Hệ thống quản lý lỗi tiên tiến cho mạng lõi MPLS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Lỗ Văn Quang HỆ THỐNG QUẢN LÝ LỖI TIÊN TIẾN CHO MẠNG LÕI MPLS Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2012 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ NGỌC GIAO Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông MỞ ĐẦU Từ những năm cuối cùng của thế kỷ trước công nghệ MPLS đã khẳng định được tính ưu việt của nó trong việc xây dựng mạng lõi ( mạng đường trục ) trong kiến trúc NGN. Lý giải điều này do tính đơn giản của công nghệ chuyển mạch như dù giảm thiểu khả năng cung cấp dung lượng lớn và điều quan trọng nhất là phối hợp rất hiệu quả với công nghệ IP ở lớp trên. Trước đây khi nói đến mạng dựa trên công nghệ MPLS chúng ta thấy đề cập nhiều đến khía cạnh công nghệ và khả năng cung cấp dịch vụ , chưa quan tâm nhiều đến khía cạnh vận hành, quản trị , bảo dưỡng OAM đến với mạng MPLS . Các vấn đề liên quan đến OAM chỉ hạn chế trong các quy trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị do các hang chế tạo thiết bị cung cấp. Tuy nhiên, các nội dung về OAM trong MPLS phong phú liên quan đến vấn đề tự chữa mạng , các giải pháp công nghệ ,các công cụ phần mềm hỗ trợ để khai thác quản lý mạng MPLS hiệu quả và chi phí thấp nhất. Nội dung của luận văn bao gồm 3 chương - Chương I : Giới thiệu tổng quan về công nghệ MPLS. Trong chương này đi sâu phân tích , xem xét 3 nội dung chính là đặc điểm công nghệ , xây dựng mạng lõi trên miền MPLS và quản lý lưu lượng trong MPLS - Chương II : Trình bày các vấn đề liên quan đến vận hành , quản trị, bảo dưỡng OAM mạng MPLS . Trong chương này đưa ra các yêu cầu chung , các nội dung vận hành , bảo dưỡng , quản trị mạng MPLS - Chương III : Giới thiệu hệ thống quản lý lỗi tiên tiến cho mạng lõi MPLS do hãng AT&T phát triển và ứng dụng thành công trong mạng MPLS của Hoa Kỳ Phần cuối cùng của luận văn là các nội dung nghiên cứu tiếp theo liên quan đến OAM trong MPLS CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS 1.1. Tổng quan về công nghệ MPLS 1.1.1. Phương thức chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là một công nghệ mới trong mạng IP, là sự thay đổi của công nghệ IPoA (IP over ATM) truyền thống. MPLS sử dụng chế độ tích hợp bởi vậy nó có được các ưu điểm của cả ATM như tốc độ cao, QoS, điều khiển luồng cũng như độ mềm dẻo, khả năng mở rộng của IP. MPLS không những giải quyết được rất nhiều vấn đề của mạng hiện tại mà còn hỗ trợ được nhiều chức năng mới, do đó có thể nói rằng MPLS là công nghệ mạng trục IP lý tưởng. Những tiêu chuẩn cơ bản của MPLS đã được IETF (Internet Engineering Task Force) ban bố dưới dạng RFC. ITU-T hiện cũng đang xúc tiến các nghiên cứu liên quan. Công nghệ này được coi là giải pháp cơ sở cho IP thế hệ tiếp theo. Điều đó đồng nghĩa với việc cung cấp khả năng đáp ứng băng thông, QoS ngày càng cao của Internet 1.1.2. Cơ chế gán và hoán đổi nhãn Thay thế cơ chế định tuyến lớp 3 bằng cơ chế định tuyến lớp 2 Công thức để gán nhãn gói tin là: Network Layer packet + MPLS Label Stack Không gian nhãn (Label space) : có hai loại. Một là các giao tiếp dùng chung giá trị nhãn( per – platform label space). Hai là mỗi giao tiếp mang giá trị nhãn riêng( per – interface label space) 1.1.3 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 1.1.3.1. Miền MPLS (MPLS domain) 1.1.3.2. Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 1.1.3.3. Nhãn và stack nhãn 1.1.3.4. Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) 1.1.3.5. Mã hóa nhãn và chế độ đóng gói nhãn 1.1.3.6. Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR) 1.1.3.7. Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) 1.1.3.8. Mặt phẳng điều khiển 1.2. Xây dựng mạng lõi NGN dựa trên công nghệ MPLS 1.2.1. Nguyên lý chung Những ưu việt của MPLS đã tăng cường khả năng cạnh tranh của các nhà khai thác dịch vụ. Các sản phẩm MPLS đã được triển khai trên phạm vi toàn cầu. Tuy vẫn còn nhiều vấn đề về mặt công nghệ cần giải quyết nhưng MPLS hiện đang được coi là giải pháp tốt cho mạng thế hệ sau của các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu trên thế giới 1.2.2. Kiến trúc mạng 1.3. Điều khiển lưu lượng trong MPLS 1.3.1. Tổng quan quản lý lưu lượng trong MPLS Quản lý lưu lượng là quá trình điều khiển các tắt nghẽn trong mạng, xử lý, tính toán, kiểm soát lưu lượng, tối ưu hóa các tài nguyên mạng theo yêu cầu cho các mục đích khác nhau MPLS traffic engineering kết hợp những lợi điểm của ATM TE với tính linh hoạt, mềm dẻo của mạng IP cho phép xây dựng đường chuyển mạch nhãn LSP (còn gọi là TE tunnel) để truyền lưu lượng. MPLS TE tránh được vấn đề flooding mà ATM gặp phải do MPLS TE sử dụng cơ chế gọi là autoroute để xây dựng bảng định tuyến thông qua các tunnel mà không cần dựa vào full-mesh of routing như ATM 1.3.2. Các giải pháp điều khiển lưu lượng trong MPLS Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng một mô hình kế tiếp cơ bản trong việc quét nhãn để có thể chứa đựng sự sắp xếp của các kiểu điều khiển khác nhau. Mỗi một kiểu điều khiển phải chịu trách nhiệm trong việc gán và phân phối cách thiết lập một nhãn, phải tốt như là việc duy trì thông tin điều khiển khác có liên quan đến nhau Traffic Engineering Traffic Engineering đề cập đến khả năng điều khiển của những luồng lưu lượng trong mạng, với mục đích giảm thiểu tắc nghẽn và tạo ra mức sử dụng hiệu quả nhất cho các phương tiện sẵn có. Lưu lượng IP truyền thống định tuyến theo Hop by Hop cơ bản và theo IGP luôn sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất để truyền lưu lượng. Lưu lượng đường dẫn IP có thể không đạt tối ưu vì nó phụ thuộc vào thông tin Link Metric tĩnh không cùng với bất kỳ một hiểu biết nào của tài nguyên mạng sẵn có hoặc các yêu cầu của lưu lượng cần thiết để mang trên đường dẫn đó 1.3.2.1. Định tuyến trong mạng MPLS Trong mạng MPLS các LSP thường được thiết lập bằng một trong 3 cách sau:  Control driven (hop-by-hop)  Explicitly routed (ER-LSP)  Constraint Routed (CR-LSP) 1.3.2.2. Giải pháp kỹ thuật lưu lượng CHƯƠNG II : KHAI THÁC, QUẢN TRỊ VÀ BẢO DƯỠNG MẠNG MPLS Giống như bất cứ mạng viễn thông nào khác ,mạng MPLS cũng có những yêu cầu , nội dung riêng về công tác vận hành , quản trị, và bảo dưỡng. Đó là một tập các quy trình vận hành bảo dưỡng do nhà cung cấp thiết đề xuất, những quy định , phương pháp khôi phục sự cố giải quyết các khiếu nại của khách hàng do chính nhà khai thác mạng MPLS đề xuất. Cũng cần lưu ý thêm mạng MPLS là mạng lõi trong kiến trúc tổng thể mạng NGN nên sự cố của mạng MPLS liên quan đến số lượng lớn các kết nối , ảnh hưởng nhiều đến các nhà kinh doanh mạng và dịch vụ thứ cấp ở mạng biên và mạng truy nhập Các nội dung vận hành , quản trị , bảo dưỡng trong chương này bao gồm các vấn đề sau: - Các yêu cầu về OAM trong mạng MPLS - Các khuyến nghị của các tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế liên quan đến OAM đối với mạng MPLS - Xác định lỗi và xử lý lỗi đối với đường chuyển mạch nhãn trong MPLS - Quản lý dịch vụ trong mạng MPLS 2.1. Các yêu cầu về vận hành, quản trị và bảo dưỡng MPLS 2.1.1. Các yêu cầu chung OAM đang trở thành vấn đề lớn trong việc triển khai các công nghệ mạng tiên tiến như MPLS cũng như các nhà khai thác mạng cũng hiểu được tầm quan trọng của OAM trong kế hoạch kinh doanh của họ. Các nỗ lực nghiên cứu , triển khai và hoàn thiện các chức năng OAM của mạng MPLS đã được các tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ITU – T , IETF bắt đầu từ những năm đầu tiên của thế kỷ XXI 2.1.2. Các khuyến nghị của ITU – T , IETF về MPLS OAM ITU – T IETF Yêu cầu Y.171 0 Drap-ietf-mpls-oam-requirements-02.txt Phát hiện Y.171 1,Y.1 713 Phát hiện chuyển tiếp 2 chiều Chuẩn đoán MPLS ping/trace , VCCV, trạng thái mapping OAM, tự thử LSP Quản lý lỗi MIBs( LSR,LDP,TE,FTN,RSVP) Phục hồi Y.172 0 Định tuyến lại nhanh, MPLS cao sẵn có: khởi động lại và chịu lỗi cho LDP, BGP Hiệu năng Y.156 1 Dòng lưu lượng tổng Bảo mật Đang thực hiện 2.2. Phát hiện lỗi MPLS 2.2.1. Tách biệt giữa mặt phẳng điều khiển và quản lý Sự tách biệt giữa mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển liên quan trực tiếp tới việc định dạng và điều khiển gói tin OAM. 2.2.2. Phát hiện đường chuyển mạch nhãn LSP có sự cố Lỗi LSP đòi hỏi kiểm tra luồng gói tin đặc biệt , bên cạnh việc phát hiện lỗi mạng/ cơ chế khoanh vùng bởi vì trong nhiều trường hợp khác nhau luồng dữ liệu có thể đã phá đi lỗi ngoài mạng(link/node) điều này có thể do định tuyến/ chuyển tiếp bảng, một liên kết bị phá vỡ,tắc nghẽn mạng hoặc nguyên nhân khác 2.2.3. Các kịch bản về sai sót LSP Ở đây có 2 nỗ lực cho việc chuẩn hóa đối với phát hiện lỗi và phục hồi LSP. Khuyến nghị ITU-T Y.1711 đã chuẩn hóa việc kiểm tra kết nối CV nhưng ngược lại chức năng phát hiện chuyển tiếp 2 chiều BFD sẽ được nghiên cứu với IETF. Hình 2.1 chỉ ra các loại thiếu sót hợp lý khác nhau. A’ và B’ dùng để nhận cho A,B tách biệt . Thiếu sót là : - Mất kết nối đơn giản - Kết nối sai - Kết nối bị hoán đổi - Hợp nhất sai - Mạch vòng (sự lặp lại không mong muốn) 2.2.4 Kiểm tra tính kết nối CV Điều cơ bản của chức năng kiểm tra kết nối CV là gửi đi các gói tin kiểm tra CV Packet có chu kì (1 gói/1s) từ lỗi vào LSR tới lỗi ra LSR với sự đồng nhất lối vào LSR và sự khởi nguồn LSP. Lối ra LSR phân tích thông tin đồng nhất của việc nhận các gói tin kiểm tra CV đến việc phát hiện các thiếu sót 2.2.5 Phát hiện chuyển tiếp 2 chiều – Bidirectional Forwarding Detection Phát hiện chuyển tiếp 2 chiều là cơ chế phát hiện lỗi trong khoảng thời gian ngắn với các tiêu đề ở lớp dưới . Trong đường chuyển tiếp giữa 2 phần tử mạng liền kề 1 gói dữ liệu kiểm tra có thể được sử dụng tại bất kì 1 lớp giao thức nơi tạo ra BFD với nhiều công cụ đa năng 2.4.1. Bảo vệ và phục hồi MPLS Bảo vệ và phục hồi có thể phân loại ra là cục bộ địa phương hoặc toàn cục. Ứng dụng bảo vệ toàn cục đến LSP cuối-cuối , trong khi bảo vệ địa phương để link lỗi hoặc node. Thời gian hồi phục là chức năng trực tiếp nơi lỗi đã được xử lý 2.4.2. Quản lý dịch vụ điểm – điểm, đa điểm. [...]... sở thông tin quản lý giao thức cổng biên BGP (BGP – MIB ) 3.2.3 Kết nối các đối tượng quản lý Các nội dung quản lý VPN bao gồm quản lý các thực thể mạng : Các Router biên PE , các Router khách hàng , các đường chuyển mạch nhãn LSP thuộc nội dung quản lý các phần tử mạng EMS và quản lý các vấn đề nội tại trong mạng VPN 3.3 Một số chức năng quản lý của hệ thống 3.3.1 Quản lý lỗi Quản lý lỗi tập trung... cũng là một nội dung được quan tâm nhiều trong MPLS OAM CHƯƠNG III: HỆ THỐNG QUẢN LÝ LỖI TIÊN TIẾN CHO MẠNG LÕI MPLS Như đã trình bày trong các chương trước mạng dựa trên công nghệ MPLS thực hiện chức năng mạng lõi , cung cấp hạ tầng mạng cho nhà cung cấp dịch vụ ở miền biên và miền truy nhập Một chức năng quan trọng khác của mạng MPLS là cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo VPN thông qua các đường chuyển... 