NGHIÊN cứu về MẠNG IPWDM

Đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG - ISO 9001:2008 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn: Thạc sỹ Đoàn Hữu Chức Sinh viên : Mạc Văn Vũ Ketnooi.com HẢI PHÕNG - 2010 Ketnooi.com chia se Đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG - NGHIÊN CỨU MẠNG IP/WDM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHÍNH QUY NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn : Thạc sỹ Đoàn Hữu Chức Sinh viên : Mạc Văn Vũ Hải Phòng - 2010 Đồ án tốt nghiệp BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÕNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Mạc Văn Vũ Mã số : 100225 Lớp : ĐT1001 Ngành: Điện tử viễn thông Tên đề tài : Nghiên cứu mạng IP/WDM Đồ án tốt nghiệp NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính toán vẽ) …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Địa điểm thực tập tốt nghiệp Trung tâm Viễn thông Điện lực - Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Dương Đồ án tốt nghiệp CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ tên : Đoàn Hữu Chức Học hàm, học vị: Thạc sỹ Cơ quan công tác : Trường Đại học Dân lập Hải Phòng Nội dung hướng dẫn : ………………………………………………………… ………… … …………………………………………………………………… … ……………………………………………………………… .…… … ……………………………………………………………… .…… … Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : ……………………………………………………………… .…… … …………………………………………………………… .……… … Đồ án tốt nghiệp ……………………………………………………………… .…… … Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2010 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm 2010 Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Người hướng dẫn Sinh viên Hải Phòng, ngày tháng năm 2010 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT Trần Hữu Nghị PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Đánh giá chất lượng đồ án ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu ): Đồ án tốt nghiệp …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Cho điểm cán hướng dẫn (ghi số chữ) : …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Hải Phòng, ngày tháng năm 2010 Cán hƣớng dẫn PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Đồ án tốt nghiệp Cho điểm cán phản biện (Điểm ghi số chữ) …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Hải Phòng, ngày tháng năm 2010 Ngƣời chấm phản biện Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC Mục lục BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 11 LỜI MỞ ĐẦU 14 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN QUANG VÀ NGUYÊN LÝ GHÉP KÊNH THEO BƢỚC SÓNG WDM 16 1.1 Giới thiệu chương 16 1.2 Giới thiệu thông tin quang 17 1.2.1 Định nghĩa 17 1.2.2 Cấu trúc thành phần hệ thống thông tin quang 17 1.3 Giới thiệu Kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM 19 1.3.1 Định nghĩa 19 1.3.2 Sơ đồ khối tổng quát .20 1.3.3 Phân loại hệ thống WDM .21 1.3.4 Ưu điểm nhược điểm công nghệ WDM 22 1.3.5 Vấn đề tồn hệ thống WDM hướng giải tương lai 23 1.3.6 Chuyển mạch quang hệ thống WDM 23 1.3.7 Các thành phần hệ thống WDM 24 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN MẠNG IP/WDM 31 2.1 Tổng quan mạng IP/WDM .31 2.1.1 Lý chọn IP/WDM .31 2.1.2 Các hệ WDM .33 2.1.3 Các ưu điểm mạng IP over WDM 34 2.1.4 Các giải pháp phát triển mạng IP over WDM 34 2.1.5 Các chuẩn mạng IP/WDM 38 2.1.6 Các mô hình liên mạng IP/WDM 39 2.2 Tổng quan cấu trúc mạng IP/WDM 41 2.2.1 Kiến trúc tổng quát mạng IP/WDM 41 2.2.2 Các kiểu kiến trúc mạng IP/WDM 42 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 3: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP/WDM 47 3.1 IP giao thức định tuyến 47 3.1.1 IPv4 IPv6 .47 3.1.2 