Các biện pháp bảo vệ và khôi phục trong mạng IP over WDM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hoàng Long BIỆN PHÁP BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC TRONG MẠNG IP OVER WDM 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 2014 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP OVER WDM .3 1.1 Khái niệm mạng IP over WDM .3 1.2 Lí chọn IP over WDM 1.3 Mạng ASON/G-MPLS 10 1.3.1 ASON / ASTN 10 1.3.2 Giao thức cho thiết lập mặt phẳng điều khiển phân tán 13 1.3.3 Tổng quan kiến trúc mặt phăng điều khiển (chồng lấn, ngang hàng, gia tăng) 20 CHƯƠNG II KHẢ NĂNG SỐNG SÓT TRONG MẠNG IP OVER WDM 27 2.1 Tổng quan sống sót mạng IP over WDM 27 2.2 Các phương pháp nâng cao khả sống sót mạng IP over WDM .29 2.2.1 Bảo vệ 29 2.2.2 Khôi phục 32 2.3 Các thuật tốn tìm đường sống sót 33 2.3.1 “Giá thành” đường kết nối 33 2.3.2 Thuật tốn tìm đường sống sót thơng thường 34 2.4 Phát lỗi cảnh báo mạng IP over WDM 35 2.4.1 Phát lỗi 35 2.4.2 Cảnh báo lỗi 36 2.5 Cơ chế giao thức báo hiệu .37 2.6 Kết luận 39 CHƯƠNG III BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƠN LỚP TRONG MẠNG IP OVER WDM 40 3.1 Lớp IP 40 3.1.1 Phương pháp bảo vệ khôi phục lớp IP theo cách thông thường 40 3.1.2 Khôi phục dựa vào mạng MPLS 42 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long 3.2 Lớp WDM 44 3.3 Ví dụ minh họa 47 CHƯƠNG IV BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐA LỚP TRONG MẠNG IP OVER WDM 52 4.1 Các phương pháp khôi phục đa lớp tổng quát .52 4.1.1 Tại Khôi phục đa lớp? 53 4.1.2 Cơ chế khôi phục đơn lớp mạng đa lớp 55 4.1.3 Cơ chế khôi phục đa lớp tĩnh 60 4.1.4 Khôi phục đa lớp động 80 4.1.5 Tổng kết 88 4.2 Nghiên cứu trường hợp 88 4.2.1 Nghiên cứu trường hợp 1: Khôi phục quang tái định tuyến nhanh dùng kỹ thuật đường truyền MPLS 89 4.2.2 Trường hợp nghiên cứu 2: Bảo vệ SONET/SDH định tuyến IP 94 4.2.3 Nghiên cứu trường hợp 3: Tái định tuyến nhanh kỹ thuật lưu lượng MPLS (Bảo vệ kết nối) Hội tụ nhanh tái định tuyến IP 97 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hồng Long DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP kênh bước sóng .3 Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP over WDM (lớp liệu) .4 Hình 1.3 Lưu lượng liệu điều khiển mạng IP WDM Hình 1.4 Sơ đồ làm việc mạng chuyển mạch tự động .11 Hình 1.5 Khái niệm chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát 14 Hình 1.6 Nguyên tắc định tuyến trạng thái liên kết mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức chuẩn 15 Hình 1.7 Minh họa khả phục hồi mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát .17 Hình 1.8 Hỗ trợ kênh điều khiển IP 20 Hình 1.9 Giao diện người dùng-mạng (UNI) 21 Hình 1.10 Mơ hình chổng lấn 22 Hình 1.11 Mơ hình ngang hàng .24 Hình 1.12 Mơ hình gia tăng 25 Hình 1.13 Minh họa cách ASON mang thông tin lan truyền lớp khách hàng từ mạng sang mạng khác 26 Hình 2.1: Mơ hình mạng ba node 28 Hình 2.2: Ví dụ bảo vệ dành riêng .30 Hình 2.3: Ví dụ SRLG 31 Hình 2.4: Phương pháp chia sẻ bảo vệ lớp quang 32 Hình 2.5: Phương pháp định tuyến tìm đường sống sót hai bước thơng thường 35 Hình 2.6: Phương pháp định tuyến tối ưu cho tuyến A-H 