Bài giảng các giao thức định tuyến định tuyến qua mạng quang

Các  giao  thức  định  tuyến   Định  tuyến  cho  mạng  quang   Mạng  thông  8n  quang   •  Mạng  cáp  quang     Fiber  op8cs   Các  nút  mạng  là  các  chuyển  mạch   Các  nút  được  kết  nối  bằng  cáp  quang   Sử  dụng  các  sóng  ánh  sáng  để  truyền  On  hiệu  giữa  các  nút  thông   qua  sợi  quang   –  Tốc  độ  10-­‐100  Gbps   –  –  –  –  •  Mạng  quang  không  dây     –  Free  space  op8cs   –  Sử  dụng  các  bước  sóng  xung  quanh  dải  ánh  sáng  nhìn  thấy   được,  hồng  ngoại,  …   –  Chủ  yếu  sử  dụng  trong  các  kết  nối  point-­‐to-­‐point     –  Tốc  độ  1  Gbps     Mạng  thông  8n  quang   n  Sử  dụng  ánh  sáng  để  truyền  On  hiệu  trên  đường   truyền   ¨ Dùng  cáp  quang  để  dẫn  ánh  sáng   n  Ưu  điểm   ¨ Băng  thông  rộng   ¨ Truyền  được  xa  với  độ  suy  hao  thấp   n  Nhược  điểm   ¨ Xử  lý  phức  tạp  vì  chưa  có  bộ  nhớ  quang  học  (bộ  nhớ  hiện    lưu  On  hiệu  ở  dạng  điện)   ¨ Đôi  khi  phải  chuyển  On  hiệu  sang  dạng  điện  để  xử  lý,  sau    chuyển  On  hiệu  ngược  lại  dạng  quang     n  Ứng  dụng  cho  các  mạng  trục   Mạng thông tin quang User Local Network User User User Freq Convert Local Traffic Blocking Filter User Opt ic Am al p User Optical Router/ switch User User User Mạng  thông  8n  quang   •  Cáp  quang  được  khai  thác  dưới  2  chế  độ   n  Mul8-­‐mode  (cũ)   ¨  Truyền  nhiều  8a  sáng  trên  1  sợi  quang   Lõi  lớn,  nguồn  sáng  rẻ   Nhiễu  giữa  các  chế  độ  truyền   Sinh  lại  On  hiệu  sau  mỗi  10km   ¨  Tốc  độ  32-­‐140  Mbps   ¨  ¨  ¨  n  Single-­‐mode  (mới)   ¨  ¨  ¨  ¨  ¨  Truyền  một  8a  sáng  trên  1  sợi  quang     Lõi  nhỏ,  nguồn  sáng  đắt  8ền   Loại  bỏ  nhiễu   Sinh  lại  On  hiệu  sau  mỗi  40km   Tốc  độ  vài  trăm  Mbps   Truyền  sóng  ánh  sáng  trong  cáp  quang     Công  nghệ  dồn  kênh  trên  cáp     n  TDM:  Electronic  Time  Division  Mux   Đưa  xen  kẽ  các  bit  của  các  luồng  tốc   độ  thấp  vào  một  luồng  tốc  độ  cao   ¨  10  Gbps-­‐40Gbps   ¨  SONET/SDH   ¨  n  OTDM:  Op8cal  Time  Division  Mux   Cùng  nguyên  tắc  với  TDM  nhưng  thực    xen  kẽ  bit  trong  miền  quang  học   ¨  250  Gbps   ¨  Đang  trong  thí  nghiệm   ¨  n  WDM:  Wavelength  Division  Mux   ¨  Truyền  nhiều  bước  sóng  trên  một   cable   n  n  ¨    Simple  WDM:  Ít  bước  sóng  với  mật  độ   thưa   Dense  WDM  (DWDM)  nhiều  bước   sóng  với  mật  độ  dầy   Sử  dụng  rộng  rãi  trong  mạng  trục,  đi   cáp  dưới  biển  và  dần  đưa  vào  trong   mang  đô  thị   Mạng  cáp  quang  thế  hệ  1   n  Tín  hiệu  