Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

Slide 2: Về mặt dịch vụ Tổng lưu lượng IP trên thế giới tăng gấp đôi sau mỗi sáu tháng Băng thông tổng yêu cầu cho Internet của U.S được dự đoán trong năm nay sẽ vượt qua mức 35TB/s Để đáp ứng các nhu cầu trên, nhiều nhà cung cấp dịch vụ (ở Hoa Kỳ) đang xây dựng các mạng dung lượng cao với mục đích chính là cung cấp dữ liệu Internet. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ mới đang xây dựng các mạng dành cho lưu lượng IP (cần chú ý là hầu hết các mạng đang tồn tại được xây dựng chủ yếu dành cho lưu lượng thoại) Các dịch vụ đang được IP hoá: Voice over IP, Video over IP… Như vậy, xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng trở nên rõ ràng. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra vấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho IP. Về mặt công nghệ Kĩ thuật ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM cho phép mở rộng băng thông rất lớn với chi phí thấp nhờ tái sử dụng các sợi quang sẵn có: không phải lắp đặt sợi quang mới, phù hợp với các hệ thống sẵn có… Do có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu trong IP/WDM, nên đề tài chỉ tập trung đi sâu vào nghiên cứu kĩ thuật lưu lượng cho mạng IP/WDM. Slide 3: Nội dung đề tài gồm có các phần cơ bản sau: Tổng quan về IP/WDM: Phần này trình bày các phương pháp truyền tải lưu lượng IP qua WDM, các ưu nhược điểm của mỗi mô hình và từ đó chỉ ra mô hình IP/WDM là mô hình tối ưu nhất trong tương lai. Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM: Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, mô hình chức năng của chúng Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM: Các vấn đề và thuật toán đề xuất sử dụng cho tái cấu hình trong mạng IP/WDM Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM: kiến trúc khối cho kĩ thuật lưu lượng IP/WDM và các giao diện cho một trường hợp cụ thể. Slide 4: Ưu điểm của mô hình IP/ATM/SONET/SDH/WDM: Nhờ sử dụng ATM: cho phép mang các lưu lượng có QoS khác nhau trên cùng sợi quang Sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM Nhược điểm của mô hình: Phức tạp Tăng chi phí mạng Nghẽn cổ chai tính toán cho mạng tốc độ cao Ưu điểm của mô hình IP/SONET/SDH/WDM: Với sự xuất hiện của MPLS: cho phép sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến, tách riêng dữ liệu và thông tin điều khiển, các mào đầu IP chỉ phải xử lí và kiểm tra ở biên giới mạng, cho phép phân loại gói tin dựa theo chính sách và cung cấp đa dịch vụ, cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng,… SONET/SDH cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn Mạng SONET/SDH có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối với các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP. Hỗ trợ truyền thông tin cảnh báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và các mức mạng Nhược điểm: Mang quá nhiều thông tin mào đầu và được mã hóa ở nhiều mức khác nhau. Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu tuyến (LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghép kênh OC-n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps. Ưu điểm của mô hình IP/WDM Kết nối tầng quang tốc độ cao, cho phép phân bố băng thông động theo nhu cầu Cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức điều khiển IP cho phép. Làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang. Sử dụng công nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi quang. Đặc biệt thích hợp cho các mạng nội thị MAN với nhu cầu tải cao Nhược điểm: Khi đó tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến Các bộ chuyển đổi bước sóng quang vẫn còn đắt. Tiếp theo, em xin trình bày về vấn đề kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Để có cái nhìn ban đầu em xin trình bày khái niệm cơ bản về kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Slide 5: Khái niệm kĩ thuật lưu lượng, bao gồm hai phần là: kĩ thuật lưu lượng IP/MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM Slide 6: Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là mô hình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính. Do đó, không thể không xem xét các phương pháp mô hình hoá mạng. Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy tính cần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống. Mô hình hoá lưu lượng được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ đến, phân bố lưu lượng và tận dụng tuyến nối Trong khi đó mô hình hóa hệ thống được sử dụng để mô tả chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệ thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể Mô hình hóa lưu lượng thoại: mô hình Erlang, là mô hình tổn thất hoàn toàn. Mô hình hóa dữ liệu cổ điển: coi quá trình đến là quá trình poisson, là mô hình không tổn thất hoàn toàn nếu bộ đệm có độ lớn không giới hạn. Mô hình dữ liệu lí thuyết: LAN Ethernet: có tính bùng nổ, tự tương quan thống kê WAN Internet: không tăng nhanh như hàm lũy thừa cổ điển Có thể dùng mô hình FBM (Fractional Brownian motion) Slide 7: Mô hình tham khảo FBM: Đây là một quá trình tự tương quan được dùng để tính quá trình đến của dòng lưu lượng Hai nguyên lí tham chiếu lưu lượng: Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngày trong tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet. Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng trong quá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai. Dựa trên mô hình FBM và hai nguyên lí trên chúng ta có thể xây dựng được mô hình lưu lượng viễn thông cho mạng cụ thể. Mô hình kĩ thuật lưu lượng IP/WDM có thể được triển khai theo hai phương pháp: Slide 8: Mô hình kĩ thuật lưu lượng chồng lấn: mỗi tầng IP và WDM có một khối kĩ thuật lưu lượng riêng. Sự hoạt động của mỗi mạng có thể độc lập với mạng còn lại Tối ưu hóa hiệu năng (tầng IP) hoàn toàn tách biệt với ấn định tài nguyên (tầng WDM) Có thể được điều chỉnh để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của một tầng cụ thể tùy theo mục tiêu được lựa chọn Không có tính mềm dẻo Khi kích thước mạng tăng thì các máy chủ IP và WDM NMS sẽ dễ trở thành các thắt cổ chai Slide 9: Mô hình kĩ thuật lưu lượng tích hợp: tối ưu hoá hiệu năng mạng đạt được nhờ sự kết hợp giữa hai thành phần mạng IP và WDM Tối ưu hóa hiệu năng và ấn định tài nguyên được kết hợp lại với nhau Kết quả tối ưu hóa là toàn cục Có tính sẵn sàng và mềm dẻo cao Khó khăn khi triển khai vì phải đồng bộ hóa thông tin trạng thái mạng trong một số lượng lớn các node Slide 10: Tiếp theo em xin trình bày vấn đề tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng cho mạng IP/WDM. Đây là vấn đề cơ bản trong kĩ thuật lưu lượng. Trước hết em xin trình bày một số khái niệm cơ bản Mô hình vật lí: Đây là mô hình kết nối các sợi quang, node quang WADM như trên hình. Mỗi sợi quang có khả năng mang nhiều bước sóng khác nhau. Nhiều tuyến nối IP khác nhau sẽ chia sẻ cùng một tuyến nối sợi quang vật lí và một tuyến nối ảo IP sẽ được định tuyến qua một số hơp chuyển mạch WDM nhất định. Mô hình ảo: là mô hình chứa một tập nhất định các node được kết nối bởi các đường quang (các bước sóng). Tái cấu hình mô hình ảo: thay đổi tính kết nối giữa các chuyển mạch, thay đổi bước sóng của bộ phát và bước sóng bộ thu Định tuyến lưu lượng: định tuyến gói tin truyền thống ví dụ như OSPF (Open Shortest Path First protocol) Định tuyến đường đi ngắn nhất: cung cấp ánh xạ từ mô hình IP ảo sang mô hình WDM vật lí và bao gồm chọn đường đi trong sợi và gán bước sóng. Nó có thể được triển khai theo phương pháp tĩnh hoặc phương pháp