chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÁO CÁO TÊN ĐỀ TÀI: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT CHUYÊN NGHÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: NGUYỄN QUANG HỌC NGUYỄN MINH PHƯƠNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. LÊ QUỐC CƯỜNG Thành phố Hồ Chí Minh - NĂM 2011 GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang ii MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv MỞ ĐẦU 1 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUAT 2 1. Từ MPLS đến MPλS /GMPLS 2 2. KHÁI QUÁT CHUNG GMPLS 4 3. Sự tách rời của mặt phẳng dữ liệu với mặt phằng điều khiển 9 4. Giao thức định tuyến 10 4.1 Mở rộng OSPF 10 4.2. Quảng bá liên kết TE 12 5. Giao thức báo hiệu 16 5.1 Giao thức mở rộng RSVP-TE 16 5.2 Yêu cầu nhãn tổng quát 18 5.3 Báo hiệu đường hai hướng 21 5.4 Việc cài đặt nhãn 23 5.5 Cấu trúc báo hiệu 25 6 Giao thức quản lý đường kết nối – Link Management Protocol 27 6.1 Sự cần thiết của LMP 27 6.2 Các loại đường liên kết dữ liệu 28 6.3 Các chức năng của LMP 28 7 Mô hình ngang hàng và mô hình phủ kính 35 7.1 Mô hình ngang hàng 36 7.2 Mô hình phủ kính 37 KẾT LUẬN 39 Tài liệu tham khảo 40 GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CR-LDP Constraint Base Routing- Label Distribution Protocol Giao thức phân bố nhãn hỗ trợ định tuyến ràng buộc DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao ETDM Electronic Time-Division Multiplexed Ghép kênh phân chia thời gian điện FSC Fiber Switch Capable Khả năng chuyển mạch quang GMPLS Generalized MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát IS-IS Intermediate System- Intermediate System Hệ thống trung gian tới hệ thống trung gian L2SC Layer 2 Switching Capable Khả năng chuyển mạch lớp 2 LER Label Edge Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LMP Link Mangement Protocol Giao thức quản lý liên kết LSA Link-state advertisement Thông báo trạng thái liên kết LSC Lambda Switch Capable Khả năng chuyển mạch bước sóng LSP Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label-Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức OSPF Open Shortest Path First Đường ngắn nhất đầu tiên OXC Optical Cross Connector Kết nối chéo quang PSC Packet Switching Capable Khả năng chuyển mạch gói QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RSVP-TE Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering Giao thức dành trước tài nguyên hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng SDH Synchronous Digital Hierachical Phân cấp số đồng bộ SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang ii TDM Time-Division Multiplexing Ghép kênh phân chia thời gian TDMC Time-Division Multiplexing- Capable Khả năng ghép phân chia thời gian TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng WDM Wavelength Divison Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu trúc các lớp mạng 2 Hình 2: Sự chuyển đổi cấu trúc mạng 3 Hình 3: Khái niệm nhãn 5 Hình 4: Sự Phân cấp của LSP 6 Hình 5: Mối quan hệ giữa khả năng chuyển mạch với khu vực 7 Hình 6: Mạng IP/MPLS hiện tại 8 Hình 7: Mạng GMPLS với mỗi lớp được điều khiển phân tán 8 Hình 8: Mạng GMPLS được điều khiển phân tán và kết hợp nhiều lớp 9 Hình 9: Kỹ thuật truyền tải đa lớp 9 Hình 10: Các giao thức chính của GMPLS 9 Hình 11: Khái niệm kỹ thuật truyền tải 11 Hình 12: Định dạng Opaque LSA (RFC 2370) 13 Hình 13: sub-TLV của opaque LSA trong OSPF GMPLS 14 Hình 15: Định dạng của đối tượng yêu cầu nhãn 18 Hình 16: Các loại G-PID 20 Hình 17: Nhãn ngược hướng 22 Hình 19: Mô hình phân cấp LSP 26 Hình 20: Các loại đường kết nối dữ liệu 29 Hình 21: Giao thức quản lý đường kết nối 30 Hình 22: Mô hình ngang hàng 36 Hình 23: Mô hình phủ kính 37 GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang iv MỞ ĐẦU GMPLS là một chuẩn IETF đã được đề nghị thiết kế đề đơn giản tạo và quản lý các dịch vụ IP/MPLS trên mạng quang. Chuẩn này có thể tạo một mặt phẳng điều khiển duy nhất để mở rộng từ IP tại lớp 3 trở xuống tầng vân chuyển tại lớp 1. Từ khi các nhà cung cấp dịch vụ đầu tiên bắt đầu vận chuyển lưu lượng IP, rất phức tạp, cơ sở hạ tầng trùng lắp nhiều lớp đã được giải quyết công việc mang lưu lượng IP trên mạng mà được thiết kế đề hỗ trợ công nghệ mạch và tiếng nói. Tuy nhiên, ngày hôm nay với sự tăng trưởng đột ngột của lưu lượng IP đã thúc đẩy việc tăng nhanh đột ngột trên băng thông rộng truy cập, ứng dụng mới, và dịch vụ mới, các mạng trúng lắp phức tạp này không thể hỗ trợ việc cung cấp dịch vụ đột ngột, quản lý băng thông động, và việc tạo dịch vụ linh hoạt để đáp ứng nhu cầu người sử dụng. GMPLS phát triển như một mặt phẳng điều khiển thống nhất mở rộng kết nối IP/MPLS thông minh từ lớp 2 và lớp 3 đi đến các thiết bị quang lớp 1. Không như MPLS, hỗ trợ chính là bộ định truyến và chuyển mạch, GMPLS cũng được hỗ trợ từ các phần cứng quang, như SONET/SDH, OXCs, và DWDM. GMPLS cho phép cơ sở hạ tầng mạng sử dụng mặt phẳng điều khiển chung để truy cập mạng đến mạng lỗi. Thiết lập đường để cho phép các thành phần quang ở mạng vận chuyển trở thành các bộ định tuyến ngang hàng trong mạng IP và có thể điều khiển bước sóng cung cấp tự động bởi mặt phẳng điều khiển có thể làm để tiết kiệm chi phí hoạt động bởi vì các mạng lưới có thể giải quyết lỗi trong thời gian thực. Ngoài ra, dịch vụ cung cấp có thể tăng tốc đáng kể. GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 1 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUAT 1. Từ MPLS đến MPλS /GMPLS Gần đây, công nghệ WDM truyền tải khối lượng thông tin bằng cách sử dụng nhiều bước sóng thông qua một đường truyềnsợi quang đã được cải tiến rất nhiều. Trong ký thuật truyền sợi quang lúc đầu, thông tin được truyền bằng cách chỉ sử dụng một bước sóng trên một đường sợi quang giữa hai nút. Nhưng nếu công nghệ ghép kênh bước sóng được thông qua, khả năng truyền tải sẽ tăng lên tương ứng với số lượng bước sóng cung cấp trong mỗi sợi quang, làm cho nó thích nghi tốt với khối lượng truyền tải thông tin lớn. Mạng IP/MPLS được xây dựng trên mạng đường SDH/SONET, và hầu hết mạng đường SDH/SONET xây dựng trên mạng cáp quang. Công nghệ ghép kênh đa bước sóng được áp dụng trong mỗi sợi quang. Thông thường, nhiều đường SDH/SONET được cấp cho một nhóm các bước sóng. Hình 1 cho thấy lớp cấu trúc của mạng lưới này. Cho đến nay, như trong hình 1 (a), mạng được cấu trúc bởi một lớp fiber, một lớp TDM, và một lớp packet. Khi nhu cầu truyền tải giữa các nút trở nên lớn hơn và số lượng bước sóng được ghép tăng lên thì hiệu suất sử dụng mạng có thể được cải thiện bằng cách sử dụng một bước sóng với một băng thông lớn hơn băng thông của SDH/SONET như một đường bước sóng bằng cách chỉ định các nút thực hiện chuyển mạch trên mỗi bước sóng. Hình 1: Cấu trúc các lớp mạng Như trong hình 1 (b), nó có thể tiết kiệm tổng chi phí của mạng bằng cách sử dụng một lớp đường bước sóng chèn giữa lớp TDM và lớp fiber để giao diện với đường SDH/SONET. Lớp đường bước sóng này còn được gọi là lớp λ, vì λ thường GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 2 được sử dụng như một biểu tượng thể hiện bước sóng. Nút thực hiện chuyển mạch theo đơn vị bước sóng hay đơn vị fiber và nút thực hiện chuyển mạch các đường TDM được gọi tắt tương ứng là OXC (Optical Cross-Connect) và DXC (Digital Cross-Connect). Khi một đơn vị lưu lượng truy cập lớn được xử lý, OXC lợi thế về chi phí hơn DXC. Các lớp càng cao thì chuyển mạch đơn vị đường càng tốt. Khi lưu lượng truyền tải IP tăng và truyền tải gói tin IP trở nên chủ đạo, chi phí mạng có thể được giảm bằng cách loại bỏ lớp TDM và lấy một cấu trúc lớp đơn trong lớp packet đặt ngay trên lớp λ lớp, như trong hình 1 (c). Hình 2 thể hiện sự chuyển đổi các cấu trúc lớp mạng được minh họa trong hình 8.1 theo năm. Tốc độ thâm nhập của các cấu trúc lớp trong hình 1 (b) và Hình 1 (c) sẽ phụ thuộc vào tốc độ tiến bộ công nghệ việc xây dựng mạng đường bước sóng và sự tăng trưởng trong khối lượng lưu lượng IP. Hình 2: Sự chuyển đổi cấu trúc mạng Đối diện với sự tiến bộ của lớp λ trong mạng quan, một MPλS (Multiprotocol Lambda Switching) đã được đề xuất áp dụng vào kỹ thuật điều khiển phân tán của MPLS ở lớp packet để quản lý mạng lớp λ 1 . Ở đây, λ là bước sóng. Trong MPLS, có thể thiết lập một LSP (label-switched path) bằng cách trao đổi thông tin liên kết giữa các nút với một giao thức định tuyến và bằng cách sử dụng một giao thức báo hiệu 2 3 . Trong MPLS, LSP được tạo ra bằng cách gắn vào gói tin IP một nhãn duy nhất được định nghĩa cho mỗi liên kết giữa hai nút, và Các gói tin IP được truyền tải cùng LSP bằng cách trao đổi các nhãn trong LSR (label switching router). Trong MPλS, λ hay bước sóng bên trong fiber được xử lý như một nhãn giống như trong MPLS, và có thể xây dựng đường bước sóng bằng cách kết nối các bước sóng phía đầu vào và đầu ra trong OXC. Trong MPλS, tương tự MPLS, điều khiển phân tán cũng có thể thực hiện bằng cách trao đổi thông tin liên kết giữa các nút với một giao 1 OSPF Extensions in Support of Generalized MPLS 2 Link Bundling in MPLS Traffic Engineering 3 Generalized multiprotocol label switching: an overview of signaling enhancements and recovery techniques GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 3 thức định tuyến và bằng cách thiết lập đường bước sóng sử dụng giao thức báo hiệu. Do đó, chúng ta có thể nói rằng MPλS là giao thức áp dụng các khái niệm về nhãn đã được sử dụng trong MPLS đối với lớp λ. Hơn nữa, thông qua MPLS được tổng quát (GMPLS) mà khái niệm tổng quát hơn của nhãn cũng đã được áp dụng cho lớp TDM và lớp fiber. 