Các giao thức định tuyến IP 47 3.2 MPLS, GMPLS MP  S .51 3.2.1 MPLS 51 3.2.2 GMPLS MP  S 52 3.3 Định tuyến gán bước sóng tĩnh IP/WDM .52 3.3.1 Giới thiệu toán 52 3.3.2 Bài toán Định tuyến gán bước sóng tĩnh S-RWA 53 3.4 Định tuyến gán bước sóng động IP/WDM (D-RWA) 61 3.4.1 Giới thiệu toán 61 3.4.2 Bài toán Định tuyến động IP/WDM 62 3.4.3 Bài toán Gán bước sóng động IP/WDM 72 3.5 Sự giới hạn bước sóng (WR – Wavelength Reservation) IP/WDM 79 3.5.1 Phương pháp SIR 79 3.5.2 Phương pháp DIR 80 CHƢƠNG 4: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG TRONG MẠNG IP/WDM 83 4.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng IP/WDM .83 4.2 Mô hình hóa kỹ thuật lưu lượng IP/WDM 84 4.2.1 Kỹ thuật lưu lượng chồng lấn 84 4.2.2 Kỹ thuật lưu lượng tích hợp 86 4.2.3 Nhận xét 87 4.3 Mô hình chức kỹ thuật lưu lượng IP/WDM 88 4.4 Tái cấu hình kỹ thuật lưu lượng IP/WDM 91 4.4.1 Các điều kiện tái cấu hình mạng IP/WDM 91 4.4.2 Tái cấu hình mô hình ảo đường ngắn 92 4.4.3 Tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói 95 KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 10 Đồ án tốt nghiệp 4.2.3 Nhận xét Sự khác biệt hai xu hướng chồng lấn tích hợp thể mối quan hệ tối ưu hoá hiệu ấn định tài nguyên Với kỹ thuật lưu lượng chồng lấn, tối ưu hoá hiệu năng, ví dụ cân tải định tuyến lưu lượng, thực tầng IP hoàn toàn tách biệt khỏi ấn định tài nguyên vật lý WDM, thực tầng WDM Do vậy, tối ưu hoá hiệu tầng IP sử dụng tái cấu hình chế truyền thống không liên quan tới tái cấu hình Khi không sử dụng tái cấu hình điều có nghĩa tối ưu hoá hiệu đạt với tập tài nguyên cố định (cho mô hình IP cố định) Khi sử dụng tái cấu hình, nghĩa sử dụng ấn định tài nguyên động cho mô hình ảo Sau tối ưu hoá hiệu tầng IP lựa chọn dựa lượng tài nguyên mà muốn để xem xét trạng thái tài nguyên tầng WDM Chính tầng WDM nơi xảy ấn định tài nguyên vật lý thực tế Mặt khác, tối ưu hoá hiệu ấn định tài nguyên mạng kết hợp mô hình kỹ thuật lưu lượng tích hợp Nếu tối ưu hoá hiệu có liên quan tới tập tài nguyên mạng biến đổi ấn định tài nguyên tự động điều chỉnh trình tối ưu hoá Các mô hình kỹ thuật lưu lượng triển khai dạng tập trung hay phân tán Bảng 4.1 thể bốn lựa chọn cho triển khai mô hình kỹ thuật lưu lượng Theo trực giác xu hướng chồng lấn thích hợp với dạng tập trung phân cấp, có TE tầng IP TE tầng WDM hai TE giao tiếp thông qua UNI biên giới WDM giao diện IP NMS WDM NMS Trong mô hình chồng lấn tập trung, khối quản lý NC&M tầng IP trung tâm khối quản lý NC&M tầng WDM trung tâm chia sẻ thông tin trạng thái tầng Tuy nhiên, xu hướng tính mềm dẻo rõ ràng xuất thắt cổ chai quản lý NC&M tầng IP lẫn tầng WDM Xu hướng tích hợp phù hợp cách tự nhiên với mô hình phân tán cho kỹ thuật lưu lượng Nghĩa điểm có khả khai thác điều khiển tắc nghẽn thực ấn định tài nguyên dựa thông tin trạng thái mạng IP/WDM lưu trữ cục Mô hình phân tán kỹ thuật lưu lượng nâng cao tính sẵn sàng tính mềm dẻo lại phải đối mặt với khó khăn đồng hoá phức tạp gây chất định song song thực địa điểm phân tán 87 Đồ án tốt nghiệp Bảng 4.1 Các mô hình triển khai TE Mô hình chồng lấn Mô hình tích hợp Triển khai tập trung TE chồng lấn tập trung TE tích hợp tập trung Triển khai phân tán TE chồng lấn phân tán TE tích hợp phân tán Tóm lại, xu hướng chồng lấn thực cách hiệu kích cỡ mạng tăng máy chủ IP WDM NMS trở thành thắt cổ chai tiềm tàng Xu hướng tích hợp gặp phải vấn đề lớn độ phức tạp triển khai Đồng hoá lượng lớn node IP/WDM trạng thái mạng thông tin cấu hình đòi hỏi khoảng thời gian dài để hội tụ Lựa chọn kỹ thuật lưu lượng chồng lấn hay tích hợp mô hình triển khai tương ứng phụ thuộc vào lưu lượng ứng dụng mạng vận hành Mô hình khối