Kỹ thuật lưu lượng đa lớp trong mạng huyển mạh nhãn đa giao thứ tổng quát

TRẦN THỊ NGỌC LAN Trang 2 DANH MụC CáC HìNH Vẽ Hình 1.1 Yêu cầu các thông tin cần có đối với nhãn GMPLS: 5 Hình 1.2: Thông tin nhãn tổng quát 7 Hình 1.3: Thông tin trong tập nhãn 7 Hình

Các thành phần GMPLS 3

Cấu trúc nhãn 3

a) Cấu trúc nhãn tổng quát :

Khi MPLS được mở rộng trong các vùng quang và TDM, cần thiết phải có thêm cấu trúc nhãn mới Mẫu nhãn tổng quát không chỉ cho phép nhãn MPLS nằm trong dải thông gói liên quan mà còn hỗ trợ mở rộng cho các nhãn nhận dạng khe thời gian, bước sóng và sợi quang Những cấu trúc nhãn mới này được gọi là nhãn tổng quát, bao gồm các đặc trưng cơ bản cần thiết.

Luận văn cao học GMPLS

• Nhãn MPLS cơ bản, nhãn chuyển tiếp khung, nhãn ATM

• Một tập các timeslot nằm trong một khung SONET/SDH

• Một bớc sóng đơn sắc thuộc một dải sóng nào đó hay của sợi quang nào đó

• Một sợi quang riêng lẻ trong một bó sợi quang

Node sử dụng GMPLS để nhận biết kiểu liên kết, cho phép nhãn tổng quát có trường nhận dạng loại nhãn mà không bị phân cấp Mỗi LSP được thiết lập hoàn toàn tách biệt khi có yêu cầu về các cấp độ của nhãn Thông tin trong nhãn được thể hiện rõ ràng và quá trình biên dịch thông tin này phụ thuộc vào kiểu liên kết mà nhãn đang sử dụng.

Nhãn GMPLS cần đáp ứng một số yêu cầu để hỗ trợ giao tiếp với các giao diện khác nhau và thiết lập LSP Hình 1.1 minh họa rõ ràng các yêu cầu cần thiết trong nhãn tổng quát.

Những trờng dới đây đã đợc định nghĩa nh sau :

LSP enc.type Switching type G- PID

Hình 1.1: Yêu cầu các thông tin cần có đối với nhãn GMPLS

Trường mã hóa LSP là một trường 8 bit, chỉ ra cách thức mã hóa dữ liệu khi truyền tải trên LSP Các giá trị được định nghĩa cụ thể sẽ giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình truyền dữ liệu.

Trường chuyển mạch là một trường 8-bit được sử dụng để chỉ định rằng kiểu chuyển mạch này chỉ nên thực hiện trên một liên kết riêng lẻ.

Nhận dạng tải tin chung (G-PID) là một trường 16 bit được sử dụng để xác định tải tin mang bởi một LSP, và nó được áp dụng tại các điểm đầu cuối của LSP Dưới đây là một số giá trị đã được xác định cho G-PID.

Giá trị Kiểu Kĩ thuật

0 Không đợc biết đến Tất cả các loại

14 ánh xạ đồng bộ byte của E1 SONET/SDH

17 ánh xạ đồng bộ bit của DS1/T1 SONET/SDH

28 PoS-Không đổi tần, 16 bit CRC SONET/SDH

32 ánh xạ ATM SONET, SDH

33 Ethernet Bớc sóng, sợi quang

34 SDH Bớc sóng, sợi quang

35 SONET Bớc sóng, sợi quang

36 Digital wrapper Bớc sóng, sợi quang

37 Lamda Sợi quang c) Nhãn hỗ trợ :

GMPLS đã giới thiệu kiểu nhãn hỗ trợ, cho phép cung cấp một node dữ liệu đầu vào tương ứng với node dữ liệu đầu ra Điều này giúp node dữ liệu khởi tạo quá trình cấu hình phần cứng theo chỉ dẫn trong nhãn trước khi giao tiếp với node dữ liệu hướng vào Đây là lựa chọn hợp lý khi thời gian cấu hình ngắn, không gây ra trễ Nhãn hỗ trợ có thể được điền đầy tại node dữ liệu hướng vào, với khuôn dạng tương tự như nhãn tổng quát.

Tập nhãn được sử dụng để giới hạn sự lựa chọn của node dữ liệu đầu vào cho một tập nhãn cho phép, với tiêu chuẩn nghiêm ngặt trong việc lựa chọn ở mỗi chặng Mỗi node sẽ phát đi một tập nhãn riêng dựa trên tập nhãn đầu vào và các tính năng tương thích về phần cứng Tập nhãn rất thích hợp trong các lớp quang, và có 4 trường hợp được giới thiệu sau đây.

Trờng hợp 1: Thiết bị đầu cuối chỉ phù hợp trong việc thu phát trên một tập nhỏ các bớc sóng xác định

Trong trường hợp 2, có nhiều giao diện không thể hỗ trợ việc biến đổi bước sóng, do đó cần sử dụng bước sóng đồng nhất trên các chặng hoặc thậm chí trên toàn tuyến.

Trờng hợp 3: Giới hạn số lợng các bộ biến đổi bớc sóng trên toàn tuyến

Hình 1.2: Thông tin nhãn tổng quát

Hình 1.3: Thông tin trong tập nhãn

Trờng hợp 4: Hai điểm đầu cuối của một liên kết hỗ trọ các tập bớc sóng khác nhau

Phần thông tin dữ liệu nằm trong nhãn đợc thể hiện rõ trong hình 1.3

Một nhãn bao gồm nhiều thành phần, được gọi là subchannel, có cấu trúc tương tự như nhãn tổng quát Các trường dưới đây được bổ sung trong subchannel:

Action: 8 bit của trờng này cho biết cách mà tập nhãn đợc gán các giá trị nh sau :

Inclusive list ( Giá trị đặt bằng 0 ): Chỉ ra rằng một tập nhãn chứa đựng các thành phần sub-channel nên đợc đặt vào trong nhãn

Exclusive list ( Giá trị đặt bằng 1): Chỉ ra rằng một tập nhãn chứa đựng các thành phần sub-channel nên đợc loại ra khỏi nhãn

Dải nhãn độc quyền (Giá trị đặt bằng 3) chỉ ra rằng tập nhãn cần loại bỏ một dải nhãn cụ thể Nhãn trên đối tượng/TLV bao gồm hai thành phần sub channel: thành phần đầu tiên xác định vị trí khởi đầu của dải, trong khi thành phần thứ hai xác định vị trí cuối cùng Giá trị bằng 0 cho biết dải này không bị phân chia.

Label type : Một trờng 14 bit đợc sử dụng để cho biết dạng và cấu trúc của gói đang đợc mang bởi đối tợng/TLV

1.2.2 Ph©n cÊp LSP trong GMPLS Để mở rộng các đặc tính kĩ thuật của MPLS, phiên bản có tính tổng quát của nó có tên gọi GMPLS đem đến các giải pháp mới thuận tiện hơn, u việt hơn đối với mạng thế hệ sau Thực tế mặt phẳng điều khiển của GMPLS có thể

Luận văn cao học GMPLS quản lý đợc các phần tử mạng hỗn tạp (các router IP/MPLS, các phần tử

SDH/SONET và các bộ chuyển mạch ATM đã được mở rộng một cách hợp lý nhờ vào việc sử dụng các giao thức IP truyền thống Điều này cho phép quản lý các lớp mạng bên trong một cách dễ dàng thông qua một mặt phẳng điều khiển độc lập Từ các khái niệm của MPLS, khái niệm chuyển mạch không gói đã được phát triển với phương thức phân cấp chuyển tiếp LSP GMPLS dựa trên khả năng kết hợp các giao diện của router chuyển mạch nhãn Tại đỉnh của phân cấp, LSP ngoài cùng chứa các node có giao diện chuyển mạch sợi quang, trong khi lớp thứ hai là các λLSP với tính năng chuyển mạch bước sóng Lớp thứ ba liên quan đến TDM.

LSP, hay các node chuyển mạch TDM (kết nối chéo SDH), được phân chia thành ba lớp Lớp thứ nhất là LSP dạng gói, bao gồm các node chuyển mạch gói như router IP Lớp thứ hai, LSP lớp hai, bao gồm các node với tính năng chuyển mạch lớp hai như router hoặc chuyển mạch ATM thời gian thực Lớp cuối cùng là các node chuyển mạch TDM Trong hình 1.4, mỗi lớp được bao quanh bởi một đám mây mạng, với đám mây ngoài cùng là vùng LSP gói, tiếp theo là vùng LSP lớp 2 và đám mây trong cùng là LSP sợi quang Tất cả các LSP đều thuộc về một đám mây mạng chung, và một LSP có tính năng chuyển mạch gói có thể được lồng xếp vào trong các LSP thứ bậc cao hơn.

Ph©n cÊp trong GMPLS 9

Hình 1.4 minh họa rõ ràng cấu trúc phân cấp của LSP, bao gồm các thuộc tính như chuyển mạch gói PSC, chuyển mạch lớp 2, TDM, chuyển mạch bước sóng lambda và chuyển mạch sợi quang.

Chồng giao thức trong mạng GMPLS 10

Các giao thức định tuyến 11

Các giao thức định tuyến OSPF và IS-IS có khả năng tự động phát hiện topo mạng và quảng bá tính sẵn có của tài nguyên mạng Để hỗ trợ thiết lập LSP cho mục đích tối ưu hóa lưu lượng (TE), các giao thức này đã được mở rộng Trong cùng một miền, các giao thức định tuyến trạng thái liên kết được sử dụng là OSPF-TE và IS-IS.

TE, còn giao thức định tuyến giữa các domain là BGP-TE.

Một số tăng cờng (mở rộng) của các giao thức định tuyến GMPLS:

1 Hỗ trợ các liên kết không đánh số Khi 1router quản- g bá 1 liên kết TE không đánh số, thông báo này mang cả số nhận dạng ID đầu gần (local) và số

Hình 1.5: Chồng giao thức GMPLS

Luận văn cao học GMPLS đề cập đến việc nhận dạng đầu xa (remote) của liên kết Trong trường hợp router không biết số nhận dạng đầu xa của liên kết, nó sẽ sử dụng giá trị 0 làm số nhận dạng đầu xa.

2 Kiểu bảo vệ liên kết (Link Protection Type): cho biết khả năng bảo vệ của liên kết, đợc sử dụng bởi thuật toán tính đờng trong quá trình thiết lập

LSP cung cấp nhiều đặc tính bảo vệ khác nhau, bao gồm 6 kiểu bảo vệ chính: bảo vệ lưu lượng đặc biệt (extra traffic), không bảo vệ, bảo vệ dùng chung, bảo vệ dành riêng 1+1, bảo vệ dành riêng 1:1 và kiểu tăng cường.

3 Thông tin về nhóm liên kết có chung mức độ rủi ro (SRLG Shared -

Nhóm thông tin liên kết rủi ro (Risk Link Group Information) là tập hợp các liên kết chia sẻ tài nguyên, trong đó sự cố của một liên kết có thể ảnh hưởng đến các liên kết khác, được xác định bằng một số 32 bit Khi hai router chuyển mạch nhãn yêu cầu nhiều LSP, bao gồm cả LSP dự phòng, thuật toán sẽ tính toán các đường đi có SRLG tách rời, tức là không chia sẻ SRLG Thông tin về SRLG được cung cấp bởi líp quang.

Hình 1.6: Nhóm liên kết rủi ro chung

I.3.2 Các giao thức báo hiệu

GMPLS sử dụng hai giao thức báo hiệu là RSVP-TE và CR-LDP để thiết lập các TE LSP So với MPLS, GMPLS có một số cải tiến đáng chú ý trong giao thức báo hiệu, nâng cao khả năng quản lý và tối ưu hóa mạng.

1 Khuôn dạng nhãn chung bao gồm nhãn cho các giao diện TDM, LSC, FSC

2 Chỉ dẫn nhãn trên đờng lên (upstream) có tác dụng thiết lập LSP - nhanh hơn, đóng vai trò quan trọng trong trờng hợp mạng gặp sự cố cần thiết lập lại các LSP thay thế

3 Hỗ trợ chuyển mạch băng sóng (waveband) - waveband là tập các bớc sóng liền kề đợc chuyển mạch cùng nhau sang một băng sóng mới

Cách này giảm đợc méo của các bớc sóng đơn

4 Thiết lập LSP 2 chiều: cả 2 đờng dữ liệu upstream và downstream từ thiết bị khởi tạo và thiết bị ngắt có thể đợc thiết lập sử dụng tập bản tin báo hiệu đơn Cách này giảm thời gian thiết lập và số lợng thông báo điều khiển chỉ bằng trờng hợp LSP 1 chiều Hơn nữa, không tăng lợng mào đầu

5 Hỗ trợ lân cận chuyển gói (Forwarding adjacency) - nhằm mở rộng khả năng báo hiệu xếp lồng LSP trong đó nhiều TE LSP đợc tập hợp lại trong một TE LSP lớn hơn Các node trung gian chỉ nhìn thấy LSP phía ngoài, node này không cần duy trì trạng thái chuyển gói của mỗi LSP phía trong Vì thế giảm đáng kể lợng thông tin báo hiệu do đó tăng khả năng báo hiệu

6 Thông báo sai hỏng nhanh

I.3.3 Các giao thức quản lý liên kết

LMP là một giao thức mới nhằm duy trì kế hoạch điều khiển và dữ liệu giữa các node Các chức năng chính của LMP bao gồm việc đảm bảo sự liên kết và đồng bộ hóa thông tin giữa các thiết bị, tối ưu hóa hiệu suất mạng, và cải thiện khả năng quản lý tài nguyên.

1 Quản lý kênh điều khiển: thiết lập và duy trì kết nối giữa các node lân cận, nhờ tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu nên các node lân cận trên mặt phẳng điều khiển không nhất thiết phải là những node lân cận trong mặt phẳng dữ liệu.

Các giao thức quản lý liên kết 13

2 Tơng quan thuộc tính liên kết: chức năng này của LMP đợc thiết kế để đồng bộ các thuộc tính đầu gần và các thuộc tính đầu xa của liên kết TE

Các bản tin Link Summary trong quá trình trao đổi bao gồm số nhận dạng đầu gần và đầu xa, cùng với danh sách tất cả các liên kết dữ liệu Điều này bao gồm liên kết TE và các thuộc tính tuyến khác nhau, chẳng hạn như các cơ chế bảo vệ và các số nhận dạng liên kết.

3 Định vị và thông báo lỗi: LMP có đặc trng duy nhất là nó có thể xác định lỗi kênh và liên kết và những lỗi trên kênh truyền ở cả mạng trong suốt và mạng không trong suốt (độc lập về phơng pháp mã hoá và tốc độ bít dữ liệu).

Đặc trng của mạng GMPLS 14

Khả năng mở rộng mạng 15

I.4.2.4 Tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu

GMPLS cải thiện kiến trúc mạng bằng cách tách biệt hoàn toàn mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển của các lớp mạng khác nhau Mặt phẳng điều khiển sử dụng công nghệ dựa trên IP, trong khi mặt phẳng dữ liệu có thể áp dụng nhiều công nghệ khác nhau như TDM, Lambda và gói Hơn nữa, mặt phẳng điều khiển được chia thành hai phần: phần báo hiệu với các giao thức báo hiệu và phần định tuyến với các giao thức định tuyến Để thiết lập dịch vụ trao đổi giữa các node, cần thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP Trong mạng GMPLS, quyết định chuyển mạch không chỉ dựa vào phần đầu gói hay cell mà còn phải xem xét timeslot, bước sóng và các cổng vật lý, từ đó nâng cao khả năng của các giao thức MPLS.

Nguyên lý hoạt động của GMPLS 17 1 Phát hiện lân cận 18

TÝnh ®êng 19

Đối với một dịch vụ cụ thể, việc tìm ra một đờng thích hợp sẽ sử dụng hiệu quả các liên kết cùng với thành phần mạng

Vai trò của thuật định tuyến theo đờng ngắn nhất có ràng buộc (CSPF):

Khi nhận yêu cầu dịch vụ từ phần mềm quản lý SNMP, node đầu vào sẽ tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu TE để xác định đường đi tốt nhất giữa các điểm cuối dịch vụ Đường đi "tốt nhất" được xác định dựa trên số liên kết hoặc độ trễ mạng thấp nhất, đồng thời đáp ứng các ràng buộc và chính sách yêu cầu của người sử dụng Những ràng buộc này là vấn đề quan trọng nhất trong mặt phẳng điều khiển thông minh.

Những ràng buộc cơ bản bao gồm:

1 Tránh các liên kết và node cụ thể: điều này đợc sử dụng thờng xuyên để nhận đợc những đờng độc lập về lỗi Node và liên kết có cùng mức rủi ro đợc tập hợp thành nhóm Rủi ro có thể là các sợi cáp có cùng ống dẫn hoặc các văn phòng trung tâm ở trong cùng miền sự cố Vì thế, đờng có thể đợc yêu cầu đi qua các nhóm khác nhau

2 Bao gồm các node cụ thể: trờng hợp đặc biệt cần xác định đầy đủ mọi node trên đờng, điều này có thể sử dụng trong những trờng hợp yêu cầu tính toán đờng thủ công (manual)

3 Thoả mãn các thuộc tính trễ và jitter

4 Sử dụng các topo đặc biệt nh SONET ring

Báo hiệu dịch vụ 19

Việc cấu hình mỗi thành phần có mặt trên đờng với mọi tham số cần thiết phải đợc thực hiện để bắt đầu dịch vụ

RSVP-TE và CR LDP đóng vai trò quan trọng trong việc báo hiệu dịch vụ, cho phép lựa chọn đường đi cho các giao thức báo hiệu Khi đường đi đã được xác định, RSVP-TE sẽ được sử dụng để thiết lập từng thành phần mạng trên đường đó Tại mỗi node, việc quản lý tài nguyên được thực hiện nhằm đảm bảo rằng việc thiết lập dịch vụ mới không chỉ đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch vụ mà còn không ảnh hưởng đến các dịch vụ hiện có.

Mỗi node trên đường thực hiện kiểm tra cuối cùng và dự trữ tài nguyên cho dịch vụ Nếu một node không đáp ứng yêu cầu dịch vụ, lỗi sẽ được phát ra và mọi

Mặt phẳng điều khiển không ngừng hoạt động, ngay cả khi dịch vụ đã được đặt tạo ra Nó liên tục cập nhật cơ sở dữ liệu TE để xử lý các sự cố và thay đổi liên quan đến tải mạng.

Tiến trình chuẩn hoá 20

Mặc dù tiến trình tiêu chuẩn hóa GMPLS đang diễn ra nhanh chóng và các đặc tính cơ bản đã được định nghĩa, vẫn còn nhiều công việc cần thực hiện Vấn đề lớn nhất hiện nay là xác định cách sử dụng các tham số cơ bản để tích hợp các đặc điểm và tính năng riêng của từng lớp.

Sự khác biệt chính giữa các lớp chuyển mạch kênh nằm ở mức độ chi tiết của thông tin cần thiết để tính toán đường chuyển mạch Một số thuộc tính không phụ thuộc vào tình trạng sử dụng mạng hiện tại, như các thuộc tính cơ bản của kênh và các thuộc tính riêng của kênh SDH Những yếu tố này bao gồm dạng bảo vệ lớp quang, dạng xích chuỗi và tính không thay đổi của kênh, cùng với một số thuộc tính khác liên quan đến tình trạng sử dụng hiện tại.

Luận văn cao học GMPLS kênh vẫn chưa xác định rõ số lượng thông tin chi tiết cần thông báo Việc thông báo chính xác tài nguyên phân bổ cho mỗi kênh SDH giúp nhà khai thác mạng tối ưu hóa sử dụng mạng, nhưng cũng tạo ra một lượng lớn thông tin cần chuyển, dẫn đến các vấn đề liên quan đến khả năng mở rộng định tuyến Ngược lại, thông báo mức tổng băng tần có thể làm tăng xác suất lỗi trong việc thiết lập LSP.

