Nghiên cứu IP trên nền các mạng quang WDM và kỹ thuật lưu lượng IPWDM.doc

Nghiên cứu IP trên nền các mạng quang WDM và kỹ thuật lưu lượng IPWDM

MỤC LỤC

MỤC LỤC ITHUẬT NGỮ VIẾT TẮT III

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 3

1.1 Khái niệm mạng IP/WDM 3

1.2 Lí do chọn IP/WDM 6

CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 9

2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông 9

2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển 9

2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết 10

2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông 11

2.2 Bảo vệ và tái cấu hình 17

2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM 18

2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 19

2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 20

2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn 20

2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp 22

2.5.3 Nhận xét 22

2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 24

2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM 26

2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM 28

2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình 29

2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng 30

2.6.5 Giám sát hiệu năng tín hiệu quang 37

2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS 38

2.7.1 Cân bằng tải 38

2.7.2 Giám sát mạng 42

CHƯƠNG III TÁI CẤU HÌNH TRONG KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 44

3.1 Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất 44

3.1.1 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc 46

3.1.2 Thiết kế mô hình 47

3.1.3 Một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm 47

3.1.4 Dịch chuyển mô hình ảo 53

3.2 Tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói 57

3.2.1 Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói 57

3.2.2 Các điều kiện tái cấu hình 59

3.2.3 Một trường hợp thực tế 60

3.2.4 Mô tả thuật toán dựa trên kinh nghiệm 62

3.2.5 Thảo luận về thuật toán 69

3.2.6 Dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất 69

CHƯƠNG IV PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU LƯỢNG IP/WDM 72

4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 72

4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn 72

4.3 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp 75

4.4 Kĩ thuật lưu lượng IP - giao thức điều khiển mạng (IP TECP) 77

4.5 Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) 83

4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM - giao thức điều khiển mạng (WDM TECP) 89

4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín 97

4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng 98

4.7.2 Hội tụ mạng 100

KẾT LUẬN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ANSI American National Standard Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa KìARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộBGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình dựa trên kinh nghiệmHTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bảnICMP Internet Control Message

LEMS Link Elimination via

Matching Scheme Loại bỏ tuyến nối thông qua lược đồ ghépLMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối

LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nốiLSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngMIB Management Information

MLDA Minimum-delay Logical

Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic tối thiểu hoá trễMPLS Multiprotocol Label

Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MSN Manhattan Street Network Mạng phố ManhattanMTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đaNC&M Network Control and

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quangOAM Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trìOAM&P Operation, Administration,

Maintenance and Provisioning Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám sátOC-12 Optical Carrier Level 12

(622,08 Mb/s)

Mức mang quang 12 (622,08Mb/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)OHTMS LP-based One-Hop Traffic

Maximisation Scheme Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn hop dựa trên LPOIF Optical Internetworking

Forum Diễn đàng liên mạng Internet quangOLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quangOMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu

OSCP Optical Switch Control Protocol

Giao thức điều khiển chuyển mạchquang

OSPF Open Shortest Path First Protocol

Giao thức đường đi ngắn nhất trước tiên mở

OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiênRARP Reverse Address Resolution

Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngượcRD Residual Demand heuristic

algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm nhu cầu dư thừaRDHP Residual Demand Hop-count

Product heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu dư thừa RSVP Resource Reservation

SNMP Simple Network Management Protocol

Giao thức quản lí mạng đơn giảnSNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiênSRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻTCP Transmission Control

Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnTE Terminal Equipment, Traffic

Engineering Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu lượngTECP Traffic Engineering to Control

Protocol Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức điều khiển TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa

TILDA Traffic Independent Logical

Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic độc lập lưu lượngTMN Telecommunications

Management Network Mạng quản lí viễn thông

UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử dụng

UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng-mạngVPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo

VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảoWADM Wavelength Add/Drop

Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng

WDM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóngWSXC Wavelength Selective Cross

LỜI NÓI ĐẦU

Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngàycàng trở nên rõ ràng Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứngdụng và dịch vụ dựa trên nền IP Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ravấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá choIP Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngànhcông nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nócho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau Sử dụng côngnghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phépnâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng Nócũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạngđường dài.

Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụnhư các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quangdựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạngnội thị, mạng vùng và mạng truy nhập Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là cáccác đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổilên một mức độ mềm dẻo mới Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP quacác 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 WDMđặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM Khoá luận sẽ tập trung trình bàyvề các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai cácmạng 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, cácưu nhược điểm của từng xu hướng Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn làgiải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I

 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 lượngIP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưulượng 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 đingắn 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 hìnhđường 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 vềgiao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưulượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượngchồng lấn sẽ được trình bày

Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luậnnày chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiếnđóng 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 đãtạo 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 đỡem trong thời gian qua.

Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôngiúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua.

Hà Nội, ngày tháng năm 2005Sinh viên

Nguyễn Thế Cương

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 quangcho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cựclớn của WDM Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tínhiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽđiều khiển ma trận chuyển mạch Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽdựa 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 cácgiao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.

Gigabit, EthernetSONET

Các cổng đầu ra tín hiệu (Giao diện khách)

Ma trậnchuyển mạch

Các cổng đầu vào tín hiệu (Giao diện khách)

Lưu lượng vào raSợi quang

Bộ phát đápCác kênh bước

KHỐI ĐIỀU KHIỂN

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 đầucuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quangvà các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biêngiới mạng Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang Tồn tại các bộphát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang-điện-quang(O-E-O) Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) vàSONET/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 nốisao 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 cùnglà sợi quang WDM Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song songvới tầng vật lý Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, cácloại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùngmột 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 độmềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗlực tối đa (best effort) của IP truyền thống Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phứctạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạngtốc độ cao Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP Cácđặc tính chính của MPLS như sau:

 Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến. Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển Thông tin điều

khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được vậnchuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.

 Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các màođầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS vàsau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vìphải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói).

IP

 MPLS cung cấp đa dịch vụ Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập bởiMPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường tươngđương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class).

 Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách Các gói tin được kếthợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn Việc sắp xếp gói tin vào FECđược thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc địa chỉđích trong phần mào đầu của gói tin

 Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng Các cơ chế này đượctriển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện chỉnhcác dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước Trong mạng IP hiện tại, kĩthuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì chuyển đổi hướnglưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực tiếp là không hiệuquả và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn ở đâu đó trong mạng.MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp và tập trung chủ yếu vàochuyển tiếp dựa trên trường Ngoài ra MPLS cũng cung cấp các công cụcho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật đường ngầm, kĩ thuật tránh vàphòng vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng.

Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM SONET/SDHcung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này:

 SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn quađó các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao.

 SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn.

 Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối vớicác tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.

Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring Sơ đồ bảo vệ SONET có thể là: 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở

đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn.

 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ.Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnhbáo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng Tuy nhiên,SONET mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mứckhác nhau Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối Mào đầu tuyến(LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghépkênh OC-n Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần

mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phầntải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps.

Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệuquả nhất Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến.Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyềndẫn Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM Một vài công tyđã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH Nó cung cấp các chức năng tươngtự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kíchthước khung vào kích thước gói tin.

Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet Chuẩn Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt.Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng khôngcần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để truyền dẫn.

10-Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo hiệuvà điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến Một mạng quang WDMcó một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển Như vậy nó sửdụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3

Lưu lượng dữ liệu

Báo hiệu ngoài băng

Báo hiệu trong băngLưu lượng dữ liệu

và điều khiển

(a) Mạng WDM

(b) Mạng IP truyền thống

Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM

Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúcmạng 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 tuyếnqua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau Phía trên tầng IP tồn tại rất

nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau Trong khi đó phía dướilớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn hứa hẹn nhất,cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát triển của Internet.Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của các hệ thống WDMgiảm đi

Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để chuyểnđổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết lập đườngtruyền dẫn dữ liệu Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng ứng dụng vàlưu lượng người sử dụng Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ liệu là đệm vàchuyển tiếp gói tin IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển vàdo đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến để phân biệt các bản tin điềukhiển và các gói tin dữ liệu

Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều khiểnriêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các bản tin điềukhiển Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được triển khaitheo cấu trúc tập trung Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này dùng một phâncấp quản lý Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêucầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trongmặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ IP/WDMcũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter-WDMvà các mạng IP

Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:

 Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang pháttriển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có Sử dụng côngnghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợiquang.

 Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP Gần như tất cả các ứngdụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP Lưu lượng thoạitruyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.

 IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thứcđiều khiển IP cho phép.

 IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông độngtheo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang Bằngcách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sangmạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không những giảm

thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài nguyên động vàgiám sát dịch vụ theo nhu cầu.

 Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa chỉđược WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE

 Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất vàcó khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhàkhai thác WDM khác nhau Các giao thức điều khiển IP đã được triểnkhai rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp Sựxuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ thuậtlưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳngđiều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng

 Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa cácnhà khai thác trung gian Ví dụ như các WADM không trong suốt đòihỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDHở các giao diện khách xen/tách của chúng Sự liên kết hoạt động giữaWDM 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 cơchế 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 mạngIP.

 Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích hợpmạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo Ví dụ như, IPtrên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sangATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM.Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làmgiảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang.

CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM

2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông

Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là môhình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính Do đó, không thể không xem xét cácphương pháp mô hình hoá mạng Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy tínhcần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống Mô hình hoá lưulượng được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ đến, phânbố lưu lượng và tận dụng tuyến nối trong khi mô hình hệ thống được sử dụng để mô tảchính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi.Kiểu hệ thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô hình cho các mạngchuyển mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi Vì thế, khi hệ thống đã đầy thì nếunhư khi đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được phục vụ Hệ thống có tổnthất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách hàng Còn hệ thống đợi hoàntoàn được sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàngđợi là vô hạn Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều đang bận thì một khách hàng đến vàothời điểm đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng đợi Ở đây không có tổn thất nhưng kháchhàng phải đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi được phục vụ Lúc này mốiquan tâm sẽ chuyển sang kích thước của bộ đệm và chính sách được sử dụng tronghàng đợi.

Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệthống phải dựa trên các hệ thống cụ thể Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự đoán lưulượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số để thực hiệnmô hình hoá.

2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển

a) Mô hình lưu lượng thoại

Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang Đây làmô hình tổn thất hoàn toàn Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì:

trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi) trungbình (thời gian dịch vụ) Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl) Lưu lượngmột erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm Nghẽn trong mô hìnhErlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc gọi vànghẽn thời gian Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng) thực hiệncuộc gọi khi tất cả các kênh đều đã bị chiếm Nghẽn thời gian là xác suất mà tất cả các

kênh bị chiếm trong một khoảng thời gian bất kì Rõ ràng là nghẽn cuộc gọi, Bc, thểhiện QoS tốt hơn từ quan điểm của khách hàng Giả sử có một hệ thống tổn thấtM/G/n/n, trong đó n là số kênh trên một tuyến nối, cuộc gọi đến tuân theo quá trìnhPoisson với tốc độ λ và các thời gian chiếm cuộc gọi là phân bố độc lập và bằng nhautheo phân bố h thì mối quan hệ giữa nghẽn cuộc gọi, mức độ tập trung lưu lượng vàthời gian chiếm trung bình được cho bởi biểu thức nghẽn Erlang như sau:

Bc = Erlang (n,α) =

b) Mô hình lưu lượng dữ liệu

Lưu lượng dữ liệu có thể được mô tả nhờ sử dụng các mô hình hàng đợi Lưulượng dữ liệu được biểu diễn bởi tốc độ đến của gói tin λ, chiều dài gói tin trung bìnhL, và thời gian truyền dẫn gói tin 1/μ Giả sử rằng R hệ thống biểu diễn tốc độ tuyếnnối hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì thời giantruyền dẫn gói tin sẽ là L/R Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện bởi tải lưulượng ρ:

Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS QoS được biểudiễn bởi Pz, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z Giả thiếtmột hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình Poisson với tốcđộ λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố luỹ thừa L thì mốiquan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho bởi công thức sau:

2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết

Lưu lượng LAN Ethernet đã được nghiên cứu một cách chính xác dựa trên hàngtrăm triệu gói tin Ethernet bao gồm cả thời gian đến và chiều dài của chúng Cácnghiên cứu đó đã chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet dường như biến đổi rất nhiều do sựxuất hiện của tính bùng nổ trong các dải thời gian từ micro giây tới miligiây, giây,phút, giờ và ngày Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet có tính tự tươngquan thống kê Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất cả các dảithời gian và có thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để miêu tả đặc tínhphân mảnh Các đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả nếu sử dụng các môhình lưu lượng cổ điển như là mô hình Poisson

Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức góitin và mức kết nối Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian đếngiữa các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô hình cổđiển Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ đến kết nốituân theo quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng hồ) Tuy nhiên,nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối trong phiên khởi tạongười sử dụng (FTP, HTTP) và máy khởi tạo thì tốc độ đến kết nối có tính bùng nổ,đôi khi là tương quan và không tuân theo quá trình Poisson.

Để thể hiện được tính bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet thì có thể cần phảisử dụng các phân bố số mũ con như là các phân bố Log-normal, Weibull, Pareto Đốivới các quá trình có phụ thuộc dải dài thì các quá trình tự tương quan như là chuyểnđộng Brownian phân mảnh có thể được sử dụng.

2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông

Kĩ thuật lưu lượng vòng kín có thể được thực hiện dựa trên phản hồi và thamchiếu băng thông Kĩ thuật lưu lượng vòng kín dựa trên phản hồi sẽ được trình bàytrong phần 4.2 Tham chiếu băng thông là một công cụ hữu ích cho kĩ thuật lưu lượng.Các dự đoán băng thông trong tương lai có thể được sử dụng để khởi tạo tái cấu hìnhmức mạng Nhờ việc dự đoán băng thông của dòng lưu lượng, có thể xác định đượccác đòi hỏi về dung lượng của tuyến nối IP/WDM và do vậy sẽ quyết định có thựchiện tái cấu hình hay không

Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp lưulượng) giữa hai đầu cuối Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong trườnghợp các dòng lưu lượng IP là lưu lượng chạy trên tuyến nối nằm giữa hai bộ địnhtuyến Tương ứng như thế, các đầu cuối cũng có thể không phải là các bộ định tuyếnliền kề Một dòng lưu lượng IP là đơn hướng và điều này sẽ dẫn tới tính không đốixứng của lưu lượng giữa các đầu cuối Cho trước một dòng lưu lượng thì điều ta mongmuốn là xác định các tính chất và ước lượng được băng thông của nó Mặc dù phươngpháp dưới đây có thể áp dụng cho nhiều kiểu lưu lượng nhưng nó được hi vọng là sẽcó khả năng ước lượng được tải mong muốn của kết nối IP và sau đó các ước lượngnày sẽ được sử dụng để thực hiện các quyết định tái cấu hình.

Khoảng thời gian dự đoán xác định độ lớn thời gian dự đoán trong tương lai.Khoảng thời gian cho tái cấu hình mức mạng được xác định bởi nhiều yếu tố Người tamong muốn tái cấu hình mức mạng có khả năng phản ứng trước các thay đổi trong xuhướng lưu lượng (chẳng hạn như các thay đổi tải trong một ngày) Mặt khác khoảng

thời gian tái cấu hình ít nhất cũng phải bằng thời gian của một thủ tục tái cấu hình.Khoảng thời gian tái cấu hình bao gồm các thành phần sau:

 Thời gian để thực hiện một dự đoán Thời gian để tính toán một mô hình mới

 Thời gian để dịch chuyển từ mô hình hiện tại tới mô hình mới

Thời gian để thực hiện dự đoán băng thông phụ thuộc vào độ phức tạp tính toáncủa mô hình dự đoán Thời gian để tính toán mô hình mới phụ thuộc vào độ phức tạpcủa các thuật toán hay giải pháp dựa trên kinh nghiệm để thực hiện việc thiết kế môhình đó Còn thời gian để dịch chuyển từ cấu hình hiện tại sang cấu hình mới lại phụthuộc vào chu trình dịch chuyển được sử dụng Giả thiết rằng chu trình dịch chuyểnbao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng tuyến nối IP/WDM riêng rẽ Khi đóthời gian dịch chuyển sẽ bằng tổng thời gian để thiết lập và loại bỏ các tuyến nốiIP/WDM với thời gian để các giao thức định tuyến ổn định sau mỗi thay đổi mô hình

Dựa trên các nhận xét trên, người ta thừa nhận một khoảng thời gian tái cấu hìnhnhất định Đây là khoảng thời gian xác định tính thường xuyên thực hiện tái cấu hìnhmức mạng Thời gian này được gọi là khoảng thời gian thô (khác với khoảng thời gianmịn - thời gian cho các phép đo lưu lượng) Khoảng thời gian thô là một thông số cóthể thay đổi được tuỳ theo thiết kế Ảnh hưởng của các giá trị khác nhau của thông sốthời gian thô đã được đánh giá

Dự đoán băng thông cho dòng lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụthuộc vào một số yếu tố sau:

 Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngàytrong tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet.

 Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng trongquá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai.

 Quá trình đến của lưu lượng: không thể chỉ dự đoán các quá trình này làcác quá trình Poisson Cần phải tính đến các đặc tính tự tương quan củadòng lưu lượng trong đó.

Mục đích là tìm kiếm một mô hình thông số dựa trên kinh nghiệm để có thể dựđoán được băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp Mô hình sẽ tận dụngcác thông tin đo đạc lưu lượng và giả thiết rằng quá trình đến của lưu lượng là quátrình tự tương quan Mô hình dưới đây đã được đề xuất bởi A Neidhardt và J Hodgetại Bellcore và được dùng để dự đoán dung lượng của một ATM VPC mang lưu lượngIP và được mở rộng trong dự án NGI Supernet NC&M tại Bellcore/Telcordia

Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian

Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tươngquan được mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a vàthông số Hurst, H Một mạng IP/WDM có thể mô hình hoá tốc độ đến như FBM đểxem xét đến sự dao động của tổng lưu lượng mịn hoá trong khoảng thời gian thô FBMđược định nghĩa như sau:

Giả thiết rằng người ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là:P(Q > B) exp (-

thì biểu thức cho tốc độ dịch vụ của hàng đợi C sẽ có dạng như sau:

mmHzHaHB HHH H

Các nguyên lí tham chiếu lưu lượng

Nguyên lí đầu tiên là băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụthuộc nhiều vào lưu lượng đã thấy trong dòng lưu lượng của cùng khoảng thời gianđó của tuần trước đó.