chức kỹ thuật lưu lượng trình bày đồ án bao quát hai mô hình hai dạng thức triển khai Các thành phần mô hình khối chung cho ứng dụng kỹ thuật lưu lượng mạng IP/WDM 4.3 Mô hình chức kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM Cơ chế cho phép mô hình khối kỹ thuật lưu lượng đường ngắn giám sát đường ảo theo nhu cầu Một đặc tính độc vô nhị mạng WDM khả tái cấu hình đường ngắn mô hình ảo Điều có nghĩa mô hình sợi quang vật lý, mạng WDM vật lý hỗ trợ số mô hình ảo hình thành từ đường ngắn Hình 4.4 thành phần chức mô hình khối kỹ thuật lưu lượng có khả tái cấu hình bao gồm thành phần sau: Khối giám sát lưu lượng: thành phần có nhiệm vụ thu thập số liệu thống kê lưu lượng (ở lưu lượng IP) từ chuyển mạch định tuyến hay tuyến truyền dẫn Để hỗ trợ tính này, mạng IP/WDM giám sát lưu lượng IP Khối phân tích lưu lượng: thành phần đưa định dựa số liệu thống kê thu thập Mỗi có cập nhật, phận đưa báo cáo phân tích Khối dự đoán băng thông: thành phần sử dụng để dự đoán nhu cầu băng thông tương lai gần dựa đặc tính lưu lượng kết đo kiểm khứ 88 Đồ án tốt nghiệp Khối giám sát hiệu tín hiệu: thành phần có nhiệm vụ giám sát QoS tín hiệu quang ứng với kênh bước sóng QoS tín hiệu tập hợp phức tạp yếu tố động liên quan tới định tuyến bước sóng quản lý lỗi Quản lý lỗi WDM nhiệm vụ TE nên QoS tín hiệu sử dụng tái cấu hình đường ngắn Khối khởi tạo tái cấu hình kĩ thuật lưu lượng: thành phần bao gồm tập hợp quy định Các quy định định tái cấu hình mức mạng nên thực Quyết định dựa điều kiện lưu lượng, dự đoán băng thông yếu tố vận hành khác giảm thiểu ảnh hưởng thông số chuyển tiếp đảm bảo thời gian hội tụ mạng phù hợp Khối giám sát lưu lượng IP Cập nhật Khối giám sát hiệu tín hiệu Khối tham chiếu nhu cầu băng thông Dịch chuyển mô hình Báo cáo QoS tín hiệu Cập nhật Thiết lập QoS tín hiệu Khối phân tích lưu lượng IP Khởi tạo Tái cấu hình đường ngắn Khối tái cấu hình đường ngắn Cập nhật Tái cấu hình đường ngắn IP/WDM đạt giới hạn chưa? Có Tái cấu hình mô hình ảo/đường ngắn WDM Tái cấu hình mô hình Thành công Chưa Cân tải IP/ MPLS (OMP) Thiết kế mô hình đường ngắn Đánh giá Thiết lập mô hình “tốt hơn”? Khuyến nghị cập nhật dung lượng Không thành công Phản hồi Hình 4.4 Mô hình khối chức kỹ thuật lưu lượng IP/WDM Khối thiết kế mô hình đường ngắn nhất: thành phần tính toán mô hình mạng dựa dự đoán kết đo kiểm lưu lượng Việc coi việc tối ưu hoá sơ đồ (các định tuyến IP kết nối đường ngắn tầng WDM) cho mục tiêu định (ví dụ cực đại hoá thông lượng), tuỳ theo điều kiện ràng buộc cụ thể (ví dụ cấp độ node, dung lượng giao diện), ma trận nhu cầu cho 89 Đồ án tốt nghiệp trước (nghĩa tải lưu lượng mạng) Tìm kiếm sơ đồ tối ưu yêu cầu lượng tính toán lớn Do việc thay đổi kiểu lưu lượng khởi tạo tái cấu hình nên sơ đồ tối ưu hoá không tối ưu hoá tái cấu hình hoàn thành thực tế Một xu hướng thực tế sử dụng thuật toán kinh nghiệm Chúng tập trung vào mục tiêu cụ thể chẳng hạn hiệu mặt chi phí, tốc độ hội tụ giảm thiểu ảnh hưởng lên lưu lượng truyền thay tìm kiếm tối ưu hoá toàn cục Khối dịch chuyển cấu hình: thành phần bao gồm thuật toán để lập thời gian biểu cho việc chuyển đổi cấu hình mạng từ cấu hình cũ sang cấu hình Ngay tài nguyên tầng WDM đủ để hỗ trợ dịch chuyển (tất kết nối thêm vào trước loại bỏ kết nối không cần thiết) vấn đề khác liên quan tới dịch chuyển Ví dụ tái cấu hình WDM kênh có dung lượng lớn (ví dụ lên tới OC-192 bước sóng) việc thay đổi ấn định tài nguyên lượng lớn có ảnh hưởng đáng kể lên số lượng lớn lưu lượng người sử dụng Một thủ tục dịch chuyển bao gồm chuỗi thiết lập loại bỏ đường ngắn WDM riêng rẽ Các dòng lưu lượng phải thích nghi với thay đổi đường ngắn suốt sau diễn bước