Khôi phục nhanh báo hiệu trong GMPLS vẫn chưa được định nghĩa rõ ràng Đặc điểm này được chú trọng vì khả năng bảo vệ và phục hồi LSP sẽ hoạt động độc lập với cơ chế bảo vệ SDH, vốn dựa vào các mạch vòng SDH, và sẽ thay thế cơ chế này.

Vấn đề định tuyến giữa các miền cũng cần tiếp tục phải đợc tiêu chuẩn hoá.

Các vấn đề triển khai 21

Các vấn đề còn bỏ ngỏ chủ yếu liên quan đến việc triển khai mảng điều khiển mạng đa lớp Mặc dù GMPLS là công nghệ phân tán tự nhiên, nhưng ứng dụng của nó trong mạng truyền tải không loại trừ cách tiếp cận tính toán đường tập trung Do độ phức tạp của một số thuật toán định tuyến cứng nhắc và nhiều điều kiện cần xem xét để tối ưu hóa mạng, việc lựa chọn thuật toán định tuyến ở các nút mạng là rất quan trọng Tuy nhiên, cách tiếp cận lai ghép, cho phép các nút mạng tự tính toán đường cơ bản, được coi là phù hợp, đặc biệt hữu ích trong các tình huống khôi phục mạng.

GMPLS có nhiều phương thức triển khai, bao gồm mô hình chồng lấn và mô hình ngang cấp để tích hợp đa lớp Mô hình chồng lấn giữ lại các mảng điều khiển riêng, với mỗi mảng hoạt động tại từng lớp, trong đó các thành phần mạng lớp trên được coi là khách hàng của lớp dưới và yêu cầu các kênh thông qua giao diện UNI Lớp cao hơn không biết về topo và tuyến lớp thấp hơn, dẫn đến một số chức năng tại các lớp khác nhau có thể được coi là dự phòng Tuy nhiên, mô hình này cũng tạo ra những vấn đề về khả năng mở rộng của định tuyến, tương tự như mô hình IP qua ATM, khi số lượng tuyến tăng nhanh theo cấp số nhân giữa các bộ định tuyến biên.

Mô hình ngang cấp sử dụng một mảng điều khiển tích hợp, trong đó các bộ định tuyến, thiết bị SDH và thiết bị chuyển mạch quang hoạt động theo hình thức ngang cấp.

Các bộ định tuyến đều có khả năng chuyển tải trong mạng mắt lưới, với số lượng tuyển (N) tạo ra (N²) kết nối điểm điểm giữa các router biên Điều này mang lại sự linh hoạt hơn trong việc lựa chọn tuyến đường trong miền quản lý của một nhà quản lý.

Mô hình ghép giữa overlay và ngang cấp kết hợp ưu điểm của cả hai mô hình, cho phép hoạt động hiệu quả trong môi trường có nhiều nhà quản lý và đa công nghệ trong mạng.

GMPLS cung cấp khả năng phối hợp hoạt động trong môi trường đa nhà cung cấp thông qua các thiết bị đa lớp Giao diện UNI là thành phần báo hiệu đầu tiên được đo kiểm trong mô hình triển khai chồng lấn Một số nhà sản xuất thiết bị đã lên kế hoạch cho các hoạt động đo kiểm phối hợp giữa các lớp và các thiết bị GMPLS Tuy nhiên, do quá trình chuẩn hoá vẫn đang ở giai đoạn đầu, vẫn còn nhiều vấn đề cần được giải quyết.

Sự phát triển mạng của các nhà khai thác 22

Các nhà công nghiệp viễn thông dự báo rằng GMPLS sẽ trở thành thành phần cốt lõi trong mạng tương lai Sự phát triển của mạng lưới từ các nhà khai thác sẽ ảnh hưởng đến quá trình phát triển và ứng dụng của GMPLS Tốc độ của bộ định tuyến, chuyển mạch ATM và thiết bị SDH ADM hiện tại vẫn còn hạn chế so với tốc độ hoạt động của mạng quang Điều này dẫn đến việc phát triển kiến trúc mới, trong đó mạng trục chủ yếu dựa vào thiết bị DWDM và chuyển mạch quang điện tử (photonic) Các thiết bị chuyển mạch quang điện tử, như thiết bị nối chéo quang (OXC), giúp giảm thiểu nhu cầu xử lý điện.

Thiết bị IP, ATM và SDH sẽ được triển khai tại biên mạng trục để phân phối dịch vụ đến người dùng Những thiết bị này có khả năng yêu cầu băng tần động điểm điểm thời gian thực với độ mịn sóng tới mạng trục quang, nhờ vào mảng điều khiển quang GMPLS.

WDM cung cấp băng tần lớn bằng cách tăng số lượng kênh trên một sợi cáp, trong khi IP đảm bảo kết nối và dịch vụ cho các hệ thống cuối, với lưu lượng IP là chính trong mạng Công nghệ này phát triển nhanh hơn so với ATM và SONET/SDH, khiến tổ hợp WDM và IP trở thành giải pháp dài hạn hiệu quả GMPLS đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai các chức năng cơ bản của ATM và SDH tại lớp IP hoặc quang Khi số lượng lớp trong mạng trục giảm, quản lý mạng trở nên đơn giản hơn và chi phí tổng thể giảm.

ATM đã bắt đầu bị loại bỏ

Việc loại bỏ lớp TDM (SDH hay SONET) gặp nhiều khó khăn hơn

SDH (SONET) hiện đang được sử dụng rộng rãi nhờ vào khả năng giám sát chất lượng, quản lý sự cố và khôi phục hiệu quả Tuy nhiên, các nhà khai thác vẫn cần cung cấp băng tần không chỉ kết nối IP do một số lý do nhất định.

- Một số khách hàng nh nhà cung cấp dịch vụ muốn sở hữu và quản lý hạ tầng IP của họ;

- Tất cả các ứng dụng không chỉ dựa trên kết nối IP trong thời gian tới

Ví dụ VoIP sẽ không thay thế đợc mạng thoại hiện nay

Hệ thống phân cấp ghép kênh SDH cung cấp khả năng phân tách lu lợng khách hàng rất đơn giản, với độ mịn tốt và có giá rẻ

Các thiết bị chuyển mạch quang chỉ cung cấp độ mịn băng tần, và trong tương lai, một số mạng khu vực vẫn cần băng tần lên đến 2,5 Gbit/s trên mỗi kênh, tương đương với tốc độ STM-1, nhằm thay thế các thiết bị SDH bằng tổng đài quang Hiện nay, các nhà cung cấp dịch vụ đang gặp khó khăn về tài chính, với nguồn vốn mới hạn chế, và thời gian triển khai dịch vụ không còn là tiêu chí duy nhất Do đó, nhiều nhà khai thác đang lựa chọn cách tiếp cận hiệu quả hơn bằng cách phát triển theo nhu cầu thị trường.

Nh vậy, chức năng đảm bảo lu lợng của SDH sẽ còn tiếp tục tồn tại trong những phần mạng phụ trợ của mạng trục

Quá trình chuẩn hoá và triển khai GMPLS cần thời gian dài, trong khi lớp TDM sẽ dần bị loại bỏ khỏi mạng truyền tải khi tốc độ truy cập của khách hàng tương ứng với tốc độ bit của bước sóng Tuy nhiên, việc khẳng định nhu cầu thị trường sẽ đạt đến mức này trước khi GMPLS được triển khai thực tế là rất khó khăn.

Nh vậy, rất nhiều mạng chuyển tải sẽ có tổ hợp các tổng đài quang và thiết bị

Để cung cấp dịch vụ truyền tải liên tục đến nhiều khách hàng, các nhà khai thác cần tích hợp lớp TDM vào kiến trúc mạng chuyển tải tự động.

Từ các yếu tố trên cho thấy mạng truyền tải chuyển mạch tự động

SDH là yếu tố thiết yếu trong việc cung cấp lớp điều khiển động cho lớp quang, trong khi GMPLS cung cấp một mô hình đồng nhất cho tất cả các lớp chuyển tải Điều này nhấn mạnh vai trò quan trọng của GMPLS trong ASTN, vì nó giúp đơn giản hóa việc tích hợp đa lớp truyền dẫn so với các giải pháp độc quyền của nhà cung cấp thiết bị.

Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ơng

Chơng 2: Kỹ thuật lu lợng

2.1 Kỹ thuật lu lợng và mục tiêu chất lợng của nó

Chất lượng dịch vụ QoS là một thách thức lớn cho các kỹ thuật định tuyến hiện nay Các phương pháp định tuyến IP truyền thống không đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu cao về QoS, đặc biệt là đối với các ứng dụng VOIP đang ngày càng phổ biến.

Về vơ bản có thể nhận thấy bất cứ kỹ thuật lu lợng nào cũng nhằm giải quyết hai vấn đề cơ bản sau đây:

- Thiết lập tuyến tối u trên cơ sở một số chuẩn mực nhất định

- Xem xét băng tần khả dụng trên từng kênh riêng

Kỹ thuật lưu lượng là giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng dịch vụ thông qua việc kiểm soát tắc nghẽn mạng và tối ưu hóa tính năng mạng Mục tiêu chất lượng cơ bản của TE có thể được phân loại thành các loại chính.

Các mục tiêu định hướng lưu lượng bao gồm nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS) thông qua việc giảm thiểu thất thoát gói, giảm độ trễ, tối đa hóa băng thông và thực thi nghiêm ngặt các thỏa thuận mức dịch vụ (SLA).

Mục tiêu định hướng tài nguyên là tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, trong đó băng thông được xem là tham số quan trọng nhất trong mạng Vấn đề quản lý băng thông hiệu quả là cốt lõi của kỹ thuật điều phối lưu lượng (TE), với hệ quả là giảm thiểu tắc nghẽn mạng.

Tắc nghẽn mạng có thể xảy ra ở một số trờng hợp sau:

- Khi tài nguyên mạng không đủ hoặc không tơng xứng để phục vụ tải theo yêu cầu

Khi luồng lưu lượng được chuyển giao không hiệu quả trên các tài nguyên khả dụng, băng thông sẽ bị quá tải ở một số khu vực trong khi các khu vực khác vẫn còn dư thừa.

Dịch vụ chịu lỗi trên mạng IP được cung cấp bởi các giao thức định tuyến phân bố, nhưng độ trễ hội tụ chậm của chúng không phù hợp với mạng tốc độ cao.

Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại 26

Khả năng điều khiển của giao thức IGP hiện nay không đủ để quản lý lưu lượng TE một cách hiệu quả Giao thức này gặp khó khăn trong việc triển khai các chính sách nhằm cải thiện chất lượng mạng Hơn nữa, việc IGP dựa vào thuật toán tìm đường ngắn nhất làm gia tăng nguy cơ tắc nghẽn trong các hệ thống tự điều khiển (AS) của mạng Internet.

SPF được tối ưu hóa dựa trên các tham số bổ sung đơn giản, giúp cải thiện hiệu suất mạng Các giao thức điều khiển cấu trúc này cho phép định tuyến động tại lớp IP, nâng cao độ khả dụng băng thông.

Khôi phục và định tuyến tại lớp WDM Định tuyến lại và bảo vệ tại lớp MPLS

Hình 2.1 : Chức năng bảo vệ khôi phục tại các lớp

Luận văn cao học về Kỹ thuật lưu lượng và các tham số lưu lượng không phải là yếu tố quyết định trong việc định tuyến Hệ quả là tình trạng tắc nghẽn thường xuyên xảy ra.

- Các đờng ngắn nhất của nhiều luồng lu lợng cùng chiếm một kênh hay một giao diện của bộ định tuyến hoặc:

- Một luồng lu lợng nào đó đợc định tuyến qua kênh hay bộ định tuyến không đủ băng thông cho nó.

Quản lý lu lợng MPLS 27

MPLS là công nghệ quan trọng trong quản lý lưu lượng, cung cấp nhiều chức năng của mô hình xếp chồng với chi phí thấp hơn so với các kỹ thuật khác Nó cũng hỗ trợ khả năng điều khiển tự động cho các chức năng quản lý lưu lượng, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng.

- Trung kế lu lợng MPLS: là một phần của các luồng tải lu lợng thuộc cùng một lớp trong một đờng chuyển mạch nhãn LSP

Cần hiểu rõ sự khác biệt giữa trung kế lưu lượng, đường đi và LSP mà nó đi qua Việc áp dụng MPLS trong quản lý lưu lượng mang lại nhiều lợi ích nhờ vào những đặc tính hấp dẫn như khả năng tối ưu hóa băng thông, giảm độ trễ và tăng cường độ tin cậy trong truyền tải dữ liệu.

Các đường chuyển mạch nhãn không bị ràng buộc bởi nguyên tắc định tuyến dựa trên địa chỉ đích, cho phép chúng được tạo ra một cách dễ dàng thông qua nhân công hoặc tự động thông qua các giao thức điều khiển.

- LSP đợc quản lý một cách rất hiệu quả;

- Các trung kế lu lợng đợc thiết lập và ghép vào các LSP;

- Các thuộc tính của trung kế lu lợng đợc mô tả bởi bộ thuộc tính;

- Một bộ thuộc tính có liên quan đến tài nguyên bắt buộc đối với LSP và các trung kế lu lợng qua LSP;

MPLS hỗ trợ tích hợp và phân tách lu lợng trong khi định tuyến IP truyền thống chỉ hỗ trợ tích hợp lu lợng mà thôi;

Dễ dàng tích hợp "định tuyến cỡng bức" vào MPLS;

Triển khai tốt MPLS có thể làm giảm đáng kể mào đầu so với các công nghệ cạnh tranh khác

Dựa trên các đường chuyển mạch nhãn hiện có, MPLS cho phép triển khai mô phỏng chuyển mạch kênh trên mô hình mạng Internet hiện nay.

• Những vấn đề cơ bản của quản lý lu lợng qua MPLS :

Có 3 vấn đề cơ bản sau đây liên quan đến quản lý lu lợng trong MPLS:

- Làm thế nào để chuyển đổi từ các gói thông tin sang FEC

- Làm thế nào để chuyển FEC sang các trung kế lu lợng

- Làm thế nào để chuyển đổi các trung kế lu lợng sang cấu trúc topo mạng vật lý qua các LSP.

Quản lý lu lợng qua MPLS 28

Hoạt động cơ bản của các trung kế lu lợng 29

- Thiết lập: Tạo trung kế lu lợng;

- Kích hoạt: kích hoạt trung kế lu lợng để chuyển lu lợng;

- Giải kích hoạt: dừng việc chuyển lu lợng trên kênh trung kế lu lợng;

- Thay đổi thuộc tính: thay đổi thuộc tính của trung kế lu lợng;

- Tái định tuyến: Thay đổi tuyến cho trung kế lu lợng, đợc thực hiện nhân công hoặc tự động trên cơ sở giao thức lớp dới;

- Huỷ bỏ: huỷ bỏ trung kế lu lợng và các tài nguyên có liên quan Các tài nguyên có thể bao gồm: nhãn và băng tần khả dụng

Trên đây là những hoạt động cơ bản, ngoài ra có thể còn có các hoạt động khác nh thiết lập kiểm soát hay định dạng lu lợng.

Thuộc tính kỹ thuật lu lợng cơ bản của trung kế lu lợng 29

Các thuộc tính này đợc gán cho trung kế lu lợng để mô tả chính xác đặc tính tải lu lợng

Các thuộc tính có thể được gán cho nhân công hoặc tự động khi các gói được gán vào FEC tại đầu vào mạng MPLS Những thuộc tính này cần phải có khả năng thay đổi theo yêu cầu của nhà quản trị mạng.

Các thuộc tính cơ bản đợc gán cho trung kế lu lợng bao gồm:

- Thuộc tính tham số lu lợng;

- Thuộc tính lựa chọn và bảo dỡng đờng cơ bản;

- Thuéc tÝnh dù tr÷ tríc;

Việc kết hợp các thuộc tính tham số lu lợng và kiểm soát tơng tự nh

UPC (điều khiển tham số sử dụng) trong mạng ATM

Các thuộc tính tài nguyên 30

Bộ phân bổ lớn nhất 30

Bộ phân bổ tài nguyên lớn nhất (MAM) là một thuộc tính quản lý được thiết lập nhằm xác định lượng tài nguyên khả dụng cho trung kế lưu lượng.

Thuộc tính này chủ yếu liên quan đến băng thông của kênh, nhưng cũng có thể được áp dụng để phân bổ bộ đệm trong LSR Nguyên tắc của MAM tương tự như nguyên tắc đăng ký trong mạng ATM và Frame Relay.

Giá trị của MAM được xác định để đảm bảo tài nguyên có thể được phân bổ một cách hợp lý, tránh tình trạng thiếu hoặc thừa Tài nguyên được xem là phân bổ thiếu khi tổng nhu cầu của tất cả các trung kế lưu lượng thấp hơn dung lượng tài nguyên, trong khi tình trạng thừa xảy ra khi nhu cầu vượt quá khả năng cung cấp của tài nguyên.

Thuộc tính lớp tài nguyên 30

Thuộc tính lớp tài nguyên là một tham số do nhà quản trị mạng gán để chỉ định "lớp" của tài nguyên Tham số này được coi như một lớp "màu" đánh dấu trên tài nguyên, thể hiện một phần tài nguyên có cùng màu sắc thuộc về cùng một lớp.

Thuộc tính này đợc sử dụng cho các mục đích sau:

- áp dụng một chính sách cho một phần tài nguyên mặc dù không cùng thuộc một poto mạng

- Xác định quyền u tiên tơng đối cho một bộ phận tài nguyên gắn cho trung kế lu lợng

- Hạn chế hiện việc gán một phần tài nguyên nhất định cho trung kế lu lợng

- Triển khai các kỹ thuật kiểm soát thêm/bớt chung

Ngoài ra, thuộc tính lớp lu lợng có thể đợc sử dụng cho mục đích nhận dạng

Triển khai định tuyến cỡng bức MPLS 31

Trong các mạng Frame Relay và ATM, thiết bị mạng đã hỗ trợ định tuyến cưỡng bức một cách tự nhiên Khi triển khai MPLS, việc nâng cấp các thiết bị này để đáp ứng yêu cầu của định tuyến cưỡng bức MPLS trở nên dễ dàng Đối với các bộ định tuyến sử dụng giao thức IGP để điều khiển từng chặng theo topo, định tuyến cưỡng bức có thể được thực hiện theo hai phương pháp khác nhau.

- Mở rộng giao thức IGP nh OSPF và IS IS để hỗ trợ định tuyến cỡng - bức Đang có rất nhiều cố gắng trong việc mở rộng sang OSPF

Bổ sung các tiến trình định tuyến cỡng bức vào các bộ định tuyến giúp chúng tồn tại song song với IGP hiện tại Định tuyến cỡng bức hỗ trợ tự động tìm kiếm các đờng khả thi, đáp ứng đầy đủ các ràng buộc của trung kế lu lợng Điều này sẽ giảm đáng kể công sức cấu hình và can thiệp thủ công vào các đờng hiện tại, từ đó đảm bảo đạt được các mục tiêu quản lý lu lợng hiệu quả hơn.

Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng 31

Khả năng phát hiện và phòng ngừa hiện tượng định tuyến vòng là rất quan trọng trong triển khai MPLS Chuyển tiếp vòng trong mạng IP xảy ra khi bộ định tuyến chuyển tiếp gói tin đến sai đích do thông tin trong bảng định tuyến không chính xác Hiện tượng này có thể xảy ra do sử dụng giao thức định tuyến động hoặc cấu hình sai của các bộ định tuyến, dẫn đến việc chuyển tiếp gói tin đến bộ định tuyến không phải là nút tiếp theo Do đó, trong MPLS, cần cân nhắc cả hai mảng điều khiển để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình truyền tải dữ liệu.

Để ngăn ngừa chuyển tiếp vòng trong mạng đường trục hoạt động ở chế độ khung và chế độ tế bào, cần có thông tin điều khiển chính xác và quản lý mảng dữ liệu hiệu quả.