Nguyên lí này phản ánh mô hình độ lớn lưu lượng phụ thuộc lớn vào giờ trongngày và ngày trong tuần được quan sát thấy trong các tuyến nối Do vậy, độ lớn lưulượng trung bình trong khoảng thời gian kế tiếp sẽ gần như giống hệt như độ lớn đã

xuất hiện trong cùng thời điểm của ngày, của cùng thứ hôm đó của tuần trước đó Vàđiều này có thể được biểu diễn bởi biểu thức:

FF0 ,

Trong đó F[h,d] là lưu lượng quan sát thấy tại giờ h của ngày d trong tuần trướcđó Giả sử rằng tốc độ phát triển của lưu lượng từ tuần này sang tuần khác được môhình bởi một hàm có thông số γ Cũng giả thiết rằng hàm tăng trưởng này là hàm mũ:

eFF 

Trong đó γ là thông số mô hình được ước lượng từ các phép đo lưu lượng Giảthiết rằng W0 và W1 là tổng lưu lượng đo được trong hai tuần liền trước trong dòng lưulượng thì có thể xác định γ từ phương trình sau:

W Wew

Nguyên lí thứ hai là dự đoán băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kếtiếp sẽ khác với lưu lượng đã được quan sát thực tế trong cùng một cách mà phép dựđoán trong khoảng thời gian liền trước đó đã thực hiện

Cho A(h-1) là độ lớn lưu lượng thực tế đo được trong khoảng thời gian (h-1) Giảthiết F(h-1) là độ lớn lưu lượng dự đoán cho khoảng thời gian (h-1) thì:

là tỉ lệ để xem xét sự khác nhau giữa giá trị dự đoán và giátrị thực tế trong khoảng thời gian liền trước Do đó:

trong đó ρ có thể được chọn bằng cách làm phù hợp với dữ liệu đã đo được trướcđó Ví dụ như người ta có thể chọn giá trị ρ sao cho sai số do tỉ lệ được cho bởi:

là nhỏ nhất cho dữ liệu trong quá khứ Nói cách khác, có thể chọn ρ sao cho tốithiểu hoá giá trị:

trong đó E là toán tử dự đoán Nó sẽ cho kết quả là:



Giả thiết rằng một quá trình đến FBM với tốc độ trung bình F2, kích thước bộđịnh tuyến là B và xác xuất tổn thất gói tin sẽ bị chặn trên bởi  thì điều kiện chodung lượng sẽ được biểu diễn bởi:

3 F FH aHBz

 zHaHB HHH H

Dưới đây, đồ án sẽ trình bày hai phương pháp dùng để ước lượng các thông số avà H từ lưu lượng đo được Phương pháp đầu tiên giả định rằng đã có các kết quả đođộ lớn lưu lượng cho mỗi một trong N khoảng thời gian mịn liên tiếp t Biểu thị độ lớnlưu lượng cho mỗi khoảng i là T(i) Khi đó giá trị ước lượng độ lớn lưu lượng trungbình sẽ là:

 1

và giá trị ước lượng của phương sai sẽ là:

Các giá trị đo có thể được tổng hợp thành k khối không chồng lấn với kích thướcmỗi khối là kt và có phương sai là Vkt Khi cho trước hai giá trị ước lượng phương saiVt và Vkt thì các giá trị a và H là hoàn toàn có thể xác định được

Trong phương pháp thứ hai, thông số H có thể ước lượng từ các điểm sai khácthời gian như sau Cho một vệt thời gian Xk, k = 1, 2,…., chúng ta sẽ có một vệt thờigian tổng hợp Xk(m), k = 1, 2,… bằng cách lấy trung bình từ các chuỗi Xk ban đầu nhờcác khối không chồng lấn có độ lớn m Nghĩa là:

 , trong đó H’ là giá trị ước lượng cho H

Các thông số mô hình

Các thông số sau được định nghĩa cho mô hình dự đoán băng thông:

 Kích thước của thời gian thô: Lược đồ giám sát lưu lượng cho kết quả làdữ liệu dưới dạng ma trận lưu lượng Nó chứa độ lớn lưu lượng trung bình

trong một khoảng thời gian tinh Độ lớn của thời gian thô chính là thờigian sử dụng để tính trung bình lưu lượng trong một khoảng thời gian thôbằng cách kết hợp các dữ liệu lưu lượng trong khoảng thời gian tinh lạivới nhau.

 Kích thước bộ đệm bộ định tuyến: kích thước bộ đệm bộ định tuyến đượcdùng trong mô hình để dự đoán độ lớn của một dòng lưu lượng.

 Giới hạn xác suất mất gói: thông số này được dùng để dự đoán băng thôngcủa một dòng lưu lượng.

 Thuật toán định tuyến, mô hình mạng: mô hình mạng và thuật toán địnhtuyến giúp xác định dòng lưu lượng nào được yêu cầu đối với một kết nốidựa trên kết quả của các phép đo dòng lưu lượng từ các bộ định tuyếnbiên.

Thông số lưu lượng đo được chính là ma trận lưu lượng tinh từ bộ định tuyếnbiên này tới bộ định tuyến biên khác Từ thông số đo được này có thể rút ra được tất cảcác thông số khác Các thông số sau được tính toán cho mục đích tái cấu hình tại thờiđiểm bắt đầu của một khoảng thời gian thô:

 Trung bình thô cho các dòng lưu lượng của mỗi cặp bộ định tuyến biênvào ra: được tính toán dựa trên dữ liệu lưu lượng tinh đã đo được.

 Độ phức tạp của tính toán trung bình thô là O(N2) trong đó N là số lượngbộ định tuyến biên trong mạng.

 Các trung bình thô và trung bình tinh của độ lớn lưu lượng yêu cầu chomỗi kết nối đơn hướng: độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi tuyến nối có thểtính được cho cả khoảng thời gian thô và tinh dựa trên ma trận lưu lượngtừ bộ định tuyến biên này tới bộ định tuyến biên khác, mô hình mạng vàthuật toán định tuyến

 Độ phức tạp tính toán là O(E2) trong đó E là số lượng kết nối trong mạng. Các thông số dự đoán lưu lượng F1, F2, F3: đối với mỗi dòng lưu lượng,

các thông số dự đoán băng thông F1, F2, F3 có thể tính toán từ các phươngtrình ở trên Việc tính toán này được thực hiện ở đầu mỗi khoảng thời gianthô.

Độ phức tạp của phép tính là O(N2) trong đó N là số lượng bộ định tuyến biêntrong mạng.

Vì sự tái cấu hình làm thay đổi cấu hình của mạng IP nên một vài thông số sẽ cầnphải được tính toán lại sau khi cấu hình Đặc biệt là trung bình thô và tinh cho cácdòng lưu lượng đối với mỗi tuyến nối sẽ cần tính toán lại sau khi xảy ra tái cấu hình.

Các thông số điều chỉnh a, H, ρ và α được sử dụng trong mô hình dự đoán lưu lượngvà được điều chỉnh phù hợp dựa trên dữ liệu lưu lượng đo được và dữ liệu lưu lượngtính toán Sự phù hợp cho mỗi một trong số các thông số trên cần phải được tính toánlại mỗi khi có tái cấu hình hoặc theo chu kì (chẳng hạn như một lần một tuần).

2.2 Bảo vệ và tái cấu hình

Để đảm bảo tính mềm dẻo của dịch vụ mạng trước các lỗi thì hai xu hướng đượcxem xét để tìm ra một tuyến mới cho đường đi là: một đường đi bảo vệ thiết lập trướcvà một đường đi tái cấu hình tính toán động Các kĩ thuật bảo vệ phụ thuộc vào dunglượng dư thừa trong mạng Vì một tuyến bảo vệ cho mỗi tuyến đang làm việc đượcthiết lập trước nên tái định tuyến sử dụng kĩ thuật này thì nhanh hơn (nhỏ hơn 50 mstrong mạng SONET/SDH) và đơn giản hơn tái cấu hình.

Các kĩ thuật bảo vệ cũng được phân loại thành bảo vệ tuyến và bảo vệ đường Sựkhác nhau của chúng được chỉ ra trong hình 2.1 Trong hình 2.1(a) thì dòng lưu lượngtừ A tới E sử dụng một đường đi A-B-E Nếu như có lỗi trên kết nối từ A tới B thì mộtbảo vệ tuyến sẽ tránh tuyến A-B bằng cách sử dụng một đường được thiết kế trước làA-D-C-B và phần còn lại của đường vẫn được sử dụng bình thường như được chỉ ratrong hình 2.1(b)

(a) Chế độ bình thường(b) Bảo vệ tuyến(c) Bảo vệ đường

Hình 2.1 Bảo vệ đường và bảo vệ tuyến

Ngược lại, một bảo vệ đường sẽ hoàn toàn không sử dụng đường đã có lỗi nữa.Nó sẽ dùng một đường khác hoàn toàn không liên quan tới đường ban đầu Trong vídụ ở hình 2.1(c), nó sử dụng đường A-D-C-E thay vì đường A-B-E.

Trong khi đó tái cấu hình có thể được sử dụng để hoặc là cung cấp các tuyến nốihiệu quả hơn sau khi bảo vệ hoàn thành hoặc là tăng cường tính mềm dẻo để chống lạicác lỗi nặng hơn trước khi lỗi đầu tiên được sửa Thông thường thì cơ chế tái cấu hìnhlà khá chậm

2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM

Tuỳ thuộc vào mục tiêu của các chức năng điều khiển và báo hiệu trong tầngWDM mà bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM có thể được phân loại thành bamô hình.

Mô hình đầu tiên sử dụng một khối quản lí kết nối quang thông minh và tự quảntrị Chính xác hơn thì một tầng quang có hầu hết các chức năng báo hiệu và điều khiển,ví dụ như quản lí dung lượng và cấu hình, định tuyến, phát hiện mô hình, tái cấu hìnhvà điều khiển ngoại lệ nhờ sử dụng các chức năng báo hiệu và điều khiển hoàn toàn làcủa nó Bất lợi lớn nhất của mô hình này là sự dư thừa các chức năng báo hiệu và điềukhiển vì các chức năng quản lí mạng như vậy đã có trong tầng IP

Trong mô hình thứ hai, mỗi bộ định tuyến IP được kết nối nhờ sử dụng sợi quangvà WDM Do đó không có khái niệm đường đi ngắn nhất trong mô hình này Tất cảcác báo hiệu và điều khiển đều phụ thuộc vào tầng IP.

Mô hình thứ ba có thể gọi là “định tuyến thông minh – quang đơn giản” và làphiên bản trung gian giữa hai mô hình trên Hiện nay IETF và OIF đang nghiên cứumô hình này sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) Với môhình thứ ba thì vấn đề cấy mô hình IP trên nền mô hình WDM sẽ đóng vai trò quantrọng trong bảo vệ IP/WDM đặc biệt là khi tầng WDM không hỗ trợ bảo vệ đường vàbảo vệ tuyến hoặc là tuyến bảo vệ không làm việc bình thường do sự xuất hiện nhiềulỗi 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 (vídụ như các bộ định tuyến IP, các bộ đệm, các chuyển mạch WDM, các sợi quang vàcác bước sóng) một cách hiệu quả, để truyền dẫn các gói tin và dòng lưu lượng IP Kĩthuật lưu lượng IP/WDM bao gồm kĩ thuật lưu lượng IP/MPLS và kĩ thuật lưu lượngWDM như được chỉ ra trên hình 2.2

Ánh xạ = T.E

Ấn định dòngThiết lập đường

Mô hình IP

Thiết lập mô hìnhTái cấu hìnhTài nguyên

IP/WDMLưu lượng IP

Mô hình IP

WDM T.E.MPLS T.E.