dịch chuyển Khối tái cấu hình đường ngắn nhất: thành phần sử dụng để tái cấu hình đường ngắn riêng lẻ, nghĩa thiết lập huỷ bỏ đường Thuật toán định tuyến đường ngắn nhất: dùng để tính toán đường ngắn Khi tuyến đường ngắn chưa xác định, thành phần tính toán đường định tuyến có Nếu có sẵn giao thức định tuyến (ví dụ giao thức OSPF với mở rộng cho quang), đường định tuyến lấy từ bảng định tuyến cục Cơ chế huỷ bỏ/thiết lập đường: dùng để thiết lập huỷ bỏ tuyến giao thức báo hiệu Quản lí giao diện: có nhiệm vụ giao diện cập nhật thông tin liên quan tới Sự tái cấu hình đường ngắn gán lại giao diện khách WDM cho đường ngắn khác Điều ảnh hưởng tới giao diện WDM mạng IP Định tuyến IP đòi hỏi địa IP cho phép gói tin chuyển tiếp mạng IP Vì mô hình IP đòi hỏi thay đổi địa giao diện IP 90 Đồ án tốt nghiệp 4.4 Tái cấu hình kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM 4.4.1 Các điều kiện tái cấu hình mạng IP/WDM Kỹ thuật lưu lượng dựa MPLS ứng dụng cho tái cấu hình LSP tầng cao Khi định tuyến biên vào cần thiết lập LSP tới định tuyến biên ra, LSP tính toán mô hình dư thừa có cách áp dụng tất điều kiện ràng buộc áp dụng vào mô hình đường ngắn Nếu LSP cần đặt trước băng thông B định, mô hình dư thừa rút từ mô hình đường ngắn Trong mô hình tuyến nối với băng thông sẵn sàng nhỏ B bị loại bỏ Dựa theo mô hình dư thừa, đường ngắn từ định tuyến biên vào tới định tuyến biên xác định Nói chung, đường khác với đường ngắn cặp định tuyến mô hình đường ngắn Cơ chế báo hiệu MPLS đảm bảo thiết lập đường tìm thấy dọc theo node trung gian mong muốn Bằng cách kết hợp định tuyến dựa điều kiện ràng buộc thiết lập đường hiện, MPLS tầng khai thác dung lượng cặp node tới giới hạn xác định điểm cắt hai node Một điểm cắt nhỏ đạt cần LSP từ định tuyến biên vào tới định tuyến biên hành động sau xảy ra:  Hành động 1: Một số LSP có loại bỏ trước để giải phóng dung lượng thắt cổ chai để chứa LSP chúng có độ ưu tiên thiết lập cao  Hành động 2: Các yêu cầu thiết lập LSP bị từ chối Ở mức độ đó, trường hợp thứ xem khó khăn định tuyến dựa điều kiện ràng buộc cụ thể Trong trường hợp thứ hai yêu cầu cân tải MPLS đạt giới hạn Với công nghệ WDM nay, có lớp kỹ thuật lưu lượng khác phục vụ cho LSP lớp Vì mô hình đường ngắn cấu thành từ kết nối kênh vật lý có khả tái cấu hình nên tồn trường hợp thành phần không kết nối mô hình dư thừa tái kết nối Mô hình đường ngắn lúc thoả mãn yêu cầu kết nối cho tất LSP có 91 Đồ án tốt nghiệp 4.4.2 Tái cấu hình mô hình ảo đƣờng ngắn Trong mạng WDM có khả tái cấu hình, liên kết IP xây dựng đường ngắn WDM đa hop Một lợi ích mặt chi phí mạng quang WDM hoạt động mà cần hỗ trợ tương đối nhỏ (đặc biệt mạng đường trục) Điều có nghĩa nhiều kết nối IP khác chia sẻ tuyến nối vật lý chung tuyến nối ảo IP định tuyến qua hop chuyển mạch WDM Hình 4.5 mô tả mô hình ảo định tuyến mạng WDM tái cấu hình Có ba thành phần sơ đồ:  Định tuyến lưu lượng  Thiết lập cấu hình IP  Định tuyến đường ngắn Định tuyến lưu lượng định tuyến gói tin truyền thống, ví dụ OSPF Thiết lập cấu hình IP trình bày phần Trong định tuyến đường ngắn cung cấp khả ánh xạ từ mô hình IP ảo sang mô hình WDM vật lý Định tuyến đường ngắn bao gồm hai mặt liên quan mật thiết với nhau: chọn đường sợi gán bước sóng Định tuyến đường ngắn triển khai theo hai cách sau: Định tuyến đường ngắn tĩnh: phương pháp tính toán trước lưu trữ đường định tuyến Các đường dự phòng thay cho đường tính toán lưu trữ sẵn Gán bước sóng thực có yêu cầu kết nối đường ngắn Phương pháp sử dụng chế gán bước sóng đơn giản Gán bước sóng thực theo chế ngẫu nhiên chế chọn kênh sóng phù hợp Định tuyến đường ngắn thích ứng: phương pháp sử dụng thuật toán SPF (chọn