sử  dụng  trên  đường  truyền  là  On  hiệu  quang  học   ¨  Tỉ  lệ  lỗi  thấp   ¨  Dung  lượng  lớn   n  Chuyển  mạch  và  các  chức  năng  mạng  thông  minh  được   xử  lý  trên  miền  &n  hiệu  điện   ¨  Tín  hiệu  được  chuyển  sang  dạng  điện  trước  khi  được  xử  lý   ¨  Sử  dụng  chuyển  mạch  điện  có  bộ  chuyển  đổi  OEO     Thường  dùng  công  nghệ  dồn  kênh  TDM  trên  đường   truyền   n  Sử  dụng  rộng  rãi  trong  các  mạng  viễn  thông  cũ     n  VD:  SONET/SDH   n  Mạng  cáp  quang  thế  hệ  2   n  Định  tuyến,  chuyển  mạch  và  các  chức  năng  mạng   thông  minh  được  thực  hiện  trong  miền  &n  hiệu   quang   n  Thường  dùng  công  nghệ  dồn  kênh  WDM  trên  mỗi  sợi   quang     n  Để  tránh  việc  dùng  các  thiết  bị  chuyển  đổi  OEO,  On   hiệu  thường  được  duy  trì  ở  một  bước  sóng  từ  đầu   đến  cuối   ¨ cần  có  một  bước  sóng  rỗi  dọc  theo  đường  truyền  à  điều   kiện  liên  tục  về  bước  sóng   n  Đã  được  đưa  vào  sử  dụng  và  thường  được  gọi  là   Wavelength  routed  network  hay  All  op8cal  network   OXC  thuần  quang   Sự  cố   n  Các  loại  sự  cố   ¨ Sự  cố  thành  phần:  trên  link,  nút,  kênh  WDM,  phần   mềm…   ¨ Sự  cố  hệ  thống:  Thảm  họa  có  thể  hủy  hoại  toàn  bộ   trung  tâm  kết  nối   n  Lỗi  đơn  vs  nhiều  lỗi  đồng  thời   ¨ 4.39  cáp  đứt/năm/1000  dặm  cáp  (  thống  kê  năm  94)   ¨ Thông  thường  giả  thiết  mạng  chỉ  có  lỗi  đơn   n  Dự  phòng  và  khôi  phục  có  thể  thực  hiện  ở  nhiều   mức   Tính sẵn sàng Availability xác suất thiết bị hoạt động bình thường Availability = Reliability Reliability + Recovery Định  lượng  Onh  sẵn  sàng   Tính  sẵn  sàng  tương  ứng  với  thời  gian  mạng   không  hoạt  động   •  99%        2-­‐Nines    5,000  Min/Yr   •  99.9%      3-­‐Nines    500  Min/Yr   •  99.99%    4-­‐Nines    50  Min/Yr   •  99.999%    5-­‐Nines    5  Min/Yr   •  99.9999%  6-­‐Nines    0.5  Min/Yr   n  Mỗi Ví  dụ  mạng  PSTN   thành phần mạng có tính sẵn sàng 99.99% PSTN End-2-End Availability 99.94% NI 0.005 % AN LE 0.01 % 0.005 % LD : Long Distance AN : Access Network AN Facility Entrance NI : Network Interface LE : Local Exchange NI 0.005 % Facility Entrance LD LE 0.005 % 0.02 % Source : http://www.packetcable.com/downloads/specs/pkt-tr-voipar-v01-001128.pdf 0.01 % Các  phương  pháp  bảo  vệ  mạng   Network Survivability Architectures Restoration Self-healing Network Protection Re-Configurable Network Mesh Restoration Architectures Protection Switching Linear Protection Architectures Ring Protection Architectures Phân  loại  các  phương  pháp  dự  phòng   