Luận án thạc sỹ: Cơ chế khắc phục lỗi kênh khi kết nối Multicast trong mạng MPLS

B GIÁO DC VÀ ÀO TO TNG CÔNG TY BU CHÍNH VIN THÔNG VIT NAM HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG ------------------------------------------------- NGUYN VIT CNG C CH KHC PHC LI KÊNH KHI KT NI MULTICAST TRONG MNG MPLS Chuyên ngành: Mã s: . LUN ÁN THC S NGI HNG DN KHOA HC: TS. NGUYN KIM LAN Hà ni 07-2003 --ii-- TÓM TT Li kênh là mt trong nhng nguyên nhân ch yu gây ra hin tng gián đon dch v trong mng vin thông. Khi mt kênh trong mng b li thì tt c các dch v truyn thông s dng kênh li đó s b gián đon tm thi. Phng pháp thng đc s dng đ hn ch hu qu ca li phn cng trong mng là đnh tuyn li lu lng đang truyn trên kênh li sang kênh khác. Khi đc thc hin ti các lp thp thì vic đnh tuyn li din ra nhanh tuy nhiên nó đòi hi phi đu t b sung phn cng d phòng. Vic đnh tuyn li cng có th đc thc hin ti các lp cao hn da trên c ch điu khin phn mm, tuy nhiên gii pháp này chm. Hn na hu ht các c ch đnh tuyn li không đc ti u cho các ng dng kt ni Multicast chng hn nh hi ngh t xa trong đó mt phía gi phi gi thông tin cho nhiu phía nhn. Internet là mng chuyn mch gói Datagram trong đó d liu đc ti trong các gói tin IP. Gn đây chuyn mch nhãn đa giao thc (MPLS) đc đa vào s dng đ ti các gói IP trên các kênh o, MPLS đã kt hp đc các u đim ca chuyn mch gói Datagram và chuyn mch kênh o. Trong lun vn này, chúng tôi đi vào nghiên cu gii pháp bo v các kt ni Multicast trong mng MPLS khi xy ra hin tng li kênh. Lun vn cng đa ra thut toán la chn kênh d phòng trong mt cây đnh tuyn Multicast đang ti lu lng Multicast. Tuyn d phòng phi chn sao cho s lng nút nhn b tách ri khi mt kt ni Multicast là nh nht khi mt kênh trong cây b li. Lun vn cng đa ra thut toán đnh tuyn li nhanh đi vi kt ni Multicast trong mng MPLS, đây là mt c ch mng MPLS s dng đ đnh tuyn li lung lu lng sang tuyn d phòng khi có li mt kênh trong kt ni Multicast. --iii-- MC LC DANH SÁCH HÌNH V V DANH SÁCH BNG . VII T VIT TT VIII CHNG I. GII THIU . 1 I.1. Các công ngh chuyn mch 2 I.1.1. Chuyn mch kênh . 2 I.1.2. Chuyn mch gói Datagram 4 I.1.3. Chuyn mch gói kênh o 5 I.1.4. MPLS . 8 I.2. Multicast 13 I.2.1. Cu trúc cây đnh tuyn Multicast .14 I.2.2. Multicast trong mng IP 16 I.2.3. Multicast trên nn ATM . 18 I.2.4. Multicast trên nn MPLS . 19 I.3. óng góp ca lun vn . 20 CHNG II. TÍNH “ÀN HI” VÀ BO V TRONG MNG . 23 II.1. Tng quan v đnh tuyn li .24 II.2. Bo v ti lp MAC và lp vt lý - vòng Ring t hi phc 26 II.3. Bo v ti lp mng . 29 II.4. nh tuyn li nhanh kt ni Unicast trong mng MPLS 30 II.5. Hi phc khi li kt ni Multicast 32 CHNG III. THUT TOÁN SA LI CÂY NH TUYN MULTICAST .35 III.1. Mô hình hoá vn đ . 36 III.2. Cc đi đ “đàn hi” ca cây vi mt đng d phòng 44 III.2.1. Thut toán chính . 44 III.2.2. Phiên bn m rng 48 III.3. Tính toán các đi lng 51 CHNG IV. INH TUYN LI NHANH MPLS MULTICAST 54 IV.1. Tng quan 54 IV.2. Phát hin li kênh và hi phc . 58 --iv-- IV.3. Thông báo li và hi phc .62 IV.4. Switchover và Switchback 64 CHNG V. TRIN KHAI NH TUYN MULTICAST TRONG MPLS . 