35 Hình 3.1: Phương pháp định tuyến lại lớp IP 41 Hình 3.2:Khơi phục mạng MPLS 43 Hình 3.3: Phương pháp bảo vệ gắn với kết nối .46 Hình 3.4: Phương pháp bảo vệ tách rời kết nối 46 Hình 3.5: Ví dụ phương pháp chia sẻ bảo vệ mạng IP over WDM .49 Hình 4.1 Tại khơi phục đa lớp? 54 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hồng Long Hình 4.2 Khả sống sót lớp cùng: Minh họa tác động cố node đến hai lưu lượng node lớp khách hàng a c .57 Hình 4.3: Khả sống sót lớp cùng: Sự cố gốc lây lan sang nhiều cố thứ cấp khác 59 Hình 4.4: Chiến lược khả sống sót đa lớp khơng phối hợp 62 Hình 4.5 Phương pháp leo thang từ lên 64 Một vấn đề mà phải xử lý chiến lược leo thang từ lên liên quan 64 Hình 4.6: Lựa chọn 1: Bảo vệ đơi .69 Hình 4.7: Lựa chọn 2: Phần logic dư thừa không bảo vệ .70 Hình 4.8 Lựa chọn 3: Bộ trữ chung ( common pool ) 71 Các tùy chọn phần logic dư thừa không bảo vệ trữ chung thảo luận 71 Hình 4.9: Diễn tiến mạng lưới: Cấu trúc liên kết lớp mạng lưới chuyên chở tối ưu 73 Hình 4.10 Chiến lược khả sống sót đa lớp tĩnh: Một so sánh dựa 75 Bảng 4.11 Minh họa chiến lược sống sót đa lớp động .82 Hình 4.12: Hệ thống biến đổi đa lớp tĩnh (trái) so với hệ thống biến đổi động sử dụng ION linh hoạt (bên phải) 84 Hình 4.13: So sánh chi phí kế hoạch tính bền đa lớp tĩnh động 85 Hình 4.14: Khn khổ chung cho khả sống sót đa lớp 87 Hình 4.15: Nghiên cứu trường hợp 1: Khơi phục quang với IP/MPLS FRR 90 Hình 4.16: Nghiên cứu trường hợp 3: Bảo vệ kết nối tái định tuyến nhanh + hội tụ nhanh định tuyến IP 101 Hình 4.17: Nghiên cứu trường hợp 3: Bảo vệ kết nối tái định tuyến nhanh + hội tụ nhanh định tuyến IP với FA .103 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt AD ASON ASTN ATM BGP CAPEX CSPF DCN DHP FIS FA GMPLS GUI HTDA ICMP ID IETF ION IP LEMS LMP LSA LSP MIB MLDA MPLS Tiếng Anh Administrative Domain Automatic Switched Optical Networks Automatic Switched Transport Networks Asynchronous Transfer Mo Border Gateway Protocol CAPital EXpenditure Constraint-based Shortest Path First Routing Data Communication Network Demand Hop-count Product heuristic algorithm Failure Indication Signal Forwarding Adjacency Generalized Multiprotocol Label Switching Graphical User Interface Heuristic Topology Design Algorithm Internet Control Message Protocol Identifier Internet Engineering Task Force Intelligent Optical Network Internet Protocol Link Elimination via Matching Scheme Link Management Protocol Link State Advertisement Label Switched Path Management Information Base Minimum-delay Logical Topology Design Algorithm Multiprotocol Label Switching Tiếng Việt Quản trị miền Mạng quang chuyển mạch tự động Mạng truyền tải chuyển mạch tự động Chế độ truyền dẫn không đồng Giao thức cổng biên Chi tiêu trung tâm Định tuyến đường ngắn trước tiên dựa ràng buộc Mạng truyền thơng liệu Thuật tốn dựa kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu Tín hiệu thị lỗi Đẩy liền kề Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát Giao diện người sử dụng đồ hoạ Thuật tốn thiết kế mơ hình dựa kinh nghiệm Giao thức tin điều khiển Internet Bộ nhận dạng Nhóm kĩ sư Internet Mạng quang thơng minh Giao thức