Hình 2.2 Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM (TE)

Kĩ thuật lưu lượng MPLS giải quyết các vấn đề về phân bổ dòng và thiết kế nhãnđường Sử dụng kĩ thuật điều khiển đường hiện MPLS, kĩ thuật lưu lượng MPLS chophép cân bằng tải trên mô hình IP hiện có Các MPLS LSP làm việc như là các tuyếnảo 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 IPtĩnh trên nền mạng WDM Kĩ thuật lưu lượng WDM giải quyết các vấn đề về thiết kếmô hình đường đi ngắn nhất và dịch chuyển mô hình IP Trong các mạng WDM cókhả năng tái cấu hình, kĩ thuật lưu lượng MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM làm việcở các tầng khác nhau, nghĩa là một ở tầng IP và một ở tầng WDM Trong các mạngchuyển mạch gói quang, các kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM có thể được dùng theomô hình chồng lấn hoặc theo mô hình tích hợp Xu hướng đầu tương tự như IP chồnglấn trên nền các mạng WDM có khả năng tái cấu hình (mặt phẳng dữ liệu), trong khicác MPLS LSP (các đường đi ảo) được ấn định cho các mạch quang WDM cố định.Xu hướng thứ hai xây dựng các đường đi ngắn nhất, ấn định các dòng trên các đườngđi ngắn nhất đó và chuyển tiếp lưu lượng theo một mô hình tích hợp Trong đồ án nàycác kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM sẽ được trình bày.

2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

Như đã trình bày ở trên kĩ thuật lưu lượng trong các mạng IP/WDM có thể thựchiện theo hai phương pháp: kĩ thuật chồng lấn và kĩ thuật tích hợp.

Với kĩ thuật lưu lượng IP/WDM chồng lấn, mỗi tầng IP và WDM có một khối kĩthuật lưu lượng riêng Sự hoạt động của mỗi mạng có thể độc lập với mạng còn lại.Các giải pháp kĩ thuật lưu lượng được phát triển cho các mạng IP hoặc các mạngWDM có thể được ứng dụng trực tiếp cho mỗi tầng một cách tương ứng Về mặt tínhchất thì mạng khách-chủ chồng lấn là một ví dụ cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn

Với kĩ thuật lưu lượng tích hợp, sự tối ưu hoá hiệu năng mạng đối với một mụctiêu nhất định đạt được nhờ sự kết hợp giữa cả hai thành phần mạng IP và WDM Vớisự xuất hiện của các phần cứng ngày càng tinh vi cho phép tích hợp chức năng của cảIP và WDM tại mỗi thành phần mạng (NE) nên kĩ thuật lưu lượng tích hợp có thể hoạtđộng hiệu quả hơn.

2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn

Nguyên lí của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là sự tối ưu hoá đạt được ở từng tầngmột Điều này có nghĩa là sự tối ưu hoá trong một không gian nhiều chiều là kết quảcủa một quá trình tìm kiếm lần lượt theo các chiều khác nhau Rõ ràng là kết quả tốiưu hoá phụ thuộc vào thứ tự tìm kiếm và không đảm bảo đó là kết quả tối ưu hoá toàncục Chiều nào càng xuất hiện sớm trong chuỗi tìm kiếm thì càng đạt được sự tối ưu

hoá tốt hơn Một lợi thế của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là các cơ chế có thể đượcđiều chỉnh để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của một tầng cụ thể (IP hoặc WDM) tuỳ theocác mục tiêu được lựa chọn Hình 2.3 mô tả kĩ thuật lưu lượng chồng lấn.

Mô hình WDMMô hình IP

Hình 2.3 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn

Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn có thể xây dựng bằng việc kết nối các bộ định tuyếnIP với mạng WDM dựa trên OXC thông qua một OADM Các mạng IP/WDM đượcxây dựng theo phương pháp này thể hiện một mạng WDM dựa trên OXC, tầng chủđược hỗ trợ bởi mạng vật lí trong đó tầng mạng vật lí này được tạo nên bởi các NEquang và các sợi quang Mỗi sợi quang mang nhiều bước sóng mà việc định tuyếnchúng là có khả năng tái cấu hình một cách mềm dẻo Tầng khách (nghĩa là mạng ảo)hình thành bởi các bộ định tuyến IP được kết nối bởi các đường đi ngắn nhất dựa trênmạng vật lí đó Mô hình của một mạng ảo có khả năng tái cấu hình được là nhờ khảnăng tái cấu hình các đường đi ngắn nhất trong tầng máy khách Các giao diện của mộtbộ định tuyến IP kết nối với OADM là các giao diện có khả năng tái cấu hình được.Điều này có nghĩa là các IP lân cận kết nối với một giao diện có khả năng tái cấu hìnhnhư vậy có thể được thay đổi bằng cách cập nhật cấu hình đường đi ngắn nhất cơ sở.Trong các mạng IP/WDM, điều khiển tắc nghẽn không chỉ được thực hiện ở tầng dòngsử dụng cùng một mô hình mà còn có thể được thực hiện ở tầng mô hình nhờ sử dụng

tái cấu hình đường đi ngắn nhất Do đó, không chỉ một nguồn lưu lượng điều chỉnhdòng các gói tin của nó trước khi gửi nó vào mạng mà chính bản thân mạng cũng cókhả năng thích ứng trước một kiểu lưu lượng sau một thời gian tuỳ chọn Trong tầngIP, điều khiển tắc nghẽn cung cấp nền tảng cho kĩ thuật lưu lượng, nghĩa là làm cáchnào để truyền dẫn các dòng bit theo đường đi của chúng một cách nhanh nhất tới đích.Trong tầng WDM, điều khiển ấn định được sử dụng để quản lí các tài nguyên mạng (vídụ như là bước sóng) và ấn định chúng cho các kết nối IP ảo Điều khiển ấn định tầngWDM có thể là tĩnh, nghĩa là cố định tại thời điểm bắt đầu của yêu cầu kết nối, hoặccó thể là động và được thay đổi trong thời gian kết nối Chính sự mềm dẻo này chophép tầng WDM cung cấp các kết nối cho tầng phía trên với chất lượng dịch vụ khácnhau.

2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp

Nguyên lí của kĩ thuật lưu lượng tích hợp là sự tối ưu hoá được thực hiện tại cảhai mạng WDM và IP đồng thời Điều này có nghĩa là đã tìm kiếm được kết quả tối ưuhoá toàn cục trong một không gian nhiều chiều Kĩ thuật lưu lượng tích hợp có thể ứngdụng cho các mạng trong đó chức năng của cả IP và WDM được tích hợp tại mỗi NE.Khi chức năng IP và WDM được tích hợp, một mặt phẳng điều khiển tích hợp cho cảhai mạng là khả thi Điều này lại cung cấp sự phù hợp tự nhiên cho một mô hình kĩthuật lưu lượng tích hợp Quản lí lưu lượng IP và quản lí và điều khiển tài nguyênWDM được xem xét cùng nhau Hình 2.4 chỉ ra kĩ thuật lưu lượng tích hợp

T.E IP/WDM tích hợp T.E IP/WDM tích hợp

Mô hình IP/WDM tích hợp

Sợi đa bước sóng

Hình 2.4 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp

2.5.3 Nhận xét

Sự khác biệt giữa hai xu hướng chồng lấn và tích hợp thể hiện ở mối quan hệgiữa tối ưu hoá hiệu năng và ấn định tài nguyên Với kĩ thuật lưu lượng chồng lấn, tốiưu hoá hiệu năng, ví dụ như cân bằng tải và định tuyến lưu lượng, có thể được thựchiện ở tầng IP và hoàn toàn tách biệt khỏi ấn định tài nguyên vật lí WDM, được thựchiện ở tầng WDM Do vậy, tối ưu hoá hiệu năng ở tầng IP có thể sử dụng tái cấu hìnhvà các cơ chế truyền thống không hề liên quan tới tái cấu hình Khi không sử dụng táicấu hình thì điều đó có nghĩa là tối ưu hoá hiệu năng đạt được với một tập các tàinguyên cố định (cho một mô hình IP cố định) Khi sử dụng tái cấu hình, nghĩa là đã sửdụng ấn định tài nguyên động cho một mô hình ảo Sau đó tối ưu hoá hiệu năng tạitầng IP sẽ lựa chọn dựa trên lượng tài nguyên mà nó muốn để xem xét trạng thái tàinguyên của tầng WDM Chính tầng WDM là nơi xảy ra ấn định tài nguyên vật lí trongthực tế Mặt khác, tối ưu hoá hiệu năng và ấn định tài nguyên mạng được kết hợptrong mô hình kĩ thuật lưu lượng tích hợp Nếu như tối ưu hoá hiệu năng có liên quantới một tập các tài nguyên mạng biến đổi thì ấn định tài nguyên sẽ tự động điều chỉnhtrong quá trình tối ưu hoá

Các mô hình kĩ thuật lưu lượng có thể được triển khai dưới dạng tập trung hayphân tán Bảng 2.1 thể hiện bốn lựa chọn cho triển khai các mô hình kĩ thuật lưulượng Theo trực giác thì xu hướng chồng lấn sẽ thích hợp với dạng tập trung hoặcphân cấp, trong đó có một TE tầng IP và một TE tầng WDM và hai TE này sẽ giaotiếp thông qua UNI ở biên giới WDM hoặc các giao diện giữa IP NMS và WDMNMS Trong mô hình chồng lấn tập trung, khối quản lí NC&M tầng IP trung tâm vàkhối quản lí NC&M tầng WDM trung tâm sẽ chia sẻ thông tin trạng thái về tầng củanó Tuy nhiên xu hướng này không có tính mềm dẻo vì rõ ràng là sẽ xuất hiện các thắtcổ chai ở các bộ quản lí NC&M tại cả tầng IP lẫn tầng WDM Xu hướng tích hợp phùhợp một cách tự nhiên với mô hình phân tán cho kĩ thuật lưu lượng Nghĩa là mỗi điểmđều có khả năng khai thác điều khiển tắc nghẽn và thực hiện ấn định tài nguyên dựatrên thông tin trạng thái mạng IP/WDM được lưu trữ cục bộ Mô hình phân tán của kĩthuật lưu lượng nâng cao tính sẵn sàng và tính mềm dẻo nhưng lại phải đối mặt vớikhó khăn là đồng bộ hoá phức tạp gây ra bởi bản chất của quyết định song song đượcthực hiện tại các địa điểm phân tán.