69 V.1. Multicast MPLS-Linux 69 V.1.1. Trin khai MPLS-Linux Unicast 69 V.1.2. Trin khai MPLS-Linux Multicast 74 V.1.3. Giao din lp trình ng dng (API) qun lý FIB .77 V.2. Giao thc MulTreeLDP 79 V.2.1. nh tuyn hin Multicast 81 V.2.2. Phát hin kênh li và kênh phc hi 87 V.2.3. Thông báo kênh li và kênh hi phc . 87 V.2.4. Switchover và switchback 90 CHNG VI. TH NGHIM .92 CHNG VII. KT LUN 93 VII.1. Các đóng góp ca lun vn . 94 VII.2. nh hng nghiên cu trong tng lai 95 --v-- DANH SÁCH HÌNH V Hình I-1. c đim chuyn mch kênh 2 Hình I-2. c đim chuyn mch gói Datagram . 5 Hình I-3. c đim chuyn mch gói kênh o . 6 Hình I-4. V trí ca ngn xp mào đu MPLS . 8 Hình I-5. Chuyn tip các gói tin MPLS . 9 Hình I-6. Xp chng các min MPLS 11 Hình I-7. Các ch đ phân phi nhãn trên Downstream 12 Hình I-8. Thc hin kt ni Multicast thông qua các kt ni Unicast .13 Hình I-9. Cây đng ngn nht. 15 Hình I-10. Cây nút c s 16 Hình I-11. ng d phòng đnh trc trong cây đnh tuyn Multicast .16 Hình I-12. Cây đnh tuyn MPLS Multicast 22 Hình II-1. Khái nim đnh tuyn li . 25 Hình II-2. Vòng Ring chuyn mch mt hng (UPSR) . 27 Hình II-3. Vòng Ring chuyn mch hai hng (BLSR) 28 Hình II-4. Chuyn mch bo v thông minh trong RPR 29 Hình II-5. C ch đnh tuyn li nhanh MPLS Unicast . 32 Hình III-1. Mng và mô hình nhóm Multicast . 35 Hình III-2. Trng s tc đ li kênh 38 Hình III-3. Bo v cây đnh tuyn bng mt đng d phòng khi li mt kênh .41 Hình III-4 Giá tr w, tdrop và adrop ca các kênh ca mt cây . 42 Hình III-5. Chng minh thut toán 47 Hình III-6. S thay đi cu trúc cây khi mt nút “lá” ri b hoc gia nhp nhóm . 48 Hình III-7. Tính đi lng R d (A;B) 52 Hình IV-1. Ví d đng chuyn mch nhãn (LSP) Multicast. 56 Hình IV-2. nh tuyn li nhanh MPLS Multicast 57 Hình IV-3. C ch phát hin li kênh 60 Hình IV-4. Hám mt đ xác sut ca thi gian phát hin kênh li 60 --vi-- Hình IV-5. C ch phát hin kênh đc sa 61 Hình IV-6. Hàm mt đ xác sut ca thi gian phát hin kênh đc sa 62 Hình IV-7. C ch thông báo kênh li . 63 Hình IV-8. “ánh x” nhãn d phòng .65 Hình IV-9. ng truyn gói do J gi đi sau khi Switchover . 66 Hình IV-10. Nhn lp li gói tin trong quá trình Switchback 68 Hình V-1. X lý gói tin ti lp MPLS trong MPLS-Linux Unicast . 71 Hình V-2. X lý gói tin ti lp MPLS trong MPLS-Linux Multicast 72 Hình V-3. Chuyn tip hn hp L2/L3 77 Hình V-4. nh dng bn tin MulTreeLDP. 80 Hình V-5. Biu dim mt cây dng File và dng Cây tuyn hin TLV . 82 Hình V-6. Thông báo cây đnh tuyn Multicast . 84 Hình V-7 nh dng bn tin kim tra phát hin kênh li và kênh hi phc . 87 Hình V-8. Thông báo li và hi phc 90 Hình V-9 Sa đi bng chuyn tip ti mt PSL trong Switchback và Switchover .91 --vii-- DANH SÁCH BNG Bng V-1. Các lnh ca MPLS-Linux Unicast 70 Bng V-2. Thc hin các hot đng MPLS da trên các lnh ca MPLS-Linux. . 70 Bng V-3. Tng quan v hai lnh MPLS-Linux Multicast 74 Bng V-4. Trin khai các hot đng MPLS Multicast .75 Bng V-5. Các File /proc dng Text có liên quan đn MPLS FIB 77 Bng V-6. Hàm Netlink và C API tng ng đ to lut chuyn tip MPLS 78 Bng V-7. Các API thao tác vi FIB. 79 --viii-- T VIT TT Vit tt Ting Anh Ting Vit AAL ATM Adaptation Layer Lp tng thích ATM AAL5 ATM Adaptation Layer Five Lp tng thích ATM loi 5 APS Automatic Protection Switching T đng chuyn mch bo v ARP Address Resolution Protocol Giao thc phân tích đa ch ATM Asynchronous Transfer Mode Ch đ chuyn giao không đng b BLSR Bidirectional Link-Switched Ring Vòng Ring chuyn mch hai hng bos bottom of stack Cui ngn xp BUS Broadcast and Unknown Server Máy ch truyn thông qung bá CBT Core Based Tree Cây nút c s CR-LDP Constraint Routing LDP nh tuyn cng bc LDP DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thc đnh tuyn Multicast vector khong cách FDDI Fiber Distributed Data Interface FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tn s FEC Forwarding Equivalence Class Lp chuyn tip tng đng FIB Forwarding Information Base C s d liu chuyn tip thông tin FTN FEC-to-NHLFE FEC ng vi NHLFE IGMP Internet Group Management Protocol Giao thc qun lý nhóm Internet ILM Incoming Label Map Chuyn đi nhãn vào IP Internet Protocol Giao thc Internet IPS Intelligent Protection Switching Chuyn mch bo v thông minh IPv4 IP version 4 IP phiên bn 4 IPv6 IP version 6 IP phiên bn 6 LAN Local Area Network Mng cc b LDP Label Distribution Protocol Giao thc phân phi nhãn LER Label Edge Router B đnh tuyn biên nhãn LSP Label Switched Path ng chuyn mch nhãn LSR Label Switching Router B đnh tuyn chuyn mch nhãn MAC Media Access Control iu khin truy nhp môi trng MARS Multicast Address Resolution Server Máy ch phân tích đa ch Multicast MCS Multicast Server model Mô hình máy ch Multicast mLSP Multicast Label Switched Path ng chuyn mch nhãn Multicast MOSPF Multicast extention to OSPF M rng Multicast cho OSPF MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyn mch nhãn đa giao thc MTBF Mean Time Between Failures Thi gian trung bình gia các li MulTreeLDP MULticast TREe rEpair Label Distribution Protocol Giao thc phân phi nhãn sa cây đnh tuyn Multicast --ix-- Vit tt Ting Anh Ting Vit NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Nhãn chuyn tip ti nút tip theo OSPF Open Shortest Path First ng ngn nht PIM-SM Protocol Independent Multicast-Sparse Mode PML Path Merging LSR LSR hp nht đng PSL Path Switching LSR LSR chuyn mch đng QoS Quality of Service Cht lng dch v RSVP ReSource ReserVation Protocol Giao thc d tr tài nguyên TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thi gian TLV Type-Length-Value ToS Type of Service Loi dch v TTL Time To Live Thi gian sng UDP User Data Protocol Giao thc trao đi d liu đi tng s dng UPSR Unidirectional Path-Switched Ring Vòng Ring chuyn mch mt hng VC Virtual Circuits Kênh o VCI Virtual Circuit Identifier Nhn dng kênh o VPI Virtual Path Identifier Nhn dng đng o --1-- Chng I. Gii thiu c đim chính ca mng chuyn mch là vào phng thc truyn d liu. Trong mng chuyn mch ra đi sm nht, lung bit thông tin đc truyn liên tc trên kênh vt lý và đc