n  Theo  topo   ¨ Vòng   ¨ Tuyến  Onh:  link,  đoạn,  đường   n  Theo  sử  dụng  tài  nguyên   ¨ Dự  phòng  dành  riêng   ¨ Dự  phòng  chia  sẻ     Topo  dự  phòng  -­‐  vòng   n  Các  nút  được  nối  với  nhau  qua  các  link  tạo   thành  vòng  tròn   ¨ Dữ  liệu  được  truyền  theo  chiều  ngược  lại  khi  có  sự   cố     W D E L E L W Working Protect W E E W Topo  dự  phòng–  Tuyến  -nh   Dự phòng theo link Dự phòng theo đường Dự phòng theo đoạn Dự  phòng  dành  riêng  vs  chia  sẻ   n  Dự  phòng  dành  riêng   ¨ Một  tài  nguyên  dự  phòng  chỉ  dùng  để  bảo  vệ  một  đường   truyền  chính   n  Dự  phòng  chia  sẻ   ¨ Một  tài  nguyên  dự  phòng  có  thể  được  dùng  trong  nhiều   đường  dự  phòng  để  bảo  vệ  nhiều  đường  truyền  chính   n  Dự  phòng  chia  sẻ  có  tốc  độ  khôi  phục  chậm  hơn  dự   phòng  dành  riêng   ¨ Mất  thời  gian  thành  lập  đường  dự  phòng  từ  các  tài  nguyên   dự  phòng  khi  sự  cố  xảy  ra       Dự  phòng  dành  riêng  vs  chia  sẻ   Băng thông cần thiết cho đường bảo vệ link chung v3-v4 P-­‐cycle   Mạng  mesh  không  có   topo  hình  vòng   n  Tạo  các  vòng  trong  mạng   à  p-­‐cycle   n  Sử  dụng  cơ  chế  bảo  vệ   theo  topo  vòng   n  Các  link  trên  p-­‐cycle  và    đoạn  cắt  p-­‐cycle    bảo  vệ     n  Bài  toán  định  tuyến  có  dự  phòng   Tìm  kiếm  đường  đi  chính  và  đường  đi  dự  phòng  cho  mỗi  kết   nối   n  Ràng  buộc   n  ¨  Trong  trường  hợp  chỉ  có  tối  đa  một  lỗi  đơn  trong  mạng  thì  đường  đi    và  đường  đi  dự  phòng  phải  không  bị  ảnh  hưởng  đồng  thời  lỗi   n  n  Hai  đường  đi  không  dùng  chung  1  cáp   Hai  đường  đi  không  dùng  chung  một  thiết  bị   ¨  Tốc  độ  khôi  phục  chấp  nhận  được   ¨  Đường  đi  dự  phòng  không  quá  dài  làm  ảnh  hưởng  độ  trễ   n  Tiêu  chí   ¨  Tiết  kiệm  tài  nguyên  tổng  cộng   n    Có  2  dạng  –nh  và  động  tương  ứng  với  bài  toán  định  tuyến   thông  thường   Bài  toán  định  tuyến  có  dự  phòng   n  Hướng  8ếp  cận   ¨ Tách  thành  2  bước  định  tuyến:   n  Định  tuyến  cho  đường  chính  trước  sau  đó  Ÿm  đường   dự  phòng   ¨ Định  tuyến  đồng  thời  cho  cả  đường  chính  và  dự   phòng   n  Rất  khó  trong  trường  hợp  định  tuyến  động   Định  tuyến  có  dự  phòng  dành  riêng     •  Mỗi  đường  làm  việc  và  dự  phòng  sử  dụng  tài  nguyên  riêng     •  Thuật  toán  Ÿm  2  đường  đi  phân  biệt   –  Surballe   –  Sử  dụng  đường  đi  ngắn  nhất   •  Với  mỗi  cặp  nguồn  đích  (s,d)  Ÿm  1  đường  đi  chính  là  đường  đi  ngắn     •  Loại  bỏ  các  cạnh  của  đường  đi  chính  khỏi  đồ  thị   •  