đường ngắn đầu tiên) động để định tuyến Thuật toán đòi hỏi thông tin trạng thái tuyến nối phải phổ biến tới node Vì xuất sở liệu trạng thái tuyến nối mang tính cục nên gán bước sóng trở nên phức tạp Một số chế gán bước sóng là: chọn kênh bước sóng có tải nhất, sử dụng nhiều hay có tốc độ liệu kết nối phù hợp 92 Đồ án tốt nghiệp Các gói tin IP Định tuyến lưu lượng Mô hình IP Thiết kế mô hình IP λ Định tuyến đường ngắn WADM WADM Chọn đường sợi Gán bước sóng WADM OXC Mô hình WDM vật lí WADM WADM WADM OXC Hình 4.5 Thiết kế định tuyến mô hình ảo Thiết kế mô hình IP định tuyến đường ngắn chức mặt phẳng điều khiển định tuyến lưu lượng thành phần sử dụng để chuyển tiếp gói tin định tuyến gói tin Vì thiết kế mô hình ảo định tuyến đường ngắn chức mặt phẳng điều khiển nên hai thành phần kết hợp kết nối gần Phương pháp kết nối gần dùng cho giải pháp kỹ thuật lưu lượng IP/WDM chồng lấn phương pháp dùng cho giải pháp kỹ thuật lưu lượng IP/WDM tích hợp Trong ứng dụng kỹ thuật lưu lượng riêng rẽ định tuyến đường ngắn dựa điều kiện ràng buộc bổ sung công cụ đánh giá cho thuật toán thiết kế mô hình Phương pháp đảm bảo mô hình thiết kế trở thành thực tầng WDM với dung lượng có Trong mạng IP/WDM chồng lấn, tầng chủ nhà cung cấp dịch vụ truyền dẫn cung cấp Họ cung cấp cho nhiều khách hàng dịch vụ khác nhau, chẳng hạn khách hàng VPN Với hình thức khách hàng tầng IP thuê dịch vụ truyền dẫn từ mạng WDM Trong hợp đồng dịch vụ, khách hàng rõ tập định tuyến IP cố định kết nối trực tiếp với mạng WDM Tầng WDM cung cấp kết nối ngắn định tuyến Tuy nhiên, không giống kết nối đường dây thuê riêng VPN nay, xếp kết nối ngắn ảo không cố định 93 Đồ án tốt nghiệp Trong số lượng kết nối ngắn cố định có giới hạn kết nối đường ngắn gán lại để kết nối cặp định tuyến khác nhau, đáp ứng theo thay đổi động kiểu yêu cầu lưu lượng khác Điều đòi hỏi thuật toán thiết kế mô hình ảo tầng IP Ở đây, mô hình ảo sơ đồ chứa node tuyến nối Các node định tuyến tuyến nối kết nối đường ngắn WDM Ví dụ minh họa thực tế: Xét ví dụ mạng WDM dạng ring có node Trong hình, đường biểu diễn sợi quang, đường hỗ trợ hai bước sóng Hình 4.6(b) mô tả mô hình đường ngắn tương ứng A A B F F C E C E D (a) Mô hình vật lí A D (b) Mô hình ảo A B F B F C E B C E D D (d) Mô hình dư thừa sau tái cấu hình (c) Mô hình dư thừa Hình 4.6 Sử dụng tái cấu hình đường ngắn để tạo thêm LSP Tại thời điểm node C cần thiết lập LSP tới node F, mô hình đường ngắn dư thừa mà node C thấy thời điểm cố gắng thiết lập LSP biểu diễn hình 4.6(c) Rõ ràng là, tài nguyên có sẵn cho node C không đủ để hỗ trợ LSP yêu cầu Bây câu hỏi đặt liệu có khả tái cấu hình số đường ngắn để chứa LSP không Câu trả lời có Tuy nhiên, câu trả lời chắn có sau vài bước kiểm tra Bước kiểm tra xem liệu tồn giải pháp tái cấu hình kết nối hai thành phần chưa kết 94 Đồ án tốt nghiệp nối lại với không Bước kiểm tra kiểm tra xem liệu LSP tồn có bị tác động LSP yêu cầu đáp ứng giải pháp hay không Trong ví dụ này, giải pháp (và giải pháp) vượt qua bước kiểm tra thứ để tái cấu hình kết nối đường ngắn node B node D Một đặc tính có liên quan quan trọng đường ngắn đầu cuối thuộc thành phần đường vật lý đường ngắn vượt qua thành phần khác Do vậy, giải pháp tái cấu hình mềm dẻo phá vỡ đường ngắn thành phần thứ hai Có thể chọn để phá vỡ đường ngắn node F để đường ngắn BD ban đầu trở thành hai đường ngắn BF FD Khi mô hình đường ngắn dư thừa sau tái cấu hình hình 4.6(d) Ảnh hưởng lên tất LSP tồn tái cấu hình gây nhỏ Đặc biệt LSP sử dụng đường ngắn BD trước tái cấu hình chịu số tác động định Sau tái cấu hình, LSP thêm node không LSP có định tuyến lại tuyến khác Hơn thế, nhiều khả LSP có theo tuyến ban đầu