gi là chuyn mch kênh, nó phù hp đ truyn tín hiu thoi hoc d liu thi gian thc kt ni đim - đim (truyn thông Unicast). Tuy nhiên nu có li mt kênh vt lý trong mng chuyn mch kênh s dn đn gián đon toàn b các dch v truyn thông đc ti trên kênh li. Mng chuyn mch gói Datagram (ví d nh mng Internet) đã khc phc đc hn ch này bng cách chia d liu thành các phn nh hn và truyn đi trong các gói tin. Trong mng chuyn mch gói Datagram, hai gói tin liên tc t mt ngun tin đc mng x lý đc lp vi nhau. Khi mt kênh li thì các gói tin trc đó đc gi trên kênh li s đc đnh tuyn li tránh kênh li và do vy truyn thông không b gián đon. Mng chuyn mch gói Datagram có tính “đàn hi” (là kh nng duy trì cung cp dch v trong trng hp li kênh) đi vi li kênh vì các đi tng s dng không nhn bit đc hin tng li kênh. Tuy nhiên đc đim này li dn đn mt hn ch ca mng chuyn mch gói Datagram đó là rt khó qun lý lung d liu End-to-End. C ch chuyn mch gói kênh o đc s dng trong X.25, ATM và gn đây là MPLS đã k tha các u đim ca c chuyn mch kênh ln chuyn mch gói Datagram bng cách gi các gói tin trên các kênh o (VC) thay vì thành lung bit liên tc. Tuy nhiên chuyn mch gói kênh o cng tha hng nhc đim ca chuyn mch kênh là không có tính “đàn hi” đi vi hin tng li kênh. Hn na các công ngh đc phát trin đu chú trng vào vic tng kh nng “đàn hi” ca các truyn thông Unicast trên mng chuyn mch gói Datagram, chúng không áp dng đc vi các truyn thông Multicast trong đó mt hay nhiu phía gi truyn thông tin cho mt hay nhiu phía nhn. Lun vn này đa ra mt gii pháp nhm mc đích tng kh nng “đàn hi” ca các truyn thông Multicast trong mng chuyn mch gói kênh o. [...]... gi m i 1 C ch ny n v Gúi tin s b lo i b khi tr c s d ng ng n x y ra hi n t ng TTL cú giỏ tr b ng 0 ng truy n vũng vụ t n cỏc gúi tin 11 trong m ng trong tr mo u MPLS ng h p l i khi t o kờnh o C u trỳc v v trớ 4 tr ng trong c th hi n trờn Hỡnh I-4 Hỡnh I-6 X p ch ng cỏc mi n MPLS i m quan tr ng nh t khi s d ng FEC trong MPLS ú l kh n ng phõn lo i v t p h p trong k thu t l u l ng T t c cỏc gúi tin... Multicast c tri n khai trờn n n ATM u d a trờn cỏc kờnh o Unicast v vỡ v y khụng h tr truy n thụng Multicast m t cỏch cú hi u qu I.2.4 Multicast trờn n n MPLS M c dự ngay t u khi thi t k , MPLS ó h tr k t n i Multicast, tuy nhiờn MPLS Multicast v n khụng c c chỳ ý nhi u v cho n hi n nay nú v n ang d ng b xu t [56] [71] L ul ng Multicast v Unicast yờu c u cỏc x lý khỏc nhau t i cỏc b Ch ng h n nh trong. .. Ch ng h n nh trong m ng IP, cỏc gúi tin Multicast a ch Multicast nh nh d a trờn kho ng i v i MPLS, cỏc gúi tin Unicast v Multicast mó khỏc nhau trong mo MPLS xỏc c xỏc c n u l p liờn k t d li u [61] Vỡ v y cỏc b c gúi tin ú thu c lu ng l u l nh tuy n nh lo i nh tuy n ng Unicast hay Multicast V c b n MPLS Multicast khỏc v i ATM Multicast Th nh t cỏc b nh tuy n MPLS khụng c n thi t ph i th c hi n vi c... d ng b o nh tuy n Multicast khi cỏc kờnh khỏc nhau b l i Hỡnh I-10 Cõy nỳt c s I.2.2 Multicast trong m ng IP Truy n thụng Multicast trong m ng