Chế độ khung 32

Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 32

Trong mạng IP thuần, chuyển tiếp vòng có thể được phát hiện thông qua việc kiểm tra trường TTL trong các gói IP đến Mỗi bộ định tuyến sẽ giảm giá trị trường TTL này đi một đơn vị, và khi giá trị này bằng 0, gói tin sẽ không được chuyển tiếp nữa, do đó chuyển tiếp vòng sẽ dừng lại.

Hình 2.2 minh hoạ cho cơ chế sử dụng trờng TTL trong việc phát hiện chuyển tiếp vòng

Hình 2.2: Ví dụ về cơ chế phát hiện dựa trên trờng TTL trong mạng IP

Trong hình, một vòng lặp được hình thành giữa hai bộ định tuyến ở thành phố B và thành phố C Trước khi chuyển tiếp gói tin, mỗi bộ định tuyến giảm trường TTL đi 1 đơn vị Cuối cùng, bộ định tuyến ở thành phố C phát hiện vòng lặp khi giá trị trường TTL bằng 0 Cơ chế tương tự cũng được áp dụng trong việc truyền dữ liệu khi MPLS hoạt động ở chế độ khung, trong đó mỗi LSR giảm giá trị trường khi chuyển tiếp một khung MPLS dọc theo một LSP.

TTL trong mào đầu MPLS đi 1 đơn vị và sẽ dừng việc chuyển tiếp khi giá trị trờng TTL của khung tin bằng 0

Lu ý: Cơ chế này cũng đợc sử dụng với giao diện ATM trong đó

MPLS không tương tác trực tiếp với các chuyển mạch ATM, vì các PVC qua các giao diện này được xem như là các nút mạng, mặc dù chúng có thể đi qua nhiều chuyển mạch ATM khác nhau.

Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển 33

Việc phát hiện chuyển tiếp vòng là một chức năng quan trọng trong mạng Tuy nhiên, các LSR cần phải có khả năng ngăn ngừa hiện tượng chuyển tiếp vòng trước khi nó xảy ra Chức năng ngăn ngừa này được thực hiện đối với dữ liệu điều khiển, vì các LSP được tạo ra dựa trên thông tin này.

Trong mạng IP thuần, giao thức định tuyến nội bộ (IRP) đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa chuyển tiếp vòng Khi MPLS hoạt động ở chế độ khung, các LSR sử dụng chung một giao thức định tuyến để xây dựng bảng định tuyến Thông tin dùng để thiết lập các LSP trong mạng MPLS tương tự như trong mạng IP chuẩn Do đó, trong chế độ khung của MPLS, cơ chế sử dụng giao thức định tuyến để đảm bảo nội dung bảng định tuyến của LSR không xảy ra chuyển tiếp vòng giống như trong mạng IP thuần.

Chế độ tế bào 34

Phát hiện/ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển 34

Nh chúng ta đã biết MPLS hoạt động ở chế độ tế bào khi nó đợc triển khai dựa trên các giao diện LC - ATM và các tổng đài ATM

Điểm khác biệt cơ bản giữa hai phương pháp FEC là chế độ điều khiển độc lập và điều khiển trình tự Trong chế độ điều khiển độc lập, LSR sẽ ngay lập tức trả lời một nhãn chuyển đổi cho phía gửi yêu cầu Ngược lại, trong chế độ điều khiển trình tự, ATM - LSR sẽ chờ nhận nhãn chuyển đổi trên luồng trước khi cấp phát và gửi nhãn chuyển đổi cho phía yêu cầu.

Kết quả của hai phương pháp này cho thấy rằng mặc dù ATM LSR sử dụng giao thức định tuyến nội bộ (IRP) để xây dựng bảng định tuyến, nó vẫn cần dựa vào cơ chế trao đổi báo hiệu để tạo ra một LSP tương ứng với một FEC cụ thể Hình 2.3 minh họa cơ chế phân phối và cấp phát nhãn trong trường hợp điều khiển trình tự.

Bước 1: Yêu cầu nhãn đích 195.12.2.0/24

Bước 2: Yêu cầu nhãn đích 195.12.2.0/24

Bước 6 : A cấp phát nhãn của nó cho FEC

195.12.2.0/24 khi nhận được chuyển đổi nhãn từ B

Bước Chuyển đổi nhãn đích 3:

Bước 4 : B cấp phát nhãn của nó cho FEC 195.12.2.0/24 khi nhận được chuyển đổi nhãn từ C

Bước Chuyển đổi nhãn đích 5:

Khi ATM - LSR biên tại A muốn thiết lập một LSP tới FEC có địa chỉ 195.12.2.0/24, nó kiểm tra bảng định tuyến để xác định nút tiếp theo cho FEC Sau khi xác định nút tiếp theo, ATM - LSR căn cứ vào thông tin LDP/TDP để tìm ra LDP/TDP mà nút này nằm trên Cuối cùng, ATM - LSR biên tại A gửi bản tin yêu cầu nhãn tới nút tiếp theo, ví dụ như ATM - LSR biên B, và bản tin này được truyền trong mạng MPLS từ nút này tới nút khác.

Hình 2.3 Nhu cầu trên luồng hớng về và chế độ điều khiÓn tr×nh tù

ATM - LSR là cổng ra của FEC địa chỉ 195.12.2.0/24 (trong ví dụ trên hình là

ATM - LSR C gửi bản tin chuyển đổi nhãn luồng để phản hồi yêu cầu nhãn, và bản tin này được truyền ngược lại trên LSP cho đến khi đến ATM LSR A, cổng vào của FEC Khi quá trình này hoàn tất, LSP sẽ sẵn sàng truyền dữ liệu Phương pháp này rất hiệu quả, nhưng có thể gặp vấn đề nếu các bản tin yêu cầu nhãn hoặc chuyển đổi nhãn được chuyển tiếp giữa các ATM - LSR dựa trên thông tin định tuyến không chính xác Tình trạng này tương tự như việc sử dụng TTL và có thể dẫn đến vòng lặp trong việc chuyển tiếp thông tin điều khiển Để ngăn chặn hiện tượng này, cần áp dụng cơ chế bổ sung.

Lu ý: Hiện tợng chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển chỉ xảy ra khi sử dụng các ATM - LSR không có khả năng hợp nhất Đó là vì một ATM -

LSR sẽ trở thành ATM - LSR hợp nhất khi phải hợp nhất ít nhất hai ATM -

LSR trong một FEC và nó đợc đặt cấu hình là hỗ trợ VC hợp nhất

Cơ chế bổ sung hoạt động dựa trên bộ đếm nút mạng TLV, chứa số lượng các ATM LSR mà bản tin yêu cầu nhãn và chuyển đổi nhãn đã đi qua Khi một ATM LSR nhận bản tin yêu cầu nhãn, nếu nó không phải là ATM LSR cổng ra của FEC hoặc không có nhãn của FEC, nó sẽ khởi tạo một bản tin yêu cầu nhãn và gửi đến nút ATM LSR tiếp theo, được xác định dựa vào bảng định tuyến.

Khi bản tin yêu cầu nhãn khởi đầu chứa bộ đếm nút mạng TLV, ATM - LSR sẽ truyền đi bản tin yêu cầu nhãn với trường này, nhưng bộ đếm nút mạng sẽ được tăng lên 1 đơn vị Điều này trái ngược với việc sử dụng TTL, trong đó mỗi khi qua một nút mạng, TTL sẽ giảm đi 1 đơn vị.

Khi ATM - LSR nhận đợc một bản tin chuyển đổi nhãn, nếu nh bản tin này

Trong luận văn cao học về Kỹ thuật l-u l-ơng, bộ đếm nút mạng TLV sẽ tăng thêm một đơn vị mỗi khi bản tin chuyển đổi nhãn được gửi tới nút tiếp theo.

Khi một ATM - LSR phát hiện bộ đếm nút mạng đạt giá trị tối đa (254 đối với thiết bị Cisco), nó sẽ coi bản tin đó đã bị chuyển tiếp vòng Ngay lập tức, nó gửi thông báo "phát hiện chuyển tiếp vòng" trở lại phía gửi bản tin yêu cầu nhãn hoặc chuyển đổi nhãn Cơ chế này giúp phát hiện và ngăn chặn chuyển tiếp vòng, như minh họa trong hình 2.4.

Yêu cầu nhãn đích 195.12.2.0/24 TLV = 1

Bản tin thông báo phát hiện chuyển tiếp vòng

C cho rằng nút tiếp theo của FEC 195.12.2.0/

24 là LSR ở B do đó tạo nên chuyển tiếp vòng

B phát hiện chuyển tiếp vòng khi TLV tăng lên đến 254, vì vậy nó gửi đi bản tin thông báo cho phía nguồn

Một trong những hạn chế của việc sử dụng bộ đếm nút mạng để phát hiện chuyển tiếp vòng là thời gian phát hiện có thể kéo dài, vì bộ đếm cần đạt giá trị 254 mới có thể nhận diện được chuyển tiếp vòng.

Giá trị tối đa ngầm định của bộ đếm nút mạng cho các thiết bị Cisco là 254, nhưng chúng ta có thể điều chỉnh giá trị này xuống thấp hơn Việc giảm giá trị bộ đếm không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn rút ngắn thời gian phát hiện chuyển tiếp vòng cho thông tin điều khiển.

Hình 2.4 : Cơ chế xử lý bộ đệm nút mạng TLV

Trong tài liệu draft-ietf mpls dp - -l của IETF, khái niệm vectơ đường (path-vector) và cơ chế sử dụng các giá trị TLV để phát hiện chuyển tiếp vòng trong các bản tin được đề xuất Cơ chế này tương tự như cách BGP-4 phát hiện chuyển tiếp vòng trong AS-PATH, nhưng trong MPLS, bộ nhận dạng LSR được sử dụng Cụ thể, ATM-LSR sẽ chèn giá trị bộ nhận dạng LSR của nó vào danh sách vectơ đường và truyền đi bản tin chứa danh sách này Nếu một ATM-LSR nhận được bản tin có chứa bộ nhận dạng LSR của nó trong danh sách path-vector, điều đó cho thấy bản tin đã bị chuyển tiếp vòng.

"thông báo phát hiện chuyển tiếp vòng" sẽ đợc gửi trở lại phía nguồn tạo ra bản tin đó Hình 2.5 minh hoạ quá trình này

Nh chúng ta nhận thấy trên hình 2 , bộ phận dạng LSR của mỗi ATM.5 -

LSR được chèn vào bản tin yêu cầu nhãn khi chuyển tiếp giữa các nút trong mạng Do sai sót trong thông tin định tuyến, ATM-LSR tại B đã chọn nút tiếp theo của FEC địa chỉ 195.12.2.0/24 là ATM-LSR tại C.

ATM-LSR ở C lại chọn nút tiếp theo cho FEC địa chỉ 195.12.2.0/24 là ATM-

ATM-LSR tại B có khả năng phát hiện hiện tượng chuyển tiếp vòng thông qua việc nhận diện giá trị bộ nhận dạng LSR có trong bản tin yêu cầu nhãn.

Yêu cầu nhãn đích 195.12.2.0/24 TLV = 2 Danh sách vector đường : 194.22.15.3

B phát hiện chuyển tiếp vòng khi phát hiện giá trị nhận dạng LSR 194.22.15.2 trong danh sách vector đường Do đó, nó đã gửi bản tin thông báo đến phía nguồn.

Yêu cầu nhãn đích 195.12.2.0/24 TLV=3 Danh sách vector đường : 194.22.15.1 194.22.15.3, 194.22.15.2 C cho rằng nút tiếp theo của FEC 195.12.2.0/24 là LSR ở B do đó tạo nên chuyển tiếp vòng

Bản tin thông báo phát hiện chuyển tiếp vòng

Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 39

Chúng ta biết rằng phần mào đầu của tế bào ATM không có chứa TTL

Khi MPLS hoạt động ở chế độ tế bào, cơ chế phát hiện chuyển tiếp vòng không thể áp dụng được, điều này khác với chế độ khung.

Bài viết đã trình bày phương pháp ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển thông qua việc sử dụng bộ đếm nút mạng TLV trong các bản tin yêu cầu và chuyển đổi nhãn giữa các ATM-LSR Kết quả của quy trình này là mỗi ATM

LSR đều có các thông tin về số lợng nút cần thiết để bản tin tới đợc cổng

ATM ra của LSP sẽ được sử dụng cho các bản tin dữ liệu khi MPLS hoạt động ở chế độ tế bào Hình 2.6 minh họa quá trình trao đổi thông tin về bộ đếm nút mạng giữa các ATM-LSR.

Hình 2.5: Cơ chế ngăn ngừa chuyển tiếp vòng sử dụng vector ®êng TLV

Chuyển đổi nhãn đích 195.12.2.0/24; TLV = 2;

Chuyển đổi nhãn đích 195.12.2.0/24; TLV = 1;

Trong ví dụ này, ATM LSR A xác định rằng để đến cổng ra của LSP với địa chỉ 195.12.2.0/24, các gói tin cần đi qua 2 nút Dựa trên thông tin này, ATM LSR A sẽ xử lý trường TTL của gói tin IP trước khi phân đoạn gói tin thành các tế bào ATM.

Qua ví dụ trên chúng ta nhận thấy khi gói tin IP có địa chỉ đích là

Trong quá trình phân chia gói tin IP 195.12.2.0/24 thành các tế bào ATM tại ATM-LSR biên A, trường TTL của gói tin sẽ giảm đi tương ứng với số lượng nút mà gói tin cần đi qua để đến điểm cuối của LSP Khi ATM-LSR C tái khôi phục gói tin IP ban đầu, trường TTL trong phần đầu IP sẽ phản ánh số lượng nút mà gói tin đã đi qua.

Hình 2.6 : Trao đổi giá trị bộ đếm nút mạng giữa các

TTL = 4 LSR ở C tái khôi phục gói tin với giá trị TTL chính xác

LSR ở A xác định cần chuyển tiếp qua 2 nút để đến đích 195.12.2.0/24

Trường TTL trong mào đầu IP giảm đi 2 trước khi phân đoạn gói tin thành tế bào

ATM 240/9 Đích 195.12.2.0/24; TTL=2 240/27 Đích 195.12.2.0/24; TTL=2

Khi sử dụng cơ chế giám sát tuyến trong mạng ATM, một vấn đề quan trọng phát sinh là trạng thái bất thường Để ngăn chặn hiện tượng chuyển tiếp vòng, người ta thường giảm giá trị trường TTL của gói tin.

MPLS/IP đi 1 đơn vị Trong mạng MPLS do Cisco triển khai, tại các ATM-

LSR biên sẽ chỉ giảm TTL đi 1 đơn vị trớc khi phân đoạn khung tin thành các tế bào mà không quan tâm đến số lợng nút

Hình 2.7 : Xử lý trờng TTL của gói tin IP trớc khi phân đoạn gói tin

Luận văn cao học Hợp nhóm luồng l-u l-ợng

Chơng 3: hợp nhóm luồng lu lợng trong mạng quang

3.1 Họp nhóm luồng lu lợng trong mạng vòng

KiÕn tróc node 42

Mạng vòng SONET RING đang trở nên phổ biến trong việc sử dụng hạ tầng thông tin quang Trong cấu trúc SONET ring, công nghệ WDM hoạt động theo phương thức truyền dẫn điểm - điểm (point - to - point) Mỗi bước sóng trong mạng này có tốc độ OC-N xác định, ví dụ như NH Hệ thống này sử dụng mô hình TDM phân cấp để quản lý dữ liệu hiệu quả.

SONET cho phép một kênh OC-N tốc độ cao có thể mang nhiều kênh OC -

Tỷ lệ giữa N và giá trị thấp nhất của M, được gọi là tỷ số grooming, phản ánh mối quan hệ giữa tốc độ thấp hơn (M N) Bộ ghép xen rẽ ADM điện có vai trò quan trọng trong việc thêm vào hoặc rớt xuống luồng lưu lượng nhỏ tại các node trung gian, giúp tối ưu hóa việc quản lý luồng lưu lượng từ các nguồn có tốc độ cao hơn.

Với kiểu mạng SONET truyền thống, cần phải có 1 ADM tại mỗi node

Theo sự phát triển của công nghệ WDM, một sợi quang hiện có thể mang hơn một trăm bước sóng, giúp giảm số lượng thiết bị ADM cần thiết tại mỗi node Thay vì trang bị một ADM cho từng bước sóng, chỉ cần một số node trên một bước sóng nhất định, dẫn đến việc giảm đáng kể tổng số thiết bị ADM và chi phí mạng Đường quang (light path) được định nghĩa là một kênh bước sóng quang giữa các thành phần điện tại một cặp node quang.

Hình 3.1 : Kiến trúc node trong một mạng

Thực tế thì các bộ ADM tốn chi phí đáng kể trong mạng vòng

Mạng SONET/WDM ring cho phép tổ chức và sắp xếp các đường xen kẽ một cách hợp lý, giúp giảm chi phí vận hành Hình 3.1 minh họa các kiểu kiến trúc node khác nhau trong mạng SONET/WDM ring, cho thấy sự đa dạng trong thiết kế và khả năng tối ưu hóa hiệu suất mạng Việc áp dụng các bộ O- cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả của mạng.

ADM (ghép xen rẽ quang) đã làm giảm số lợng các bộ ghép xen rẽ SONET

3.1.2 Hợp nhóm một chặng (Single Hop) trong mạng vòng -

Bước sóng 2,Timeslot 1 Bước sóng 1,Timeslot 2

Bước sóng 2,Timeslot 2 Yêu cầu :

Một mạng vòng SONET/WDM có thể được thiết kế với kiến trúc node nh, trong đó các luồng tốc độ thấp OC M được ghép kênh theo bớc - sóng vào các luồng tốc độ cao hơn OC N Lu lợng trên một kênh bớc - sóng không thể chuyển sang bớc sóng khác và tại mỗi node không có bộ biến đổi bớc sóng Để đáp ứng tất cả các nhu cầu về lu lợng và tối thiểu hoá tổng số thiết bị ADM, một ma trận lu lợng đã được đưa ra.

Hình 3.2 : Mạng SONET/WDM với 4 node và 2 bớc sóng

Hình 3.2 và 3.3 thể hiện nhóm hợp lu lợng trong mạng vòng

Mạng SONET/WDM có khả năng giảm chi phí mạng hiệu quả Hình 3.2 minh họa một mạng vòng SONET/WDM với 6 yêu cầu kết nối đơn hướng Mỗi nút trong mạng được trang bị một bộ O ADM Mạng SONET ring hoạt động theo chiều kim đồng hồ, với dung lượng mỗi bước sóng là OC N, hỗ trợ 2 yêu cầu lưu lượng tốc độ thấp OC M theo kiểu TDM, trong đó N = 2M Để đáp ứng 8 yêu cầu lưu lượng, cần sử dụng 8 thiết bị ADM Hình 3.3(a) trình bày một cấu hình khả thi, trong khi Hình 3.3(b) cho thấy có thể giảm số lượng ADM tại nút 2 thông qua việc trao đổi kết nối giữa các nút.

3.1.3 Hợp nhóm nhiều chặng trong mạng vòng SONET/WDM

Trong mô hình Single hop, lưu lượng không thể chuyển đổi giữa các bước sóng khác nhau Hình 3.4(a) minh họa một loại hình mạng Single hop Một kiến trúc mạng khác được đề xuất là các node mạng được trang bị bộ kết nối chéo số (DXC - Digital Cross Connect).

Hình 3.3 : Hai mô hình khả thi đáp ứng yêu cầu lu lợng trong hình 3.2

Tại hình 3.4(b) node 3 có một thiết bị DXC: Đây là loại "Hub node"

Lưu lượng từ một bước sóng (timeslot) sẽ được chuyển đến một bước sóng tại "hub node" Tại hub node, lưu lượng cần chuyển đổi từ quang sang điện trong quá trình trao đổi bước sóng/timeslot, do đó hình thức này được gọi là nhóm họp nhiều chặng (multi-light path hops).

(a ) Single-hop ( không có hub-node ) (b) Multi-hop ( với một hub -node )

Việc triển khai mạng có thể sử dụng single-hub-node hoặc multi-hub-node, trong đó mỗi node có thể là một hub-node với một DXC tại mỗi node, tạo thành mạng vòng WDM điểm - điểm (PPWDM ring) Nghiên cứu cho thấy phương pháp multi-hop thường tiêu tốn ít ADM hơn khi tỷ lệ hợp nhóm (N/M) lớn, trong khi phương pháp single-hop lại hiệu quả hơn khi tỷ lệ này nhỏ Tổng thể, phương pháp multi-hop sử dụng nhiều bước sóng hơn so với single-hop.

Hình 3.4: Mạng SONET/WDM ring trong trờng hợp có/không có hub node-

3.1.4 Hợp nhóm động trong vòng SONET/WDM

Người ta có thể sử dụng một hoặc nhiều ma trận lưu lượng tĩnh để mô tả yêu cầu về lưu lượng Mẫu lưu lượng trong ma trận này có thể thay đổi theo các chu kỳ thời gian, với đơn vị chu kỳ là ngày hoặc tháng Mạng cần được cấu hình lại mỗi khi mẫu lưu lượng trung chuyển từ ma trận này sang ma trận khác trong một tập hợp các ma trận.

Vấn đề thiết kế mạng nhằm hỗ trợ ma trận bất kỳ trong tập ma trận không phải kiểu khối, với mục tiêu tính toán chi phí thấp nhất, được gọi là "vấn đề hợp nhóm động" trong SONET/WDM ring Hợp nhóm lưu lượng động rất phù hợp cho việc cấu hình lại mạng Khái niệm mẫu lưu lượng hợp pháp t (t - allowable traffic pattern) được đưa ra, trong đó nếu mỗi node có thể khởi điểm tại các kênh song công t lớn nhất, sẽ tạo ra ma trận lưu lượng hợp pháp t.

Hình 3.5 mô tả một mạng vòng SONET/WDM với 5 node và ba bước sóng, mỗi bước sóng phục vụ cho hai kênh tốc độ thấp Cấu hình mạng này là hợp pháp với t = 2, cho phép truyền tải ma trận lưu lượng 2 allowable bất kỳ Ví dụ, ma trận lưu lượng có các luồng yêu cầu {1-2, 1-3, 2-3, 2-4, 3-4, 4-5} cho thấy rằng các luồng {1-3, 2-3} được gán riêng trên một bước sóng nhất định.

Hình 3.5: Thiết kế mạng với lu lợng cho phép t=2

4-5 } và {3-4} gán riêng cho 2 bớc sóng khác nhau Chú ý rằng với những ma trận đặc biệt sẽ có một số ADM dự phòng

3.1.5 Hợp nhóm luồng lu lợng trong các vòng SONET/WDM liên kết

Mạng backbone hiện nay được cấu trúc bằng cách kết nối nhiều vòng ring với nhau Việc mở rộng từ một vòng ring đơn lẻ thành nhiều vòng ring liên kết là cần thiết để cải thiện hiệu suất vận hành và giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong thiết kế mạng.

Mạng SONET/WDM ring được minh họa trong Hình 3.6(a) bao gồm một nút trung gian nằm giữa hai vòng Nút này thực hiện chức năng chuyển mạch cho các kênh tốc độ thấp giữa các vùng thông qua ADM và DXC Đặc biệt, nó có khả năng biến đổi bước sóng và trao đổi khe thời gian, cho phép một khe thời gian của kênh tốc độ thấp trên một bước sóng có thể được chuyển sang khe thời gian khác của bước sóng khác nhờ vào nút trung gian này.

Hình 3.6: Topo mạng kết nối ring và kiến trúc các nút chức năng

Trong hình 3.6(c) sử dụng 1 OXC để kết nối 2 ring Các OXC nh thế này đợc xây dựng dựa trên kiểu kỹ thuật trong suốt và không trong suốt

Kiểu trong suốt đợc áp dụng cho tất cả các chuyển mạch quang; còn kiểu không trong suốt ứng dụng với chuyển mạch biến đổi quang điện - - quang

Hợp nhóm nhiều chặng trong mạng vòng SONET/WDM 44

Trong mô hình Single hop, lưu lượng không thể chuyển đổi giữa các bước sóng khác nhau Hình 3.4(a) minh họa loại hình mạng này Một kiến trúc mạng khác được đề xuất là các node mạng được trang bị bộ kết nối chéo số DXC (Digital Cross Connect).

Hình 3.3 : Hai mô hình khả thi đáp ứng yêu cầu lu lợng trong hình 3.2

Tại hình 3.4(b) node 3 có một thiết bị DXC: Đây là loại "Hub node"

Lưu lượng từ một bước sóng (timeslot) sẽ được chuyển đến một bước sóng tại "hub node" Quá trình này yêu cầu chuyển đổi từ quang sang điện tại hub-node khi thực hiện trao đổi bước sóng/timeslot, do đó nó được gọi là nhóm họp nhiều chặng (multi-light path hops).

(a ) Single-hop ( không có hub-node ) (b) Multi-hop ( với một hub -node )

Việc triển khai mạng có thể sử dụng single-hub-node hoặc multi hub-node, trong đó mỗi node có thể là một hub-node với một DXC tại mỗi node Mạng này được gọi là mạng vòng WDM điểm - điểm (PPWDM ring) Nghiên cứu cho thấy phương pháp multi-hop thường sử dụng ít ADM hơn khi tỷ lệ hợp nhóm (N/M) lớn, trong khi phương pháp single-hop lại tiết kiệm ADM hơn khi tỷ lệ này nhỏ Tổng quát, phương pháp multi-hop thường yêu cầu nhiều bước sóng hơn so với phương pháp single-hop.

Hình 3.4: Mạng SONET/WDM ring trong trờng hợp có/không có hub node-

Hợp nhóm động trong vòng SONET/WDM 46

Người ta có thể sử dụng một hoặc nhiều ma trận lưu lượng tĩnh để mô tả yêu cầu về lưu lượng Mẫu lưu lượng trong ma trận này có thể thay đổi theo các chu kỳ thời gian, với đơn vị chu kỳ là ngày hoặc tháng Mạng cần được cấu hình lại mỗi khi mẫu lưu lượng chuyển từ ma trận này sang ma trận khác trong một tập hợp các ma trận.

Vấn đề thiết kế mạng để hỗ trợ ma trận bất kỳ trong tập ma trận không phải kiểu khối, với mục tiêu tối ưu chi phí, được gọi là "vấn đề hợp nhóm động" trong SONET/WDM ring Hợp nhóm lưu lượng động rất phù hợp cho việc cấu hình lại mạng Khái niệm mẫu lưu lượng hợp pháp t (t - allowable traffic pattern) được giới thiệu, trong đó nếu mỗi node khởi điểm tại các kênh song công t lớn nhất, sẽ tạo ra ma trận lưu lượng hợp pháp t.

Mạng vòng SONET/WDM với 5 node và ba bước sóng được thể hiện trong Hình 3.5, trong đó mỗi bước sóng phục vụ hai kênh tốc độ thấp Cấu hình mạng là hợp pháp với t = 2, cho phép ma trận lưu lượng 2 allowable bất kỳ Ví dụ, trong ma trận lưu lượng với các luồng yêu cầu {1-2, 1-3, 2-3, 2-4, 3-4, 4-5}, các luồng {1-3, 2-3} được gán riêng trên một bước sóng cụ thể, trong khi các luồng {1-2, 2-4, 4-5} được phân bổ cho các bước sóng khác.

Hình 3.5: Thiết kế mạng với lu lợng cho phép t=2

4-5 } và {3-4} gán riêng cho 2 bớc sóng khác nhau Chú ý rằng với những ma trận đặc biệt sẽ có một số ADM dự phòng

3.1.5 Hợp nhóm luồng lu lợng trong các vòng SONET/WDM liên kết

Mạng backbone hiện nay được xây dựng bằng cách kết nối các vòng ring với nhau Việc mở rộng từ một vòng ring đơn lẻ thành nhiều vòng ring liên kết là cần thiết để cải thiện hiệu suất vận hành và giải quyết các vấn đề kỹ thuật trong thiết kế mạng.

Mạng SONET/WDM ring có cấu trúc với một node trung gian nằm giữa hai vòng, như hình 3.6(a) đã chỉ ra Node này đảm nhiệm vai trò chuyển mạch cho các kênh tốc độ thấp, kết nối các vùng khác nhau Với khả năng biến đổi bước sóng và trao đổi khe thời gian, node trung gian cho phép chuyển đổi khe thời gian của một kênh tốc độ thấp từ một bước sóng này sang khe thời gian của một bước sóng khác.

Hình 3.6: Topo mạng kết nối ring và kiến trúc các nút chức năng

Trong hình 3.6(c) sử dụng 1 OXC để kết nối 2 ring Các OXC nh thế này đợc xây dựng dựa trên kiểu kỹ thuật trong suốt và không trong suốt

Kiểu trong suốt đợc áp dụng cho tất cả các chuyển mạch quang; còn kiểu không trong suốt ứng dụng với chuyển mạch biến đổi quang điện - - quang

OXC là loại node chuyển mạch có khả năng xử lý lưu lượng tại cấp độ bước sóng, cho phép kết nối giữa các ring liên kết Tùy thuộc vào mục đích triển khai mạng, OXC có thể biến đổi bước sóng hoặc không.

Hình 3 6 (d): Kiến trúc node phân bậc với tính năng chuyển mạch trên bớc sóng và kênh tốc độ thấp

3 2 Hợp nhóm lu lợng trong mạng Mesh WDM định tuyến bớc sóng

3.2.1 Cung cấp mạng: Hợp nhóm lu lợng tĩnh và động

Mạng SONET (đa liên kết) ring, mặc dù là thế hệ đầu tiên với cơ sở hạ tầng mạng quang, vẫn gặp phải một số hạn chế, đặc biệt là khó khăn trong việc tăng lưu lượng trên Internet Sự ra đời của mạng quang thế hệ sau hứa hẹn sẽ mang lại giải pháp với mạng Mesh WDM có chức năng định tuyến thông minh, cung cấp băng tần nhanh hơn, tiện lợi hơn, cùng với các cơ chế bảo vệ hiệu quả.

Khi xây dựng mạng, việc đáp ứng hiệu quả các yêu cầu lưu lượng đầu vào là rất quan trọng Các yêu cầu lưu lượng có thể là tĩnh, được tính toán từ các ma trận có sẵn, hoặc động, được đo bằng tốc độ lưu lượng đến và thời gian chiếm giữ kết nối.

Kiến trúc OXC được trình bày trong Hình 3.7 có chức năng ghép kênh và chuyển mạch phân cấp Thay vì áp dụng hệ thống chuyển mạch bước sóng và hợp nhóm lưu lượng riêng biệt, OXC hỗ trợ trực tiếp các kênh tốc độ thấp và nhóm chúng lên các kênh bước sóng thông qua cơ cấu hợp nhóm (G Fabric) và các ma trận thu phát Loại OXC này được gọi là kết nối chéo nhóm bước sóng (Wavelength-Grooming Cross).

Connect WGXC) Trong mạng trang bị một WGXC tại mỗi node, cơ cấu -

Cấu trúc ma trận thu phát trong OXC có thể là cố định hoặc có khả năng điều hướng Mỗi ma trận lưu lượng trong một tập hợp đại diện cho một lớp yêu cầu lưu lượng cần được tối ưu hóa, nhằm tối đa hóa dữ liệu đầu vào trong giới hạn tài nguyên nhất định.

3.2.2 Thiết kế mạng với các mặt phẳng (Plannar)

Khi lập kế hoạch xây dựng thiết bị mạng WDM mesh, việc dự báo nhu cầu lưu lượng là rất quan trọng Cần chú ý đến các yêu cầu lưu lượng tĩnh đã được dự báo, các node mạng, và cách kết nối các node bằng các liên kết quang, OXC, cùng với các tuyến truyền dẫn Mục tiêu là đạt được chi phí mạng thấp nhất.

Hình 3.7: Tính năng họp nhóm của một OXC

Luận văn cao học này tập trung vào việc hợp nhóm luồng lưu lượng phí mạng, được tính toán dựa trên các chi phí của sợi quang, cổng OXC và DXC, cũng như chi phí của hệ thống WDM được sử dụng trong mạng.

(a) Node và đường quang (b) Lựa chọn 1 (c) Lựa chọn 2

Hình 3.8 minh họa một ví dụ về thiết kế mạng và các mặt phẳng điều khiển, trong đó có 4 nút và 3 nhu cầu lưu lượng Mỗi liên kết được thể hiện như một ống dẫn sợi quang, có khả năng mang nhiều liên kết quang Chi phí cho một sợi quang trong ống dẫn là một đơn vị, với dung lượng kênh bước sóng là OC 48 Hệ thống bao gồm 5 đoạn nhánh, cụ thể là (A,B) và (A,C).

Một đoạn nhánh chính là chuỗi các liên kết quang không đi qua OXC Trong thiết kế mạng, có hai lựa chọn khả thi để đáp ứng yêu cầu về lưu lượng được chỉ ra trong hình 3.8(b).

- Đặt một sợi quang cho các đoạn nhánh (A, B), (B, C) và (C, D).

- Thiết lập một hệ thống WDM trên mỗi sợi quang

- Đặt một OXC với 4 cổng tại node B để nhóm các bớc sóng lại với nhau

- Cũng có tổng cộng 4 cổng OXC tại các node A, C, D để xen rẽ các luồng lu lợng

Hình 3.8: Hai hình thức khác nhau của cấu trúc mạng 4 node

Tổng chi phí cho lựa chọn một đợc tính nh sau:

Chi phí (lựa chọn 1) = 3 (đơn vị chi phí cho sợi quang) + 3 (chi phí cho hệ thống WDM) + 8 (chi phí cho 8OXC)

- Đặt một sợi quang trên các đoạn nhánh (A, C), (A, D) Các sợi quang này có đi qua node B

Nh vậy chi phí cho lựa chọn 2 sẽ là:

Chi phí (lựa chọn 2) = 4 (đơn vị chi phí sợi quang) + 2 (chi phí hệ thống

WDM) + 4 (chi phí cổng OXC)

Thiết kế mạng với các mặt phẳng (Plannar) 49

Khi xây dựng thiết bị mạng WDM mesh, việc dự báo nhu cầu lưu lượng là rất quan trọng Cần chú ý đến các yêu cầu lưu lượng tĩnh đã được dự báo, cấu trúc các node mạng, và phương thức kết nối giữa các node thông qua liên kết quang và OXC Mục tiêu cuối cùng là tối ưu hóa chi phí mạng ở mức thấp nhất.

Hình 3.7: Tính năng họp nhóm của một OXC

Luận văn cao học về hợp nhóm luồng l-u l-ợng phí mạng được tính toán dựa trên chi phí của sợi quang, cổng OXC hoặc DXC, cùng với chi phí toàn bộ hệ thống WDM sử dụng trong mạng.

(a) Node và đường quang (b) Lựa chọn 1 (c) Lựa chọn 2

Hình 3.8 minh họa một ví dụ về thiết kế mạng và các mặt phẳng điều khiển, với hình 3.8(a) thể hiện một mạng gồm 4 node và 3 nhu cầu về lưu lượng Mỗi liên kết trong mạng được cấu thành từ các ống dẫn sợi quang, có khả năng mang nhiều liên kết quang Chi phí cho một sợi quang trong ống dẫn là một đơn vị, trong khi dung lượng của một kênh bước sóng đạt OC 48 Mạng này bao gồm 5 đoạn nhánh, cụ thể là (A,B), (A,C).

Một đoạn nhánh chính là chuỗi các liên kết quang không đi qua OXC Trong thiết kế mạng để đáp ứng yêu cầu về lưu lượng, có hai lựa chọn khả thi được chỉ ra trong hình 3.8(b).

- Đặt một sợi quang cho các đoạn nhánh (A, B), (B, C) và (C, D).

- Thiết lập một hệ thống WDM trên mỗi sợi quang

- Đặt một OXC với 4 cổng tại node B để nhóm các bớc sóng lại với nhau

Hình 3.8: Hai hình thức khác nhau của cấu trúc mạng 4 node

Tổng chi phí cho lựa chọn một đợc tính nh sau:

Chi phí (lựa chọn 1) = 3 (đơn vị chi phí cho sợi quang) + 3 (chi phí cho hệ thống WDM) + 8 (chi phí cho 8OXC)

- Đặt một sợi quang trên các đoạn nhánh (A, C), (A, D) Các sợi quang này có đi qua node B

Nh vậy chi phí cho lựa chọn 2 sẽ là:

Chi phí (lựa chọn 2) = 4 (đơn vị chi phí sợi quang) + 2 (chi phí hệ thống

WDM) + 4 (chi phí cổng OXC)

Mỗi thành phần trong mạng đều có một hàm chi phí quan trọng trong thiết kế mạng Khi so sánh giữa mạng ring và mạng mesh, thiết kế topology mesh cho thấy ưu điểm nổi bật trong khoảng cách lớn Ngược lại, kỹ thuật Ring nhờ OC - 192 BLSR sử dụng WDM chỉ tiết kiệm chi phí khi khoảng cách giữa các node nằm trong giới hạn cho phép.

(c) thì không thích hợp lắm với kỹ thuật Ring

3.2.3 Nhóm họp lu lợng với yêu cầu bảo vệ trong mạng Mesh WDM

Các phương pháp bảo vệ khác nhau cho lưu lượng được nhóm hợp có thể bao gồm bảo vệ đường, đường con, liên kết và tài nguyên Những biện pháp này giúp đảm bảo an toàn và hiệu quả cho hệ thống mạng.

Luận văn cao học về việc hợp nhóm luồng l-u l-ợng chỉ ra rằng các kênh tốc độ thấp, dù được dành riêng hay chia sẻ, đều có những yêu cầu băng thông và dịch vụ bảo vệ khác nhau Đặc biệt, các kênh này có thể được bảo vệ tại lớp gói hoặc lớp quang, nhằm đảm bảo tính ổn định và an toàn cho dữ liệu truyền tải.

Hình II.9 : Ví dụ về bảo vệ đa lớp Đang hoạt động Bảo vệ

Hình vẽ 9 là ví dụ về bảo vệ đờng đa lớp tại lớp gói và lớp quang 3

Các node thẫm màu chứa OXC được kết nối qua các đường quang, trong khi các kết nối tốc độ thấp được nhóm lại trên các đường quang này và truyền trong miền quang.

3.2.4 Hợp nhóm Multicast trong mạng Mesh WDM

Hình 3.9: Ví dụ về bảo vệ đa lớp

Luận văn cao học này nghiên cứu về việc hợp nhóm luồng l-u l-ợng trên một kênh bớc sóng Trong bối cảnh này, các đờng quang hoặc các cây quang ("light-trees") sẽ được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu đa chiều, đồng thời đảm bảo nhu cầu về lu lợng thấp hơn băng thông của kênh bớc sóng.

Hình vẽ 10 trình diễn một kiểu kiến trúc chuyển mạch đơn giản có hỗ 3 trợ các phiên multicast với yêu cầu khác nhau về dung lợng của bớc sóng

Kiến trúc nhánh sóng cho phép dữ liệu từ một sợi quang đầu vào được chuyển mạch tới sợi quang đầu ra, với phiên multicasting được duy trì cẩn thận trong vùng quang Thiết bị DXC có tính năng "multicast", và khi kết hợp với bộ biến đổi OE/EO, phiên multicast tốc độ thấp có thể được nhóm lại với các phiên multicast/unicast tốc độ thấp khác.

Ghép/tách gói dữ liệu

Hình 3.10: Cấu trúc chuyển mạch có hỗ trợ hợp nhóm

Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp

Chơng 4: Kỹ thuật lu lợng đa lớp

4.1 Mô hình mạng đa lớp Đây là mạng có thể quản lý các thành phần mạng hỗn tạp (nh các router IP/MPLS, chuyển mạch ATM, các thành phần quang SONET/SDH) sử dụng các phiên mở rộng chồng giao thức IP sẵn có Một mặt phẳng độc lập, riêng biệt có khả năng điều khiển xử lý toàn bộ một mạng đa lớp dựa vào sự xếp lồng các LSP bậc thấp trong các LSP bậc cao hơn Trong giai đoạn mạng thế hệ sau còn có khái niệm "Kỹ thuật chuyển mạch không gói"

Trong đó các LSP sẽ phân cấp chuyển tiếp tơng đơng Điều này thể hiện rõ nh trong hình vẽ

H×nh 4.1 : Ph©n cÊp LSP trong GMPLS

Phân cấp tơng đơng GMPLS dựa trên sự ghép nối các giao diện node

Lớp đầu tiên (bậc 1) bao gồm các node giao diện quang với bộ chuyển mạch quang, trong khi lớp thứ hai - λ LSP - là các bộ nối ghép quang OXC, cho phép chuyển mạch giữa các bước sóng Lớp thứ ba - TDM LSP - liên quan đến các node giao diện TDM với các kết nối chéo SDH Lớp thứ tư - LSP2 - chứa các node chuyển mạch ATM và router MPLS Cuối cùng, lớp cuối cùng là các gói LSP, tức là các router IP Mỗi lớp này đều nằm trong một vùng mạng (network domain) xác định.

Các doamin ngoài cùng mang các gói tin

GMPLS hỗ trợ nhiều mô hình mạng khác nhau, với mạng hai lớp làm ví dụ điển hình Mạng này bao gồm lớp IP/MPLS, sử dụng các router chuyển mạch nhãn LSR, và lớp quang WDM, với các OXC Trong đó, có hai loại LSP: LSP lớp MPLS và LSP quang, hay còn gọi là đường quang Một đường quang được hình thành từ một số LSP lớp MPLS.

Hình 4.2 Mô hình mạng đa lớp tham khảo

Hợp nhóm Multicast trong mạng Mesh WDM 52

Các ứng dụng dịch vụ Multicast như video, hội nghị truyền hình và giải trí đang ngày càng gia tăng về yêu cầu chất lượng Để đáp ứng nhu cầu này, việc cung cấp băng thông Multicast quang với hình thái "light-tree" là một giải pháp hiệu quả Mỗi bước sóng có thể đạt dung lượng OC 192, và trong tương lai có thể lên đến OC 768, cho phép nhóm các phiên multicast phức hợp lại để chia sẻ tài nguyên một cách tối ưu.

Hình 3.9: Ví dụ về bảo vệ đa lớp

Luận văn cao học nghiên cứu việc hợp nhóm luồng lượng trên một kênh bước sóng Trong trường hợp này, các đường quang hoặc cây quang sẽ được xây dựng để đáp ứng các yêu cầu đa chiều, đảm bảo nhu cầu về lưu lượng thấp hơn băng thông của kênh bước sóng.

Hình vẽ 10 trình diễn một kiểu kiến trúc chuyển mạch đơn giản có hỗ 3 trợ các phiên multicast với yêu cầu khác nhau về dung lợng của bớc sóng

Với kiến trúc này, dữ liệu từ một kênh băng sóng trên sợi quang đầu vào sẽ được chuyển mạch tới sợi quang đầu ra Một phiên multicasting của kênh băng sóng được duy trì cẩn thận trong vùng quang Thiết bị DXC có tính năng "multicast", và khi kết hợp với bộ biến đổi OE/EO, phiên multicast tốc độ thấp có thể được nhóm lại với các phiên multicast/unicast tốc độ thấp khác.

Ghép/tách gói dữ liệu

Hình 3.10: Cấu trúc chuyển mạch có hỗ trợ hợp nhóm

Chơng 4: Kỹ thuật lu lợng đa lớp

4.1 Mô hình mạng đa lớp Đây là mạng có thể quản lý các thành phần mạng hỗn tạp (nh các router IP/MPLS, chuyển mạch ATM, các thành phần quang SONET/SDH) sử dụng các phiên mở rộng chồng giao thức IP sẵn có Một mặt phẳng độc lập, riêng biệt có khả năng điều khiển xử lý toàn bộ một mạng đa lớp dựa vào sự xếp lồng các LSP bậc thấp trong các LSP bậc cao hơn Trong giai đoạn mạng thế hệ sau còn có khái niệm "Kỹ thuật chuyển mạch không gói"

Trong đó các LSP sẽ phân cấp chuyển tiếp tơng đơng Điều này thể hiện rõ nh trong hình vẽ

H×nh 4.1 : Ph©n cÊp LSP trong GMPLS

Phân cấp tơng đơng GMPLS dựa trên sự ghép nối các giao diện node

Lớp đầu tiên (bậc 1) bao gồm các node giao diện quang kết nối với các bộ chuyển mạch quang Lớp thứ hai - λ LSP - là các bộ nối ghép quang OXC, cho phép chuyển mạch giữa các bước sóng Lớp thứ ba - TDM LSP - liên quan đến các node giao diện TDM và kết nối chéo SDH Lớp thứ tư - LSP2 - bao gồm các node chuyển mạch ATM và router MPLS Cuối cùng, lớp thứ năm là các gói LSP, tương ứng với các router IP Mỗi lớp hoạt động trong một vùng mạng (network domain) xác định.

Các doamin ngoài cùng mang các gói tin

GMPLS hỗ trợ nhiều mô hình mạng khác nhau, với mạng hai lớp làm ví dụ điển hình Mạng này bao gồm lớp IP/MPLS, sử dụng các router chuyển mạch nhãn LSR, và lớp quang WDM, sử dụng các OXC Có hai loại LSP: LSP lớp MPLS và LSP quang, còn gọi là đường quang Một đường quang được hình thành từ một số LSP lớp MPLS.

Hình 4.2 Mô hình mạng đa lớp tham khảo

Cấu trúc gói cơ bản của lớp IP/MPLS cần phải tương thích với mô hình chuyển mạch kênh của lớp quang Mỗi nhóm LSP trong một đường quang sẽ được cấp phát một dải thông cố định, trong khi dải thông của LSP thuộc lớp IP/MPLS có thể thay đổi.

Trong mạng quang dựa trên GMPLS, có hai mô hình triển khai chính là "mạng chồng lấp" và "mạng ngang hàng" Mỗi mô hình này thiết lập mối quan hệ giữa lớp IP/MPLS và lớp quang Mạng chồng lấp hoạt động theo mối quan hệ chủ - khách, trong đó lớp quang đóng vai trò là server cho IP/MPLS Điều này cho phép mặt phẳng điều khiển hoạt động độc lập và giao tiếp với các mặt phẳng khác thông qua giao diện người sử dụng.

UNI (giao diện người dùng - mạng) là thành phần quan trọng trong mạng IP/MPLS, nơi hệ thống thông báo cần thiết lập một tuyến truyền thông quang Nhiệm vụ của mạng quang là quản lý tài nguyên nhằm đáp ứng yêu cầu theo thỏa thuận mức dịch vụ SLA (Service Level Agreement).

Mô hình mạng xử lý ngang hàng một mặt phẳng điều khiển đơn biệt sẽ quản lý toàn bộ mạng, với các node IP/MPLS và node quang hoạt động chia sẻ ngang hàng Người quản lý vận hành được phân bổ một vùng mạng riêng biệt để thuận tiện cho việc xử lý và nắm bắt thông tin Tuy nhiên, sự gia tăng số lượng thành phần mạng sẽ làm cho việc xử lý lượng thông tin khổng lồ trở nên khó khăn, ảnh hưởng đến tính linh hoạt trong định tuyến chọn đường.

GMPLS áp dụng định tuyến ràng buộc và định tuyến đa lớp để tối ưu hóa hiệu suất mạng Định tuyến ràng buộc sử dụng thông tin từ trạng thái mạng và các ràng buộc như độ chiếm dụng liên kết và yêu cầu băng thông thông qua giao thức OSPF-TE Phương pháp này cho phép lựa chọn các tuyến đường dài hơn nhưng ít tắc nghẽn hơn, giúp phân bố tải mạng đồng đều và giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn Đồng thời, định tuyến đa lớp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện khả năng quản lý và tối ưu hóa lưu lượng mạng.

Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả hơn, đánh giá kết hợp cả hai lớp MPLS và líp quang

Nhờ vào sự quan tâm đến việc điều khiển QoS, GMPLS có khả năng ưu tiên băng thông cho các LSP mà không bị ảnh hưởng bởi mức độ phân cấp Chiến lược xây dựng mạng cần chú trọng đến các vấn đề quan trọng để đảm bảo hiệu quả và chất lượng dịch vụ.

- Độ phức tạp của chức năng CBR định tuyến ràng buộc: Khi mạng - càng phức tạp bao nhiêu thì việc định tuyến sẽ càng khó khăn bấy nhiêu

Điều khiển QoS là một nhiệm vụ phức tạp, liên quan đến việc xử lý và đáp ứng các yêu cầu cho các lớp dịch vụ trong mạng Nó đòi hỏi sự phân bổ lưu lượng hợp lý và định tuyến dựa trên các mức độ ưu tiên khác nhau.

Để đạt hiệu quả tối ưu trong CBR, việc cập nhật liên tục thông tin về tình trạng các kết nối trong mạng là cần thiết Do đó, cần tìm ra sự cân bằng giữa hiệu quả định tuyến và khả năng xử lý lượng thông tin lớn trong mạng.

Để đảm bảo hiệu quả trong quản lý lưu lượng, mạng cần có khả năng đáp ứng kịp thời và linh hoạt trước những biến động bất thường Việc này giúp duy trì sự ổn định và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Kỹ thuật lu lợng đa lớp 57

Giới thiệu 57

Yêu cầu chính đối với kỹ thuật lu lợng trong mạng thế hệ sau là cần phải đảm bảo những tiêu chuẩn nh sau:

- Tối u nguồn tài nguyên mạng: băng thông liên kết và thông lợng node sử dụng nguồn tài nguyên băng thông có tính chất co giãn

- Đáp ứng băng thông theo yêu cầu

- Hỗ trợ các lớp dịch vụ khác nhau bao gồm dịch vụ thời gian thực và đảm bảo yêu cầu về chất lợng dịch vụ

Lưu lượng vào mạng được chia thành hai loại: dự đoán được và không dự đoán được Ví dụ, đối với các dịch vụ điện thoại truyền thống, lưu lượng có thể dễ dàng dự đoán, trong khi các luồng lưu lượng Internet lại khó khăn hơn Loại lưu lượng không dự đoán này có khả năng tối ưu hóa tuyến đường dựa trên một ma trận lưu lượng được dự đoán trước.

Trong bối cảnh lưu lượng Internet khó dự đoán và không ổn định, phương pháp tính toán offline không còn phù hợp Thay vào đó, cần áp dụng phương pháp định tuyến online Tuy nhiên, điều này dẫn đến một thách thức lớn là không thể tối ưu hóa việc khai thác tài nguyên mạng một cách hiệu quả Do đó, việc tìm kiếm giải pháp định tuyến hợp lý là cần thiết.

Phương pháp "hybrid" kết hợp cả offline và online mang lại hiệu quả cao trong quản lý lưu lượng dự đoán và không dự đoán Khi mạng có nhiều lớp dịch vụ, việc áp dụng module kỹ thuật băng thông BE (Bandwidth Engineering) giúp cải thiện tính linh hoạt của phương pháp định tuyến Module này tối ưu hóa việc khai thác tài nguyên bằng cách tận dụng tính co giãn của băng thông và các cơ chế định tuyến ưu tiên, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về QoS.

Kỹ thuật lu lợng tại lớp IP-MPLS 58

Mục tiêu chính của TE trong IP-MPLS là đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) Trễ lưu gói tại bộ đệm là một phần của trễ truyền dẫn không thể tránh khỏi Khi kích thước bộ đệm không đủ để chứa tất cả các gói, một số gói sẽ bị loại bỏ.

Một số ứng dụng đặc biệt yêu cầu đảm bảo độ trễ đầu cuối-đầu cuối, độ trễ biến động và tỷ lệ thất thoát gói phải luôn được giữ trong giới hạn xác định Để đạt được điều này, TE cần đảm bảo rằng tải trên mọi liên kết luôn ở mức thấp cho phép Nếu độ sử dụng tải cao, sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của ứng dụng.

Luận văn cao học về Kỹ thuật lưu lượng đa lớp cho thấy rằng trễ bộ đệm và suy hao gói ở Router sẽ tăng lên Hình ảnh minh họa cách thức mà TE thực hiện định tuyến cho luồng lưu lượng mới (60%) từ a đến e, dựa trên tình huống hiện tại Nếu luồng lưu lượng mới được định tuyến theo đường ít chặng nhất (a-c-e), liên kết giữa c và e sẽ bị tắc nghẽn do phải mang tải 220% trong khi dung lượng tối đa chỉ là 200% Tuy nhiên, khi TE chọn định tuyến theo luồng a-c-b-d-e, sẽ có ít nhất 30% dung lượng dư thừa trên tất cả các liên kết.

1) TE trong lớp IP -MPLS

Trước và sau khi thiết lập

60% luồng lưu lượng giữa a và e

4.2.3 Kỹ thuật lu lợng tại lớp quang

Hình vẽ 4.4 minh họa quá trình định tuyến một đường quang mới từ A đến E, trong đó xem xét tình trạng mạng hiện tại Khi thiết lập kênh quang mới qua các điểm A-C-D-E, tất cả các liên kết WDM sẽ chịu tải 2 kênh bước sóng Tuy nhiên, khi lựa chọn đường đi ngắn nhất, các liên kết sẽ được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất cao nhất.

Hệ thống WDM C-E sẽ cung cấp 3 kênh bước sóng, trong khi nhiều liên kết khác chỉ hỗ trợ 1 kênh Điều này dẫn đến việc dung lượng liên kết giữa C-E sẽ nhanh chóng bị lấp đầy Trong trường hợp đặc biệt, hệ thống đường quang WDM có thể chỉ mang 2 kênh bước sóng, cần thực hiện khóa chặn kênh quang hoặc lắp đặt thêm thiết bị phù hợp.

Hình 4.3: Kỹ thuật lu lợng tại lớp IP-MPLS

Luận văn cao học Kỹ thuật lưới lượng đa lớp đề xuất bổ sung hệ thống đường quang WDM giữa các băng tần C và E để hỗ trợ kênh bước sóng thứ ba, mặc dù thiết bị hiện tại vẫn đáp ứng yêu cầu nhờ vào định tuyến kênh bước sóng tại OXC trung gian D.

Trước và sau khi thiết lập đường qunag giữa a và e

4.2.4 Định tuyến ràng buộc Định tuyến ràng buộc (Contraint-based Routing): Việc tính toán tuyến bị ràng buộc bởi yêu cầu về băng thông và các chính sách quản trị mạng Vì

CBR phụ thuộc vào cấu trúc mạng để tính toán tuyến đường, cho phép tìm ra sự cân bằng hợp lý nhất có thể Điều này có nghĩa là CBR sẽ lựa chọn quãng đường dài hơn nhưng ít tắc nghẽn hơn thay vì chỉ chọn quãng đường ngắn nhất Như hình 4.5 đã chỉ ra, quãng đường ngắn nhất giữa Router A và các điểm khác có thể không phải là lựa chọn tối ưu trong trường hợp có tắc nghẽn.

Khi C đi qua liên kết A với hệ số IGP m=1, băng thông khả dụng trên quãng đường ngắn nhất chỉ đạt 22Mbps (622-600) Do đó, CBR cần tìm một LSP 40Mbps, cụ thể là A-B-C Băng thông khả dụng của một liên kết được tính bằng băng thông cực đại do các nhà quản trị mạng thiết kế, trừ đi băng thông đã được dành trước cho các LSP khác đi qua liên kết này, không phụ thuộc vào băng thông thực tế đang được sử dụng Ví dụ, nếu băng thông cực đại của một liên kết là 155Mbps, thì băng thông dành trước cho các LSP sẽ ảnh hưởng đến băng thông khả dụng.

LSP là 100Mbps, thì băng thông còn lại có thể sử dụng sẽ là 55Mbps ( mà

Hình 4.4: TE tại lớp quang

Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp không cần quan tâm tới việc thực tế liên kết sử dụng nhiều hay ít hơn

CBR không tính toán LSP dựa trên phần băng thông dư thừa tức thời trên các liên kết, điều này có thể làm giảm tính ổn định của mạng.

CBR can be executed in either online or offline modes In the online mode, routers dynamically calculate and select the LSP paths in real-time Conversely, the offline mode involves a server that computes the LSP paths at predetermined intervals, which can be set to daily or hourly cycles.

4.2.5 Định tuyến Hybrid a, Định tuyến off-line:

Cung cấp đờng chung: Thực tế định tuyến off-line hoạt động dựa trên module cung cấp đờng chung với đầu vào và ra đợc thể hiện nh sau:

Hình 4.5: Định tuyến ràng buộc

Module PR thiết kế topo logic quang và tính toán các tuyến dựa trên yêu cầu lưu lượng LSP đã biết trước Dữ liệu đầu vào phản ánh các yêu cầu lưu lượng cụ thể Các operator có khả năng dự đoán nhu cầu lưu lượng cho cả LSP ưu tiên cao và thấp (HP và LP) nhờ vào việc nhận diện các thỏa thuận với khách hàng và thông tin từ đánh giá thống kê Topo vật lý của mạng quang bao gồm các node được kết nối qua các liên kết theo một topo đã xác định, trong đó mỗi liên kết là một bó sợi quang, và mỗi sợi quang mang một số bước sóng nhất định.

1 router chuyển mạch nhãn LSR tích hợp với một số OXC hoặc chỉ 1 OXC

Mỗi OXC có khả năng chuyển đổi bước sóng và đầu ra của các module cấp đường PR bao gồm tập hợp các đường quang tạo nên topo logic của lớp quang, cùng với tất cả các LSP được nhóm họp trên các đường quang này Các hàm mục tiêu khác nhau thường được hiểu dựa theo các chính sách quản lý mạng, ví dụ như tối ưu hóa việc sử dụng nguồn tài nguyên mạng.

(bao gồm tài nguyên quang, tài nguyên điện hay cả hai) giảm đến mức tối đa việc thất thoát lu lợng, hoặc tối u hoá khoảng cách giữa các bớc nhảy

Các node và các liên kết sợi quang

Nguồn, đích, băng thông của mỗi LSP

ThuËt toán cung cÊp ®a líp

Các hàm mục tiêu trong gói (hop) nhằm tối ưu hóa việc giảm thiểu tắc nghẽn tài nguyên mạng Điều này có thể hiểu là tối đa hóa tỷ lệ giữa tài nguyên đã sử dụng và tài nguyên khả dụng trên toàn bộ hệ thống quang, bao gồm các bước sóng trên mỗi liên kết quang và các cổng đầu vào, đầu ra.

Định tuyến ràng buộc 60

Định tuyến ràng buộc (Contraint-based Routing): Việc tính toán tuyến bị ràng buộc bởi yêu cầu về băng thông và các chính sách quản trị mạng Vì

CBR (Cognitive Based Routing) phụ thuộc vào cấu trúc mạng để tính toán tuyến đường, giúp tìm ra sự cân bằng tối ưu nhất Nó ưu tiên lựa chọn quãng đường dài hơn nhưng ít tắc nghẽn hơn, thay vì chỉ tập trung vào quãng đường ngắn nhất Hình 4.5 minh họa rõ ràng quãng đường ngắn nhất giữa Router A và các điểm khác trong mạng.

Liên kết A C với hệ số IGP m=1 chỉ có băng thông khả dụng là 22Mbps, do đó CBR cần tìm một LSP 40Mbps qua A-B-C Băng thông khả dụng của liên kết được xác định bằng băng thông cực đại do các nhà quản trị mạng thiết kế, trừ đi băng thông đã được phân bổ cho các LSP khác Điều này không phụ thuộc vào mức băng thông thực tế mà liên kết đang sử dụng Ví dụ, nếu băng thông cực đại của liên kết là 155Mbps, cần lưu ý đến băng thông đã được dành trước cho các LSP.

LSP là 100Mbps, thì băng thông còn lại có thể sử dụng sẽ là 55Mbps ( mà

Hình 4.4: TE tại lớp quang

Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp không cần quan tâm tới việc thực tế liên kết sử dụng nhiều hay ít hơn

CBR không tính toán LSP dựa trên băng thông dư thừa tức thời trên các liên kết, điều này có thể làm giảm tính ổn định của mạng.

