Ứng dụng kỹ thuật lưu lượng để nâng cao chất lượng hoạt động của mạng GMPLS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  NGUYỄN DƯỠNG ĐÔNG ỨNG DỤNG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG GMPLS Chuyên ngành: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN THỊ NGỌC LAN Hà Nội – Năm 2013 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN MỞ ĐẦU 10 1.1 Lý chọn đề tài 10 1.2 Mục đích nghiên cứu 10 1.3 Đối tượng nghiên cứu 11 1.4 Giới hạn đề tài 11 1.5 Phương pháp nghiên cứu 11 1.6 Nội dung 11 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MẠNG GMPLS 12 1.1 Giới thiệu công nghệ GMPLS 12 1.1.1 Lịch sử phát triển GMPLS 12 1.1.2 Ưu điểm GMPLS 13 1.1.2.1 Kỹ thuật lưu lượng 13 1.1.2.2 Điều khiển phân tán tích hợp đa lớp 14 1.1.2.3 Thực kỹ thuật lưu lượng đa lớp 14 1.2 Công nghệ chuyển mạch nhãn 15 1.3 Khái niệm hoạt động GMPLS 18 1.3.1 Khái niệm chung 18 1.3.2 Mặt phẳng liệu mặt phẳng điều khiển 25 1.3.3 Nhãn 27 1.3.4 Băng thông 29 1.3.5 Mạng truyền tải kết nối hai chiều 29 1.3.6 Truyền dẫn đa giao thức hệ thống phân cấp 30 1.4 Kết luận chương 31 CHƯƠNG CÁC GIAO THỨC TRONG MẠNG GMPLS 32 2.1 Giới thiệu mơ hình hoạt động mạng GMPLS 32 2.1.1 Mô hình ngang hàng 32 2.1.2 Mơ hình lớp phủ 33 2.2 Giao thức định tuyến 34 2.2.1 OSPF mở rộng 34 2.2.2 Quảng bá liên kết TE 36 2.3 Giao thức báo hiệu 40 2.3.1 RSVP-TE mở rộng 40 2.3.2 Yêu cầu nhãn tổng quát 41 2.3.3 Báo hiệu đường truyền hai chiều 45 2.3.4 Thiết lập nhãn 46 2.3.5 Cấu trúc tín hiệu 49 2.4 Giao thức quản lý liên kết 50 2.4.1 Các loại liên kết liệu 51 2.4.2 Các chức LMP 52 2.5 Kết luận chương 57 CHƯƠNG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG GMPLS 58 3.1 Tổng quan 58 3.2 Tô pô mạng ảo điều khiển phân tán 58 3.2.1 Thiết kế tô pô mạng ảo 58 3.2.2 Mạng điều khiển phân tán 60 3.2.2.1 Tô pô mạng ảo 60 3.2.2.2 Mục tiêu thiết kế tô pô mạng ảo 61 3.2.2.3 Tổng quan phương pháp cấu hình lại tơ pơ phân tán 63 3.2.2.4 Cơ chế điều khiển phân tán 64 3.2.2.5 Thuật tốn Heuristic tính toán VNT 65 3.2.3 Thiết kế giao thức 68 3.2.3.1 Cấu trúc GMPLS 68 3.2.3.2 Chuyển tiếp kề cận đường truyền mạng đa lớp 69 3.2.3.3 Khả chuyển mạch 69 3.2.3.4 Giao thức mở rộng 70 3.2.4 Đánh giá hiệu suất tô pô mạng ảo điều khiển phân tán 71 3.2.4.1 Hiệu thay đổi VNT động 71 3.2.4.2 Khả sử dụng 73 3.2.4.3 Thay đổi lưu lượng động 74 3.3 Mạng GMPLS đa lớp mở rộng 79 3.3.1 Giới hạn mở rộng mạng GMPLS 79 3.3.2 Mạng đám mây định tuyến phân cấp 82 3.3.2.1 Cấu trúc HCRN 82 3.3.2.2 Hệ thống tìm đường ngắn đa lớp 84 3.4 Mạng định tuyến bước sóng 85 3.4.1 Định tuyến gán bước sóng 85 3.4.2 Mạng chuyển đổi bước sóng động điều khiển phân tán DDWC 87 3.4.2.1 Mạng DDWC với sách RWA đơn giản 87 3.4.2.2 Lựa chọn định tuyến quang 88 3.4.2.3 Giao thức tín hiệu mở rộng RSVP-TE 89 3.5 Định tuyến MPLS quang 92 3.5.1 Mạng quang tích hợp IP 92 3.5.2 Router HIKARI 93 3.5.2.1 Các đặc điểm định tuyến HIKARI 95 3.5.2.2 Đặc điểm quản lý lớp quang 97 3.5.2.3 Sự thực giao thức tín hiệu MPλS 97 3.5.3 Cấu hình bảo vệ mạng quang 98 3.5.4 Biểu diễn định tuyến HIKARI 100 3.6 Kết luận chương 101 KẾT LUẬN 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 LỜI CAM ĐOAN Trong suốt trình học tập Viện Sau Đại Học – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, nhờ giúp đỡ hướng dẫn q thầy tơi tích luỹ số kiến thức tảng cho nghề nghiệp sau Thực luận văn tốt nghiệp giai đoạn hồn tất q trình học học viên Tơi xin cam đoan toàn nội dung đề cập luận văn “Ứng dụng kỹ thuật lưu lượng để nâng cao chất lượng hoạt động mạng GMPLS” viết dựa kết nghiên cứu hướng dẫn TS Trần Thị Ngọc Lan Mọi thông tin số liệu tham khảo trích dẫn dầy đủ nguồn sử dụng luật quyền quy định Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Với lịng tơn sư trọng đạo tri ân sâu sắc, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trần Thị Ngọc Lan, người tận tình hướng dẫn, góp ý, động viên suốt trình thực đề tài Với phương pháp làm việc khoa học, kinh nghiệm thực tiễn, cô truyền đạt cho lời khuyên quý báu để luận văn tốt nghiệp hoàn thành tốt đẹp Bên cạnh tơi xin chân thành biết ơn đến tất thầy ngồi trường nói chung thầy viện kỹ thuật truyền thơng nói riêng Cảm ơn tất bạn bè, người ln động viên, khuyến khích, giúp đỡ để luận văn hoàn thành tiến độ Trân trọng cảm ơn! Hà Nội – Năm 2013 Học Viên Nguyễn Dưỡng Đông DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt CR DCC DDWC FEC FIB FR GMPLS GMPLS-TE HCRN HDLC IETF IP IS-IS LAN LDP LFIB LSA LSP LSR MPLS MPLSCP MPLS-TE NE OLSP ONE Tiếng Anh Constraint-based Routing Data communication channel Distributedly controlled dynamic wavelength conversion Forwarding Equivalence Class Forwarding Infomation Base Frame Relay Generalized Multi-Protocol Label Switching GMPLS Traffic Engineering Hierarchical Cloud Router Network Tiếng Việt Định tuyến ràng buộc Kênh truyền thơng liệu Chuyển đổi bước sóng động điều khiển phân tán Lớp chuyển tiếp tương đương Cơ sở thông tin chuyển tiếp Chuyển tiếp khung Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát Kỹ thuật lưu lượng GMPLS Mạng định tuyến đám mây phân cấp High-Level Data Link Control Điều khiển liên kết liệu bậc cao Internet Engineering Task Force Nhóm tác vụ kỹ thuật internet Internet Protocol Giao thức internet Intermediate System to Hệ thống trung gian đến hệ Intermediate System thống trung gian Local Area Network Mạng cục Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn Link State Advertise Quảng bá trạng thái liên kết Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Control Protocol Giao thức điều khiển MPLS MPLS Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng MPLS Network Element Phần tử mạng Optical Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn quang Optical Network Element Phần tử mạng quang OSC OSPF OSPF Extension PPP QoS RFC RSVP Optical supervisory channel Open Shortest Path First Open Shortest Path First Extension RSVP-TE RSVP with Traffic Engineering RWA SC SDH SRLG Route And Wavelength Assignment Switching Capability Synchronous digital hierarchy Shared Risk Link Group SONET SPF TCP Synchronous Optical Network Shortest Path First Transmission Control Protocol TE TLV ToS UDP Traffic Engneering Type-Length-Value Type of Service User Datagram Protocol VC VCI VPI VNT VPN WAN WDM Virtual Circuit Virtual Circuit Identifier Virtual Path Identifier Virtual Network Topology Virtual Private Network Wide Area Network Wavelength Division Multiplexing WSRLG Weighted SRLG Point to Point Protocol Quality of Service Request For Comment Resource reSerVation Protocol Kênh giám sát quang Đường ngắn Đường ngắn mở rộng Giao thức điểm - điểm Chất lượng dịch vụ Yêu cầu ý kiến Giao thức giành trước tài nguyên Giao thức giành trước tài nguyên với kỹ thuật lưu lượng Gán định tuyến bước sóng Khả chuyển mạch Hệ thống phân cấp số đồng Nhóm liên kết hạn chia sẻ rủi ro Mạng quang đồng Đường ngắn Giao thức điều khiển truyền dẫn Kỹ thuật lưu lượng Kiểu-Chiều dài-Giá trị Kiểu dịch vụ Giao thức gói liệu người dùng Mạch ảo Nhận dạng mạch ảo Nhận dạng đường ảo Tô pô mạng ảo Mạng riêng ảo Mạng diện rộng Ghép kênh theo phân chia bước sóng Đồ thị có trọng số SRLG DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các loại G-PID…………………………………………… ………………43 Bảng 3.1 Đặc điểm router HIKARI………………………………………………96 ‘ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Khái niệm nhãn 18 Hình 1.2 Cấu trúc lớp mạng 20 Hình 1.3 Sự phân cấp LSP 20 Hình 1.4 Mối quan hệ khả chuyển mạch lớp 21 Hình 1.5 Mạng IP/MPLS 22 Hình 1.6 Mạng GMPLS lớp điều khiển phân tán 23 Hình 1.7 Mạng GMPLS điều khiển phân tán tích hợp đa lớp 23 Hình 1.8 Kỹ thuật lưu lượng đa lớp 24 Hình 1.9 Các giao thức GMPLS 24 Hình 1.10 Biểu diễn mặt phẳng điều khiển mạng 26 Hình 1.11 Sự phân cấp loại chuyển mạch 30 Hình 2.1 Mơ hình ngang hàng 32 Hình 2.2 Mơ hình lớp phủ 33 Hình 2.3 Nội dung kỹ thuật lưu lượng 35 Hình 2.4 Định dạng LSA opaque (RFC 2370) 37 Hình 2.5 Sub-TLV LSA opaque OSPF GMPLS 37 Hình 2.6 Thơng điệp đường thông điệp RESV 40 Hình 2.7 Định dạng đối tượng yêu cầu nhãn 42 Hình 2.8 Nhãn hướng lên 46 Hình 2.9 Thiết lập nhãn hướng lên 47 Hình 2.10 Sự phân cấp LSP 49 Hình 2.11 Các loại liên kết liệu 51 Hình 2.12 Giao thức quản lý liên kết (Link management protocol) 52 Hình 3.1 Kiến trúc nút lai (IEEE 2003) 60 Hình 3.2 Tơ pơ mạng ảo 61 Hình 3.3 Thủ tục cho thiết lập/ dỡ bỏ đường quang 64 Hình 3.4 Mạng đa lớp GMPLS 68 Hình 3.5 Ví dụ LSP quang định tuyến 70 Hình 3.6 Mơ hình mạng bao gồm 11 nút đơn giản 71 Hình 3.7 Chi phí mạng yêu cầu lưu lượng cặp SD (IEEE 2003) 72 Hình 3.8 Bậc ảo trung bình yêu cầu lưu lượng lưu bước sóng 73 Hình 3.9 Tải cho phép hàm số bước sóng cổng PSC 74 Hình 3.10 Hàm đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r , r ] = [0, 0.3] 75 Hình 3.11 Hàm đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r , r ] = [0.1, 0.2] 75 Hình 3.12 Hàm đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r , r ] = [0.125, 0.175] 76 Hình 3.13 Hàm đường quang thay đổi theo chuỗi thời gian [r , r ] = [0, 0.3] 76 Hình 3.14 Hàm tải LSP quang theo chuỗi thời gian [r , r ] = [0.1, 0.2] 77 Hình 3.15 Hàm tải LSP quang theo chuỗi thời gian [r , r ] = [0.125, 0.175] 77 Hình 3.16 Mối quan hệ ngưỡng tắc nghẽn số lượng LSPs quang 78 Hình 3.17 Mối quan hệ ngưỡng sử dụng không mức số lượng LSP quang 78 Hình 3.18 Khả chuyển mạch 79 Hình 3.19 Đường chuyển mạch nhãn phân cấp (LSP) 80 Hình 3.20 Đường chuyển mạch nhãn (LSP) chuyển tiếp kề cận (FA) LSP 81 Hình 3.21 Định tuyến đám mâyđa SC chi phí CR cục 82 Hình 3.22 Sơ đồ HCRN 83 Hình 3.23 Tính tốn chi phí CR cục 84 Hình 3.24 OXC với khả chuyển đổi bước sóng khác 86 Hình 3.25 Mạng chuyển đổi bước sóng động điều khiển phân tán 88 Hình 3.26 Các ví dụ sử dụng AND 90 Hình 3.27 Các ví dụ sử dụng ALL 91 Hình 3.28 Cấu hình chức router HIKARI (IEEE 2002) 94 Hình 3.29 Thủ tục khôi phục nhanh 99 Hình 3.30 Cấu hình trình bày định tuyến MPLS quang (IEEE 2002) 100 tạo nút Vì vậy, nút định để chuyển đổi λ3 λ4 thành λ1 cách sử dụng cơng cụ chuyển đổi bước sóng Lưu ý rằng, theo sách thích hợp đầu tiên, λ3 chọn  Hệ thống ALL Trong hệ thống AND, chuyển đổi bước sóng thực nút chuyển tiếp tập nhãn rỗng Mặt khác, hệ thống ALL, nút đích định chuyển đổi bước sóng nút chuyển tiếp thực sau xem xét nhãn có sẵn chuyển đổi bước sóng nút chuyển tiếp Đối với mục đích này, thơng điệp đường mang tất thơng tin tính khả dụng nhãn chuyển đổi bước sóng định tuyến lựa chọn thay thơng tin tập hợp, sử dụng hệ thống AND Hình 3.27 Các ví dụ sử dụng ALL Khi thơng điệp đường cố gắng thiết lập đường quang cặp nút nguồn/ chuyển tiếp mang tập hợp tất nhãn có sẵn cho tất liên kết TE định tuyến đường quang Các thiết lập nhãn gọi tập nhãn ALL Một nút đích nhận tập nhãn ALL định nhãn nên sử dụng đường quang Trong hệ thống ALL, nút đích có vài lựa chọn định nút nên thực chuyển đổi bước sóng 91 Ví dụ sử dụng hệ thống ALL thể hình 3.27 Thông điệp đường truyền mang tất thông tin lên bước sóng có sẵn