IP trên nền các mạng quang WDM

Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ANS I American National Standard Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ AT M Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CSP F Constraint-based Shortest Path First Routing Định tuyến đường đi ngắn nhất trước tiên dựa trên ràng buộc DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu DHC P Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DHP Demand Hop-count Product heuristic algorithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu ECM P Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh Brownian FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GMP LS Generalized Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ HTD A Heuristic Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình dựa trên kinh nghiệm HTT P Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ICM Internet Control Giao thức bản tin điều i Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 P Message Protocol khiển Internet ID Identifier Bộ nhận dạng IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kĩ sư Internet Ifma nager Interface manager Khối quản lí giao diện IP Internet Protocol Giao thức Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ LEM S Link Elimination via Matching Scheme Loại bỏ tuyến nối thông qua lược đồ ghép LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn MA C Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí ML DA Minimum-delay Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic tối thiểu hoá trễ MPL S Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan MT U Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa NC& M Network Control and Management Quản lí và điều khiển mạng NE Network Element Phần tử mạng NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng NSF ii Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 NET OAD M Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang OA M Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì OA M&P Operation, Administration, Maintenance and Provisioning Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám sát OC- 12 Optical Carrier Level 12 (622,08 Mb/s) Mức mang quang 12 (622,08 Mb/s) OC- 3 Optical Carrier Level 3 (155,52Mb/s) Mức mang quang 3 (155,52Mb/s) OC- 48 Optical Carrier Level 48 (2448,32 Mb/s) Mức mang quang 48 (2448,32 Mb/s) OC- 192 Optical Carrier Level 192 (9953,28 Mb/s) Mức mang quang 192 (9953,28 Mb/s) OHT MS LP-based One-Hop Traffic Maximisation Scheme Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn hop dựa trên LP OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàng liên mạng Internet quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu OSC P Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển mạch quang OSP F Open Shortest Path First Protocol Giao thức đường đi ngắn nhất trước tiên mở OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang PC Personal Computer Máy tính cá nhân QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RA M Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên iii Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 RAR P Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược RD Residual Demand heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm nhu cầu dư thừa RDH P Residual Demand Hop-count Product heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu dư thừa RSV P Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên SCSI Small Computer Systems Interface Giao diện các hệ thống máy tính nhỏ SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SNM P Simple Network Management Protocol Giao thức quản lí mạng đơn giản SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SON ET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên SRL G Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TE Terminal Equipment, Traffic Engineering Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu lượng TEC P Traffic Engineering to Control Protocol Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức điều khiển TEL NET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa TIL DA Traffic Independent Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic độc lập lưu lượng TM N Telecommunications Management Network Mạng quản lí viễn thông iv Website: http://www.docs.vn Email : lienhe@docs.vn Tel (: 0918.775.368 TTL Time To Live Thời gian sống UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử dụng UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng- mạng VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo WA DM Wavelength Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng WA N Wide Area Network Mạng diện rộng WD M Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng WS XC Wavelength Selective Cross Connect Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng v LỜI NÓI ĐẦU Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra vấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho IP. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài. Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụ như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quang dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạng nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là các các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương: •Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I 1 •Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM. •Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất. •Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV, các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng chồng lấn sẽ được trình bày. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn. Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Sinh viên Nguyễn Thế Cương 2 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 1.1 Khái niệm mạng IP/WDM Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp: •Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet) •Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC) •Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ) Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí. Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quang và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ 4 phát đáp quang-điện-quang (O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH. Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu. Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2). Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng một sợi quang. Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu) Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các đặc tính chính của MPLS như sau: •Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến. IP ATM IP/MPLS SONET/S DH SONET/ SDH IP/MPLS WDM WDM WDM 5 [...]... chỉ, các hệ thống này dùng một phân cấp quản lý Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ IP/ WDM cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter -WDM và các mạng IP Các động cơ thúc đẩy IP/ WDM. .. nối các bộ định tuyến IP với mạng WDM dựa trên OXC thông qua một OADM Các mạng IP/ WDM được xây dựng theo phương pháp này thể hiện một mạng WDM dựa trên OXC, tầng chủ được hỗ trợ bởi mạng vật lí trong đó tầng mạng vật lí này được tạo nên bởi các NE quang và các sợi quang Mỗi sợi quang mang nhiều bước sóng mà việc định tuyến chúng là có khả năng tái cấu hình một cách mềm dẻo Tầng khách (nghĩa là mạng. .. hình IP trên nền mô hình WDM sẽ đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ IP/ WDM đặc biệt là khi tầng WDM không hỗ trợ bảo vệ đường và bảo vệ tuyến hoặc là tuyến bảo vệ không làm việc bình thường do sự xuất hiện nhiều lỗi cùng lúc 2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/ WDM Kĩ thuật lưu lượng IP/ WDM là kĩ thuật để tận dụng các tài nguyên IP/ WDM (ví dụ như các bộ định tuyến IP, các bộ đệm, các chuyển mạch WDM, các. .. lượng WDM làm việc ở các tầng khác nhau, nghĩa là một ở tầng IP và một ở tầng WDM Trong các mạng chuyển mạch gói quang, các kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM có thể được dùng theo mô hình chồng lấn hoặc theo mô hình tích hợp Xu hướng đầu tương tự như IP chồng lấn trên nền các mạng WDM có khả năng tái cấu hình (mặt phẳng dữ liệu), trong khi các MPLS LSP (các đường đi ảo) được ấn định cho các mạch quang WDM. .. trong mạng IP và WDM Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện có, nhà quản trị và chủ sở hữu mạng 1.2 Lí do chọn IP/ WDM IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định tuyến qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau Phía trên tầng IP tồn tại rất nhiều các. .. lưu lượng MPLS cho phép cân bằng tải trên mô hình IP hiện có Các MPLS LSP làm việc như là các tuyến ảo cùng chia sẻ một mô hình IP cố định Trong khi đó kĩ thuật lưu lượng WDM lại đưa ra các giả định về một mô hình IP tĩnh trên nền mạng WDM Kĩ thuật lưu lượng WDM giải quyết các vấn đề về thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất và dịch chuyển mô hình IP Trong 23 các mạng WDM có khả năng tái cấu hình, kĩ thuật... liên kết hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở đây là IP IP/ WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ chế điều khiển phân tán được dùng trong mạng •Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/ WDM có thể lợi dụng các cơ chế, chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng IP •Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích hợp mạnh... VoIP IP/ WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức điều khiển IP cho phép • IP/ WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang Bằng cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/ WDM 9 tích hợp không những giảm thiểu chi phí quản lý mạng mà... hiệu quả và khả năng mềm dẻo Ví dụ như, IP trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM 10 Tích hợp IP/ WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang 11 CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/ WDM 2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông... Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có Sử dụng công nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi quang •Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP Gần như tất cả các ứng dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP Lưu lượng thoại truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP