phần mềm xử lí lưu lượng ip wdm

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ANS I American National Standard Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ AT M Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CSP F Constraint-based Shortest Path First Routing Định tuyến đường đi ngắn nhất trước tiên dựa trên ràng buộc DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu DHC P Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DHP Demand Hop-count Product heuristic algorithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu ECM P Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh Brownian FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GMP LS Generalized Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ HTD A Heuristic Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình dựa trên kinh nghiệm HTT P Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ICM Internet Control Giao thức bản tin điều i P Message Protocol khiển Internet ID Identifier Bộ nhận dạng IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kĩ sư Internet Ifma nager Interface manager Khối quản lí giao diện IP Internet Protocol Giao thức Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ LEM S Link Elimination via Matching Scheme Loại bỏ tuyến nối thông qua lược đồ ghép LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn MA C Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí ML DA Minimum-delay Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic tối thiểu hoá trễ MPL S Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan MT U Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa NC& M Network Control and Management Quản lí và điều khiển mạng NE Network Element Phần tử mạng NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng NSF NET ii OAD M Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang OA M Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì OA M&P Operation, Administration, Maintenance and Provisioning Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám sát OC- 12 Optical Carrier Level 12 (622,08 Mb/s) Mức mang quang 12 (622,08 Mb/s) OC- 3 Optical Carrier Level 3 (155,52Mb/s) Mức mang quang 3 (155,52Mb/s) OC- 48 Optical Carrier Level 48 (2448,32 Mb/s) Mức mang quang 48 (2448,32 Mb/s) OC- 192 Optical Carrier Level 192 (9953,28 Mb/s) Mức mang quang 192 (9953,28 Mb/s) OHT MS LP-based One-Hop Traffic Maximisation Scheme Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn hop dựa trên LP OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàng liên mạng Internet quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu OSC P Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển mạch quang OSP F Open Shortest Path First Protocol Giao thức đường đi ngắn nhất trước tiên mở OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang PC Personal Computer Máy tính cá nhân QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RA M Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAR P Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược iii RD Residual Demand heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm nhu cầu dư thừa RDH P Residual Demand Hop-count Product heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu dư thừa RSV P Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên SCSI Small Computer Systems Interface Giao diện các hệ thống máy tính nhỏ SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SNM P Simple Network Management Protocol Giao thức quản lí mạng đơn giản SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SON ET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên SRL G Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TE Terminal Equipment, Traffic Engineering Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu lượng TEC P Traffic Engineering to Control Protocol Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức điều khiển TEL NET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa TIL DA Traffic Independent Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic độc lập lưu lượng TM N Telecommunications Management Network Mạng quản lí viễn thông TTL Time To Live Thời gian sống UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử dụng iv UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng- mạng VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo WA DM Wavelength Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng WA N Wide Area Network Mạng diện rộng WD M Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng WS XC Wavelength Selective Cross Connect Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng v LỜI NÓI ĐẦU Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. 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. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài. Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụ như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quang dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạng nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là các các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương: •Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I 1 •Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM. •Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất. •Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV, các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng chồng lấn sẽ được trình bày. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn. Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Sinh viên Nguyễn Thế Cương 2 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 1.1 Khái niệm mạng IP/WDM Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp: •Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet) •Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC) •Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ) Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí. Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quang và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ 4 phát đáp quang-điện-quang (O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH. Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu. Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2). Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng một sợi quang. Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu) Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các đặc tính chính của MPLS như sau: •Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến. IP ATM IP/MPLS SONET/S DH SONET/ SDH IP/MPLS WDM WDM WDM 5 [...]... thuật lưu lượng IP/ WDM Kĩ thuật lưu lượng IP/ WDM là kĩ thuật để tận dụng các tài nguyên IP/ WDM (ví dụ như các bộ định tuyến IP, các bộ đệm, các chuyển mạch WDM, các sợi quang và các bước sóng) một cách hiệu quả, để truyền dẫn các gói tin và dòng lưu lượng IP Kĩ thuật lưu lượng IP/ WDM bao gồm kĩ thuật lưu lượng IP/ MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM như được chỉ ra trên hình 2.2 Hình 2.2 Kĩ thuật lưu lượng IP/ WDM. .. thuật lưu lượng IP/ WDM Như đã trình bày ở trên kĩ thuật lưu lượng trong các mạng IP/ WDM có thể thực hiện theo hai phương pháp: kĩ thuật chồng lấn và kĩ thuật tích hợp Với kĩ thuật lưu lượng IP/ WDM 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 Các giải pháp kĩ thuật lưu lượng được phát triển cho các mạng IP hoặc các mạng WDM. .. năng mềm dẻo Ví dụ như, IP trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM 10 Tích hợp IP/ WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang 11 CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/ WDM 2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông Kĩ thuật lưu lượng. ..     Các nguyên lí tham chiếu lưu lượng Nguyên lí đầu tiên là băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ thuộc nhiều vào lưu lượng đã thấy trong dòng lưu lượng của cùng khoảng thời gian đó của tuần trước đó Nguyên lí này phản ánh mô hình độ lớn lưu lượng phụ thuộc lớn vào giờ trong ngày và ngày trong tuần được quan sát thấy trong các tuyến nối Do vậy, độ lớn lưu lượng trung bình trong... kĩ thuật lưu lượng chồng lấn Với kĩ thuật lưu lượng tích hợp, sự tối ưu hoá hiệu năng mạng đối với một mục tiêu nhất định đạt được nhờ sự kết hợp giữa cả hai thành phần mạng IP và WDM Với sự xuất hiện của các phần cứng ngày càng tinh vi cho phép tích hợp chức năng của cả IP và WDM tại mỗi thành phần mạng (NE) nên kĩ thuật lưu lượng tích hợp có thể hoạt động hiệu quả hơn 2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng... tái cấu hình hay không Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp lưu lượng) giữa hai đầu cuối Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong trường hợp các dòng lưu lượng IP là lưu lượng chạy trên tuyến nối nằm giữa hai bộ định tuyến Tương ứng như thế, các đầu cuối cũng có thể không phải là các bộ định tuyến liền kề Một dòng lưu lượng IP là đơn hướng và điều này... tĩnh trên nền mạng WDM Kĩ thuật lưu lượng WDM giải quyết các vấn đề về thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất và dịch chuyển mô hình IP Trong 23 các mạng WDM có khả năng tái cấu hình, kĩ thuật lưu lượng MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM làm việc ở các tầng khác nhau, nghĩa là một ở tầng IP và một ở tầng WDM Trong các mạng chuyển mạch gói quang, các kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM có thể được dùng theo mô hình... của kĩ thuật lưu lượng 24 chồng lấn là các cơ chế có thể được điều chỉnh để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của một tầng cụ thể (IP hoặc WDM) tuỳ theo các mục tiêu được lựa chọn Hình 2.3 mô tả kĩ thuật lưu lượng chồng lấn Hình 2.3 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn có thể xây dựng bằng việc kết nối các bộ định tuyến IP với mạng WDM dựa trên OXC thông qua một OADM Các mạng IP/ WDM được xây... nhiên cho một mô hình kĩ thuật lưu lượng tích hợp Quản lí lưu lượng IP và quản lí và điều khiển tài nguyên WDM được xem xét cùng nhau Hình 2.4 chỉ ra kĩ thuật lưu lượng tích hợp 26 Hình 2.4 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp 2.5.3 Nhận xét Sự khác biệt giữa hai xu hướng chồng lấn và tích hợp thể hiện ở mối quan hệ giữa tối ưu hoá hiệu năng và ấn định tài nguyên Với kĩ thuật lưu lượng chồng lấn, tối ưu hoá hiệu... liệu thống kê lưu lượng (ở đây là lưu lượng IP) từ các bộ chuyển mạch và định tuyến hay trên các tuyến truyền dẫn Để hỗ trợ tính năng này, các mạng IP/ WDM sẽ giám sát lưu lượng IP Khối phân tích lưu lượng: thành phần này sẽ đưa ra các quyết định dựa trên các số liệu thống kê thu thập được Mỗi khi có cập nhật, bộ phận này cũng đưa ra các báo cáo phân tích Khối dự đoán băng thông: thành phần này được . lưu lượng IP/ WDM. Chương II sẽ trình bày một số vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/ WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng. các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường. TỔNG QUAN VỀ IP/ WDM 1.1 Khái niệm mạng IP/ WDM Mạng IP/ WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng