QoS TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG
i HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài : QoS TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH BURST QUANG ®eddddddddddddd Giáo viên hƣớng dẫn : T.S Bùi Trung Hiếu Ngƣời thực hiện : Nguyễn Kim Tuyến Hµ néi 11/2008 i HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA VIỄN THÔNG 1 Độc lập - Tự do - Hạnh phúc o0o o0o ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Họ và tên : Nguyễn Kim Tuyến Lớp : D04VT1 Khoá : 2004 – 2008 Ngành : Điện tử - Viễn thông Tên đề tài : QoS trong mạng chuyển mạch burst quang Nội dung đồ án : Giới thiệu kỹ thuật chuyển mạch burts quang Giới thiệu QoS và các kiến trúc để đảm bảo QoS Tìm hiểu các vấn đề trong việc tích hợp IP qua mạng WDM Tìm hiểu các phƣơng pháp để cải thiện QoS trong các mạng OBS Tìm hiểu tác động của các FDL đối với QoS trong các mạng OBS Ngày giao đề tài : … tháng… năm 2008 Ngày nộp đồ án : … tháng ….năm 2008 Ngày … tháng … năm 2008 Giáo viên hƣớng dẫn T.S BÙI TRUNG HIẾU ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………. Điểm : …………( Bằng chữ : ……………… ) Ngày ……tháng …….năm 2008 T.S BÙI TRUNG HIẾU iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………. Điểm : ……….( Bằng chữ : ……………………….) Ngày …… tháng …… năm 2008 Đồ án tốt nghiệp Mục lục ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 I MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC HÌNH VẼ III DANH MỤC BẢNG BIỂU V THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VI LỜI NÓI ĐẦU IX CHƢƠNG 1 : KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG 1 1.1. Các kỹ thuật chuyển mạch quang : 1 1.1.1 Định tuyến bƣớc sóng quang (WR) : 1 1.1.1.1 Mạng định tuyến bƣớc sóng quang : 1 1.1.1.2 Các mạng chuyển mạch kênh quang : 2 1.1.2 Chuyển mạch gói quang (OPS) : 3 1.1.2.1 Giới thiệu OPS : 3 1.1.2.2 Nguyên lý chuyển mạch OPS: 4 1.1.3 Chuyển mạch burst quang (OBS) : 6 1.1.3.1 Giới thiệu OBS : 6 1.1.3.2 Ƣu điểm của OBS so với WR và OPS : 7 1.2. Kiến trúc và các kỹ thuật chuyển mạch burst quang (OBS): 9 1.2.1 Kiến trúc OBS : 9 1.2.2 Các kỹ thuật OBS : 12 1.2.2.1 Các sơ đồ tập hợp burst : 12 1.2.2.2 Các sơ đồ giành trƣớc bƣớc sóng : 14 1.2.2.3 Giao thức báo hiệu JET : 16 1.2.2.4 Các thuật toán lập lịch burst : 18 1.2.2.5 Các giải pháp khắc phục tranh chấp burst: 20 1.3. Kết luận chƣơng 21 CHƢƠNG 2 : CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ( QoS ) 23 2.1 Định nghĩa QoS : 23 2.2 IntServ 26 2.2.1 Kiến trúc IntServ 26 2.2.2 Nguyên lí điều khiển luồng của IntServ 28 2.2.3 Nhƣợc điểm của IntServ 30 2.3 DiffServ 30 2.3 1 Các thành phần của kiến trúc DiffServ 31 2.3.1.1 DSCP 31 2.3.1.2 PHB 31 2.3.1.3 Miền DiffServ 31 2.3.1.4 Nút biên DiffServ 32 2.3.1.5 Nút lõi DiffServ 33 2.3.2 Quá trình thực hiện DiffServ 33 2.3.3 Các vấn đề trong việc khiển khai DiffServ 36 2.4 Kết luận chƣơng : 38 CHƢƠNG 3 : TRUYỀN TẢI IP QUA MẠNG WDM 40 3.1 Tích hợp IP và các mạng quang 40 3.1.1 Mô hình mạng quang : 40 3.1.2 Các vấn đề truyền tải IP qua WDM 41 3.1.3 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển : 42 3.1.4 Các mô hình kiến trúc và định tuyến 44 3.1.5 So sánh giữa hai mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng 47 Đồ án tốt nghiệp Mục lục ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 II 3.2 Các kiến trúc lớp cho các mạng truyền tải IP qua WDM 48 3.3 Kỹ thuật MPLS 51 3.3.1 Giới thiệu kỹ thuật MPLS 51 3.3.2 Các kỹ thuật MPLS 53 3.3.2.1 Các mạng định tuyến bƣớc sóng IP/MPLS 54 3.3.2.2 Chuyển mạch quang OBS và MPLS 55 3.3.2.2.1 OBS sử dụng MPLS 56 3.3.2.2.2 Lớp MAC 58 3.4 Kết luận chƣơng : 61 CHƢƠNG 4 : HIỆU NĂNG QoS TRONG MẠNG OBS 62 4.1 Giao thức báo hiệu hỗ trợ QoS : 62 4.2 Thuật toán lập lịch hỗ trợ QoS trong các mạng OBS : 64 4.3 Ảnh hƣởng của các FDL đến hiệu năng QoS của các mạng OBS : 68 4.3.1 Nút chuyển mạch quang và bộ đệm FDL 68 4.3.2 Sơ đồ QoS dựa trên thời gian cân bằng với FDL 70 4.3.2.1 Giới thiệu : 70 4.3.2.3 Tính toán thời gian cân bằng cần thiết : 73 4.3.3 Trễ hàng đợi và xác suất mất burst 74 4.3.3.1 Thời gian cân bằng và trễ đầu cuối - đầu cuối : 74 4.3.3.2 Xác suất mất burst trong OBS : 75 4.3.4 FDL và hàng đợi trong mô hình (M/M/k/D) 78 4.4 Kết luận chƣơng : 79 CHƢƠNG 5 : KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC FDL ĐẾN QoS CỦA CÁC MẠNG OBS 80 5.1 Khảo sát các biên trên và biên dƣới của xác suất mất burst trong mạng OBS 80 5.1.1 Phân tích 80 5.1.2 Kết quả 81 5.2 Mô hình Yoo 87 5.2.1 Ảnh hƣởng của thời gian trễ lớn nhất B lên xác suất mất burst 87 5.2.2 Hiệu quả thực tế của sơ đồ dựa trên thời gian cân bằng: 89 5.3 Kết luận chƣơng 91 KẾT LUẬN 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 III DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Thiết lập lightpath 1 Hình 1.2 Hiệu quả sử dụng đường dẫn 3 Hình 1.4 Mô hình chuyển mạch burst quang 7 Hình 1.5 So sánh giữa OPS (a) và OBS (b) 9 Hình 1.6 Mô hình mạng OBS 10 Hình 1.7 Kiến trúc của router biên 11 Hình 1.8 Kiến trúc của router lõi 12 Hình 1.9 Kỹ thuật báo hiệu Just – Enough – Time (JET) 16 Hình 1.10 OBS sử dụng giao thức JET 17 Hình 1.11 Minh hoạ thuật toán FFUC 19 Hình 1.12 Minh hoạ thuật toán LAUC 19 Hình 1.13 Minh hoạ thuật toán LAUC – VF 20 Hình 2.1 Kiến trúc của IntServ 26 Hình 2.2 Nguyên lí điều khiển của IntServ 29 Hình 2.3 Miền DiffServ 32 Hình 2.4 Cấu trúc của nút biên DiffServ 32 Hình 2.5 Cấu trúc của nút lõi DiffServ 33 Hình 2.6 DiffServ và điều chỉnh đầu vào với Broker dung lượng 36 Hình 3.1 Mô hình mạng quang 41 Hình 3.2 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng quang 42 Hình 3.3 Nút quang 43 Hình 3.4 Mối quan hệ giữa các router IP và các OXC trên mặt phẳng điều khiển 45 Hình 3.5 Các mô hình dịch vụ : (a) mô hình dịch vụ miền 46 (b) mô hình dịch vụ hợp nhất 46 Hình 3.6 Ngăn xếp giao thức cho bốn giải pháp IPoW 49 Hình 3.7 Mối quan hệ giữa các mạng MPLS và MPλS 54 Hình 3.8 Mô hình mạng định tuyến bước sóng IP/MPLS/MPλS 55 Hình 3.9 Truyền tải IP qua OBS WDM sử dụng MPLS 56 Hình 3.10 Các chức năng của chuyển mạch quang hỗ trợ OBS và MPLS 57 Hình 3.11 Giao diện MAC giữa các lớp IP và OBS WDM 58 Hình 3.12 Đồng bộ khi kết hợp luồng 59 Hình 4.1 Thời gian cân bằng cho dịch vụ ưu tiên 63 Hình 4.2 Cấu trúc của nút lõi OBS 66 Hình 4.3 Mối quan hệ giữa thời gian nhận của BHP i và DB i 67 Hình 4.4 Cấu trúc của nút chuyển mạch quang (OSN) 69 Hình 4.5 Cấu trúc của các bộ đệm FDL 70 Hình 4.6 Sự phân loại