liên kết chuyển đổi bước sóng định tuyến lựa chọn Một ví dụ cho thấy cơng cụ chuyển đổi bước sóng có sẵn nút khơng phải nút Trong ví dụ này, hệ thống AND thiết lập đường quang Điều nút khơng thể thực chuyển đổi bước sóng, cần thiết Mặt khác hệ thống ALL thiết lập đường quang chuyển đổi bước sóng có sẵn nút Vì vậy, hệ thống ALL cung cấp cải thiện hiệu suất chặn hệ thống AND với chi phí gia tăng chi phí truyền dẫn thơng tin chi phí thực thuật tốn lựa chọn bước sóng phức tạp nút đích 3.5 Định tuyến MPLS quang 3.5.1 Mạng quang tích hợp IP Trong năm gần số lượng lưu lượng liệu IP phát triển cách đáng kể Các định tuyến lớn chế điều khiển định tuyến linh hoạt yêu cầu để giúp giải phát triển công nghệ quang phải bắt kịp với xu hướng Từ góc nhìn điều khiển mạng, chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) cho thấy nhiều hứa hẹn to lớn giải pháp cho phát triển lưu lượng truy cập MPLS khởi tạo mặt phẳng điều khiển hệ thống dựa tế bào hay khung kiểu truyền dẫn không đồng (ATM), Frame Relay (FR), Ethernet giao thức điểm tới điểm/ điều khiển liên kết liệu bậc cao (Point-to-Point Protocol/ High-Level Data Link Control) viết tắt PPP/HDLC Một số đề xuất đưa liên quan đến khả điều khiển MPLS mạng quang như: chuyển mạch đa giao thức Lambda - Lambda Multiprotocol Switching (MPLambdaS MPλS) MPLS quang, MPLS mở rộng thành MPLS tổng quát (GMPLS) Để thu nguyên mẫu (prototype) MPλS, hai thay đổi yêu cầu MPλS MPLS: - Thay đổi mối quan hệ giá trị nhãn số bước sóng phải xác định Điều dẫn đến số nhãn sử dụng MPλS 92 MPLS hạn chế liên quan đến đặc điểm truyền dẫn ghép kênh theo bước sóng vật lý (WDM) Trong trường hợp MPλS có ánh xạ một-một bước sóng nhãn, số lượng nhãn bước sóng bị hạn chế công nghệ cho phép số lượng giới hạn bước sóng - Thay đổi thứ hai đường chuyển mạch nhãn quang (OLSP) phải liên kết với cặp đường chuyển mạch nhãn thơng thường (LSP) OLSP hai chiều ngược lại LSP chiều Những khác biệt ảnh hưởng nhiều đến giao thức điều khiển đường 3.5.2 Router HIKARI Bộ định tuyến Hikari không kết hợp khả chuyển mạch lambda (LSC) mà cịn có khả chuyển mạch gói (PSC) hộp định tuyến Thông thường hệ thống kết nối chéo quang thông minh (OXC) có khả chuyển mạch lambda khả chuyển mạch quang (FSC) Thông thường định tuyến MPLS có chức PSC Bộ định tuyến Hikari kết hợp hai chức LSC PSC, lợi cơng nghệ chuyển mạch gói cơng nghệ chuyển mạch vịng sử dụng với hệ thống quản lý định tuyến phù hợp Các định tuyến Hikari thiết lập mạng IP theo mạng quang với điều khiển phân tán Bằng cách giao tiếp với định tuyến khác, định tuyến Hikari điều khiển OLSP Theo khái niệm đường truyền bước sóng ảo (VWP), chuyển đổi bước sóng có sẵn mạng quang OLSP, có nhãn bước sóng cho phần Việc thiết lập mạng VWP gặp khó khăn, nhiên VWP thực lựa chọn nhãn nút linh hoạt để bù đắp cho số lượng nhãn Số lượng chuyển đổi tái tạo lại bước sóng yêu cầu giảm để tăng hiệu chi phí cho định tuyến Hikari Bộ định tuyến Hikari điều khiển đồng thời hai LSP OLSP LSP điều khiển PSC OLSP điều khiển LSC Các LSP kết nối liền mạch OLSP LSP tổng hợp OLSP Vì vậy, điều khiển quản lý OLSP lớp hệ thống phân cấp LSP Việc triển khai OLSP cải thiện thông lượng mạng cách tận dụng tác động xuyên cắt (cut93 through) Trong nhiều trường hợp, định tuyến Hikari giảm cấu trúc chuyển tiếp điện khoảng phần ba đến nửa Đây lợi khả chuyển mạch kết hợp Như thể hình 3.28, định tuyến Hikari bao gồm năm khối chức năng: - Bộ phận chức WDM - Bộ phận chuyển mạch quang - Bộ phận đường trục L1 - Bộ phận đường trục L2/L3 - Bộ phận quản lý phần tử mạng (quản lý NE) Một khối định tuyến-lambda (LRU) định nghĩa tích hợp WDM, chuyển mạch quang, đường trục L1 