Điều đảm bảo cho bước kiểm tra thứ hai thoả mãn Bây việc thiết lập LSP vừa yêu cầu node C node F tiến hành bình thường Ví dụ loại bỏ tính có hướng LSP để làm giảm tính phức tạp giải thích Nếu xem xét đến tính hướng kết hoàn toàn không thay đổi 4.4.3 Tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói Rõ ràng có giống mạng WDM chuyển mạch gói mạng chuyển mạch gói khác, chẳng hạn định tuyến IP điện Tuy nhiên, gói quang có khuôn dạng tin khác Các khuôn dạng tin tương tự mào đầu nhãn MPLS Hơn thế, hệ thống chuyển mạch gói quang phù hợp cho kích thước gói tin lớn so với lưu lượng đầu cuối người sử dụng hỗ trợ định tuyến IP điện Trong mạng IP nhu cầu hỗ trợ chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch kênh Một mạng IP/OLS thiết kế theo cách cho bước sóng sợi quang tầng WDM thiết lập động chế độ kênh hay chế độ gói Trong chế độ gói, OLS làm việc giống chuyển mạch nhãn MPLS làm việc định tuyến chuyển mạch nhãn miền điện Nhưng hoạt động OLS xảy miền quang Trong chế độ chuyển 95 Đồ án tốt nghiệp mạch kênh, OLS làm việc giống mạng đấu nối chéo quang Điều đòi hỏi phải báo hiệu riêng để thiết lập kênh liên lạc Hình 4.7 tái cấu hình mạng WDM chuyển mạch gói Như hình, tồn mô hình sợi IP/OLS tích hợp phía MPLS LSP đường ngắn Tái cấu hình OLS có liên quan tới tái cấu hình kết nối tái cấu hình MPLS LSP Hiện mạng OLS không hỗ trợ hoàn toàn chuyển tiếp dựa IP đích, nghĩa mặt phẳng liệu, OLSR không đọc không hiểu mào đầu IP datagram Các gói tin IP Định tuyến lưu lượng Mô hình IP Tái cấu hình MPLS LSP OLS LSP LSP OLS Đường ngắn OLS OLS OLS Tái cấu hình đường ngắn OLS OLS Mô hình sợi IP/OLS OLS OLS OLS OLS Hình 4.7 Tái cấu hình mạng WDM chuyển mạch gói Thuật toán tái cấu hình thực kỹ thuật tích hợp tầng IP tầng WDM xem xét phần Thuật toán phù hợp cho mạng IP/WDM tích hợp giao thức trung tâm IP sử dụng để điều khiển giao diện định tuyến vật lý Một giao thức định tuyến IP trạng thái tuyến, ví dụ OSPF với mở rộng hợp lý, sử dụng để giúp thành phần mạng phát mô hình vật lý Các bước sóng sợi quang điều khiển nhờ sử dụng chế dựa MPLS (nghĩa chọn bước sóng cục bộ) Thông tin liên quan tới kết nối đường ngắn chế độ hoạt động bước sóng tất sợi truyền thông qua OSPF mở rộng Mỗi thành phần mạng trì hai mô hình mạng Một mô hình mô hình vật lý mô tả thành phần mạng vật lý kết nối sợi 96 Đồ án tốt nghiệp quang chúng Mô hình lại mô hình đường ngắn xác định kết nối đường ngắn Khi thành phần mạng định thiết lập kết nối đường ngắn mới, đầu cuối đường ngắn có trách nhiệm định tuyến đường ngắn thông qua mô hình vật lý thoả mãn điều kiện ràng buộc mạng Khi node nguồn muốn gửi liệu tới node đích, tồn không tồn đường ngắn trực tiếp chúng Hơn nữa, việc thiết lập đường ngắn không thực tuỳ theo độ khả dụng kênh điều kiện ràng buộc khác Trong MPLS điện truyền thống, LSP kênh ảo dó chúng thiết lập để hỗ trợ kết nối hình lưới hoàn toàn Do vậy, liệu chuyển mạch nhãn MPLS phân phát hop LSP Cho kết nối không hoàn toàn OLS, cần có định tuyến liệu thành phần mạng không gian định tuyến tương ứng mô hình đường ngắn Do tồn hai tầng định tuyến Cấu trúc xếp tầng kết tự nhiên việc gắn mô hình gói (IP) miền chuyển mạch kênh (WDM đấu chéo) Kết kỹ thuật lưu lượng thực tầng Trong tầng cao hơn, nghĩa mô hình đường ngắn nhất, giải pháp kỹ thuật lưu lượng MPLS điện có ứng dụng Tầng thấp cần thuật toán lý thuyết để xác định cấu hình tái cấu hình đường ngắn mô hình vật lý mạng WDM Hơn thế, cần tương tác kết hợp hoạt động kỹ thuật lưu lượng tầng thấp tầng cao Có hai phương pháp để thiết lập đường Đường đường ngắn LSP Với xu hướng thứ nhất, node cần thiết lập LSP tới node khác đầu tiên, node đầu cuối cố gắng thiết lập