2. KHÁI QUÁT CHUNG GMPLS Kiến trúc MPLS đã được định nghĩa để hỗ trợ truyền dữ liệu dựa trên khái niệm về nhãn 4 . Trong RFC 3031, LSR được định nghĩa như là một nút mà có một mặt phẳng truyền dữ liệu có thể xác định ranh giới của gói tin IP hay tế bào (gói IP có chứa nhãn) và thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu theo nội dung của các tiêu đề gói tin IP hay tế bào. Trong GMPLS, LSR không chỉ bao gồm nút thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu theo các nội dung của tiêu đề gói tin IP hay tế bào, mà còn thiết bị thực hiện truyền dữ liệu theo thông tin của time slot, bước sóng, và cổng vật lý của mạng sợi quang. Giao diện LSR trong GMPLS được phân thành bốn loại tùy thuộc vào khả năng chuyển đổi: PSC (packet-switch capable), TDM (Time division multiplex capable), LSC (lambda-switch Capable), và FSC (Fiber Swich Capable). Hình 3 cho thấy các khái niệm về nhãn cho các cấu trúc mạng bốn lớp xác định ở Hình 1 (b). PSC: Giao diện PSC có thể xác định ranh giới của một gói tin IP hay tế bào và thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu theo các nội dung tiêu đề của gói tin IP hay của tế bào. Trong lớp packet ở Hình 3 (a), một nhãn duy nhất định nghĩa cho mỗi liên kết được gắn vào các gói tin IP để hình thành các LSP. Liên kết trong hình 3 (a) cho biết liên kết đã được được định nghĩa giữa hai LSRs để truyền tải gói tin IP. Trong trường hợp mà gói tin IP được truyền qua SDH/SONET thì liên kết này được gọi là đường SDH/SONET, và trong trường hợp mà gói tin IP được truyền thông qua Ethernet thì liên kết này được gọi là đường Ethernet. TDM: Giao diện TDM được lặp lại định kỳ và thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu theo time slot. Trong lớp TDM ở hình 3 (b), nhãn tương ứng với một time slot. Ví dụ, giao diện DXC mà trong đó đường TDM hoặc đường SDH/SONET được hình 4 Link Management Protocol (LMP) GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 4 [...]... thuộc về nhiều nhóm liên kết GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 16 chia sẻ rủi ro, và nó có thể bao gồm tất cả các nhóm chia sẻ rủi ro mà liên kết thuộc về các trường của các nhóm liên kết chia sẻ rủi ro 5 Giao thức báo hiệu 5.1 Giao thức mở rộng RSVP-TE Giao thức báo hiệu là một giao thức tạo LSP và quản lý tình trạng cài đặt LSP RSVP-TE là giao thức báo hiệu trong mạng MPLS, và nó... lập chuyển mạch được thực hiện cho đường ngược hướng Nút A đặt nhãn ngược hướng giá trị 505 trên bản tin PATH và truyền tới nút B Nút B tạo nhãn giá trị 505 của đường kết nối ra và đồng thời tạo giá trị nhãn 613 của đường kết nối vào giữa nút B và C đến bảng chuyển đổi nhãn, và thực thi cài đặt chuyển mạch cho đường ngược hướng theo GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 23 bảng chuyển. .. tính này của giao thức mở rộng RSVP-TE gồm: Yêu cầu nhãn, Đường báo hiệu hai chiều GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 18 Thiết lặp nhãn Cấu trúc báo hiệu 5.2 Yêu cầu nhãn tổng quát Ở phần 2, trong mạng GMPLS, một LSP được định nghĩa cho mỗi lớp Trong mạng MPLS, đường đi chỉ tham gia trong PSC-LSP, nghĩa là khả năng chuyển mạch của giao diện mà LSP đi qua là PSC Trong GMPLS RSVP-TE,... trộn, và 32 bit CRC Nếu các giao diện tại cả hai đầu nguồn và đích LSP không hỗ trợ cùng G-PID thì nội dung payload không được giải mã, việc giao tiếp xuyên qua LSP không thực hiện được GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 21 Bởi vì switching type và encoding