3.2 : Chức năng quản lý lỗi của hệ thống 3.2 Đặc điểm hệ thống 3.2.1 Các giải pháp công nghệ hỗ trợ Để thực hiện hai chức năng chính là của hệ thống là khai thác , bảo dưỡng tự động và quản lý lỗi nhiều giải pháp khoa học công nghệ tiên tiến đã được áp dụng và đã thu được những kết quả khả quan 3.2.2 Cơ sở thông tin quản lý a Giao thức phân phối nhãn LDP – MIB b Cơ sở thông tin quản lý VPN (VPN – MIB)... năng nội tại của mạng MPLS Ngoài hai chức năng cơ bản là hỗ trợ khai thác và quản lý mạng MPLS, hệ thống hỗ trợ công tác thiết kế, phát triển các mạng hội tụ dựa trên công nghệ MPLS Chức năng của hệ thống được mô tả trong hình 3.1 và 3.2 và tuân thủ các nguyên tắc sau đây - Quan điểm thiết kế theo modul Mỗi modul thực hiện một chức năng riêng biệt như quản lý lỗi, quản lý cấu hình , quản lý hiệu năng…... nào Hình 3.4c thống kê các số liệu thuê bao điển hình , bao gồm mức lưu lượng theo từng chủng loại dịch vụ Các báo cáo này sẵn sàng cung cấp cho khách hàng khi có yêu cầu với nhiều tính năng mềm dẻo, mở rộng Hình 3.4b : Thống kê lưu lượng PE router Hình 3.4c : Thống kê dữ liệu khách hàng 3.4.3 Cơ chế quản lý lỗi tiên tiến Cơ chế quản lý lỗi tiên tiến được thực hiện trong hệ thống quản lý lỗi FMS được... thác , phát triển mạng MPLS Trong chương này sẽ giới thiệu một giải pháp của AT&T để khai thác, bảo dưỡng , quản lý mạng MPLS với chi phí quản lý giảm và hiệu năng mạng được nâng cao Hệ thống khai thác tự động và quản lý lỗi của công ty AT&T hoạt động dựa trên nguyên tắc can thiệp ZERO (zero touch ) giảm tới mức thấp nhất sự can thiệp của con người trong quá trình khai thác quản lý mạng MPLS Dĩ nhiên... 3.4.4 Mô hình phân tích lỗi phương tiện Mô hình phân tích lỗi và đánh giá cảnh báo là một thành phần hợp thành trong hệ thống quản lý lỗi FMS do Lucent Technologies nghiên cứu và phát triển Hệ thống này được AT&T đưa vào sử dụng trong kiến trúc OAM mạng MPLS Mô hình phân tích lỗi cho phép xác định các nguyên nhân gây lỗi cho phương tiện , tính tương quan của lỗi trong các lớp mạng cũng như đánh giá... phí và hạn chế những sai sót do con người gây ra Hệ thống khai thác tự động và quản lý lỗi bao gồm 2 chức năng chính là khai thác bảo dưỡng tự động và quản lý lỗi , cùng các giải pháp công nghệ và cơ chế thực thi liên quan 3.1 Kiến trúc chức năng hệ thống 3.1.1 Cấu trúc, chức năng khai thác , bảo dưỡng tự động Hệ thống khai thác tự động và quản lý lỗi được xây dựng trên nguyên tắc tự động hóa lưu... các lỗi thực sự , số còn lại được lọc sạch bởi hệ thống quản lý phần tử FMS , triệt tiêu nhiễu theo tiêu chí của hệ thống quản lý lỗi FMS 3.4.5 Những lợi ích của hệ thống 3.4.5.1 Tăng cường thời gian khảo sát – sữa chữa với các tính năng , đặc điểm nổi trội 3.4.5.2 Triển vọng của hệ thống KẾT LUẬN VÀ CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Luận văn đã trình bày một trong những vấn đề quan trọng của mạng MPLS. .. quả này bao gồm thực thi hệ thống khai thác tự động , quản lý lỗi tiên tiến và cung cấp nhiều số liệu thống kê hỗ trợ công tác OAM mạng MPLS 3.4.1 Qúa trình khai thác tự động Với việc ứng dụng nguyên lý Zero trong hệ thống nhiều chức năng khai thác trước đây thực hiện bằng nhân công nay đã được tự động hóa Để đạt được điều này nhiều phần mềm mạng đã được nạp vào các phần tử mạng liên quan đến định . III: HỆ THỐNG QUẢN LÝ LỖI TIÊN TIẾN CHO MẠNG LÕI MPLS Như đã trình bày trong các chương trước mạng dựa trên công nghệ MPLS thực hiện chức năng mạng lõi. nội dung vận hành , bảo dưỡng , quản trị mạng MPLS - Chương III : Giới thiệu hệ thống quản lý lỗi tiên tiến cho mạng lõi MPLS do hãng AT&T phát triển