đường ngắn trực tiếp tới node đầu cuối Nếu tầng vật lý hỗ trợ đường ngắn đó, node đầu cuối cố gắng định tuyến LSP thông qua mô hình đường ngắn tại, nghĩa thiết lập LSP điện Nếu trình thất bại, tái cấu hình đường ngắn sử dụng Xu hướng thứ hai có xu hướng tận dụng tối đa tài nguyên WDM cấu hình trước thực cấu hình tài nguyên bổ sung Khi node cần phải thiết lập LSP tới node khác, node đầu cuối luôn cố gắng định tuyến LSP thông qua mô hình đường ngắn có, nghĩa thiết lập LSP điện Nếu trình thất bại, node đầu cuối cố gắng thiết lập đường ngắn trực tiếp tới node đầu cuối, nghĩa 97 Đồ án tốt nghiệp thiết lập LSP quang Nếu trình không thành công tái cấu hình đường ngắn kích hoạt Các thuật toán thiết lập đường ngắn tái cấu hình sử dụng hai xu hướng Ý tưởng định tuyến đường ngắn qua mô hình vật lý đáp ứng điều kiện ràng buộc độ khả dụng bước sóng, tính liên tục bước sóng chất lượng tín hiệu quang 98 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Như vậy, sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu em hoàn thành đồ án “Nghiên cứu mạng IP/WDM “ Đồ án đưa cách tổng quát hệ thống thông tin quang, hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM, tổng quan mạng IP/WDM: nguyên lý, mô hình, giao thức định tuyến, kỹ thuật lưu lượng mạng nhiều vấn đề liên quan Do tính đơn giản mặt kỹ thuật không cần thay đổi nhiều phần cứng áp dụng vào hệ thống có, chắn mạng IP/WDM giải pháp cho mạng Internet đòi hỏi tốc độ cao cung cấp dịch vụ phong phú Mạng IP/WDM kết hợp ưu điểm mạng truyền dẫn tốc độ cao với giao thức điều khiển, định tuyến đơn giản Do đó, mạng IP/WDM áp dụng cho nhiều kiểu mạng khác nhau: từ mạng đa truy cập đến mạng lõi dung lượng lớn Tuy nhiên, mạng IP/WDM số hạn chế, có nhiều lý mà mạng IP/WDM chưa áp dụng rộng rãi Một lý giá thành nhiều trường hợp việc định tuyến mạng IP/WDM tốn nhiều so với định tuyến thông thường Nhưng nói ưu điểm mạng IP/WDM phủ nhận, công nghệ mạng cho tương lai Mạng IP/WDM điểm tập trung nghiên cứu nhà khoa học nhiều hãng giới nhằm đưa sản phẩm ứng dụng mạng IP/WDM vào hoạt động môi trường mạng khác IP/WDM nói chung kỹ thuật liên quan đến mạng nói riêng vấn đề rộng, đặc biệt Việt Nam Chính nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu sâu như: - Các thuật toán để áp dụng cho tình trạng nghẽn mạch mạng IP/WDM ảnh hưởng chúng lên hiệu mạng - Kiểu định tuyến, xu hướng lưu lượng tình trạng cụ thể mạng viễn thông Việt Nam Từ đó, đưa ứng dụng phù hợp – điều tạo lợi ích lớn mạng băng rộng tương lai Đồ án “Nghiên cứu mạng IP/WDM” bước đầu xem xét nghiên cứu giải pháp mạng Do thời gian có hạn, việc nghiên cứu lại chủ yếu dựa lý thuyết nên đồ án em chắn có nhiều thiếu sót Em 99 Đồ án tốt nghiệp mong nhận ý kiến đánh giá, góp ý Thầy – Cô bạn để đồ án em hoàn thiện Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo ThS Đoàn Hữu Chức người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt ngiệp Đồng thời, em gửi lời cảm ơn đến toàn thể Thầy – Cô, bạn gia đình giúp đỡ, ủng hộ em nhiều suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn 100 Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- ThS Đỗ Văn Việt Em, “Kỹ thuật thông tin quang 2”, Học viện công nghệ Bưu Viễn thông, 2007 2- Kevin H.Liu, “IP over WDM”, Qoptics Inc, Oregon, USA 3- George N Rouskas, “Routing and Wavelength Assignment in Optical WDM Networks”, Department of Computer Science, 2000 4- ThS Hoàng Văn Bình, ThS Vũ Long Oanh, “Lựa chọn công nghệ phù hợp cho mạng truy nhập cố định NGN”, 2006 5- Presented by Dr Knut Ovsthus, Telenor R&D, “IP optimised network architectures and their evaluation”, 2008 6- ThS Nguyễn Bá Hƣng, “Chuyển mạch gói quang khả ứng dụng mạng viễn thông Việt Nam”, Theo tập san ”Nghiên cứu Khoa học Công nghệ 2006”, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu điện 7- Nguyễn Thế Cƣơng, Đồ án “Kỹ thuật lưu lượng mạng IP/WDM”, Học viện Bưu Viễn thông I, 2005 8- Sudhir Dixit, IP Over WDM Building the Next Generation Optical Internet, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2008 9- Một số trang web: http://www.2cool4u.ch/ http://HowStuffWork/HowRoutingAlgorithmsWork http://en.wikipedia.org/wiki/ http://vi.wikipedia.org/wiki/ 101 [...]