CBR can be implemented in both online and offline modes In the online approach, routers calculate and select the LSP paths in real-time Conversely, the offline method involves the server calculating LSP paths at predetermined intervals, which can be set to daily or hourly cycles.

Định tuyến Hybrid 61

Cung cấp đờng chung: Thực tế định tuyến off-line hoạt động dựa trên module cung cấp đờng chung với đầu vào và ra đợc thể hiện nh sau:

Hình 4.5: Định tuyến ràng buộc

Module PR thiết kế topo logic quang và tính toán các tuyến theo yêu cầu lưu lượng LSP đã biết trước Dữ liệu đầu vào thể hiện các yêu cầu lưu lượng đã được xác định Các operator có khả năng dự đoán nhu cầu lưu lượng cho cả LSP ưu tiên cao (HP) và thấp (LP) thông qua việc nhận biết các thoả thuận với khách hàng và thông tin từ đánh giá thống kê Topo vật lý của mạng quang bao gồm các node được kết nối bởi các liên kết theo một topo đã xác định, trong đó mỗi liên kết là một bó sợi quang, và mỗi sợi quang mang một số bước sóng xác định.

1 router chuyển mạch nhãn LSR tích hợp với một số OXC hoặc chỉ 1 OXC

Mỗi OXC có khả năng chuyển đổi bước sóng, với đầu ra của các module cấp đường PR tạo thành topo logic của lớp quang Tất cả các LSP được nhóm họp trên các đường quang của topo logic, và các hàm mục tiêu khác nhau thường được hiểu dựa trên chính sách quản lý mạng Ví dụ, các hàm mục tiêu có thể được tối ưu hóa nhằm nâng cao việc sử dụng nguồn tài nguyên mạng.

(bao gồm tài nguyên quang, tài nguyên điện hay cả hai) giảm đến mức tối đa việc thất thoát lu lợng, hoặc tối u hoá khoảng cách giữa các bớc nhảy

Các node và các liên kết sợi quang

Nguồn, đích, băng thông của mỗi LSP

ThuËt toán cung cÊp ®a líp

Gói (hop) của hệ thống sẽ tối ưu hóa các hàm mục tiêu nhằm giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn tài nguyên mạng Điều này có nghĩa là duy trì tỷ lệ tối đa giữa tài nguyên đã sử dụng và tài nguyên khả dụng trên toàn bộ hệ thống quang, bao gồm các bước sóng trên mỗi liên kết quang và các cổng đầu vào ra.

Để thực hiện LSR, việc sử dụng định tuyến động là điều cần thiết Cần chú ý đến các yêu cầu kết nối và khả năng nắm bắt các thay đổi bất thường của lưu lượng.

Các thuật toán định tuyến hoạt động hiệu quả trong môi trường đa lớp, yêu cầu lựa chọn đường quang và tính toán tuyến phải được thực hiện đồng thời Định tuyến trực tuyến là một phương pháp quan trọng trong quá trình này.

Module DR cung cấp khả năng đánh giá động các tuyến đường "on line" dựa vào node nguồn và node đích Nó liên tục cập nhật tình trạng các liên kết của MPLS và các lớp, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về băng thông một cách hiệu quả.

WDM là công nghệ quan trọng trong mạng quang Lưu ý rằng module DR không thể thiết lập các đường quang mới, mà chỉ hoạt động trong một topo logic đã được thiết lập trước đó Topo logic do module PR cung cấp có nhiều tính năng hơn nhờ vào việc sử dụng giao thức báo hiệu mở rộng OSPF - TE, giúp tối ưu hóa việc quản lý đường truyền.

Nhìn vào hình 4.6, thấy đợc rằng mối liên kết logic giữa 2 LSR đợc cấu thành bởi một tập các đờng quang kết nối 2 OXC kèm theo các node

Module DR hoạt động theo nguyên tắc lựa chọn lộ trình ít tắc nghẽn thay vì chọn lộ trình ngắn nhất nhưng có lưu lượng cao Hai tiêu chuẩn chính được đưa ra để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho quá trình truyền tải dữ liệu.

1, Tìm tuyến ngắn nhất, ít tắc nghẽn nhất thậm chí có thể tiến hành phân bổ lu lợng đều ngay tại lớp MPLS

Khi lựa chọn đường quang trong liên kết logic, ưu tiên các bước sóng có mức tải cao để tăng khả năng tìm kiếm các bước sóng khả dụng cho các yêu cầu kết nối tiếp theo, đặc biệt là khi có nhu cầu băng thông lớn hơn.

Thuật toán định tuyến động ưu tiên lựa chọn các tuyến ít tắc nghẽn, với các liên kết có độ sử dụng tải thấp ở lớp MPLS, đồng thời chọn các bước sóng có mức chiếm dụng cao ở lớp quang để tối ưu hóa việc tập hợp tài nguyên.

LSP (Label Switched Path) được thiết lập cho các đường quang một cách hiệu quả thông qua việc áp dụng hàm trọng số kết hợp với thuật toán tìm đường ngắn nhất Hàm này tính toán số lượng bước nhảy giữa node nguồn và node đích trong lớp MPLS, đồng thời xem xét độ sẵn sàng về dung lượng trong các liên kết logic cũng như trong các đường quang.

Hàm trọng số có công thức:

W ) ( trong đó Cij A là băng thông khả dụng tại liên kết MPLS i (tổng dung lợng còn trống trên các bớc sóng) C T là dung lợng lớn nhất trong mạng

MPLS; R là băng thông yêu cầu từ LSP; Cij A là băng thông khả dụng trong bước sóng thứ j của liên kết MPLS thứ i Trọng số của một liên kết tăng lên khi dung lượng khả dụng sau khi tập hợp trên liên kết đó giảm Nếu không tồn tại bước sóng có dung lượng khả dụng, trọng số sẽ có giá trị ∞.

∞ với các trờng hợp còn lại

Trong mạng IP/MPLS, băng thông tại lớp quang được quản lý theo cách rời rạc, trong khi lớp IP/MPLS duy trì tính liên tục Định tuyến Hybrid kết hợp giữa hai module: một cho việc cung cấp đường offline và một cho định tuyến động online Trong giai đoạn cung cấp đường, hệ số α được sử dụng để điều chỉnh băng thông, với α nằm trong khoảng [0,1] Nếu dung lượng bước sóng là bw, băng thông sử dụng sẽ là αbw, giúp giảm băng thông trên mỗi bước sóng và cho phép module cấp đường chọn nhiều đường quang hơn Trong giai đoạn hoạt động của module định tuyến động, các đường quang được đánh giá dựa trên băng thông thực tế, với mục tiêu cải thiện tính động của mạng thông qua hệ số α.

Kỹ thuật băng thông 65

Module kỹ thuật băng thông tối ưu hóa tài nguyên mạng bằng cách sử dụng băng thông co giãn, cho phép giải phóng tạm thời băng thông chưa sử dụng của các LSP cao hơn để phục vụ các LSP thấp hơn Khi có yêu cầu từ các LSP mức cao, băng thông này sẽ được hoàn trả ngay lập tức Điều này có nghĩa là thuộc tính băng thông của mọi LSP có thể thay đổi linh hoạt theo yêu cầu của lưu lượng, được gọi là co giãn Do đó, cần có chức năng xử lý ưu tiên cho các LSP có độ ưu tiên thấp hơn và chuyển lưu lượng thấp hơn sang các tuyến ít tắc nghẽn Module kỹ thuật băng thông bao gồm hai thành phần chính.

Thuật toán xử lý băng thông sẽ lựa chọn các LSP có độ ưu tiên thấp để dịch chuyển, nhằm tạo ra băng thông khả dụng cho các LSP có độ ưu tiên cao hơn.

- Thuật toán định tuyến động định tuyến lại các LSP u tiên thấp sang đờng khác thay thế

Module kỹ thuật băng thông giúp quản lý tài nguyên hiệu quả, đồng thời đáp ứng linh hoạt các yêu cầu QoS cho các lớp dịch vụ đa dạng.

Thuật toán xử lý điều khiển băng thông (BHA) sẽ đợc cần đến khi 1

LSP ưu tiên cao yêu cầu băng thông bổ sung và thường gặp tắc nghẽn do sự hiện diện của các LSP ưu tiên thấp khác BE sẽ xác định và chuyển hướng các LSP ưu tiên thấp cần thiết thông qua chức năng định tuyến động Quá trình này áp dụng cho tất cả các liên kết tắc nghẽn trong các tuyến yêu cầu băng thông cao Điều này sẽ tiếp tục cho đến khi đủ băng thông trống được giải phóng cho lưu lượng ưu tiên cao.

Hoạt động của MTE 66

Giám sát-phát hiện vấn đề và khởi tạo quá trình MTE 67

Để cấu hình chính xác, MTE cần nắm rõ hiện trạng lưu lượng Phương pháp TOW được đưa ra nhằm tính số lượng gói trong mỗi liên kết logic, đo lường yêu cầu lưu lượng theo thời gian thực Phương pháp này thể hiện yêu cầu lưu lượng trên một liên kết cụ thể, bao gồm số luồng tải lưu lượng chạy qua liên kết, nhu cầu thực tế của lưu lượng tại liên kết, kích thước trung bình của gói tính bằng byte, và số lượng gọi của một luồng lưu lượng.

TOW: đoạn thời gian ngắn (S)

Trong kỹ thuật lu lợng đa lớp có hai phơng thức đợc đa ra:

- Proative: Cố duy trì liên tục mạng logic theo mức độ hiệu quả tốt nhất

- Reactive: Khi mạng gặp sự cố, quá trình đa ra quyết định sẽ đợc kích hoạt

Có hai mức ngỡng để đánh giá tải lu lợng: Thigh: ngỡng cao,

Hình 4.7 minh họa nhu cầu lưu lượng với các khoảng thời gian TTOW khác nhau Trong trường hợp (a), nhu cầu lưu lượng có thể vượt ngưỡng hoặc dưới ngưỡng trong các khoảng thời gian TTOW ngắn (1 giây) Tại giây thứ hai và thứ tư, quá trình khởi tạo MTE sẽ được kích hoạt để thêm một liên kết mới, trong khi tại giây thứ năm, một liên kết không cần thiết sẽ được giải phóng Việc cấu hình lại trong trường hợp (a) sẽ được quyết định mỗi khi mạng lưu lượng tải vượt ngưỡng hoặc dưới ngưỡng.

Trong trường hợp (b), thời gian TOW tăng lên 2,5 giây, và MTE chỉ được khởi tạo lại vào thời điểm kết thúc TOW đầu tiên So với trường hợp (a), sự khác biệt rõ ràng giữa hai trường hợp này cần được phân tích kỹ lưỡng.

(b) có thể tránh đợc việc phải cấu hình lại quá nhiều trên mức cần thiết

Còn đối với trờng hợp (c) việc khởi tạo MTE sẽ không diễn ra

Second 2.5 : khởi tạo tăng dung lượng

• Second 2 và second 4: Khởi tạo tăng dung lưuợng

• Second 5 : khởi tạo giảm dung lượng

• Khởi tạo mỗi khi quá tải( trafic >

T high ) và dưới tải (trafic < T low )

Trong cửa sổ quan sát đầu tiên đã thực hiện khởi tạo do tải lưu lượng trung bình ở mức cao

Không có quá trình khởi tạo nào xảy ra

Hình 4.7: Giám sát lu lợng và khởi tạo quá trình MTE

• Hạ thấp tải trên lliên kết gặp tắc nghẽn

• Tìm liên kết ứng cử phù hợp (a-d)

• Tối ưu nhờ dịch chuyển lưu lượng sang liên kết ứng cử

Quyết định điều khiển lưu lượng đa lớp MTE b c e f a d

Luồng IP được định tuyến bởi kĩ thuật lưu lượng đơn lớp IP/MPLS

Luồng lưu lượng bổ sung a-f-c-d 40%

Từ router phát hiện ra tắc nghẽn TE được khởi tạo b c e f a d

Lựa chọn những vấn đề cần cấu hình lại 69

Sau khi phát hiện sự cố, việc đưa ra quyết định hợp lý sẽ cải thiện cấu hình topo logic, có thể hình thành một liên kết mới Mạng cần xác định luồng lưu lượng nào và phương thức nào để chuyển hướng về liên kết mới được thiết lập.

Quyết định chính là xác định cách tối ưu hóa tải trọng trên liên kết đang bị tắc nghẽn và liên kết ứng cử, với khả năng giảm tải trên liên kết gặp tắc nghẽn.

Nhng thực tế việc lựa chọn ra một liên kết ứng cử còn tuỳ thuộc vào lợng

Hình 4.8: Giai đoạn giám sát-phát hiện

Luận văn cao học về kỹ thuật lưu lượng đa lớp nhấn mạnh rằng mạng cần nắm rõ tình trạng các tuyến và tính chất của các luồng lưu lượng, không chỉ đơn thuần giám sát băng thông trung bình của mỗi liên kết IP Việc này sẽ giúp đưa ra những quyết định chính xác và hợp lý hơn trong quản lý lưu lượng mạng.

• Hạ thấp tải trên lliên kết gặp tắc nghẽn

• Tìm liên kết ứng cử phù hợp (a-d)

• Tối ưu nhờ dịch chuyển lưu lượng sang liên kết ứng cử

Quyết định điều khiển lưu lượng đa lớp MTE b c e f a d

Thực hiện các quyết định cấu hình 70

a) Khi nào cần cấu hình lại mạng logic : Điều này dựa vào sự giám sát tải lu lợng trong mạng, đợc chỉ rõ trong h×nh 4.10

Có thể giám sát tải lu lợng trên mỗi liên kết dựa vào cửa sổ quan sát

Có thể sử dụng các thuộc tính trong bản tin báo hiệu như Giao thức phân bổ nhãn Định tuyến ràng buộc (CR LDP) hoặc giao thức tài nguyên RSVP TE để đưa ra quyết định thiết lập hoặc loại bỏ các đường chuyển mạch nhãn LSP trong mạng IP-MPLS.

Có hai phơng thức trong MTE: proactive và reactive Mục đích của

MTE proactive là phương pháp duy trì mạng một cách liên tục và hiệu quả, trong khi chế độ Reactive chỉ kích hoạt quyết định khi phát hiện sự cố mạng như tắc nghẽn Việc áp dụng MTE proactive giúp nâng cao hiệu suất mạng và giảm thiểu thời gian khắc phục sự cố.

Hình 4.9: Giai đoạn xem xét lựa chọn quyết định

Luận văn cao học về Kỹ thuật lưu lượng đa lớp trình bày cách mà router phát hiện tải lưu lượng trên một liên kết đầu ra Khi tải lưu lượng đạt ngưỡng nhất định, router sẽ thiết lập một liên kết mới Ngược lại, nếu tải đầu ra giảm xuống dưới mức ngưỡng, hệ thống sẽ tự động giải phóng liên kết đó.

Giai đoạn nhận dạng Chọn các liên kết ứng cử phù hợp nhất

• Tại mỗi liên kết đầu ra giám sát tốc độ bit : của luồng lưu lượng

• Khi tải vượt ngưỡng T high : Khởi tạo MTE

Tải liên kết xảy ra tắc nghẽn

Link IP-MPLS tắc nghẽn

Với mỗi liên kết ứng cử :

• Giá trị T phần lưu lượng bị thu hút :

• Đánh giá hàm phù hợp

• Giám sát các liên kết ít phù hợp nhất

• Gửi báo hiệu và cung cấp liên kết ứng cử đã được chọn

• Thu hút lưu lượng qua liên kết ứng cử này

Link IP-MPLS ứng cử

T mid = giữa T high và T low

T cong = tốc độ bít trên liên kết tắc nghẽn

T = phần lưu lượng bị hút sang liên kết mới

Giảm tải trên các Router ở mức có thể

Phát hiện giải & quyết trên Router tắc nghẽn

Khi lựa chọn phương thức hoạt động giữa proactive và reactive, cần xem xét kỹ lưỡng Phương thức proactive có ưu điểm là giúp mạng tránh được tình trạng giảm chất lượng dịch vụ (QoS) không mong muốn, trong khi phương thức reactive chỉ hoạt động khi đã phát hiện sự giảm chất lượng.

Hình 4.10: Các giai đoạn hoạt động của MTE

Mục tiêu của việc cấu hình lại mạng là đánh giá hiệu quả của việc thiết lập liên kết mới giữa các node mạng, nhằm tìm ra sự cân bằng giữa dung lượng và chất lượng dịch vụ QoS Tuy nhiên, vấn đề này không chỉ đơn thuần là xác định các node cần thiết lập liên kết logic, mà còn phải xem xét loại luồng lưu lượng nào phù hợp nhất cho liên kết mới Do đó, việc thu thập đầy đủ thông tin về tình trạng và thuộc tính của các tuyến băng thông trung bình của lưu lượng là rất cần thiết.

Quan sát hình 4.10 để hiểu rõ phương thức reactive trong định tuyến MTE thực hiện việc tìm đường ngắn nhất bằng cách phát hiện tình trạng quá tải của một trong các link đầu ra, chẳng hạn như router a khi Tcong vượt quá Thigh.

Mạng sẽ quyết định xem cặp router nào cần tăng cờng thêm liên kết

Hàm mục tiêu phù hợp T được sử dụng để xác định liên kết ứng cử nào là tối ưu, với điều kiện tất cả lưu lượng đều được hướng tới liên kết ứng cử T Để

Mặt khác hàm cũng đảm bảo tải trên các router giảm đến mức có thể

(T(#hops - 1); trong đó "# hops" là số các chặng ngắn nhất giữa các điểm đầu cuối của liên kết ứng cử

Cần lưu ý rằng những thay đổi được đề cập chỉ áp dụng cho mạng IP/MPLS Các chiến lược ưu việt hơn sẽ ảnh hưởng đến cả hai lớp mạng logic và vật lý Việc cấu hình lại là cần thiết để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Xây dựng mô hình nhằm giải quyết hiệu quả ba tình huống quan trọng: đáp ứng mức tải dưới ngưỡng, đáp ứng tải lưu lượng theo yêu cầu, và đáp ứng tải vượt.

Trong luận văn cao học về Kỹ thuật lưu lượng đa lớp ngưỡng, khi mạng ở trạng thái lưu lượng dưới ngưỡng thấp (Tlow), MTE sẽ quyết định giải phóng các liên kết trống Tuy nhiên, nếu thời gian lưu lượng dưới ngưỡng này ngắn, việc giải phóng liên kết có thể không cần thiết Điều này có thể dẫn đến sự bất ổn định trong mạng và gia tăng nguy cơ thất thoát gói tin.

Để quản lý tải lưu lượng, người ta sử dụng bộ đếm phát hiện mức tải dưới ngưỡng trên mỗi liên kết, ghi nhận số lần xảy ra tình trạng này Khi phát hiện lưu lượng tải dưới mức cần thiết, cần có biện pháp xử lý kịp thời Liên kết logic được coi là ở trạng thái tải dưới ngưỡng và cần được giải phóng khi bộ đếm đạt giá trị "n", giúp giảm tần suất cấu hình lại mạng Kết nối quang tại lớp quang là một phần quan trọng của mặt phẳng điều khiển quang, trong khi giao thức định tuyến IP (OSPF) tự động cập nhật bảng định tuyến trên mỗi router khi có sự thay đổi liên kết IP.