lớp sử dụng thời gian cân băng mở rộng 72 Hình 4.7 Sự khác biệt giữa FDL và hàng đợi 78 Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 IV Hình 5.1 Xác suất mất burst và thời gian trễ lớn nhất B 83 Hình 5.2 Xác suất mất burst và số lượng các FDL 84 Hình 5.3 Xác suất mất burst và số lượng k các bước sóng 85 Hình 5.4 Xác suất mất burst và mật độ lưu lượng tổng 87 Hình 5.5 Xác suất mất burst và thời gian trễ lớn nhất 88 Hình 5.6 Trễ hàng đợi trung bình và thời gian trễ lớn nhất B 89 Hình 5.7 Xác suất mất burst và số các mảng FDL 90 Hình 5.8 Xác suất mất burst và số lượng bước sóng k 91 Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.2 So sánh ba kỹ thuật chuyển mạch quang 22 Bảng 3.1 Tóm tắt một số so sánh giữa hai mô hình 48 Bảng 4.1 Độ phân biệt và chênh lệch thời gian cân bằng 74 Bảng 5.1 Xác suất mất burst và trễ thời gian lớn nhất 82 Bảng 5.2 Xác suất mất burst và số lượng các FDL 84 Bảng 5.3 Xác suất mất burst và số lượng bước sóng 85 Bảng 5.4 Xác suất mất burst và mật độ lưu lượng tổng 86 Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt ____________________________________ Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 VI THUẬT NGỮ VIẾT TẮT TÊN VIẾT TẮT TIẾNG ANH NGHĨA TIẾNG VIỆT AF Assured Forwarding Chuyển đảm bảo ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn bất đồng bộ BB Bandwidth Broker Broker dung lƣợng BE Best Effort Nỗ lực tối đa BHP Burst Header Packet Gói mào đầu burst CB Control Burst Burst điều khiển CC Control Channel Kênh điều khiển CCG Control Channel Group Nhóm kênh điều khiển CR-LDP Constraint Routing Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn định tuyến ràng buộc DB Data Burst Burst dữ liệu DC Data Channel Kênh dữ liệu DWDM Dense Waveleng Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng mật độ cao EF Expedited Forwarding Chuyển nhanh FDL Fiber Delay Line Đƣờng trễ quang FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tƣơng [...]... sẽ linh hoạt hơn trong chuyển mạch gói quang Trong hình 1.5, minh họa các kỹ thuật OPS và OBS Có 3 sự khác nhau lớn giữa chuyển mạch burst quang và chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang : Chuyển mạch burst quang là sự kết hợp giữa chuyển mạch kênh quang và chuyển mạch gói quang So với chuyển mạch kênh quang, chuyển mạch burst giành trƣớc băng thông cho 1 hƣớng, nghĩa là burst có thể đƣợc... thuật chuyển mạch quang CHƢƠNG 1 : KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH QUANG 1.1 Các kỹ thuật chuyển mạch quang : Có 3 kỹ thuật chuyển mạch quang chủ yếu đƣợc đề xuất cho truyền tải lƣu lƣợng IP qua các mạng WDM: Định tuyến bƣớc sóng quang (WR) Chuyển mạch gói quang (OPS) Chƣyển mạch burst quang (OBS) Do đó, dựa trên các kỹ thuật chuyển mạch thì các mạng truyền tải IP qua WDM đƣợc phân loại nhƣ sau: Các mạng. .. thì sẽ có 1 kỹ thuật chuyển mạch khác, đó là kỹ thuật chuyển mạch Burst quang Chuyển mạch Burst quang là chuẩn của ITU-T cho chuyển mạch Burst trong các mạng ATM gọi là ABT ( ATM block transfer) OBS là kỹ thuật để truyền lƣu lƣợng burst qua mạng truyền tải quang bằng cách thiết lập kết nối giành trƣớc tài nguyên từ đầu cuối đến đầu cuối cho 1 burst Mô hình của chuyển mạch burst