Internet Loại bỏ tuyến nối thông qua lược đồ ghép Giao thức quản lí tuyến nối Quảng bá trạng thái tuyến nối Đường chuyển mạch nhãn Cơ sở thơng tin quản lí Thuật tốn thiết kế mơ hình logic tối thiểu hoá trễ Chuyển mạch nhãn đa giao thức Luận văn thạc sỹ kỹ thuật NC&M NE NGI NMS NSFNET OADM OAM OAM&P OPEX OIF OLS OMP OSCP OSPF OXC PC QoS RHE RARP SCSI SDH SNMP SNR SONET SPF SRLG TCP TE TECP TELNET TILDA Nguyễn Hoàng Long Network Control and Management Network Element Next Generation Internet Network Management System Quản lí điều khiển mạng Optical Add/Drop Multiplexer Operation and Maintenance Operation, Administration, Maintenance and Provisioning OPeration EXpenditure Optical Internetworking Forum Optical Label Switching Optimized Multi Path Optical Switch Control Protocol Open Shortest Path First Protocol Optical Cross Connect Personal Computer Quality of Service Recovery Head-End Reverse Address Resolution Protocol Small Computer Systems Interface Synchronous Digital Hierarchy Simple Network Management Protocol Signal-to-Noise Ratio Synchronous Optical Network Shortest Path First Shared Risk Link Group Transmission Control Protocol Terminal Equipment, Traffic Engineering Traffic Engineering to Control Protocol Remote Telminal protocol Traffic Independent Logical Khối xen/tách quang Hoạt động bảo trì Hoạt động, quản trị, bảo trì giám sát Chi phí vận hành Diễn đàng liên mạng Internet quang Chuyển mạch nhãn quang Đa đường tối ưu Giao thức điều khiển chuyển mạch quang Giao thức đường ngắn trước tiên mở Đấu chéo quang Máy tính cá nhân Chất lượng dịch vụ Khơi phục đầu-cuối Giao thức phân giải địa ngược Phần tử mạng Internet hệ Hệ thống quản lí mạng Giao diện hệ thống máy tính nhỏ Phân cấp số đồng Giao thức quản lí mạng đơn giản Tỉ lệ tín hiệu nhiễu Mạng quang đồng Đường ngắn trước tiên Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ Giao thức điều khiển truyền dẫn Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu lượng Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức điều khiển Giao thức đầu cuối xa Thuật tốn thiết kế mơ hình logic Luận văn thạc sỹ kỹ thuật TMN TDM UNI WADM WAN WDM WSXC Topology Design Algorithm Telecommunications Management Network Time Division Multiplexing User to Network Interface Wavelength Add/Drop Multiplexer Wide Area Network Wavelength Amplifier Wavelength Selective Cross Connect Nguyễn Hoàng Long độc lập lưu lượng Mạng quản lí viễn thơng Ghép phân chia theo thời gian Giao diện người sử dụng-mạng Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng Mạng diện rộng Bộ khuếch đại bước sóng Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hồng Long LỜI NÓI ĐẦU Xu hướng giao thức IP trở thành lớp hội tụ cho dịch vụ viễn thông ngày trở nên rõ ràng Phía lớp IP, xuất ngày nhiều ứng dụng dịch vụ dựa IP Những ưu trội lưu lượng IP đặt vấn đề hoạt động thực tiễn kĩ thuật hạ lớp mạng nên tối ưu hoá cho IP Mặt khác, quang sợi, công nghệ phân tán, cách mạng hố ngành cơng nghiệp viễn thơng cơng nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà cho phép, qua cho phép phát triển mạng Internet hệ sau Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa mạng cho phép nâng cao đáng kể băng thơng mà trì trạng hoạt động mạng Nó chứng minh giải pháp hiệu mặt chi phí cho mạng đường dài Khi phát triển toàn giới sợi quang công nghệ WDM, ví dụ hệ thống điều khiển linh kiện WDM trở nên chín muồi, mạng quang dựa WDM không triển khai đường trục mà mạng nội thị, mạng vùng mạng truy nhập Các mạng quang WDM khơng cịn các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp dịch vụ truyền dẫn vật lí mà biến đổi lên mức độ mềm dẻo Tích hợp IP WDM để truyền tải lưu lượng IP qua mạng quang WDM cho hiệu trở thành nhiệm vụ cấp thiết Luận văn thạc sỹ kỹ thuật em xem xét IP over WDM đặc biệt tập trung vào biện pháp bảo vệ khôi phục mạng IP over WDM Luận văn thạc sỹ kỹ thuật tập trung trình bày khả sống sót chế bảo vệ khôi phục mạng đa lớp sử dụng kỹ thuật IP over WDM gồm có ba chương: • Chương I: Tổng quan IP over WDM Chương trình bày khái niệm mạng IP over WDM, đưa ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, ưu nhược điểm xu hướng Lí IP Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long over WDM lại chọn giải pháp cho tương lai chương nêu bật phát triển từ mạng quang tĩnh sang mạng quang thơng minh • Chương II: Khả sống sót mạng IP over WDM Chương trình bày khái qt khả sống sót mạng IP over WDM, phương pháp nâng cao khả sống sót số thuật tốn tìm đường sống sót; khả sống sót lớp; khả phát lỗi cảnh báo lỗi mạng • Chương III: Bảo vệ khôi phục đơn lớp mạng IP over WDM Chương nêu phương pháp bảo vệ khôi phục lớp riêng lớp IP lớp WDM đưa số ví dụ minh họa cho phương pháp • Chương IV: Bảo vệ khôi phục đa lớp mạng IP over WDM Chương gồm hai phần chính: Phần trình bày chiến lược khôi phục bảo vệ mạng đa lớp; phần thứ hai đưa ví dụ cụ thể, nghiên cứu tình khơi phục bảo vệ mạng đa lớp; khôi phục quang định tuyến nhanh lại ( FRR ) kỹ thuật lưu lượng (TE) MPLS; bảo vệ SONET - SDH định tuyến IP; định tuyến nhanh MPLS TE định tuyến IP Mặc dù có nhiều cố gắng song thời gian trình độ có hạn nên luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo T.S Trần Thị Ngọc Lan tạo điều kiện tận tình hướng dẫn em trình thực đồ án Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Viễn Thông giúp đỡ em thời gian qua Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân - người giúp đỡ, cổ vũ kịp thời động viên suốt thời gian qua Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long bảng liệu), kết nối không hỏng chế giao thức dựa tiếng chào yêu cầu, mà xác định tổng thời gian tái định tuyến, thảo luận phần trước (trong trường hợp này, đo thời gian Tw không hoạt động) Tập hợp hành động khôi phục minh họa Hình 4.15; chỗ cắt sợi node quang A B, lớp quang khơi phục đường dẫn ánh sáng định tuyến a b (dọc đường dẫn A-E-C-B lớp quang) Nếu cố kết nối thứ hai xảy node quang B hỏng LSR B hỏng, sau đo thời gian Tw trôi qua, LSR B khởi động FRR Lượng dung lượng dự phịng u cầu Khía cạnh thứ hai liên quan tới cách tiếp cận khôi phục liên lớp lượng dung lượng dự phòng yêu cầu mạng Cách tiếp nhận làm tăng câu hỏi thú vị lượng dung lượng dự phòng yêu cầu Thực sự, số dung lượng dự phòng mạng yêu cầu lớp quang để khôi phục đường dẫn ánh sáng bị ảnh hưởng từ cố sợi đơn cố