... phân phối trong mạng (đây chính là kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM mà chúng ta sẽ nghiên cứu cụ thể trong chương tiếp theo)  Đứng trên quan điểm dịch vụ, mạng IP/WDM có các ưu điểm về quản lý chất lượng, các chính sách và các kỹ thuật dự kiến sẽ sử dụng và phát triển trong mạng IP 2.1.4 Các giải pháp phát triển mạng IP over WDM Mạng IP/WDM được thiết kế truyền lưu lượng IP trong mạng cáp quang... 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... trong mạng Như vậy có thể coi OXC là phần tử trung tâm của mạng 30 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN MẠNG IP/WDM 2.1 Tổng quan mạng IP/WDM Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang, cho phép WDM tận dụng tối đa khả năng kết nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu cầu các tài nguyên mạng. .. 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 Do vậy, đồ án tốt nghiệp của em là Nghiên cứu về mạng IP/WDM” Đồ án trình bày các vấn đề cơ bản, kiến trúc, các kỹ thuật định tuyến cũng như vấn đề truyền tải lưu lượng trong mạng IP/WDM Đồ án bao gồm 4 chương:  Chƣơng 1: Tổng quan về hệ thống thông tin quang và nguyên lý ghép kênh... bước sóng tĩnh – động, sự giới hạn bước song WR trong mạng IP/WDM  Chƣơng 4: Kỹ thuật lƣu lƣợng trong mạng IP/WDM Chương này chỉ ra khái niệm, mô hình hóa kỹ thuật lưu lượng, tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói Thông qua đồ án em đã trình bày những hiểu biết của mình về một công nghệ mạng mới – mạng IP/WDM Tuy nhiên, do năng lực và kiến thức còn nhiều... các hoạt động thực tiễn kỹ 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... phí cho thuê bao Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục Hình 2.1 Xu hướng tích hợp mạng Internet và quang Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay mà các nhà nghiên cứu chuyển mạch quang đó là việc phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển động và hoạt động liên mạng của lớp quang Dẫn đến phải có những chuẩn... của hệ thống WDM  Chƣơng 2: Tổng quan mạng IP/WDM Chương này sẽ trình bày khái niệm chung mạng IP/WDM, lý do chọn mạng IP/WDM, các thế hệ, ưu điểm, các giải pháp phát triển, các chuẩn và các kiểu kiến trúc của mạng IP/WDM 14 Đồ án tốt nghiệp  Chƣơng 3: Các giao thức định tuyến trong mạng IP/WDM Chương này tập trung tìm hiểu việc định tuyến và gán bước sóng trong mạng IP/WDM Trình bày chi tiết bài toán... Điều này đã làm giảm tốc độ mạng, giải pháp đặt ra là xây dựng mạng mà trong đó tín hiệu được xử lý hoàn toàn trong miền quang, gọi là mạng toàn quang Trong mạng toàn quang, dữ liệu đi từ nguồn đến đích hoàn toàn dưới dạng quang mà không cần bất cứ sự chuyển đổi quang - điện nào trên đường đi, việc điều khiển xử lý chuyển mạch cũng được thực hiện dưới dạng quang Tuy nhiên, mạng toàn quang hiện tại vẫn... chức năng này cần phải được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang Từ đó người ta tiến hành nghiên cứu công nghệ IP over WDM Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn và tương lai sáng sủa, các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này IP over WDM cung cấp khả