LRU chuyển mạch thêm/ bớt OLSP chuyển đổi bước sóng thực λ-conv đường trục L Các định tuyến Hikari trao đổi tin nhắn thông qua kênh giám sát quang (OSC) Các đường quang OSC ghép kênh phận WDM Quản lý NE giám sát tất phần tử mạng nút, giám sát từ xa khuếch đại quang, thực phục hồi, giám sát mức chất lượng tín hiệu (mức L1 mức L2) điều khiển LSP OLSP Hình 3.28 Cấu hình chức router HIKARI (IEEE 2002) 94 Các router Hikari đề xuất dựa tảng quang phổ biến bảng quang đa với việc bổ sung nhiều đường trục Đường trục L1 thay chức λ-conv, chức tái tạo tín hiệu (ví dụ, định hình lại, định thời gian chức tái sinh [3R]) chức khuếch đại quang Đường trục L2/L3 thay chức định tuyến IP, chức định tuyến MPLS chức chuyển mạch lớp Các chức sử dụng cách thích ứng Nguyên nhân làm tín hiệu bị giảm sút: tín hiệu quang hiệu ứng phi tuyến gồm PMD (chế độ phân cực tán sắc) ASE (phát xạ khuếch đại tự phát) Khi chức 3R kích hoạt để khắc phục Ngồi ra, chuyển đổi bước sóng sử dụng tín hiệu bị chặn đăng ký nhiều bước sóng Đường trục L3 chuyển tiếp gói tin thực cách phù hợp Lưu ý định tuyến Hikari truyền dẫn ba loại tín hiệu: - Loại A: gồm chức chuyển mạch L3 cho hoạt động tập hợp đường truyền MPLS chuyển tiếp mức gói L3 Điều tương tự luồng tín hiệu định tuyến MPLS thông thường - Loại B: đại diện cho kết nối chuyển tiếp cần chuyển đổi bước sóng Các kết nối loại B hỗ trợ việc sử dụng thích ứng chức 3R - Loại C: đại diện cho truyền dẫn suốt tỷ lệ bit tín hiệu tự bị giới hạn Bộ định tuyến Hikari hỗ trợ tất khả truyền dẫn Loại C không mô tả phần 3.5.2.1 Các đặc điểm định tuyến HIKARI Bảng cung cấp cho đặc điểm định tuyến Hikari, định tuyến Hikari hệ thống định tuyến IP Vì vậy, khả xử lý gói tin quan trọng Hệ thống định tuyến Hikari phát triển để thiết kế phù hợp với khả cung cấp tối đa gigapackets cho giây (5 Gpps) Một số phần gói liệu đầu vào xử lý trục L3 sở chuyển mạch gói số khác xử lý LRU sở chuyển mạch lambda 95 Bảng 3.1 Đặc điểm router HIKARI Đặc điểm Tương ứng với tối đa 5Gpps (được chia sẻ với đường trục trunk L3 LRU) System throughput Tối đa 2.56 Tbps Interface for L3 trunk Gói SONET/SDH (POS), ATM, GbE Interface between L3 trunk and LRU POS (2.5 Gbps or 10 Gbps), 10 GbE-WAN PHY Optical Switches Planer light-wave circuit thermooptical switches Operating wavelength range Băng tần 1550-nm (Băng tần C) Optical channel speed 2.5 Gbps hoặc10 Gbps Maximum number of wavelengths 32 bước sóng sợi quang Number of WDM fiber ports Tối đa 08 cổng Total switch scale 256x256 kênh Optical supervisory channel (OSC) OC-3 (156 Mbps) MPS signaling channel (trial mode) IP over ATM over OSC MPS protocol (trial mode) Proprietary CR-LDP extension Một OXC tích hợp chuyển mạch quang thực LRU, thiết lập hai Các mục Packet-processing capability kết nối chéo đường quang chức truyền dẫn WDM mức xa Do đó, hệ thống nguyên mẫu bao gồm hai chức phần tử mạng quang (ONE) hộp Hầu hết OXCs thơng thường địi hỏi hệ thống truyền dẫn WDM bên hộp OXC Ngược lại, LRU trang bị với tất loại ONE Tính hỗ trợ việc giảm chi phí hoạt động, chi phí bảo trì, chi phí thiết bị, u cầu khơng gian văn phòng, lượng điện tỷ lệ lỗi Trong hệ tiếp theo, mạng trở nên lớn tính kể cung cấp lợi ích to lớn LRU có khả chuyển mạch tối đa 256×256 Như vậy, 128 đường quang hai chiều đáp ứng Các giao diện đường quang thích ứng thực hệ thống SONET OC-48c Như vậy, tổng công suất tối đa 640 Gbps Nếu giao diện nâng cấp lên OC- 192c GbE 10, khả trở thành 2.56 Tbps Trên thực tế, ngân sách thiết kế để xây dựng đường quang để hỗ trợ tín hiệu đường quang 10 Gbps với tính tốn suy hao quang phù hợp 96 3.5.2.2 Đặc điểm quản lý lớp quang Các nội dung quan tâm