Mô hình chồng lấn Mô hình tích hợpTriển khai tập trung TE chồng lấn tập trung TE tích hợp tập trungTriển khai phân tán TE chồng lấn phân tán TE tích hợp phân tán

Bảng 2.1 Các mô hình triển khai TE

Tóm lại, xu hướng chồng lấn sẽ không thể thực hiện một cách hiệu quả khi kíchcỡ của mạng tăng vì các máy chủ IP và WDM NMS đều trở thành các thắt cổ chaitiềm tàng Xu hướng tích hợp sẽ gặp phải vấn đề lớn về độ phức tạp của triển khai.Đồng bộ hoá giữa một lượng lớn các node IP/WDM về trạng thái mạng và thông tincấu hình đòi hỏi một khoảng thời gian dài để hội tụ Lựa chọn kĩ thuật lưu lượngchồng lấn hay tích hợp và mô hình triển khai tương ứng phụ thuộc vào lưu lượng ứngdụng và mạng vận hành Mô hình khối chức năng kĩ thuật lưu lượng được trình bàytrong đồ án sẽ bao quát cả hai mô hình của hai dạng thức triển khai Các thành phầntrong mô hình khối là chung cho các ứng dụng kĩ thuật lưu lượng trong mạngIP/WDM.

2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

Cơ chế cho phép cơ bản trong mô hình khối kĩ thuật lưu lượng là đường đi ngắnnhất và giám sát đường đi ảo theo nhu cầu Một đặc tính độc nhất vô nhị trong mộtmạng WDM là khả năng tái cấu hình đường đi ngắn nhất và mô hình ảo Điều đó cónghĩa là đối với một mô hình sợi quang vật lí, mạng WDM vật lí có thể hỗ trợ một sốmô hình ảo được hình thành từ các đường đi ngắn nhất Hình 2.5 chỉ ra các thành phầnchức năng chính của một mô hình khối kĩ thuật lưu lượng có khả năng tái cấu hình vànó bao gồm các thành phần sau:

Khối giám sát lưu lượng: thành phần này có nhiệm vụ thu thập các số liệu thống

kê lưu lượng (ở đây là lưu lượng IP) từ các bộ chuyển mạch và định tuyến hay trên cáctuyến truyền dẫn Để hỗ trợ tính năng này, các mạng IP/WDM sẽ giám sát lưu lượngIP.

Khối phân tích lưu lượng: thành phần này sẽ đưa ra các quyết định dựa trên các

số liệu thống kê thu thập được Mỗi khi có cập nhật, bộ phận này cũng đưa ra các báocáo phân tích.

Khối dự đoán băng thông: thành phần này được sử dụng để dự đoán nhu cầu

băng thông trong tương lai gần dựa trên các đặc tính lưu lượng và các kết quả đo kiểmhiện tại và trong quá khứ

Khối giám sát hiệu năng tín hiệu: thành phần này có nhiệm vụ giám sát QoS tín

hiệu quang ứng với mỗi kênh bước sóng QoS tín hiệu là một tập hợp phức tạp của cácyếu tố động liên quan tới định tuyến bước sóng và quản lí lỗi Quản lí lỗi WDM khôngphải là nhiệm vụ chính của TE nên QoS tín hiệu chỉ được sử dụng bởi tái cấu hìnhđường đi ngắn nhất.

Khối khởi tạo tái cấu hình kĩ thuật lưu lượng: thành phần này bao gồm một tập

hợp các quy định Các quy định này sẽ quyết định khi nào sự tái cấu hình ở mức mạng

nên được thực hiện Quyết định này có thể dựa trên các điều kiện lưu lượng, các dựđoán về băng thông và các yếu tố vận hành khác như là giảm thiểu ảnh hưởng của cácthông số chuyển tiếp và đảm bảo thời gian hội tụ mạng phù hợp.

Khối giám sát lưu lượng IP

Khối tham chiếu nhu cầu băng thông

Khối phân tích lưu lượng IP

IP/WDM đã đạt giớihạn dưới chưa?

Tái cấu hình mô hình ảo/đường đi

ngắn nhất WDM

Khối giám sát hiệu năng

tín hiệu

Khối tái cấu hình đường đi ngắn nhất

Dịch chuyển mô hình

Cân bằng tải IP/MPLS (OMP)

Thiết kế mô hình

đường đi ngắn nhấthình mới “tốt hơn”?Thiết lập một mô

Khuyến nghị cập nhật dung lượngCập nhật

Tái cấu hình đường đi ngắn nhất

Báo cáo QoS tín hiệu

Tái cấu hình đường đi ngắn nhấtThiết lập QoS

tín hiệuKhởi tạo

Hình 2.5 Mô hình khối chức năng kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

Khối thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất: thành phần này sẽ tính toán một mô

hình mạng dựa trên các dự đoán và kết quả đo kiểm lưu lượng Việc này có thể đượccoi như việc tối ưu hoá một sơ đồ (các bộ định tuyến IP được kết nối bởi các đường đingắn nhất trong tầng WDM) cho những mục tiêu nhất định (ví dụ như là cực đại hoáthông lượng), tuỳ theo các điều kiện ràng buộc cụ thể (ví dụ như cấp độ node, dunglượng giao diện), đối với một ma trận nhu cầu cho trước (nghĩa là tải lưu lượng trênmạng) Tìm kiếm một sơ đồ tối ưu yêu cầu lượng tính toán rất lớn Do việc thay đổikiểu lưu lượng sẽ khởi tạo tái cấu hình nên một sơ đồ tối ưu hoá có thể sẽ không còn làtối ưu hoá nữa khi sự tái cấu hình của nó hoàn thành trong thực tế Một xu hướng thựctế hơn là sử dụng các thuật toán kinh nghiệm Chúng chỉ tập trung vào các mục tiêu cụthể chẳng hạn như hiệu quả về mặt chi phí, tốc độ hội tụ và/hoặc giảm thiểu ảnh hưởnglên lưu lượng đang truyền thay vì tìm kiếm tối ưu hoá toàn cục

Khối dịch chuyển cấu hình: thành phần này bao gồm các thuật toán để lập thời

gian biểu cho việc chuyển đổi cấu hình mạng từ cấu hình cũ sang cấu hình mới Ngaycả khi các tài nguyên tầng WDM là đủ để hỗ trợ bất cứ dịch chuyển nào kế tiếp (tất cả

các kết nối mới đều có thể thêm vào trước khi loại bỏ các kết nối không cần thiết) thìvẫn còn các vấn đề khác liên quan tới sự dịch chuyển Ví dụ như khi tái cấu hìnhWDM đối với các kênh có dung lượng lớn (ví dụ như lên tới OC-192 trên một bướcsóng) thì việc thay đổi ấn định các tài nguyên đối với các lượng lớn như thế sẽ có ảnhhưởng đáng kể lên một số lượng lớn lưu lượng người sử dụng Một thủ tục dịchchuyển bao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng đường đi ngắn nhất WDMriêng rẽ Các dòng lưu lượng phải thích nghi với các thay đổi về đường đi ngắn nhấttrong suốt cũng như sau khi diễn ra mỗi bước dịch chuyển

Khối tái cấu hình đường đi ngắn nhất: thành phần này được sử dụng để tái cấu

hình các đường đi ngắn nhất riêng lẻ, nghĩa là thiết lập và huỷ bỏ đường Nó lại đòi hỏicác khối sau đây:

 Thuật toán định tuyến đường đi ngắn nhất: dùng để tính toán đường đi

ngắn nhất Khi tuyến đường đi ngắn nhất là chưa xác định, thành phần nàysẽ tính toán đường đi định tuyến hiện Nếu đã có sẵn một giao thức địnhtuyến (ví dụ như giao thức OSPF với các mở rộng cho quang), đường điđịnh tuyến có thể lấy ra từ bảng định tuyến cục bộ đó

 Cơ chế huỷ bỏ/thiết lập đường: dùng để thiết lập hoặc huỷ bỏ một tuyến

và nó có thể là một giáo thức báo hiệu.

 Quản lí giao diện: có nhiệm vụ giao diện và cập nhật các thông tin liên

quan tới nó Sự tái cấu hình đường đi ngắn nhất có thể gán lại các giaodiện khách WDM cho một đường đi ngắn nhất khác Điều đó sẽ ảnhhưởng tới giao diện giữa WDM và mạng IP Định tuyến IP đòi hỏi các địachỉ IP và chỉ cho phép gói tin được chuyển tiếp trong một mạng con IP Vìthế một mô hình IP mới có thể đòi hỏi các thay đổi địa chỉ giao diện IP.

2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM

Một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng là cần thiết để điều khiển và quản límạng IP/WDM Dựa trên mô hình kĩ thuật lưu lượng và xu hướng triển khai nó mà cơsở dữ liệu thông tin trạng thái mạng (bao gồm cả TE) sẽ được xây dựng và duy trìtương ứng Ví dụ như, trong xu hướng tích hợp thì một cơ sở dữ liệu IP/WDM tíchhợp toàn bộ sẽ phải được lưu trữ ở tất cả các điểm và sự đồng bộ giữa các cơ sở dữliệu đó sẽ do một giao thức phân tán đảm nhiệm; còn trong xu hướng chồng lấn cơ sởdữ liệu IP được lưu trữ riêng rẽ với cơ sở dữ liệu WDM.