Tìm  đường  đi  dự  phòng  là  đường  đi  ngắn  nhất  giữa  s  và  d   •  Gán  bước  sóng  cho  đường  làm  việc  và  dự  phòng  bằng  các   thuật  toán  thông  thường   •  Có  thể  thực  hiện  định  tuyến  trước  cho  tất  cả  các  đường   trước  rồi  mới  gán  bước  sóng  hoặc  thực  hiện  xen  kẽ   Định  tuyến  có  dự  phòng  chia  sẻ     •  Các  đường  dự  phòng  có  thể  dùng  chung  tài   nguyên  với  điều  kiện  đường  làm  việc  của   chúng  không  cùng  gặp  sự  cố   •  Định  tuyến  sao  cho  các  đường  dự  phòng  có   thể  chia  sẻ  nhau  nhiều  tài  nguyên  (bước  sóng)   chung  nhất    với  nhau     à  8ết  kiệm  tổng  lượng  tài  nguyên  dự  phòng   [...]...  thay  đổi các  kết  nối  đang  tồn  tại  trong mạng   n  Có  nhiều  8êu  chí định tuyến  khác  nhau   ¨  Tiết  kiệm  tài  nguyên  nhất   ¨  Dành  nhiều  khả  năng  chấp  nhận các  yêu  cầu  khác  trong  tương  lai  nhất   ¨  …   Định tuyến  động  khó  phân  bố  tài  nguyên  toàn  cục  một  cách   tối  ưu  như định tuyến  –nh   n  Cũng  được  chia  thành các  bước định tuyến  và  gán...  của mạng  cáp quang   ¨ Cho  trước  ma  trận  thông  lượng  yêu  cầu  (giữa các  chuyển   mạch)   ¨ Yêu  cầu   n  Tìm các  lightpath  cần  thiết  lập  để  tải  ma  trận  thông  lượng,  chưa   quan  tâm  đến  đường  đi  cụ  thể  của các  lightpath   ¨  n  Lightpath  Topology  Design  (LTD)   Xác định  đường  đi  của các  lightpath  này  trên các  cáp quang  đã  có   và  xác định  bước  sóng... TX Mạng  WDM   n  Lightpath:     ¨  Một  kết  nối  bằng  1  bước  sóng   giữa  2  điểm   ¨  Lightpath  có  thể  trải  dài qua   nhiều  cáp  nhờ các  OADM   n  Lightpath  Topology   ¨  Xác định các  lightpath  của  tầng   WDM  để  thỏa  mãn  ma  trận   thông  lượng   n  Topo  vật  lý   ¨  Topo  của các  cáp     Định tuyến  –nh  trong mạng quang   ¨ Cho  trước    topo  vật  lý  của mạng. ..  đồng  thời  cho  tất  cả các   yêu  cầu  kết  nối  trong  ma  trận  thông  lượng   Ví  dụ: Mạng     WA MI NY NJ PA UT CA1 CO NE IL MD CA2 GA TX Ví  dụ:  Ma  trận  thông  lượng   Định tuyến  động  cho mạng  cáp quang   n  Phát  biểu bài  toán   ¨  Cho  trước  một mạng  đang  có  tải   ¨  Có  thêm  1  yêu  cầu  kết  nối  mới  từ  s  àd  với  băng  thông  w   ¨  Định tuyến  cho  yêu  cầu  kết...  lightpath  rỗi  à  chọn  1   •  Nếu  không  à  không định tuyến  được   Adap8ve  rou8ng   •  Fixed  path  rou8ng  và  Fixed  alterna8ve  path   rou8ng  không  Onh  đến  trạng  thái mạng  vào   thời  điểm định tuyến   •  Adap8ve  rou8ng  Onh  đến  trạng  thái mạng   –  Định tuyến  tránh các  vùng  tắc  nghẽn  (hết  bước   sóng  rỗi)   –  Định