hoạt động, quản trị bảo dưỡng (OA & M) vấn đề liên quan đến lớp quang định tuyến Hikari Khung định dạng kênh quang (OCh) khung SDH sửa đổi (G.707) Khung định dạng kênh quang thay đổi khung OTN (G.709) Kênh giám sát quang (OSC) mang mào đầu truyền dẫn quang (OTS-OH), mào đầu ghép kênh quang (OMS-OH) kênh truyền thông liệu tốc độ cao (DCC) OSC thiết lập thay đổi định dạng tín hiệu SONET OC-3 Vùng mào đầu OSC xếp lại để truyền dẫn OTS-OH OMS-OH Vùng tải trọng OSC sử dụng cho DCC OTS-OH OMS-OH sử dụng cho việc quản lý liên kết WDM DCC sử dụng cho kênh quản lý mạng tín hiệu kênh MPλS Các mạng liệu thơng tin (DCN) có sử dụng ATM xây dựng dựa DCC Quản lý NE: điều khiển giám sát thành phần phần cứng tương ứng cho phép truyền thơng NE khác (ví dụ, định tuyến Hikari khác) để trao đổi thông điệp giao thức báo hiệu MPλS dựa giao thức phân phối nhãn định tuyến sửa đổi (CR-LDP) trao đổi thông điệp OA&M Một bảng điều khiển sơ trung tâm điều hành mạng (NOC) phát triển Các nhà vận hành kiểm sốt giám sát NE từ xa cách sử dụng bảng điều khiển Giao thức quản lý mạng đơn giản (SNMP) sử dụng để quản lý thiết bị định tuyến Hikari Các tảng quản lý thông tin LRU ban đầu (MIB) OLSP MIB phát triển Khoảng 50 MIBs thực cho nhà quản lý NE 3.5.2.3 Sự thực giao thức tín hiệu MPλS Mặt phẳng điều khiển OLSP định tuyến Hikari điều khiển giao thức CR-LDP mở rộng để kiểm soát mạng quang Trong giao thức mở rộng, LSP xử lý đường hai chiều để kết nối đặn với OLSP định nghĩa đường hai chiều, thông thường MPLS xử lý LSP đường chiều Sự thực giao thức phát triển với sửa đổi Trong thực tế, giao thức lõi điều chỉnh để phù hợp giao thức chuẩn mở rộng Một số sửa đổi thực cấu hình điểm kết nối đường truyền cấu hình điểm kết thúc đường truyền Trong tiêu chuẩn CR-LDP, 97 có kết nối yêu cầu cấu hình NE (ví dụ, định tuyến MPLS) cho LSP chiều Ngược lại, CR-LDP mở rộng phải xử lý đồng thời kết nối dòng hướng xuống kết nối hướng lên Khi đường hai chiều thiết lập hệ thống quản lý mạng phân tán (NMS), xung đột xảy hai nhiều yêu cầu tài nguyên dành riêng gửi tài nguyên lúc Sự xung đột tránh cách sử dụng phương pháp kiểm soát ưu tiên thực dựa OLSP-ID Các kênh báo hiệu cho CR-LDP thực với IP qua ATM liên kết OSC Mạng IP sử dụng mạng liệu thông tin (DCN) cho quản lý mạng Một NMS giao tiếp với NE qua DCN sử dụng SNMP 3.5.3 Cấu hình bảo vệ mạng quang Bộ định tuyến Hikari cung cấp nhiều loại cấu hình bảo vệ phục hồi sử dụng kết hợp bảo vệ 1+1, bảo vệ 1:1, phục hồi khơng có bảo vệ phía mạng quang Trong bảo vệ 1+1, OLSP hoạt động bảo vệ thiết lập cặp định tuyến nguồn đích Hikari, lưu lượng kết nối đến hai OLSP Mặt khác, trường hợp bảo vệ tỷ lệ 1:1, OLSP bảo vệ mang lưu lượng bổ sung lưu lượng bổ sung không bảo vệ OLSP hoạt động xảy lỗi Trong trường hợp phục hồi, OLSP bảo vệ khơng thực thiết lập, thay vào tài nguuyên dự trữ trước Các nguồn tài nguyên dự trữ chia sẻ với nhiều OLSP hoạt động, tài nguyên mạng yêu cầu giảm xuống Để thực chức bảo vệ phục hồi, thuật toán lựa chọn phân chia đường hiệu nhanh chóng khơi phục lại tín hiệu phát triển Các chức bảo vệ phục hồi mô tả sau: Chuyển mạch bảo vệ tự động (APS) dựa bảo vệ 1+1 1:1 thực định tuyến Hikari định tuyến MPLS quang (PR) Thời gian bảo vệ 20 ms, hệ thống phục hồi nhanh thực định tuyến Hikari Các thủ tục phục hồi thể hình 3.29, ví dụ cấu hình hiển thị hình 3.29 (a) Một OLSP thiết lập từ PR1 PR3 qua PR2 , với λa gán cho liên kết PR1 PR2 λb gán cho liên kết PR2 PR3 Mặt khác, đường truyền 98 phục hồi tính tốn trước lỗi xảy tài nguồn dự trữ Đường truyền dành riêng cho phục hồi tương ứng để OLSP thực DCN qua kênh OSC DCC e) Hình 3.29 Thủ tục khơi phục nhanh (a) restorationcấu hình khơi phục, (b) lỗi liên kết,(c) tín hiệu cho cấu hình đường truyền khơi phục (d) hồn tất khơi phục (e) kết thử nghiệm trình phục hồi (IEEE 2002) 99 OSC mang lưu lượng ATM, số kênh ảo ATM (VC) thiết lập để dự trữ OSC Trong trường hợp này, VC phân bố ba kết nối: PR1-PR4, PR4-PR5 PR5-PR3 Khi lỗi xuất liên kết PR1 PR2 (Hình 3.29 (b)), đường quang thiết lập tín hiệu truyền dẫn đến PR thông qua VC OSC ( Hình 3.29 (c)) Đường truyền phục hồi thiết lập định tuyến sau tín hiệu truyền thành công Tất nút kết nối với đường quang theo định danh VC định tuyến đường truyền phục hồi Hệ thống đồ VCa ánh xạ tới λa Vì vậy, việc gán bước sóng đồng thời hồn tất (Hình 3.29 (d)) Kết thực nghiệm chi tiết hệ thống phục hồi phát triển mô tả phần 3.5.4 Biểu diễn định tuyến HIKARI Hình 3.30 Cấu hình trình bày định tuyến MPLS quang (IEEE 2002) Trên hình 3.30 cho thấy cấu hình Thiết lập/ Dỡ bỏ OLSP bảo vệ OLSP thực thành công Như đề cập phần trên, thời gian bảo vệ OLSP đạt 20 ms Đối với thực dòng video kỹ thuật số (demo 2), 20 ms đủ để 100 ngăn chặn sailệch dịng khung hình video Một thực khác tiến hành thủ tục thiết lập/ dỡ bỏ OLSP tự động (demo 1) Một nhà vận hành bắt đầu lệnh thiết lập OLSP đến PR1 thông qua giao diện điều khiển NOC PR1 xác định tuyến OLSP theo lệnh PR1 gửi tin nhắn yêu cầu nhãn đến PR2 PR2 nhận tin nhắn đáp trả cách gửi tin nhắn đồ Label đến PR1 Sau q trình truyền tín hiệu, OLSP thiết lập thành cơng thời gian giây Trong trình thực này, thủ tục thiết lập/ dỡ bỏ OLSP lặp lặp lại chu kỳ thời gian 5giây Tiếp theo, chức phục hồi kiểm tra Một mạng tam giác xây dựng với ba định tuyến MPLS quang (hình 3.29 e) Một đường truyền hoạt động thiết lập PR1 PR3 Một đường phục hồi dành riêng PR1 PR3 thông qua PR2 Đường hoạt động chủ động cắt PR3 phát lỗi tín hiệu kích hoạt phục hồi điểm kết thúc đường truyền (TP) Sau đó, PR3 khởi tạo yêu cầu phục hồi đến đầu đường truyền tương ứng Hình 3.29 (e) cho thấy kết sơ trình thực Trong hình, hình chấm trịn đại diện cho điểm đo Điểm đo thiết lập đường hoạt động PR1 PR3 Điểm đo thiết lập định tuyến đường phục hồi Các thủ tục phục hồi hồn thành vịng 500 miligiây Thời gian chết dịch vụ lớp SONET tính tốn thời gian khoảng 650 miligiây Thời gian chết dịch vụ lớp PPP tính tốn thời gian khoảng 700 miligiây Thời gian khôi phục đủ ngắn để phục hồi IP mạng quang mà không bắt đầu chế phục hồi lớp IP 3.6 Kết luận chương Ứng dụng giải pháp tô pô mạng ảo điều khiển phân tán cho việc định tuyến chuyển mạch mạng GMPLS để tối ưu hóa tài nguyên mạng sử dụng bao gồm vấn đề quan tâm: thiết kế tô pô mạng ảo, phương pháp cấu hình lại tơ pơ phân tán, GMPLS đưa chuyển tiếp kề cận (FA) để điều khiển mạng đường truyền đa lớp, thay đổi VNT động Mạng đám mây định tuyến phân cấp với hệ thống tìm đường ngắn mạng GMPLS đa lớp mở rộng Mạng quang chuyển đổi bước sóng 101 động điều khiển phân tán (DDWC) sử dụng giao thức báo hiệu mở rộng RSVPTE để tận dụng tốt tài nguyên mạng Phần trình bày ứng dụng định tuyến MPLS quang - Hikari mô tả việc sử dụng loại MPλS thực giao thức MPLS biến đổi, ví dụ mạng router Hikari trình bày Bộ định tuyến Hikari bao gồm năm khối chức năng: chức WDM, chuyển mạch quang, đường trục L1, phận đường trục L2/L3, quản lý phần tử mạng (quản lý NE) Bộ định tuyến Hikari hỗ trợ hai chức LSC PSC, lợi cơng nghệ chuyển mạch gói cơng nghệ chuyển mạch vịng sử dụng với hệ thống quản lý định tuyến phù hợp 102 KẾT LUẬN GMPLS xem công nghệ đầy triển vọng mạng viễn thông hệ Trong tương lai GMPLS trở thành giải pháp hàng đầu để giải nhiều vấn đề mạng như: điều khiển lưu lượng, tốc độ, khả mở rộng quản lý QoS Qua suốt q trình học tập, nghiên cứu, học viên hồn thành luận văn tổng kết số vấn đề sau: giới thiệu mạng GMPLS, thành phần mạng GMPLS kỹ thuật lưu lượng GMPLS Đặc biệt, luận văn tập trung vào số vấn đề kỹ thuật lưu lượng GMPLS: - Phương pháp tô pô mạng ảo điều khiển phân tán: mạng đa lớp điều khiển với thiết kế giao thức liên quan đến chuyển tiếp kề cận; khả chuyển mạch giao thức mở rộng GMPLS - GMPLS cho phép điều khiển tất mạng khác với giao thức chung Mạng định tuyến đám mây phân cấp (HCRN) đề xuất để giải vấn đề giới hạn khả mở rộng kích thước mạng đa lớp kết hợp với hệ thống tìm đường ngắn đa lớp - Phân loại mạng quang ghép kênh theo bước sóng (WDM) để lựa chọn định tuyến gán bước sóng Mạng quang chuyển đổi bước sóng động điều khiển phân tán (DDWC) sử dụng giao thức báo hiệu mở rộng RSVP-TE mang lại sử dụng hiệu tài nguyên - Một số đề xuất đưa liên quan đến khả điều khiển MPLS mạng quang như: chuyển mạch MPλS MPLS quang, MPLS mở rộng thành MPLS tổng quát (GMPLS) Bộ định tuyến Hikari kết hợp hai chức LSC PSC mang lại ưu điểm công nghệ chuyển mạch gói cơng nghệ chuyển mạch vịng kết hợp với định tuyến phù hợp Bên cạnh định tuyến Hikari cung cấp nhiều loại cấu hình bảo vệ phục hồi mạng quang MPLS thực kỹ thuật lưu lượng đảm bảo QoS 103 Tuy nhiên, hạn chế kiến thức nên công việc thực đề tài cịn số thiếu sót: - Một số khái niệm, thuật ngữ dịch cịn mang tính chủ quan đưa vào thực đề tài - Chưa đề cập nhiều đến ứng dụng GMPLS mạng riêng ảo VPN Các giao thức GMPLS nhóm làm việc IETF tiêu chuẩn hóa mặt phẳng điều khiển chung đo lường (CCAMP) CCAMP ban hành để phối hợp công việc IETF định nghĩa mặt phẳng điều khiển chung mặt phẳng đo lường riêng biệt chung cho đường truyền vật lý lõi đường trục công nghệ Internet nhà cung cấp dịch vụ viễn thông (ISP SP) GMPLS cung cấp kỹ thuật lưu lượng đóng vai trị quan trọng mặt phẳng điều khiển mạng, với ưu điểm chống lại tắc nghẽn mạng truyền tải GMPLS cung cấp kỹ thuật định tuyến IP thông minh áp dụng cho loại mạng chuyển mạch khác SDH/ SONET chuyển mạch bước sóng chuyển mạch quang, cung cấp kết hợp mạnh mẽ truyền dẫn quang định tuyến IP tập hợp chế điều khiển cho mạng có đường chuyển mạch nhãn đa giao thức (LSP) bao gồm IP, SDH/SONET, lambda lớp quang Do thời gian thực đề tài có hạn kiến thức hạn chế, khơng tránh khỏi sai sót, mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ thầy bạn để đề tài hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO Eiji Oki ,Naoaki Yamanaka, Kohei Shiomoto GMPLS (2006) Technologies in Broadband Backbone Networks and Systems, pp 191-302 Adrian Farrel and Igor Bryskin (2006) Architecture and Applications GMPLS MPLS Network Management: MIBs Tools, and Techniques by Thomas Nadeau (2003), Morgan Kaufmann Internet Engineering Task Force; http://www.ietf.org International Telecommunication Union; http://itu.int/ITU-T/ Website: http://vntelecom.org/diendan/forum.php Website: http://vi.wikipedia.org/; http://en.wikipedia.org/ Website: http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/home.jsp 105 ... văn ? ?Ứng dụng kỹ thuật lưu lượng để nâng cao chất lượng hoạt động mạng GMPLS? ?? viết dựa kết nghiên cứu hướng dẫn TS Trần Thị Ngọc Lan Mọi thông tin số liệu tham khảo trích dẫn dầy đủ nguồn sử dụng. .. định chọn đề tài ? ?Ứng dụng kỹ thuật lưu lượng để nâng cao chất lượng họat động mạng GMPLS ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp 1.2 Mục đích nghiên cứu Luận văn trước hết để đáp ứng yêu cầu chương... tài nguyên mạng 1.1.2 Ưu điểm GMPLS 1.1.2.1 Kỹ thuật lưu lượng Công ngệ GMPLS với ưu điểm lớn khả thực kỹ thuật lưu lượng (Trafffic Engineering – TE) Nó thực định tuyến để lưu lượng qua mạng theo