Chiến lợc MTE reactive đợc mô tả trong hình vẽ nh sau:

T low < D T < high (liên kết tải lưu lượng tố i ưu)

(liên kết tải lưu lượng dưới ngưỡng)

Phát hiện mức dưới ngưỡng < n

Phát hiện mức dưới ngưỡng = n

Phát hiện mức dưới ngưỡng = 0

D >T high ( liên kết quá tải )

Tập hợp các liên kết ứng cử

Chọn các liên kết phù hợp nhất

1.Tính giá trị D 2.Đánh giá hàm chức năng phù hợp 3.Vẫn liên tục giám sát các liên kết ứng cử có mức độ phù hợp thấp hơn

Thiết lập các liên kết phù hợp nhất và gửi lưu lượng trên các liên kết

Phát hiện mức dưới ngưỡng = 0

Khi liên kết logic hoạt động bình thường (Tlow < D < Thingh), giá trị của bộ đếm under loaded counter được reset về 0 Tuy nhiên, khi xảy ra tắc nghẽn (D > Thingh), MTE sẽ quyết định thêm một liên kết mới Vấn đề đặt ra là cách sắp xếp các liên kết ứng cử từ nhiều khả năng khác nhau Một giải pháp cho vấn đề này là sử dụng thuật toán tìm kiếm để lựa chọn các ứng cử phù hợp, kèm theo hàm chức năng thích ứng để đánh giá các liên kết ứng cử đó.

A, Phát hiện các liên kết ứng cử:

Có nhiều phương pháp để tái cấu trúc lớp mạng cấp cao khi xảy ra tình trạng tắc nghẽn Tuy nhiên, cần xác định liên kết ứng xử nào là phù hợp nhất để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho mạng.

Hình 4.11: Chiến lợc MTE reactive

Luận văn cao học về Kỹ thuật lưu lượng đa lớp tập trung vào việc phân tích và đánh giá lưu lượng qua các liên kết bị tắc nghẽn Sau khi tổng hợp các liên kết ứng cử, một số quy tắc đã được đề xuất nhằm cải thiện hiệu suất và tối ưu hóa việc quản lý lưu lượng mạng.

• Luồng lu lợng chạy qua các liên kết tắc nghẽn, nhu cầu lu lợng >

Thigh (trên kênh bớc sóng quang) nên đợc chuyển sang một kênh lôgic trực tiếp

Liên kết tắc nghẽn Đường chung : Đường :

Luồng lưu lượng f1, f2, f3 đều đi qua đoạn B C, nơi bị tắc nghẽn Lưu lượng f1 và f2 chia sẻ đoạn A - B và B - C Bằng cách tăng cường thêm một liên kết giữa các router ở những đoạn này, chúng ta có thể giảm thiểu một số luồng lưu lượng trên liên kết bị tắc nghẽn.

B Đánh giá các liên kết ứng cử phù hợp

Yêu cầu thực hiện một chiến lợc MTE hợp lý 77

Cố gắng sử dụng hiệu quả dung lợng 77

Một trong những giải pháp đơn giản để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) là cung cấp tài nguyên thừa (over provisioning) MTE hướng đến việc cung cấp một lựa chọn hiệu quả cho việc sử dụng tài nguyên này Mục tiêu chính của giải pháp này là tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

MTE đang tiến gần đến việc xây dựng một mạng logic có khả năng tự thích ứng với những thay đổi về mẫu lưu lượng Cụ thể, nó có thể giải phóng tài nguyên vật lý có giới hạn giữa các vị trí khi cần thiết và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên Điều này được gọi là vấn đề tối ưu họp nhóm lưu lượng trong kích thước mạng.

Hình 4.13: Phân bố lu lợng sau khi cấu hình lại

Luận văn cao học về kỹ thuật lưu lượng đa lớp truyền thống tập trung vào việc thiết kế mạng tối ưu Quyết định MYE là yếu tố quan trọng trong việc cân bằng giữa độ sử dụng đường truyền và dung lượng của các node trong mạng.

Đa ra mức quán tính phù hợp 78

Duy trì một lượng tài nguyên tối thiểu tại một vị trí cần thiết không phải là một hoạt động thực sự hấp dẫn.

Các chiến lược MTE hợp lý đảm bảo rằng sự thay đổi mẫu lưu lượng không làm gián đoạn quá nhiều liên kết logic, điều này rất quan trọng cho việc định tuyến luồng lưu lượng qua mạng IP - MPLS, như mô tả trong hình vẽ 4.14.

Lựa chọn tối ưu đầu tiên là thiết lập mạng logic cho từng mẫu lưu lượng riêng lẻ, yêu cầu chỉ 2 liên kết logic tại cùng một thời điểm trong khi lưu lượng tương ứng chuyển tiếp qua một router Tuy nhiên, do cấu hình mạng thay đổi theo thời gian, 20% lưu lượng giữa router A và C cần phải được định tuyến lại, dẫn đến việc lưu lượng này bị gián đoạn tạm thời trong một khoảng thời gian ngắn.

Lựa chọn thứ hai liên quan đến mức quán tính, giúp tránh gián đoạn kết nối nhưng lại có độ tối ưu thấp hơn khi có sự thay đổi về mẫu lưu lượng Trong trường hợp này, mạng logic bao gồm ba liên kết logic tương đương, với tổng cộng (20 + 25).

25 = 70% chuyển tiếp qua các router IP - MPLS

Lựa chọn thứ ba mang tính cân bằng hơn giữa hai phương án trước, với hai liên kết logic đồng thời và lưu lượng tương ứng 25% chuyển tiếp qua các router Tuy nhiên, tình huống này đòi hỏi khả năng dự đoán các thay đổi về mẫu lưu lượng trong tương lai, điều này thường ít khả thi hơn.

3) Cân đối 2 trường hợp trên

Router (x= phần lưu lượng chuyển tiếp )

Liên kết giữa các Router ( y=mức tải liên kết )

Tính quán tính lớn không đồng nghĩa với việc cần nhiều tài nguyên vật lý hơn Nghiên cứu đã chỉ ra rằng chi phí tổng thể cho việc cấu hình lại mạng logic khi router gặp sự cố là thấp Việc định tuyến lại lưu lượng trên topology mạng hiện tại và điều chỉnh dung lượng mỗi liên kết sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với việc tối ưu hóa mạng mỗi khi xảy ra sự cố.

Tránh hiệu ứng chồng chất bộ nhớ 79

Mặc dù việc thiết kế chiến lược MTE hợp lý có thể tạo ra một mạng logic tối ưu tại một thời điểm nhất định, điều này không có nghĩa là chất lượng mạng logic sẽ suy giảm theo thời gian Ví dụ, trong trường hợp mẫu lưu lượng thay đổi theo chu kỳ, tổng lượng tài nguyên yêu cầu cũng gần như giữ nguyên.

Hình 4.14: Đa ra mức quán tính hợp lý

Và kết quả là vùng bị tắc nghẽn sẽ lan rộng hơn thay vì đợc xoá bỏ.

Tránh tình trạng không ổn định 80

Khi mẫu lưu lượng đạt mức độ ổn định tốt, mạng logic không cần cấu hình lại Chiến lược MTE cần giải quyết các vấn đề tắc nghẽn tiềm ẩn mà không chuyển dịch sự cố giữa các vùng trong mạng Nếu có biến động ngắn hạn về lưu lượng, việc cấu hình lại là không cần thiết, vì điều này có thể gây hại cho chất lượng dịch vụ tổng thể.

Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng đa lớp 80

Các kết quả thực nghiệm cho thấy kỹ thuật lưu lượng đa lớp vượt trội hơn so với kỹ thuật lưu lượng một lớp về mức độ tắc nghẽn trung bình và cực đại Các tham số được chọn để phân tích hiệu quả của thuật toán trong cân bằng tải và ngăn ngừa tắc nghẽn Mỗi giá trị trong các đường cong là kết quả trung bình từ 10 mẫu lưu lượng khác nhau, nhằm đưa ra kết luận khách quan Phương pháp đơn lớp sử dụng thuật toán tương tự như phương pháp đa lớp, nhưng chỉ với một thay đổi nhỏ trong định tuyến trên topo logic.

LSP di chuyển qua một đường quang xác định, do đó các LSP chỉ có thể nhóm họp tại các node biên Việc định tuyến được thực hiện hoàn toàn trong vùng quang.

Hình 4.15 minh chứng rõ nét cho tính linh hoạt của các chiến lược đa lớp so với việc sử dụng đơn lớp Thực tế cho thấy, tỷ lệ phần trăm trung bình của việc sử dụng các kênh bước sóng trên các liên kết quang trong trường hợp đa lớp luôn thấp hơn 10% tổng dung lượng liên kết khi so sánh với trường hợp đơn lớp.

T ắc n gh ẽn t ru ng b ìn h

Lưu lượng (Gb/s) Đa lớp Đơn lớp

Hình 4.16 đa ra tỉ lệ tắc nghẽn cực đại cho các liên kết quang

Chênh lệch tắc nghẽn trong trường hợp đa lớp đạt 21% so với trường hợp đơn lớp Hình 4.15 và 4.16 cho thấy rõ ràng rằng mức độ tắc nghẽn của chiến lược đa lớp luôn thấp hơn so với trường hợp đơn lớp.

15% đến 13% đối với tắc nghẽn trung bình (Hình 4.15 ) ; từ 11% đến 6% đối với tắc nghẽn cực đại ( Hình 4.16 )

Hình 4.15: Tắc nghẽn trung bình

Lưu lượng (Gb/s) Đa lớp Đơn lớp

Hình 4.16: Tắc nghẽn cực đại

T ắc n gh ẽn c ực đ ại

Luận văn cao học Các giải pháp thực hiện MTE

Các giải pháp thực hiện MTE 83 5.1 Điều khiển MTE phân tán 83

Giới thiệu 83

Sự phát triển mạnh mẽ của dịch vụ Internet đã tạo ra nhu cầu băng thông lớn hơn, vượt qua khả năng của mạng viễn thông truyền thống Kỹ thuật WDM (ghép kênh theo bước sóng) đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi, cùng với các bộ kết nối chéo quang OXC, giúp mạng có khả năng bảo vệ, chuyển mạch và khôi phục trong các lớp quang Kiến trúc hạ tầng truyền vận của Internet đang chuyển từ mô hình đa lớp nhỏ bé sang một cấp độ cao hơn, với các router tốc độ xử lý cao được kết nối bởi một mạng lõi quang thông minh.

Công nghệ IP/WDM mang lại hiệu quả chi phí cao và tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp giữa lớp IP và lớp quang Qua giao diện mạng người sử dụng UNI, người dùng có thể giám sát dịch vụ một cách linh hoạt từ lớp WDM đến lớp IP Hệ thống điều khiển GMPLS đảm nhiệm chức năng định tuyến và báo hiệu cho cả hai vùng quang và IP.

IP và UNI là hai yếu tố quan trọng trong việc giao tiếp giữa các thiết bị, trong khi mạng quang thế hệ sau ASON có khả năng tự động thiết lập và xóa bỏ các đường quang kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối Điều này cho phép tạo ra một topology ảo hoặc logic linh hoạt và hiệu quả hơn trong việc quản lý mạng quang.

(ví dụ topology IP) đợc chấp nhận cho yêu cầu thời gian thực

Hầu hết các nghiên cứu gần đây về MTE tập trung vào phương thức điều khiển trung tâm trong hai lớp WDM và lớp IP Cơ chế quản lý trung tâm NMS (Network Management System) đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất mạng.

Mặc dù mạng quang trung tâm mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số hạn chế trong việc giám sát các dịch vụ cấp cao và thời gian khôi phục Các vấn đề thường gặp yêu cầu một lượng lớn thao tác cấu hình thủ công Để khắc phục những khó khăn này, mạng thế hệ sau (ASON) đã được phát triển nhằm cải thiện hiệu suất và giảm thiểu sự can thiệp thủ công.

Automati Switched Optical Networks) sẽ phân tích các mặt phẳng điều c khiển, quản lý để hỗ trợ cho các chức năng quản lý mạng trung tâm

Trong mô hình MTE, việc tối ưu hóa cấu hình lại mạng topology ảo sẽ đạt hiệu quả cao hơn khi khai thác hợp lý các chức năng của mặt phẳng điều khiển, cùng với việc chuyển đổi kỹ thuật MTE từ tập trung sang phân tán Điều này yêu cầu mỗi node trong mạng phải có sự phân nhiệm rõ ràng, với khả năng hiểu biết đầy đủ về các tham số động liên quan đến tái cấu hình topology ảo Mỗi OXC sẽ giữ vai trò quan trọng trong việc nắm giữ các thông số thiết yếu.

Hình 5.1: Kiến trúc mạng với các mặt phẳng chính

Luận văn cao học Các giải pháp thực hiện MTE của thuật toán định tuyến và phân bổ bớc sóng (Routing and Wavelength

Giao thức giành trớc tài nguyên RSVP-TE 85

Giao thức GMPLS được sử dụng cho điều khiển phân tán trong MTE, đặc biệt là trong việc áp dụng IP qua mạng quang, với RSVP TE là giao thức chính để giành trước tài nguyên RSVP cho phép các host gửi yêu cầu về các kênh hoặc các đường kết nối đầu cuối nhằm hỗ trợ cho việc quản lý tài nguyên mạng hiệu quả hơn.

QoS cho các luồng lưu lượng cực nhỏ (micro-flows) được thiết lập thông qua giao thức RSVP, trong đó một host IP nguồn gửi thông điệp đến địa chỉ IP đích để truyền tải thông tin về đặc tính của luồng Dựa vào thông tin này, phía nhận sẽ thông báo cho các router trên đường kết nối ngược lại về tình trạng băng thông, nhằm giành quyền kiểm soát luồng theo các yêu cầu tính toán QoS đã xác định Sau khi nhận các bản tin RSVP, mỗi router dọc theo tuyến kết nối sẽ phân định các vùng tài nguyên cục bộ, từ đó thiết lập việc chiếm trước tài nguyên một chiều từ nơi gửi đến nơi nhận trong mạng.

RSVP không phải là một giao thức định tuyến độc lập, mà nó hoạt động cùng với giao thức định tuyến IP unicast và multicast Unicast cho phép truyền dữ liệu từ một nguồn đến một đích cụ thể, trong khi multicast cho phép truyền dữ liệu từ một nguồn đến nhiều đích cùng lúc Điều này giúp RSVP tính toán và lựa chọn đường truyền hiệu quả hơn trong mạng.

Việc tách RSVP khỏi giao thức định tuyến có thể ảnh hưởng đến kỹ thuật lưu lượng mạng, vì giao thức định tuyến IP không có khả năng tính toán tải lưu lượng Điều này dẫn đến việc giao thức định tuyến IP không đảm bảo được đường kết nối đáp ứng yêu cầu băng thông.

5.1.2.1 Bản tin RSVP và các đối tợng của nó

RSVP định nghĩa 7 bản tin sau: "Path" và "Resv" để thiết lập một phiên giành trớc tài nguyên "PathTear" và "ResvTear" đợc dùng để kết thúc một

Luận văn cao học Các giải pháp thực hiện MTE phiên trạng thái "PathErr" và "ResvErr" là các bản tin báo lỗi Cuối cùng,

"Resvconf" đợc gửi tới đích để xác nhận lại việc giành trớc tài nguyên

Bản tin RSVP đợc gói gọn trong các gói IP nh mô tả trong hình 5 2 dới:

Các đối tợng RSVP chính đợc liệt kê nh sau:

- Session: định nghĩa địa chỉ đích nhận dạng luồng lu lợng duy nhất bao gồm: địa chỉ IP phía nhận; cổng đến; tên gọi giao thức

- Sender Template: nhận dạng nơi gửi yêu cầu

- Flowspec: nằm trong bản tin Resv, mô tả yêu cầu giành trớc Đợc sử dụng bởi các router trung gian

Filterspec mô tả các gói dữ liệu với mức độ chất lượng dịch vụ (QoS) xác định tại các nút trên đường kết nối từ nơi gửi đến nơi nhận trong một phiên đã được thiết lập Ngoài ra, Filterspec còn có chức năng phân loại gói dữ liệu.

Khuôn dạng chung của một số đối tợng RSVP

IP header RSVP Common Header RSVP Object 1

Length Class number Class type

5.1.2.2 Thiết lập quá trình giành trớc tài nguyên

Báo hiệu đợc bắt đầu từ phía gửi lu lợng Nó khởi tạo một bản tin

Path bao gồm Session, Sender Template và Tspec, giúp bản tin di chuyển theo tuyến đã định đến địa chỉ đích Thông tin trạng thái đường kết nối (Path State) được thiết lập trên các router mà bản tin đi qua, và cơ sở dữ liệu trong các router sẽ được cập nhật ngay lập tức Dựa trên nội dung của Tspec, phía nhận sẽ phát một bản tin Resv, trong khi các router trung gian cũng lưu trữ dữ liệu liên quan.

Resv state bao hàm Flowspec sử dụng để cấu hình cho các gói cục bộ, và

Filterspec đợc sử dụng để phân loại gói

Bài viết này xem xét ví dụ về cách thiết lập đường quang mới trong lớp quang thông qua bản tin RSVP-TE Quy trình bao gồm việc yêu cầu thiết lập một kết nối quang mới, thêm một số kênh bước sóng, và dành trước một số kênh bước sóng để đảm bảo hiệu quả trong việc kết nối quang.

Các kênh bước sóng cho kết nối quang theo yêu cầu

Các kênh bước sóng dành trước cho kết nối quang

Liên kết logic lớp trên Liên kết vật lý lớp dưới

Liên kết logic gặp tắc nghẽn

H×nh 5.3: ThiÕt lËp ®êng quang míi (có sử dụng bản tin RSVP )

Liên kết b - c trong hình 5.3 gặp tắc nghẽn do sự gặp nhau giữa hai luồng lưu lượng a → d và b - c Để khắc phục, MTE sẽ được khởi tạo để cấu hình lại Một liên kết logic sẽ được thiết lập giữa router a và d, yêu cầu một kết nối quang mới giữa hai bộ kết nối chéo quang OXC A và OXC D Router b gửi thông báo yêu cầu đến Router a để OXC A bắt đầu quá trình khởi tạo kết nối quang mới Các yêu cầu này có thể được thực hiện qua nhiều phương thức báo hiệu, với giao diện mạng - người sử dụng (UNI) cho phép các router lớp dưới gửi tín hiệu tới mạng vật lý để yêu cầu kết nối quang, sử dụng giao thức RSVP TE hoặc CR.

LDPC (giao thức phân bổ nhãn định tuyến ràng buộc) được sử dụng để thiết lập và giải phóng các kết nối quang Khi router a nhận yêu cầu, nó sẽ gửi đề nghị tới OXC để xử lý kết nối.

OXC D đã nhận được bản tin "đường kết nối - Path" từ A, trong đó yêu cầu cung cấp các kênh truyền trên các bước sóng quang Để đáp ứng yêu cầu này, OXC D đã gửi lại một bản tin Resv nhằm giành trước các kênh bước sóng Khi OXC A nhận được thông tin này

Resv sẽ ngay lập tức kích hoạt kết nối quang và thông báo cho lớp mạng bên trên về một liên kết mới Cuối cùng, lưu lượng từ a đến d sẽ được truyền qua liên kết mới này.

Yêu cầu cung cấp một kết nối quang mới có thể không được đáp ứng do đã hết các kênh bước sóng trên sợi quang, dẫn đến tình trạng bị chặn lại.

Khi các sợi quang trở nên quá tải về dung lượng, quá trình tìm đường ngắn nhất sẽ gặp trở ngại Điều này xảy ra khi một kết nối mới cần đến hai kênh bước sóng Phương pháp tìm đường giản đơn SPA có thể được áp dụng trong tình huống này.

(simple path approach) hay là phơng pháp MPA (multi path approach ) - tìm nhiều đờng cũng hay đợc áp dụng trong việc chọn đờng

Kết nối mới Đường quang

Trong tình huống tại hình 5.4, SPA không thể thiết lập kết nối mới do giới hạn dung lượng của ba bước sóng, trong khi MPA lại thực hiện được điều này Để cải thiện hiệu quả tính toán tuyến chọn đường, cần áp dụng phương pháp thích hợp.

MPA thờng đợc a chuộng hơn.

Một số đề xuất cho điều khiển MTE phân tán 89

Mục đích của bài viết là trình bày hiệu quả cách sử dụng các giao thức báo hiệu hiện có để thích ứng với kỹ thuật MTE trong môi trường xử lý phân tán Bài viết khái quát các chiến lược MTE và các giao thức báo hiệu khác nhau Mô hình MTE dựa trên nền tảng "IP over optical network" yêu cầu mỗi node mạng có khả năng tự đưa ra quyết định cấu hình lại Các bước chính để thực hiện cấu hình lại topology mạng logic được trình bày cụ thể.