quang đƣợc minh hoạ nhƣ... cải thiện QoS trong mạng chuyển mạch burst quang Đồ án gồm có 5 chƣơng : Chƣơng 1 trình bày các kỹ thuật chuyển mạch quang, trong đó trọng tâm là kỹ thuật chuyển mạch burst quang và sau đó so sánh ƣu nhƣợc điểm của kỹ thuật này với các kỹ thuật định tuyến bƣớc sóng quang và chuyển mạch gói quang Trong chƣơng này giới thiệu kiến trúc của các mạng OBS cùng với các kỹ thuật liên quan đến chuyển mạch OBS... rằng chuyển mạch burst quang là một giải pháp chuyển mạch tốt đầy hứa hẹn trong các mạng quang Bởi vì chuyển mạch burst quang có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với các kỹ thuật chuyển mạch khác nhƣ : thời gian thiết lập thấp, hiệu quả sử dụng băng thông cao và khả năng thích ứng cao đối với lƣu lƣợng và lỗi, ngoài ra việc thực hiện dễ dàng hơn nhiều so với chuyển mạch gói quang OBS cho phép chuyển mạch. .. chuyển mạch gói khác nhau, nhƣ chuyển mạch gói quang định tuyến bƣớc sóng, chuyển mạch gói quảng bá và chọn lựa, chuyển mạch gói quang dựa trên không gian chuyển mạch Tải tin Mào đầu Nhận dạng, xử lý và tạo mào đầu mới A Â 1 1 2 Sợi quang đầu vào B Chuyển mạch 2 Đồng bộ 1 2 Định tuyến, Bộ đệm Mào đầu mới Hình 1.3 Mô hình chuyển mạch gói quang Khi một gói đến chuyển mạch quang WDM, trƣớc tiên nó đƣợc... qua WDM đƣợc phân loại nhƣ sau: Các mạng định tuyến bƣớc sóng quang Các mạng chuyển mạch gói quang Các mạng chuyển mạch burst quang 1.1.1 Định tuyến bƣớc sóng quang (WR) : 1.1.1.1 Mạng định tuyến bƣớc sóng quang : Trong các mạng định tuyến bƣớc sóng quang, một đƣờng bƣớc sóng toàn quang đƣợc thiết lập giữa các biên của mạng Đƣờng quang này đƣợc gọi là lightpath Khi sử dụng lightpath này thì nó... nhƣ trong chuyển mạch tế bào hoặc chuyển mạch gói quang Tuy nhiên, khi OBS thực hiện chuyển mạch các burst, kích thƣớc của chúng có thể lớn hơn nhiều so với các gói IP ( hoặc tế bào ATM ) nên trong chuyển mạch burst, mào đầu nhỏ hơn nhiều Bằng cách sử dụng điều khiển ngoài băng và đặc biệt là thời gian cân bằng nhƣ trong JET, nên việc kết hợp giữa CB và DB không chặt chẽ nhƣ trong chuyển mạch gói quang. .. trong miền quang bởi các thành phần điều khiển đƣợc đặt trong miền điện Nhìn chung trong tƣơng lai gần, chuyển mạch burst quang có khả năng thuơng mại hơn chuyển mạch gói quang nếu đƣợc thiết kế với yêu cầu không có bộ đệm quang Nhiều hãng và trung tâm nghiên cứu trên thế giới đang gia tăng mối quan tâm đến thiết bị quang, việc triển khai trong tƣơng lai gần các sản phẩm mạng dựa trên chuyển mạch burst. .. Tuy nhiên, trong chuyển mạch kênh quang, băng thông cho 1 cuộc gọi phải đƣợc giành trƣớc cho cả 2 hƣớng Trong chuyển mạch burst, 1 burst sẽ đi qua các nút trung gian mà không cần phải đệm, trong khi với chuyển mạch gói quang, các gói đƣợc lƣu trữ và gửi đi ở mỗi nút trung gian Nguyễn Kim Tuyến - Lớp: D04VT1 8 Đồ án tốt nghiệp Tải tin A Â Chương 1: Kỹ thuật chuyển mạch quang Mào . đề đảm bảo QoS trong mạng OBS. Trong chƣơng này, chúng ta giới thiệu giao thức báo hiệu và thuật toán lập lịch có hỗ trợ QoS trong các mạng OBS. Ngoài. hiệu hỗ trợ QoS : 62 4.2 Thuật toán lập lịch hỗ trợ QoS trong các mạng OBS : 64 4.3 Ảnh hƣởng của các FDL đến hiệu năng QoS của các mạng OBS : 68 4.3.1