IP ó kho ng a ch IP (t t c cỏc d ng th p phõn l cỏc a ch t 224.0.0.0 truy n thụng Multicast Multicast it a ch b t c nghiờn c u t n m 1988 [21] v m t u b ng 4 bit 1110 ho c bi u di n d n 239.255.255.255) ng v i m t nhúm Multicast s a ch IP Multicast ch i c c... Th hai l cỏc b nh tuy n MPLS ch y u d a trờn cỏc b ch nhõn b n gúi tin s d ng trong cỏc b nh tuy n IP m r ng h tr MPLS C nh tuy n IP h tr IP Multicast c ng 20 cú th c s d ng nhõn b n gúi tin MPLS Cỏc b i m r nhỏnh c a cõy nh tuy n Multicast s nhõn b n gúi tin v g i chỳng trờn cỏc kờnh ra M i b n c a gúi tin MPLS Multicast khi chỳng th i sau ú cg i nb c nhõn b n, n nh tuy n MPLS khỏc) v m t b n khỏc... kờnh o (vớ d nh MPLS) yờu c u ph i cú cỏc c ch k thu t l u l ng tớnh toỏn ng d 21 phũng v th c hi n h i nhanh cõy nh tuy n l i khi kờnh l i Lu n b n ny gi i quy t v n ph c nh tuy n Multicast sau khi x y ra l i kờnh Xột m t m ng MPLS trong ú ó thi t l p m t cõy th hi n trờn Hỡnh I-12 M ng MPLS nh n l u l n i v i cỏc b nh tuy n Multicast nh c ng t cỏc mỏy ch Multicast k t nh tuy n MPLS ho c t cỏc m... nh tuy n MPLS Multicast nh tuy n l i nhanh MPLS Multicast l s nh tuy n l i nhanh MPLS [34] (ch h tr k t n i Unicast) Chỳng c i m c ng nh ph ng th c th c hi n c ch MPLS Multicast v cỏc m r ng c n thi t ch nh tuy n l i nh tuy n l i nhanh nh tuy n l i nhanh i v i giao th c bỏo hi u nú h tr c 22 Mạ ng LAN Mạ ng WAN Kê nh của cây Multicast Kê nh truy nhập Mạ ng MPLS Cá c kê nh khá c Bộ đị tuyế MPLS nh... cỏc kờnh M c dự IP Multicast ó c nhõn b n tr c khi chỳng c xõy d ng v chu n hoỏ, tuy nhiờn nú khụng c c tri n khai r ng rói trong m ng Internet [26], nguyờn nhõn chớnh l do kh n ng m r ng 18 c a giao th c nh tuy n Multicast ang c s d ng Trong hai m c ti p theo l I.2.3 v I.2.4 s trỡnh by vi c h tr truy n thụng Multicast trong cỏc cụng ngh chuy n m ch kờnh o (VC) l ATM v MPLS I.2.3 Multicast trờn n n... nỳt c s cú th l b t c nỳt no trong m ng Giao th c bỏo hi u thi t l p ho c hu b m t LSP Multicast theo m t trong hai ph MPLS cú th d a trờn m t giao th c ng th c l Online ho c Offline nh tuy n IP Multicast xõy d ng cõy tuy n m t cỏch Online r i sau ú t o LSP Multicast phự h p v i cõy Multicast M t ph nh tuy n IP ng ỏn khỏc ú l s d ng m t mỏy ch dnh riờng thi t l p LSP MPLS Multicast m t cỏch Online Mỏy... h p t t c cỏc mo u trong m t gúi tin x p mo c g i l m t ng n x p MPLS Hỡnh I-4 bi u di n m t ng n u MPLS v v trớ c a ng n x p MPLS trong mo u c a gúi tin C ch MPLS x lý cỏc nhón gi ng h t nh c ch x lý nh n d ng kờnh o c a cỏc cụng ngh chuy n m ch kờnh o khỏc Xột m t gúi tin IP g i t mỏy ch A n 9 mỏy ch B trờn Hỡnh I-5 Gúi tin B, khi t i b nh tuy n MPLS c g i chuy n ti p qua m ng MPLS gi a A v u tiờn . kt ni Multicast trong mng MPLS khi xy ra hin tng li kênh. Lun vn cng đa ra thut toán la chn kênh d phòng trong mt cây đnh tuyn Multicast. --ii-- TÓM TT Li kênh là mt trong nhng nguyên nhân ch yu gây ra hin tng gián đon dch v trong mng vin thông. Khi mt kênh trong mng b li