”, 1996 The ATM forums , Private Network Netwok Interface specification version 1.0 , 1996