type của định danh khả năng chuyển mạch giao diện (được mô tả phần 4.2) đã quảng bá trong giao thức định tuyến GMPLS, nút nguồn... khả năng chuyển đổi khác nhau Ví dụ, trong khi một giao diện của một liên GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 15 kết nào đó không thể xác định các gói tin, có thể để thực hiện chuyển đổi một đơn vị kênh bên trong payload SDH Các giao diện của cả hai đầu của liên kết không cần có khả năng chuyển mạch giống nhau Có nhiều loại khả năng chuyển đổi: PSC, TDM, LSC, và FCS Các loại mã hóa... sợi quang Trong lớp fiber ở hình 3 (d), nhãn tương ứng với các sợi quang Ví dụ về giao diện FSC, giao diện OXC trong đó các đường fiber được hình thành bằng cách fiber phía đầu vào và đầu ra với nhau Giao diện OXC với FSC thực hiện GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 6 việc chuyển kênh theo đơn vị fiber Liên kết trong trường hợp này có là một tổng hợp vật lý của sợi quang học, chẳng... - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 17 các nút trung gian tạo các nhãn cho các kết nối đến nút nguồn khi nó nhận được bản tin RESV Khi các nút trung gian truyền bản tin RESV đến nút đích, nó yêu cầu tạo bảng và chuyển mạch mà các nhãn tương ứng với các nhãn đã được tạo cho cả hai kết nối nút nguồn và nút đích Khi bản tin RESV đến nút nguồn, việc tạo LSP hoàn tất khi việc tạo bảng và chuyển. .. bảng chuyển đổi nhãn Trong lúc này, nút C tạo giá trị nhãn 201 tới đường kết nối hướng vào của bảng chuyển đổi nhãn và sau đó chính nó tạo hoạt động chuyển mạch theo như bảng chuyển đổi nhãn, nó gửi bản tin RESV gồm nhãn giá trị 201 tới nút B Tương tự, bản tin RESC được gửi tới nút B và nút A Khi bản tin RESV tới nút nguồn A, thì việc tạo LSP hoàn tất bằng việc tạo bảng và chuyển mạch tương ứng với nhãn. .. tải, kỹ thuật truyền tải đa lớp làm tăng hiệu quả của việc sử dụng tài nguyên mạng GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 9 Hình 8: Mạng GMPLS được điều khiển phân tán và kết hợp nhiều lớp Việc tiêu chuẩn hóa giao thức mạng GMPLS dưới con mắt của IETF (Internet Engineering Task Force), một tổ chức chuẩn hóa các vấn đề liên quan đến Internet Hình 10 cho thấy các giao thức chính được sử dụng... khi nút ngược hướng gửi bản tin PATH Bộ nhãn được định nghĩa như một nhóm các nhãn được hạn chế mà nút ngược hướng cho phép GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 24 Bảng tương ứng giữa nhãn với bước sóng tại nút B Bảng tương ứng giữa nhãn với bước sóng tại nút C Ngõ ra Ngõ vào Bước sóng 101 115 120 150 201 215 220 250 Đỏ Vàng Xanh lá Xanh dương Bộ nhãn {101, 115, 120, 150} Nút khởi tạo . NĂM 2011 GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang ii MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ iv MỞ ĐẦU 1 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUAT 2 1. Từ. Ngoài ra, dịch vụ cung cấp có thể tăng tốc đáng kể. GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 1 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUAT 1. Từ MPLS đến MPλS /GMPLS Gần đây, công nghệ WDM. techniques GMPLS - CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT Trang 3 thức định tuyến và bằng cách thiết lập đường bước sóng sử dụng giao thức báo hiệu. Do đó, chúng ta có thể nói rằng MPλS là giao thức áp