Thông tin trạng thái mạng mà kĩ thuật lưu lượng quan tâm bao gồm hai mặt: cáctài nguyên và cách sử dụng chúng Cách biểu diễn truyền thống các tài nguyên mạngdùng cho mục đích định tuyến gói tin chỉ đơn giản là thông tin mô hình Tuy nhiên, kĩ

thuật lưu lượng đòi hỏi nhiều thông tin hơn thế, ví dụ như băng thông tổng cộng và sựsử dụng của mỗi kết nối hiện thời Tồn tại hai tầng định tuyến trong mạng IP/WDMchồng lấn Một thực hiện định tuyến các đường đi ngắn nhất qua mạng vật lí, trong khitầng còn lại thực hiện định tuyến dữ liệu trên các đường đi ngắn nhất ấy Có thể thựchiện kĩ thuật lưu lượng trên cả hai tầng đó Kĩ thuật lưu lượng WDM không chỉ quantâm tới sự tận dụng các tài nguyên mạng mà còn cả tới các đặc tính quang của các kếtnối quang WDM và chất lượng của tín hiệu Khi sử dụng kĩ thuật lưu lượng chồng lấn,các chức năng mục tiêu ở các tầng khác nhau có thể khác nhau Còn trong trường hợpcủa kĩ thuật lưu lượng tích hợp, điều khiển lưu lượng và ấn định tài nguyên được xemxét đồng thời do đó các mục tiêu tối ưu hoá mang tính kết hợp.

Mặc dù các mô hình kĩ thuật lưu lượng khác nhau đòi hỏi thiết kế và triển khai cơsở dữ liệu thông tin trạng thái mạng khác nhau, nhưng có một số thuộc tính chung chocả hai trường hợp Trong xu hướng chồng lấn, cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạngcủa tầng IP bao gồm các thông tin sau:

Mô hình ảo IP: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu diễn các bộ định

tuyến IP và các cạnh biểu diễn đường đi ngắn nhất Nó giống với các đòi hỏi của mộtgiao thức định tuyến trạng thái tuyến nối tiêu chuẩn Trong đó cũng bao gồm tốc độ dữliệu và các khuôn dạng tín hiệu mà mỗi giao diện IP có thể hỗ trợ Mô hình này rất hữuích cho việc thực hiện cấu hình động.

Trạng thái tuyến nối IP: bao gồm dung lượng tuyến nối và sự tận dụng nó (tính

theo phần trăm) Nó cũng có thể bao gồm một số kết quả đo khác (ví dụ như số lượnggói tin bị mất tại giao diện bộ định tuyến) cần thiết cho các thuật toán kĩ thuật lưulượng.

Tại tầng WDM, thực thể được quản lí là mạng vật lí, trong đó tải được thể hiệnbởi các vết đường đi ngắn nhất Tại tầng này hoạt động của kĩ thuật lưu lượng đượcthực hiện thông qua việc gắn mô hình ảo IP vào mạng vật lí Các hoạt động quản límạng là gán bước sóng và định tuyến Nếu tính liên tục bước sóng là cần thiết dọc theomột vết thì chỉ được gán một bước sóng duy nhất; nếu một WDM NE có khả năngchuyển đổi bước sóng, các hop khác nhau sẽ có thể sử dụng các bước sóng khác nhau.Do vậy, một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng tại tầng WDM sẽ bao gồm cácthành phần sau:

Mô hình vật lí: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu thị các WDM NE

và các cạnh biểu thị các sợi quang

Các đặc tính NE: biểu thị khả năng chuyển mạch và độ sẵn sàng của cổng Một

NE có thể thực hiện chuyển mạch sợi (nghĩa là kết nối tất cả các bước sóng trong mộtsợi đầu vào tới một sợi đầu ra sử dụng cùng bước sóng) hoặc chuyển mạch bước sóng

(nghĩa là kết nối một bước sóng cụ thể trong sợi quang đến tới cùng một bước sóngtrong một hoặc nhiều sợi ra) Hơn thế, một tín hiệu có thể được chuyển đổi thành mộtbước sóng khác thông qua chuyển đổi bước sóng Một NE có số lượng cổng xen/táchhữu hạn do đó có thể có sự tranh chấp giữa các tín hiệu xen/tách tại ma trận chuyểnmạch.

Trạng thái sợi: bao gồm số lượng bước sóng, hướng, loại bảo vệ tuyến và chất

lượng tín hiệu quang ví dụ như tổng công suất bước sóng của sợi đó, đăng kí bướcsóng, công suất mỗi bước sóng riêng rẽ, SNR quang của mỗi bước sóng.

Trạng thái đường đi ngắn nhất: bao gồm NE ID nguồn, ID cổng xen, NE ID

trong tuyến, ID cổng tách, ID bước sóng (cho mỗi hop sợi) và hướng của nó, tốc độbit, SNR quang từ đầu cuối tới đầu cuối, các ID SRLG (nhóm tuyến nối chia sẻ nguyhiểm) Ngoài ra còn có thể tuỳ chọn độ ưu tiên đường đi ngắn nhất hay mức độ làmrỗng đường đi ngắn nhất.

Trong kĩ thuật lưu lượng tích hợp, mô hình bước sóng và mô hình sợi được kếthợp làm một Tối ưu hoá được thực hiện dựa trên định tuyến bước sóng theo các điềukiện ràng buộc sợi quang Do vậy, nội dung của cơ sở dữ liệu tầng IP và cơ sở dữ liệutầng WDM trong mô hình chồng lấn ở trên sẽ được ghép làm một cơ sở dữ liệu thôngtin trạng thái mạng IP/WDM duy nhất

2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM

Điều khiển một cách hiệu quả các giao diện giữa IP và WDM là vấn đề thiết yếuđể thực hiện kĩ thuật lưu lượng phù hợp trên các mạng IP/WDM Xu hướng là phải lợidụng các đặc tính phần cứng mà vẫn duy trì được tính mềm dẻo và khả năng mở rộngvì hiện nay phần cứng mạng đang xuất hiện mới rất nhiều Hiện tại, một giao diện IPduy nhất chỉ có thể kết hợp với một đường đi ngắn nhất Điều này làm cho một mạngIP/WDM không có gì đặc biệt hơn một mạng IP trên nền bất cứ một mạng truyền dẫnkênh ảo nào Kĩ thuật lưu lượng nói riêng hay quản lí và điều khiển mạng nói chung,đối với các mạng IP/WDM kiểu này, là mở đối với tất cả các kĩ thuật hiện đang tồn tại,phát triển

Trong miền phần mềm, IP/WDM đòi hỏi phần mềm tương ứng để quản lí giaodiện phần cứng giữa IP với WDM và chuyển đổi giữa lược đồ địa chỉ IP và địa chỉWDM (khi cần thiết) Trong xu hướng chồng lấn cần có một lược đồ chuyển đổi địachỉ để duy trì ánh xạ giữa hai tầng Chú ý rằng tầng WDM cũng có thể sử dụng các địachỉ IP thay vì các địa chỉ vật lí nhưng vẫn cần lược đồ chuyển đổi địa chỉ vì tầng IP vàtầng WDM sử dụng hai không gian địa chỉ khác nhau và các ví dụ định tuyến khácnhau Một lợi ích của xu hướng chồng lấn là việc lợi dụng các cơ chế điều khiển sẵn

có cho mạng IP và mạng WDM Trong xu hướng tích hợp, mỗi giao diện IP/WDM NEđược đánh địa chỉ IP Do đó, chỉ có một lược đồ địa chỉ được sử dụng mà ở đây là địachỉ IP, và chỉ có một khả năng định tuyến mà thôi Tuy nhiên, các giao thức IP truyềnthống như là OSPF cần phải được mở rộng để bao gồm các vấn đề về kết mạngIP/WDM.

2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình

Như được chỉ ra trong hình 2.6 thì tái cấu hình có thể được khởi tạo bởi nhiềuyếu tố khác nhau, ví dụ như:

 Kĩ thuật lưu lượng Lỗi

 Bảo vệ/tái lập Bảo trì mạng

Bộ khởi tạo lỗi bao gồm khối phát hiện lỗi, khối phân tích nguyên nhân và khốiquản lí lỗi Mỗi khi một lỗi bị phát hiện và nguyên nhân gây ra nó được xác định, khốiquản lí lỗi sẽ quyết định việc cần làm Phần mạng bị lỗi có thể bị cách ly và các kết nốibị ảnh hưởng sẽ được định tuyến lại Bộ khởi tạo bảo vệ/tái lập có thể được sử dụng đểhỗ trợ tái cấu hình động Mỗi khi đường đi chính bị hỏng, thuật toán tái lập sẽ tínhtoán (hoặc tính toán trước) một đường dự phòng Khối kết hợp có nhiệm vụ chuyểnmạch đường từ đường chính sang đường dự phòng Các cơ chế tái cấu hình cung cấpcác tiện ích cho việc thiết lập và huỷ bỏ đường, nghĩa là một giao thức báo hiệu Giaothức báo hiệu phân tán đóng một vai trò quan trọng trong bảo vệ/tái lập Khối bảo trìmạng liên quan tới việc lập thời gian biểu cho các hoạt động vận hành và thay thế vàcó thể thực hiện dễ dàng hơn nhờ sử dụng tái cấu hình

Phân tích và giám sát lưu lượng

Tham chiếu băng thông

Thuật toán kĩ thuật lưu lượng

Phân tích nguyên nhân lỗiPhát hiện lỗi

Quản lí lỗi

Khởi tạo lỗi

Khởi tạo lỗi

Thiết kế mô hình Quản lí giao diệnThuật toán định tuyến đường đi ngắn nhất (ví dụ

như OSPF)Giao thức báo

hiệuDịch chuyển mô

hìnhKhối kết hợp

Thuật toán tái cấu hìnhKhởi tạo bảo vệ/

tái cấu hình

Lập thời gian biểuThay thếKhởi tạo bảo trì

mạngKhởi tạo kĩ thuật lưu lượng (ví dụ như do nghẽn)

Hình 2.6 Tái cấu hình trong mạng IP/WDM

Có ba thành phần chính trong cơ chế tái cấu hình: thiết kế mô hình, dịch chuyểnmô hình và tái cấu hình đường đi ngắn nhất Bộ phận tái cấu hình đường đi ngắn nhấtlại bao gồm ba khối nhỏ là quản lí giao diện, thuật toán định tuyến đường đi ngắn nhấtvà giao thức báo hiệu Khối cơ chế tái cấu hình sẽ được khởi động khi đạt được cácđiều kiện khởi tạo nhất định.