Hình 5.4: Phơng pháp đờng duy nhất (SPA) và đa đờng (MPA)

Mỗi node đảm nhận nhiệm vụ đo lường lưu lượng trên các liên kết đầu vào bằng cách đếm số gói tin nhận được trong một khoảng thời gian nhất định.

Trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn, mỗi node sẽ tạo ra một danh sách các liên kết ứng cử để lựa chọn liên kết phù hợp nhất cho việc thiết lập đường truyền Nếu có liên kết nào hoạt động dưới mức ngưỡng tải, node sẽ tiến hành giải phóng để tránh tình trạng dư thừa tài nguyên.

Sau khi thiết lập hoặc giải phóng các liên kết, giao thức định tuyến trạng thái liên kết sẽ cập nhật bảng định tuyến với những thay đổi mới Node nguồn sẽ phát đi thông tin quảng bá về tình trạng của các liên kết.

During the establishment of Label Switched Paths (LSP), RSVP initiates the Path state in each intermediate router along the pre-calculated LSPs This process allows for the storage of essential data in the database, including the Sender Template (sender's IP address), Sender Tspec (traffic flow characteristics), and Session (address).

Trong giao thức RSVP TE, thông tin dữ liệu thiếu hụt được giải quyết thông qua RRO (Record Route Object), lưu trữ các tuyến trong bản ghi RRO xuất hiện trong các bản tin Path và Resv, ghi lại chuỗi các node trên các LSP đang thiết lập Mỗi node cần có bản ghi thông tin số liệu của nhãn cho LSP, với cấu trúc RRO theo dạng vào sau - ra trước (last-in-first-out) Khi nhận bản tin Path hoặc Resv mới, mỗi router dọc theo LSP sẽ bổ sung một đối tượng vào RRO, dẫn đến việc bản tin này được truyền đi với RRO mới Nhờ vậy, mỗi node dọc theo LSP sẽ có một "route" đầy đủ từ nguồn đến đích Bản tin Path RRO cung cấp cho node một "route" từ nguồn đến node, trong khi bản tin Resv RRO cung cấp "route" từ node đến đích Qua RRO, trạng thái Path và Resv của một node sẽ lưu trữ thông tin về số lượng các chặng của một LSP.

Mạng thế hệ sau ASON sẽ mang đến nhiều tính năng điều khiển, giúp phát triển hệ thống quản lý mạng trung tâm hiệu quả Nó có khả năng cung cấp dịch vụ cao cấp và thời gian lưu trữ tối ưu.

Khôi phục đa lớp 91

Giao thức mở đờng ngắn nhất OSPF và giao thức IS - IS (Intermediate

System to Intermediate System) đợc sử dụng trong việc tính toán tuyến cho các liên kết trong mạng đa lớp

Hình 5.5 mô tả thông tin về tình trạng các liên kết trong mạng GMPLS

Node C có khả năng nhận diện thông tin từ các node lân cận thông qua các gói dữ liệu được truyền đi Thông tin này được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của node Các liên kết quang sử dụng công nghệ chuyển mạch bước sóng (LSC - lambda switch capable), trong khi các liên kết IP áp dụng chuyển mạch gói (PSC).

Liên kết C D là một liên kết IP, trong đó giao thức định tuyến cho phép xác định một đường quang mới, C E, đã được tăng cường Thông tin về các liên kết quang LSC khả dụng được quảng bá ngay lập tức trong toàn mạng.

Hình 5.5 minh họa cách mạng lưới điều chỉnh khi có sự thay đổi về lưu lượng bên trong Cụ thể, một đường quang giữa C và E được thiết lập, trong khi liên kết B D gặp sự cố Đường quang C - - - E đi qua B D, do đó hai điểm đầu cuối C và E sẽ nhận được thông báo về tình trạng sự cố này thông qua giao thức quản lý liên kết (LMP - Link Management Protocol).

BFD, hay còn gọi là IGP (Interior Gateway Protocol), là giao thức cổng trong miền Khi xảy ra sự cố với liên kết B-D, các liên kết khác trong mạng sẽ nhận được thông báo về sự cố này, dẫn đến việc liên kết LSC BD sẽ bị xóa bỏ khỏi cơ sở dữ liệu tại các node trong toàn mạng.

Cơ sở thông tin mạng Định tuyến đường quang giữa C và E

Cơ sở dữ liệu tình trạng liên kết

Chi phí Loại chuyển mạch

Gói trên liên kết đầu vào

Chi phí Loại chuyển mạch Cơ sở thông tin mạng

Tính toán lại tuyến quang giữa

5.2.2 Khái niệm khôi phục đa lớp

Trong mạng truyền thống (IP qua mạng quang tĩnh), mỗi lớp mạng có chiến lược riêng để xử lý sự cố Việc sử dụng các đường dự phòng tại lớp quang không thể giải quyết mọi vấn đề, đặc biệt khi một router ở lớp IP gặp lỗi Trong trường hợp này, các biện pháp ở lớp quang sẽ không có tác dụng, và cần phải định tuyến lại gói để khắc phục sự cố.

Hình 5.5: Định tuyến và khôi phục các liên kết trong GMPLS

Luận văn cao học Các giải pháp thực hiện MTE ràng nó sẽ tốn nhiều thời gian khi phải chuyển sang một đờng chuyển mạch nhãn dự phòng khác

Để khắc phục hiệu quả các sự cố có thể xảy ra, cần thiết lập các đường back-up và dung lượng dự phòng cho việc khôi phục Nếu không có mặt phẳng điều khiển, các lớp mạng sẽ hoạt động độc lập và quá trình khôi phục cũng diễn ra tách biệt Lưu lượng sẽ được bảo vệ tại cả lớp IP thông qua các LSP dự phòng và lớp quang với các đường quang.

Ngời ta đa ra một số tình huống lỗi giả định nh sau:

Khái niệm nhóm liên kết rủi ro chung (SRLG) đề cập đến việc các sự cố xảy ra liên tiếp, ảnh hưởng đến nhiều phần tử trong mạng, bắt nguồn từ một sự cố ban đầu Trong một mạng kết nối sợi quang với 6 OXC, khái niệm này rất quan trọng vì nó giúp xác định các kết nối IP (đường quang) có thể bị ảnh hưởng do sự cố xảy ra.

(các router lớp IP) từ R1 đến R6 qua mạng đa lớp Các liên kết IP R1 - R6

Hình 5.6: Khái niệm nhóm liên kết rủi ro chung

OXC1, OXC6, OXC4 và R5, R4 (OXC5, OXC6, OXC4) đều chia sẻ một tài nguyên chung là sợi quang từ OXC6 đến OXC4 Điều này có nghĩa là khi sợi quang này gặp sự cố, nó sẽ ảnh hưởng đến các liên kết IP đi qua nó, cũng như các liên kết cùng chia sẻ SRLG.

5.2.3 Khái niệm k hôi phục đa lớp tĩnh

Sự lan rộng của sự cố mạng từ server đến các lớp client qua các tầng mạng có thể ảnh hưởng sâu sắc đến các lớp trong mạng Việc lựa chọn lớp mạng để khôi phục lưu lượng bị ảnh hưởng phụ thuộc vào tình huống thực tế Để đảm bảo khôi phục hiệu quả giữa các lớp trong một mô hình mạng giả định lỗi, cần tuân theo các giai đoạn chiến lược một cách tuần tự Nếu một lớp không thể tự khắc phục, nhiệm vụ khôi phục sẽ chuyển sang lớp tiếp theo Tuy nhiên, cần tránh thực hiện các động thái khôi phục đồng thời tại nhiều lớp mạng khác nhau Hai biện pháp độc lập đã được đề xuất để giải quyết vấn đề này.

* Giai đoạn thực hiện khôi phục đợc bắt đầu tại các lớp dới cùng

Quá trình diễn ra từ dưới lên trên, bắt đầu tại các lớp bên dưới, đặc biệt là các sợi quang, khi các lớp này gặp sự cố.

Thờng thì các lỗi phát sinh tiếp theo đợc xử lý ở các lớp bên dới, ít khi ở các lớp bên trên

Khôi phục hệ thống được thực hiện từ các lớp trên cùng xuống dưới, với các lớp thấp chỉ được kích hoạt khi các lớp trên không thể xử lý Việc quan sát từ các lớp cao giúp nhận diện nhiều kiểu dịch vụ khác nhau, từ đó đưa ra quyết định chính xác về luồng lưu lượng nào cần được ưu tiên khắc phục Đồng thời, trong quá trình khôi phục lỗi tại lớp lõi, một phần lưu lượng vẫn cần được quản lý hiệu quả.

Để thực hiện MTE, luận văn cao học đề xuất cần phải định tuyến lại, nhằm phát huy dung lượng chưa sử dụng Việc này sẽ giúp khôi phục một nửa luồng lưu lượng trên đường quang tại các lớp cao hơn, trong khi phần còn lại sẽ được chuyển giao cho lớp thấp hơn Điều này cho thấy rằng dung lượng bảo vệ dự phòng tại lớp quang chỉ thực sự hữu ích cho một nửa luồng lưu lượng mà nó đang xử lý.

Khi một liên kết gặp sự cố, cả hai lớp IP/MPLS và lớp quang đều phát hiện tình trạng này Tuy nhiên, lớp quang sẽ khởi động quá trình khôi phục trước, trong khi lớp IP/MPLS sẽ ở trạng thái chờ (hold off - timer).

Khi thiết bị định thời hết hiệu lực, nếu việc khôi phục tại lớp quang thành công, lớp IP/MPLS sẽ không thực hiện quá trình khôi phục nào Ngược lại, nếu sự cố không thể khắc phục tại lớp quang, các router gắn với các node quang sẽ bị cô lập Khi thời gian chờ của thiết bị định thời kết thúc, lớp sẽ gặp phải những vấn đề nghiêm trọng.

IP/MPLS sẽ tự động định tuyến lại các gói dữ liệu LSP qua các router bị cô lập, chuyển lưu lượng sang các đường khác Thời gian khôi phục bao gồm cả thời gian chờ.

(thời gian mà lớp quang đang cố gắng khắc phục lỗi) và thời gian định tuyến lại trong các đờng chuyển mạch nhãn LSP

ảnh hởng kích thớc cửa sổ quan sát đối với MTE 104

Khi cần cấu hình lại lớp mạng logic, điều này hoàn toàn phụ thuộc vào sự giám sát lưu lượng của cửa sổ giám sát Mỗi phạm vi cửa sổ quan sát khác nhau sẽ dẫn đến những quyết định cấu hình lại khác nhau.

Hình 5.14 minh họa hai luồng lưu lượng: một từ node A đến node C (fA) và một từ node B đến node C (fB) Mỗi kênh bước sóng có dung lượng là 2,5 Gbp Trong mạng topology logic quang, lưu lượng được nhóm họp theo từng chặng (link - by - link) tại thời điểm ban đầu Mạng sử dụng

MTE tự động tái cấu hình với ngưỡng tải cao chiếm 70% tổng dung lượng các liên kết logic và ngưỡng tải thấp là 20% Cửa sổ quan sát có kích thước 0,5 giây Khi lưu lượng tăng đột biến tại điểm B trong 1 giây, MTE phát hiện yêu cầu lưu lượng qua liên kết BC vượt quá ngưỡng tải cao cho phép T-high.

Một liên kết mới trực tiếp A C đã được thiết lập, nhưng sẽ bị loại bỏ nếu MTE phát hiện nhu cầu lưu lượng trên liên kết này thấp hơn ngưỡng Tlow Quá trình này diễn ra lặp đi lặp lại, dẫn đến sự không ổn định trong mạng logic Cần thiết phải chuyển đổi liên tục giữa quá trình nhóm họp lưu lượng đầu cuối và theo từng chặng Gói dữ liệu sẽ bị mất ngay sau khi liên kết này không còn hiệu lực.

A - C bị xoá bỏ (Xem hình 5.15a)

Trường hợp tiếp theo với kích thước cửa sổ quan sát là 1,5s cho thấy rằng mặc dù kích thước lớn hơn thời gian bùng nổ lưu lượng, nhưng do nhu cầu lưu lượng trên liên kết BC dưới sự giám sát của cửa sổ, liên kết mới AC vẫn được bổ sung vì vượt quá ngưỡng tải cao Thigh Liên kết AC này tiếp tục được duy trì do thời gian phát sinh thêm lưu lượng mới vẫn nằm trong vùng cửa sổ quan sát.

Luận văn cao học đề xuất các giải pháp thực hiện MTE nhằm đảm bảo không xảy ra hiện tượng mất gói trong suốt thời gian liên kết A - C Các luồng lưu lượng sẽ được tập hợp tại điểm cuối sau khi đã thực hiện tái cấu hình.

Cuối cùng xét trờng hợp kích thớc cửa sổ quan sát rất lớn, bằng 5s

Nhu cầu lưu lượng trung bình dưới sự giám sát của cửa sổ luôn thấp hơn ngưỡng tải cao Thigh, dẫn đến việc không thể thiết lập liên kết A C Sự tắc nghẽn lưu lượng trong mạng là điều không thể tránh khỏi, gây ra việc thất thoát một số lượng gói dữ liệu nhất định.

Mẫu lưu lượng cho luồng f A và f B Đưa ra link IP ổn định 1 ; f A chuyển từ đường cũ sang đường mới

Khi cửa sổ quan sát lớn f A chuyến sang Link

IP mới ổn định hơn

Cửa sổ quan sát phù hợp

Khi cửa sổ quan sát nhỏ

Link ứng cử độ ổn định thấp

Link ứng cử ổn định

Hai luồng lưu lượng thất thoát một số gói dữ liệu

Hình 5.14: ảnh hởng của kích thớc cửa sổ quan sát

T ỉ l ệ su y ha o T ỉ l ệ su y ha o T ỉ l ệ su y ha o

Tỉ lệ suy hao gói (kích thước cửa sổ 5s)

Tỉ lệ suy hao gói

(kích thước cửa sổ 0 5s) Tỉ lệ suy hao gói

Mạng logic có tính động, với số lượng liên kết IP thay đổi liên tục theo thời gian, như thể hiện trong hình 5.16 Trong mạng logic, có hai loại liên kết: liên kết tĩnh (cố định) không bị xóa bỏ sau khi mạng đạt trạng thái ổn định và liên kết động có thời gian tồn tại phụ thuộc vào nhu cầu lưu lượng Liên kết tĩnh tạo thành hệ thống mạng backbone, trong khi liên kết động giúp giải tỏa tình trạng tắc nghẽn khi cần thiết Hình 5.16b minh họa sự biến động của các liên kết IP qua các khoảng thời gian mô phỏng, cho thấy mạng logic có độ ổn định không cao.

Hình 5.16 minh họa sự thay đổi tính ổn định của mạng logic khi áp dụng các giá trị kích thước cửa sổ quan sát khác nhau.

Hình 5.15: Tỉ lệ suy hao gói với các kích thớc cửa sổ quan sát khác nhau

Các liên kết IP cố định và quá trình cấu hình lại mạng logic

Kích thước cửa sổ quan sát ( *0.1s)

Tá i c ấu h ìn h Cá c liê n kế t I P

Tái cấu hình Số các liên kết Độ biến động các liên kết

Các liên kết IP cố định và độ biến động của nó

Cá c liê n kế t I P Độ b iế n độ ng c ác liê n kế t I P Cá c liê n kế t I P Cá c bư ớc só ng k há c nh au

Các liên kết IP cố định và độ sử dụng tối đa bước sóng

Số các liên kết Tổng số các bước sóng Kích thước cửa sổ quan sát ( *0.1s) Kích thước cửa sổ quan sát ( *0.1s)

Khi kích thước cửa sổ quan sát nhỏ (0.1s, 0.2s, 0.3s), mạng logic thường xuyên được cấu hình lại, khiến hệ thống nhạy cảm với những thay đổi trong mạng Việc tăng kích thước cửa sổ quan sát sẽ cải thiện tính ổn định của mạng, giảm biến động và số lần tái cấu hình Hình 5.16c cho thấy số lượng các kênh bước sóng cần đáp ứng giảm khi hệ thống không thường xuyên ở trạng thái lưu lượng đỉnh Sử dụng kích thước cửa sổ phù hợp (0.5s đến 3s) giúp cấu trúc mạng có nhiều liên kết ổn định hơn và sử dụng ít kênh bước sóng hơn Điều này làm tăng xác suất thiết lập liên kết logic từ nguồn tới đích và thuận lợi cho việc nhóm họp luồng lưu lượng, tiết kiệm tài nguyên kênh bước sóng.

MTE sẽ tiến hành nhóm họp theo từng chặng bằng cách xoá bỏ các liên kết

Hình 5.16: Số lợng các liên kết logic ổn định trong lớp IP

Luận văn cao học về các giải pháp thực hiện MTE với độ dử dụng tải thấp cho thấy rằng khi kích thước cửa sổ là 3 giây, mạng sẽ trở nên rất ổn định và chỉ bao gồm những liên kết thực sự cần thiết.

Hình vẽ 5.18 minh họa mức độ sử dụng các liên kết IP tương ứng với các kích thước cửa sổ quan sát khác nhau Mỗi đợt chiếm dụng ở mức trung bình nằm giữa ngưỡng tải cao (70%) và ngưỡng tải thấp (30%).

Khi tính toán kích thước cửa sổ quan sát, hai tiêu chuẩn quan trọng trong đánh giá chất lượng dịch vụ QoS là trễ đầu cuối-đầu cuối trung bình và tỉ lệ suy hao gói cần được xem xét Thời gian quan sát nhỏ làm giảm QoS do tái cấu hình thường xuyên, dẫn đến tăng độ trễ và tăng xác suất mất gói Ngược lại, khi thời gian quan sát được tăng lên, QoS sẽ được cải thiện đáng kể, điều này được thể hiện rõ trong hình 5.19.

Hình 5.17: Tổng số các liên kết IP qua thời gian

Số lượng liên kết IP tĩnh và các kết nối được thiết lập trên một liên kết IP Độ sử dụng liên kết IP

Cá c k ết nố i t rê n m ột li ên k ết Li ên k ết IP

Kích thước cửa sổ quan sát (*0.1s) Kích thước cửa sổ quan sát (*0.1s) Độ sử d ụn g liê n kế t I P

Số các kết nối trên một liên kết : 7.04 Độ sử dụng liên kết IP trung bình : 76%

Trễ đầu cuối-đầu cuối trung bình Tỉ lệ suy hao gói

T rễ ( s ) T ỉ l ệ su y ha o gó i T ái c ấu h ìn h

Kích thước cửa sổ quan sát (*0.1s) Kích thước cửa sổ quan sát (*0.1s) Trễ đầu cuối- đầu cuối trung bình : 7.63E-02 (s)

Tỉ lệ suy hao gói : 1.9%

Nhìn nhận lại có một số nhận xét nh sau :

Để đạt được sự cân bằng hợp lý giữa yêu cầu về QoS, giảm chi phí mạng và tăng tính ổn định, cần tiến hành nghiên cứu và phân tích kỹ lưỡng nhằm xác định kích thước cửa sổ quan sát phù hợp nhất với kiến trúc thực tế của mạng logic.

Cần nâng cao tính linh hoạt của cửa sổ quan sát bằng cách điều chỉnh kích thước của nó theo từng thời điểm cụ thể, nhằm đáp ứng hiệu quả với các biến động trong mạng.

Hình 5.18: Nhóm họp luồng lu lợng và độ sử dụng các liên kết IP

Hình 5.19: QoS khi sử dụng các kích thớc cửa sổ quan sát khác nhau

Luận văn cao học Kết luận

Tiêu đề	Kỹ Thuật Lưu Lượng Đa Lớp Trong Mạng Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức Tổng Quát
Tác giả	Nguyễn Đức Hùng
Người hướng dẫn	TS. Trần Thị Ngọc Lan
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điện Tử - Viễn Thông
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản	2005
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	5,31 MB