thích ứng Thiết kế mô hình: Mục tiêu hiệu năng được lựa chọn có thể là hướng ứng dụng hay hướng mạng. Kiểu là hướng ứng dụng, nghĩa là nó thường liên quan tới tỉ lệ QoS ở mức ứng dụng ví dụ như trễ từ đầu cuối tới đầu cuối. Kiểu hướng mạng, nghĩa là nó thường có liên quan tới các mức tận dụng tài nguyên mạng, ví dụ như thông lượng tổng. Slide 11: Thuật toán để thực hiện thiết kế mô hình Sử dụng thuật toán tuyến tính hỗn số: tối thiểu hóa nghẽn trên mỗi tuyến nối trong khi vẫn đảm bảo trễ trung bình ở một mức nhất định Sử dụng các thuật toán dựa trên kinh nghiệm: giảm độ lớn tính toán, mềm dẻo do có thể tập trung vào những mục tiêu nhất định Slide 12: Các thuật toán dựa trên kinh nghiệm này có thể dựa trên: Ưu tiên lưu lượng cực đại chưa được mang Tối thiểu hóa số lượng bước sóng cần sử dụng Cố gắng định tuyến lưu lượng lớn trên một kết nối đơn hop... Trong đó về mặt lí thuyết thì thuật toán hướng tối ưu hóa lưu lượng đơn hop được cho là có kết quả tốt nhất Slide 13: Tiếp theo chúng ta sẽ xem xét vấn đề tái cấu hình mạng WDM chuyển mạch gói: Trên hình các chuyển mạch nhãn quang OLS (Optical Label Switching) làm việc tương tự như chuyển mạch nhãn đa giao thức. Điểm khác biệt là hoạt động của OLS là trong miền quang Có hai phương pháp để thiết lập một đường mới. Đường mới này có thể là đường đi ngắn nhất hoặc LSP. Với xu hướng thứ nhất, bất cứ khi nào một node cần thiết lập một LSP tới một node khác thì đầu tiên, node đầu cuối đó sẽ cố gắng thiết lập đường đi ngắn nhất trực tiếp tới node đầu cuối. Nếu như tầng vật lí không thể hỗ trợ đường đi ngắn nhất đó, node đầu cuối đó sẽ cố gắng định tuyến LSP đó thông qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện tại, nghĩa là thiết lập một LSP điện. Nếu quá trình này cũng thất bại, tái cấu hình đường đi ngắn nhất sẽ được sử dụng. Xu hướng thứ hai có xu hướng tận dụng tối đa các tài nguyên WDM đã được cấu hình trước khi thực hiện cấu hình các tài nguyên bổ sung. Khi một node cần phải thiết lập một LSP tới một node khác, node đầu cuối luôn luôn cố gắng định tuyến LSP đó thông qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện có, nghĩa là thiết lập một LSP điện. Nếu quá trình này thất bại, node đầu cuối đó sẽ cố gắng thiết lập một đường đi ngắn nhất trực tiếp tới node đầu cuối, nghĩa là thiết lập một LSP quang. Nếu quá trình này vẫn không thành công thì tái cấu hình đường đi ngắn nhất sẽ được kích hoạt. Slide 14: Phần mềm xử lí lưu lượng được giới thiệu dưới đây ở trong ngữ cảnh môi trường chồng lấn và gồm ba phần chính: Giao diện giữa các khối trong tầng IP với nhau. Giải thích IP TECP là gì? Giao diện giữa IP và WDM. Giải thích UNI là gì? Giao diện giữa các khối trong tầng WDM với nhau. Giải thích WDM TECP là gì? Slide 15: IP TECP là gì? Tên và chức năng chính của từng loại bản tin Slide 16: IP-WDM UNI là gì? Có các yêu cầu gì về khuôn dạng Trong mỗi loại bản tin này, ngoài một số thông số bắt buộc còn có một số thông số tùy chọn. Slide 17: Tên và chức năng chính của từng loại bản tin Slide 18: WDM TECP là gì? Hai loại bản tin có chức năng là gì Slide 19: Đồ án đã trình bày được những gì Slide 20: IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng IP/WDM là những vấn đề mới và rộng, đặc biệt là tại Việt Nam. Vì thế, còn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục tìm hiểu kĩ hơn Các thuật toán khác cho các kiểu lưu lượng và tình trạng nghẽn mạch khác nhau trong mạng IP/WDM cũng như ảnh hưởng của chúng lên hiệu năng mạng. Kiểu lưu lượng, xu hướng lưu lượng và tình trạng cụ thể của mạng viễn thông Việt Nam. Từ đó ứng dụng các kĩ thuật lưu lượng một cách phù hợp Slide 21: Đọc kĩ phần một trường hợp thực tế để trình bày chi tiết Slide 24-28: Mỗi loại bản tin yêu cầu và trả lời cái gì? Slide 28: bản tin bẫy là gì?