2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng

Các mạng IP/WDM được dùng để phân phát lưu lượng IP Đo kiểm lưu lượngmạng đạt được thông qua việc giám sát IP và các cơ chế thu thập là thiết yếu cho côngviệc của kĩ thuật lưu lượng Độ chính xác của các phép đo ảnh hưởng trực tiếp lên hiệunăng công việc vì các kết quả đo đó cung cấp thông tin đầu vào mô tả các điều kiệnmạng động Trong một vòng kín đóng, liên tục, các phép đo lưu lượng mạng có thểkhởi tạo thuật toán tái cấu hình cũng như đánh giá tác động của sự tái cấu hình.

Các số liệu thống kê cần phải thu thập phụ thuộc vào các mục tiêu tối ưu hoá vàthuật toán tìm kiếm thông tin được sử dụng Ví dụ như, số lượng lưu lượng là rất quantrọng khi mục tiêu tối ưu hoá là thông lượng toàn cục; trễ một hướng giữa một cặpnode cho trước là quan trọng khi trễ giữa cặp node đó là mục tiêu tối thiểu hoá.

Tuỳ thuộc vào các mục tiêu kĩ thuật lưu lượng, đo đạc lưu lượng và thống kê tảisẽ phải có khả năng lựa chọn mềm dẻo các phân mảnh trong một tổng thể, lấy mẫu và

đo đạc Phân mảnh tổng thể liên quan tới phần các đầu cuối trong dòng lưu lượng đượcgiám sát Lấy mẫu hạt yêu cầu một lưu lượng lớn cần phải giám sát và việc xử lí côngsuất các thiết bị Đo kiểm hạt xác định khoảng thời gian mà trong đó lưu lượng dữ liệuđược tính trung bình Lựa chọn hợp lí trong số các hạt trên cho phép điều khiển chi phívận hành kĩ thuật lưu lượng Cùng với các thống kê có sẵn trong các SNMP MIB, tậphợp thời gian dài của các kết quả thống kê và phân tích chúng cũng rất quan trọngtrong việc xác định một mô hình mới Các yếu tố quyết định trong các phân tích trên làdữ liệu lưu lượng tổng tại tầng IP đi vào ma trận và việc dự đoán nhu cầu lưu lượngtrong tương lai gần.

Giám sát lưu lượng và thu thập các kết quả thống kê không phải là một công việcđơn giản vì lưu lượng là cực lớn và dung lượng của các đường trung kế Internet hiệnđại là rất lớn Nếu không được quan tâm một cách cẩn thận, nó có thể làm giảm đángkể hiệu năng mạng Hơn nữa, các ước lượng ma trận lưu lượng có thể không có sẵnđối với hầu hết các thiết bị định tuyến hiện có trên thị trường; trong khi các tải tuyếnnối là có sẵn nhưng nó lại không chứa đủ thông tin để ước lượng một ma trận chấpnhận được

Giám sát lưu lượng bao gồm các nguyên tắc sau: Sử dụng các ma trận tiêu chuẩn

 Đánh giá các đặc tính đơn hướng

 Sử dụng các thiết bị chuyên dụng cho các phép đo chính xác cao Đo liên tục

 Cung cấp dữ liệu hiệu năng dài hạn

 Cung cấp truy nhập thời gian thực tới dữ liệu hiệu năng Cung cấp các phép đo từ đầu cuối tới đầu cuối

 Các phương pháp và công cụ giám sát lưu lượng

Khả năng giám sát lưu lượng có thể được triển khai tại mức gói hoặc mức mạng.Dưới đây là một số các công cụ phần mềm đã có trên thị trường cho phép giám sát lưulượng.

Giám sát mức gói tin: phương pháp này đòi hòi phải giám sát tất cả các gói tin,

ví dụ như là tại nguồn gói tin Đặc biệt, mào đầu gói tin có thể được kiểm tra và cácthông tin liên quan có thể được trích ra từ mào đầu Hai công cụ phần mềm phổ biếncho việc giám sát ở mức gói tin là:

 ‘tcpdump’

Công cụ này sẽ in ra tất cả các mào đầu của các gói tin trong giao diện mạngthoả mãn biểu thức boolean Nó cũng có thể chạy trong chế độ cờ ‘w’, khi đó

nó sẽ lưu dữ liệu gói tin vào một tập tin để có thể phân tích sau này và/hoặcchạy với cờ ‘b’, khi đó nó sẽ đọc nội dung từ một tập tin đã được lưu thay vìđọc các gói tin trong giao diện mạng Trong tất cả các trường hợp, chỉ có cácgói tin thoả mãn biểu thức mới được xử lí

‘tcpdump’ cũng có cờ ‘c’ Nếu không có cờ này, nó sẽ tiếp tục bắt giữ các góitin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT hoặc SIGTERM Khi có cờ ‘c’,nó sẽ bắt giữ các gói tin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT hoặcSIGTERM hoặc một số lượng gói tin nhất định đã được xử lí Cuối cùng, nósẽ báo cáo số lượng gói tin đã qua bộ đệm và số lượng các gói tin phù hợp vớibộ lọc nghĩa là các gói tin phù hợp với biểu thức lựa chọn

 ‘libcap’

Đây là thư viện mà có thể được sử dụng để bắt giữ các gói tin xuất phát từcard mạng một cách trực tiếp Nó cung cấp các truy nhập không phụ thuộcvào hình thức triển khai tới các tiện ích bắt giữ gói tin cơ sở và tiện ích nàyđược cung cấp bởi các hệ điều hành Ứng dụng của ‘libcap’ có các định dạngcơ bản sau:

 Chỉ định giao diện cần đo đạc.

 Khởi tạo ‘libcap’ Libcap có thể hoạt động như một đa thiết bị Mỗiphép đo được nhận dạng bởi một bộ miêu tả lọc (hay còn gọi là nhậndạng phiên).

 Xác định tập các quy tắc để chỉ rõ loại lưu lượng nào muốn tìm kiếm,liên kết các quy tắc này lại và áp dụng chúng cho phiên.

 Thực hiện lặp sơ cấp để tiến hành đo. Đóng phiên hay bộ miêu tả lọc.

Giám sát mức mạng: phương pháp này giám sát các hoạt động ở mức mạng ví

dụ như tắc nghẽn mạng và các thắt cổ chai hiệu năng Giám sát mức mạng có thể đượcthực hiện theo ba cách: đo tích cực, đo thụ động và giám sát điều khiển Phương phápđo tích cực sẽ thực hiện gửi dữ liệu qua mạng và quan sát kết quả Trong khi đóphương pháp đo thụ động sẽ chèn một máy dò vào tuyến nối giữa các node trong mạngvà sẽ tổng kết và ghi lại các thông tin về dòng lưu lượng trên tuyến nối đó Phươngpháp giám sát điều khiển sẽ bắt giữ và phân tích thông tin điều khiển mạng chẳng hạnnhư thông tin định tuyến và quản lí mạng.

Đặc biệt, giám sát mức mạng có thể thực hiện nhờ việc sử dụng các công cụ dựatrên Ping, dò đường, SNMP, và các thiết bị giám sát mạng Ví dụ như, có thể sử dụngPing để đo thời gian phản hồi tiến trình, tỉ lệ tổn thất gói, sự biến thiên của thời gian

phản hồi và sự thiếu khả năng phản ứng (nghĩa là không có phản ứng cho một loạt cáclệnh Ping):

 Các công cụ dựa trên Ping: các công cụ này sử dụng các phép đo và phân

tích liên quan tới lệnh Ping được gọi là PingER Các công cụ này có thểthu thập các kết quả đo tích cực nhờ các bản tin ICMP (tiếng vọng yêucầu/phản hồi) Các công cụ này gồm có ba phần:

 Khối giám sát vị trí: Khối này được cài đặt và cấu hình ở tại vị trí cần

giám sát Dữ liệu Ping thu thập được sẽ luôn sẵn sàng cho các máychủ nhờ HTTP Cũng có các công cụ PingER có khả năng giám sát vịtrí mà cung cấp các phân tích trong thời gian gần và báo cáo các dữliệu mà nó có trong các bộ nhớ cache cục bộ.

 Khối giám sát vị trí ở xa: Khối này được cài đặt tại máy chủ ở xa thụ

động Nó gắn với ít nhất một vị trí giám sát cụ thể.

 Khối nhận và phân tích vị trí: Khối này có thể được đặt ở một vị trí

duy nhất hoặc thậm chí một máy chủ dành riêng hoặc cũng có thểđược đặt tách riêng nhau Vị trí lưu trữ sẽ thu thập thông tin nhờ sửdụng HTTP từ các vị trí giám sát theo chu kì thời gian nhất định Nócung cấp các dữ liệu thu thập được cho các vị trí phân tích, và sau đócung cấp các bản báo cáo đang có thông qua Web.

 Dò đường: công cụ này in ra tất cả các hop trung gian giữa một cặp

node nguồn và node đích và đo thời gian hành trình giữa node nguồnđó và mỗi hop Dò đường sử dụng trường IPv4 TTL hoặc trường IPv6hop limit và hai bản tin ICMP (nghĩa là ‘thời gian trội khi truyền dẫn’và ‘cổng không thể tiếp cận’) Nó bắt đầu gửi một bản tin UDP tớiđích với một TTL (hay là hop limit) bằng 1 Điều này sẽ bắt bộ địnhtuyến ở hop đầu tiên sẽ trả lại một ICMP có ‘thời gian trội trongtruyền dẫn’ mang giá trị lỗi Nó tiếp tục gửi một bản tin UDP tới nodeđích nhưng có giá trị TTL tăng dần 1 đơn vị Cuối cùng, node đích sẽnhận được bản tin UDP thăm dò và trả lại một ICMP ‘cổng không tiếpcận được’ khi bản tin UDP đó được đánh địa chỉ tới một cổng khôngsử dụng Trong thiết lập mặc định, nó sẽ gửi ba bản tin UDP thăm dòcho mỗt thiết lập TTL Do đó thời gian hành trình cho mỗi hop có thểđược ước lượng bằng trung bình cộng của ba khoảng thời gian đượcđo đó

 SNMP: có thể sử dụng SNMP để thu thập các phép đo cục bộ từ các

bộ định tuyến IP.