tuyến  tránh  những  vùng  có  chất  lượng  On   hiệu...  trong  miền quang   ¨  Op8cal  ga8ng,  interferometric,  wave  mixing   ¨  Chưa  phát  triển   Công  nghệ  chuyển  mạch     n  Chuyển  mạch  kênh   –  Thông  thường các mạng  cáp quang  dùng   công  nghệ  chuyển  mạch  kênh   –  Định tuyến  cần  được  xác định  trước  cho  từng   –  Sử  dụng  trong  SONET/SDH,  WDM   n  Chuyển  mạch  gói  →  OPS   n  Chuyển  mạch  Burst  →  OBS   Mạng  WDM... Rou8ng  and  Wavelength  Assignment   Cho  trước các  lightpath  và  topo các  cáp,  vị  trí các  chuyển   mạch quang   n  Yêu  cầu   n  ¨  Xác định  đường  đi các  lightpath  trên  topo các  cáp  à  Rou8ng   ¨  Gán  bước  sóng  cho  từng  lightpath  à  Wavelength  Assignment   n  Mục  8êu   ¨  Có  thể  có  mục  8êu  khác  nhau  tùy bài  toán  VD:Dùng  ít  bước  sóng  nhất   n  Ràng...  rou8ng   •  Với  mỗi  cặp  nguồn  đích  xác định  một tuyến   đường  cố định   •  Mọi  yêu  cầu  kết  nối  giữa  cặp  nguồn  đích  đều  đi   theo tuyến  đường  trên   •  Tuyến  đường  được  Onh  toán  trước,     –  có  thể  sử  dụng  giải  thuật  như  đường  đi  ngắn  nhất   •  Hiệu  quả  không  cao   –  Sau  một  khi định tuyến  cho  một  số  yêu  cầu, tuyến   đường  có  thể  hết  tài  nguyên...  quả  tối  ưu,   nhưng  đây  là bài  toán  NP-­‐đầy  đủ  nên  không  có  giải  thuật   chính  xác  trong  thời  gian  đa thức   n  Để  giảm  độ  phức  tạp Định tuyến  và  Gán  bước  sóng   thường  được  giải  trong  2  bước  riêng  biệt   n  Định tuyến:  có  thể  sử  dụng các  giải  thuật  cơ  bản     n  ¨  Fixed  path  rou8ng,     ¨  Fixed  Alternate-­‐path  rou8ng,     ¨  adap8ve  rou8ng...   …   Bài  tập     •  Thử  thực  hiện định tuyến  bằng  thuật  toán  đường  đi   ngắn  nhất  và  gán  bước  sóng  băng  Least  Used     •  Mỗi  link  có  8  bước  sóng   Thông  lượng:   •  WA-­‐UI:1   •  CA1-­‐IL:1   •  CA1-­‐TX:1   CA1 •  …   WA MI NJ PA UT CO NE IL MD CA2 GA TX Định tuyến có dự phòng Dự  phòng  và  khôi  phục   ¨  Khái niệm cơ bản n  n  n  n  n  Tính  sẵn  sàng   Các  loại ...Mạng  thông  8n quang   •  Mạng  cáp quang     Fiber  op8cs   Các  nút  mạng  là  các  chuyển  mạch   Các  nút  được  kết  nối  bằng  cáp quang   Sử  dụng  các  sóng  ánh... thông tin quang User Local Network User User User Freq Convert Local Traffic Blocking Filter User Opt ic Am al p User Optical Router/ switch User User User Mạng  thông  8n quang   •  Cáp quang. .. cáp  dưới  biển  và  dần  đưa  vào  trong   mang  đô  thị   Mạng  cáp quang  thế  hệ  1   n  Tín  hiệu  sử  dụng  trên  đường  truyền  là  On  hiệu quang  học   ¨  Tỉ  lệ  lỗi  thấp   ¨  Dung