 Các phép đo tuyến nối thụ động: Xu hướng này đòi hỏi các thiết bị

mạng đặc biệt như là các bộ phân tích giao thức hay OCX-mon Mộtgiám sát OXC-mon là một PC bảng rãnh chạy trên hệ điều hành Linuxhoặc FreeBSD Cùng với các linh kiện cho PC (400 MHz PII, 128Mbytes RAM, 6-Gbyte SCSI disk), nó còn được cài đặt hai card đo vàmột bộ chia quang được sử dụng để kết nối bộ giám sát tới một tuyếnnối quang OC-3 (155 Mb/s) hoặc OC-12 (622 Mb/s).

Định nghĩa dòng lưu lượng

Thuật ngữ “dòng” đã được sử dụng rất rộng rãi nhưng với rất nhiều định nghĩakhác nhau chẳng hạn như trong giám sát QoS, định tuyến QoS, chuyển tiếp gói Mộtđịnh nghĩa chung cho một ‘dòng lưu lượng’ trong kĩ thuật lưu lượng là rất quan trọngđối với tập hợp dữ liệu và đối với việc sử dụng các kết quả thống kê lưu lượng đượcthu thập bởi các lược đồ thu thập lưu lượng của các nhà sử dụng dịch vụ khác nhau.Sau đây là định nghĩa ‘dòng’ cho đo lưu lượng:

 Tính hướng: Dòng có thể là đơn hướng hoặc song hướng Với các dòng

đơn hướng, lưu lượng từ A tới B và từ B tới A được coi là các dòng lưulượng khác nhau trong khi thu thập và phân tích Dữ liệu song hướng cungcấp các đặc điểm bên trong của các giao thức bao gồm cả các vấn đề cóthể rất rõ ràng trong các mạng đường trục nhưng lại khó nhận ra hơn tạicác đầu cuối Rõ ràng là dữ liệu song hướng là phức tạp và làm tăng độphức tạp đối với các thuật toán kĩ thuật lưu lượng Để cho đơn giản, giảthiết rằng các dòng song hướng không có sự khác biệt so với trường hợphai dòng đơn hướng của cùng một cặp node Ví dụ như, độ lớn lưu lượnghay độ tận dụng của một dòng song hướng là lớn hơn độ lớn lưu lượnghay độ tận dụng lớn hơn hai dòng đơn hướng Hay, dòng song hướng cóthể coi là bằng với một trong hai dòng đơn hướng đó Nếu như thế thì mộtdòng song hướng giữa hai cặp node được giả định là luôn luôn đối xứng. Các điểm cuối dòng: Điểm mấu chốt cho các chỉ định dòng là các điểm

cuối của dòng Chúng mô tả các thực thể truyền thông Các dòng có thểđược coi là lưu lượng giữa:

 Các ứng dụng: được nhận dạng bởi <ID giao thức, cổng nguồn, địa chỉIP nguồn, cổng đích, địa chỉ IP đích>.

 Các máy chủ: được nhận dạng bởi <địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích>. Các mạng: được nhận dạng bởi <tiền IP nguồn, tiền IP đích>.

 Lưu lượng chia sẻ một đường chung trên mạng: được nhận dạng bởi<giao diện bộ định tuyến lối vào, giao diện bộ định tuyến lối ra>. Tính phân mảnh dòng: Mỗi dòng gắn với một độ phân mảnh mà cơ sở của

nó là kích thước của dòng.

Tính phân mảnh mẫu hoá giám sát lưu lượng.

Sự hiệu quả của giám sát lưu lượng liên quan tới tính phân mảnh giám sát lưulượng Đặc tính này có thể được chỉ định trong thuật ngữ tính phân mảnh mẫu hoá vàtính phân mảnh đo đạc Khi giám sát một mạng, tồn tại một sự thoả hiệp giữa độ chínhxác của việc giám sát và phần mào đầu được giới thiệu.

Có hai xu hướng giám sát lưu lượng trong một mạng Việc giám sát có thể chínhlà một phần trong các chức năng của phần tử mạng được giám sát, hoặc việc giám sátđược thực hiện bởi một thiết bị dành riêng Dù trong trường hợp nào thì công suất xử lícho phép cũng có thể không đủ để thực hiện toàn bộ nhiệm vụ giám sát Thay vào đó,việc giám sát phải được thực hiện theo một phương thức mẫu hoá Nếu điều này xảyra, người ta có thể cần các luật để điều khiển việc mẫu hoá chẳng hạn như: “Độ lớn lưulượng cơ sở có thể được ước lượng từ các mẫu thu thập được tại một tốc độ nhỏ„

Trong khi một số thiết bị đo hoặc phần cứng chuyển mạch/định tuyến đầu cuốitốc độ cao có khả năng liên tục giám sát các dòng lưu lượng thì các ứng dụng chẳnghạn như lập kế hoạch dung lượng, lại không cần mức độ chi tiết như thế Trong miềnNSFNET, viện truyền thông ANS đã thực hiện các thực nghiệm trong việc mẫu hoávới độ phân mảnh là 1 trong 50 gói tin, 1 trong 100 gói tin và 1 trong 1000 gói tin Đểdùng cho việc lập kế hoạch dung lượng thì họ phát hiện ra rằng mẫu hoá với tốc độ 1trong N gói tin là chấp nhận được với giá trị N có độ lớn trung bình Nhưng tốc độmẫu hoá cỡ 1 trong 1000 gói tin lại bị cho là quá lớn để có thể tin cậy cho việc lập kếhoạch dung lượng Giá trị N là bao nhiêu là phù hợp cho tái cấu hình mức mạng hayvề bản chất chính là việc lập kế hoạch dung lượng trong các mạng IP ngày nay cần cácnghiên cứu bổ sung Trong khi với giá trị khoảng vài trăm hoặc nhỏ hơn là một lựachọn ban đầu tốt thì tốt hơn hết là tính phân mảnh mẫu hoá có thể thay đổi bởi ngườidùng Đây là một đặc tính quan trọng, có khả năng thay đổi để thoả mãn các yêu cầuvề độ chính xác đo, các đặc tính lưu lượng và công suất xử lí Việc mẫu hoá dựa trênthời gian ngắt là không được khuyến khích vì các kết quả không phản ánh một cách antoàn đặc tính bùng nổ của lưu lượng.

Khi tái cấu hình mức mạng là hướng hiệu năng (chẳng hạn như tối thiểu hoá trễđầu cuối tới đầu cuối) thì các phép đo liên quan đòi hỏi gán nhãn thời gian truyền

dẫn/thời gian đến cho gói tin một cách chính xác Các lựa chọn phân mảnh mẫu hoá đểđáp ứng các yêu cầu này bao gồm:

 Chọn 1 trong N, trong đó một gói tin ngẫu nhiên không nằm trong N góitin kế tiếp sẽ được chọn Điều này làm giảm sự thiên vị xuất hiện trong dữliệu qua quá trình mẫu hoá.

 Chọn các gói tin liên tiếp nhau để nghiên cứu thời gian đến ở giữa và đểphân tích thời gian đến của các gói tin.

 Lựa chọn tất cả các gói tin từ một dòng duy nhất (dòng này được xác địnhtừ một tầng trên tương ứng).

Mặc dù cần các nghiên cứu sâu hơn liên quan tới tốc độ mẫu hoá chấp nhận đượcvà các khoảng ngắt tin tưởng được cho các yêu cầu ứng dụng cụ thể nhưng tới nay mộtđiều rõ ràng là hai đặc tính của giám sát lưu lượng cho mục đích tái cấu hình mứcmạng là:

 Tốc độ mẫu hoá có thể cấu hình được  Xử lí dữ liệu không trực tuyến

Tính phân mảnh đo và ma trận lưu lượng

Cùng với tính phân mảnh mẫu hoá, còn có vấn đề về tính phân mảnh đo Mụcđích của giám sát là một ma trận lưu lượng mạng mà nhờ đó có thể dự đoán được nhucầu lưu lượng cho tương lai gần Một dòng IP dành cho mục đích tái cấu hình mứcmạng bao gồm dòng lưu lượng đến một bộ định tuyến biên được định tuyến tới một bộđịnh tuyến biên khác Dòng có đặc trưng là vết thời gian của các byte/giây đến dòngđó Các cơ chế để nhận được vết thời gian của một dòng lưu lượng sẽ được trình bày ởphần dưới đây Vết thời gian của dòng lưu lượng có thể bao gồm tốc độ byte trungbình trong dòng lưu lượng trên một khoảng thời gian cho trước.

Thông số đo chính cần quan tâm cho tái cấu hình mức mạng là ma trận độ lớnlưu lượng giữa các bộ định tuyến biên trong mạng IP/WDM Như vậy việc cần làm làxác định VTP (i,j) Nó biểu diễn độ lớn lưu lượng loại P đang di chuyển từ bộ địnhtuyến biên i tới bộ định tuyến biên j trong một khoảng thời gian trung bình T Do vậy,các phép đo này cung cấp một vết thời gian của độ lớn lưu lượng giữa một cặp bộ địnhtuyến biên cho mỗi kiểu lưu lượng T là thông số phân mảnh đo Nó biểu diễn sự phântích thời gian của các vết lưu lượng Cho trước VTP (i,j), mô hình mạng IP, và thuậttoán định tuyến được sử dụng, độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi tuyến nối IP trongmột khoảng thời gian có thể hoàn toàn được xác định.

Chẳng hạn như, dòng lưu lượng có thể được biểu diễn bởi một vết thời gian baogồm trung bình trong 5 phút số byte/giây quan sát được trên dòng Phân mảnh thời