thành phần mạng quang, số dung lượng dự phòng yêu cầu lớp IP Chúng ta lấy ví dụ cố kết nối Bởi số cố kết nối khơi phục lớp IP/MPLS (ví dụ: cố giao diện định tuyến), điều đòi hỏi cung cấp số dung lượng dự phịng khơng lớp quang mà cịn lớp IP/MPLS Trường hợp cố kép ví dụ khác lớp quang khơng thể khơi phục từ cố kép nghiên cứu trường hợp Hậu tức thành phần mạng bảo vệ giống kết nối đòi hỏi số dung lượng dự phịng hai lớp Nói cách nghiêm túc, khơng phải nhắc tới bảo vệ kép lượng dung lượng dự phòng yêu cầu để bảo vệ kết nối L giảm bớt nhờ có khái niệm dung lượng chung lớp quang lớp IP/MPLS Hơn nữa, thảo luận Chương 5, phương án thú vị bảo vệ phần dung lượng kết nối lớp IP/MPLS (ví dụ: x% dung lượng kết nối sử dụng cho lưu lượng nhạy cảm QoS, biện pháp thay tính tốn tập hợp đường hầm dự phòng cung cấp dung lượng x% thay dung lượng kết nối hồn chỉnh) Tuy nhiên, khơng thể tránh được, số dung lượng dự phòng 93 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long yêu cầu hai lớp để bảo vệ thành phần mạng giống Lưu ý quan trọng: Về mặt thực hiện, bạn định thực đo thời gian Tw lớp quang/SONET/SDH mà lớp máy chủ đợi Tw trước thông báo cho lớp máy khác cố lớp máy khách (IP/MPLS), lớp IP/MPLS thơng báo cố đợi Tw trước hành động khôi phục Cả hai cách tiếp cận giống mặt chức Một cách tiếp cận khôi phục liên lớp thể ngữ cảnh dự án LION châu Âu (xem [Cav IEEE]) Tổng kết Người ta thể khôi phục quang Tái định tuyến nhanh MPLS TE sử dụng kết hợp sử dụng leo thang nối tiếp từ lên dựa vào đo thời gian Ứng dụng có số thách thức, đặc biệt việc đánh giá giá trị đo thời gian Tw mà khó để xác định tối ưu, có lợi ích tránh điều kiện đua không mong muốn chế khôi phục hoạt động lớp khác nhau, cung cấp giải pháp mà không làm hại độ ổn định mạng thiết kế phù hợp Người ta thể thiết kế cẩn thận phải thực nhằm giảm thiểu lượng dung lượng dự phòng yêu cầu lớp để bảo vệ tập hợp thành phần mạng 4.2.2 Trường hợp nghiên cứu 2: Bảo vệ SONET/SDH định tuyến IP Cơ chế khôi phục đơn lớp Một chiến lược khôi phục triển khai rộng rãi nhiều mạng IP/MPLS suốt năm qua mà cố kết nối giải lớp SONET/SDH đặc điểm khác giống cố giao diện định tuyến cố định tuyến dựa vào định tuyến IP để tìm đường dẫn thay Xu hướng di chuyển tới kiến trúc mạng khác không tham gia vào bảo vệ lớp SONET/SDH vài lý do: • Khơng để có tỉ lệ cao kết nối tốc độ cao mạng xương sống người thao tác (OC48 OC192) Dựa vào SONET/SDH thường đòi hỏi thiết bị tương đối đắt lớp quang phù hợp để giao nhận 94 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long kết nối tốc độ cao • Bảo vệ SONET/SDH ngụ ý lãng phí phần đáng kể tổng băng thơng dành riêng để bảo vệ • Sự xuất kỹ thuật khôi phục nhanh định tuyến IP nhanh Tái định tuyến nhanh MPLS TE cung cấp số lần khôi phục nhanh (tương tự bảo vệ SONET/SDH Tái định tuyến nhanh MPLS TE) Chiến lược khơi phục tương đối đắt (dựa vào bảo vệ SONET/ SDH) chứng minh tính hiệu Như nghiên cứu trường hợp trước, cách tiếp cận leo thang nối tiếp từ lên dựa vào đo thời gian sử dụng đo thời gian Tw khởi động lớp IP lớp SONET/SDH nhận báo động So với trường hợp trước (mà chế khôi phục sử dụng lớp máy chủ), giá trị đo thời gian Tw dễ xác định mang tính tiền định Như nêu đặc tính SONET/SDH, thời gian khơi phục tối đa Vòng MS-SP 60 ms (10 ms phát + 50 ms thời gian khôi phục) với điều kiện khoảng cách vịng khơng vượt q 1200 km, số trạm 16, vịng trạng thái ngừng hoạt động trước bảo vệ Nếu điều kiện tơn trọng, Tw cài đặt an tồn 60 ms Nếu không, Tw phải tăng phù hợp, trường hợp nào, thời gian khôi phục với kế hoạch bảo vệ mang tính tiền định chế khôi phục Cơ chế Khôi phục liên lớp Tập hợp hành động khôi phục: Tập hợp hành động khơi phục có cố kết nối dễ hiểu, lớp SONET/SDH khôi phục tập hợp VC bị ảnh hưởng phạm vi khuôn khổ thời gian ngắn (thường 60 ms, nêu trước đây) Nếu cố khôi phục lớp SONET/SDH (sự cố giao diện định tuyến, cố node định tuyến, đa cố lớp SONET/SDH), định tuyến IP khởi động hội tụ mạng, mô tả phần trước Dung lượng dự phòng: Trong nghiên cứu trường hợp trước đây, 95 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long nêu dung lượng dự phòng bổ sung hai lớp cần thiết với khơng phải tất cố khơi phục lớp đơn Đây định mà người thao tác phải đưa Thực sự, người thao tác định đại đa số trường hợp, cố cố kết nối lớp máy chủ (SONET/SDH); vậy, dung lượng dự phịng u cầu lớp IP Giả định đưa nhiều cố lớp SONET/SDH, cố giao diện định tuyến,1 cố định tuyến IP đủ để khơng chứng minh băng thơng dự phịng dành riêng lớp IP Nếu trường hợp xảy ra, lớp IP bị tắc nghẽn mà ảnh hưởng giảm bớt lưu lượng nhạy cảm (giống lời nói) cách sử dụng chế QoS Chế độ khơi phục: Trong hầu hết trường hợp, cảnh báo SONET/SDH gây từ khiếm khuyết giữ khoảng 10 giây sau khiếm khuyết xóa Nói cách khác, SONET/SDH VC đợi khoảng 10 giây sau VC khơi phục trước tun bố “trạng thái trên” Điều đảm bảo số bất ổn kết nối (đôi nhắc đến vỡ) không gây bất ổn mạng Tổng kết Mặc dù thường đắt, chế liên lớp triển khai rộng rãi số mạng Bởi thời gian khơi phục bảo vệ SONET/SDH dự đốn mang tính tiền định tương đối, Tw tính tốn dễ dàng Trong trường hợp cố kết nối lớp SONET/SDH, kết nối khơi phục mà khơng có ngụ ý định tuyến IP Nếu cố khôi phục lớp SONET/SDH, định tuyến IP khởi động mạng hội tụ Về mặt dung lượng dự phòng yêu cầu, giả định đưa nghiên cứu trường hợp cố khôi phục lớp SONET/SDH đủ để không chứng minh dành riêng dung lượng dự phòng lớp IP Lưu ý cố giao diện định tuyến xử lý sử dụng Chuyển mạch Bảo vệ Tự động 96 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long 4.2.3 Nghiên cứu trường hợp 3: Tái định tuyến nhanh kỹ thuật lưu lượng MPLS (Bảo vệ kết nối) Hội tụ nhanh tái định tuyến IP Cơ chế khôi phục đơn lớp Trong nghiên cứu trường hợp này, định tuyến liên kết nối đường dẫn ánh sáng không bảo vệ (một chỗ cắt sợi cố thành phần mạng quang không bảo vệ lớp quang) Hơn nữa, có số SRLG mạng (một số đường dẫn ánh sáng định tuyến thông qua thiết bị chung) Tái định tuyến nhanh MPLS TE sử dụng để giải cố kết nối xảy lớp quang (ví dụ: cắt sợi, cố thiết bị quang) lớp IP/MPLS (ví dụ: cố giao diện định tuyến) Lưu ý chiến lược khơi phục thành cơng Một số mạng có sử dụng mơ hình (với số biến thể liên quan tới việc sử dụng Tái định tuyến nhanh để bảo vệ kết nối node cài đặt thông số IP) Chúng ta xem xét có số kịch bảo triển khai Tái định tuyến nhanh MPLS TE Kịch 1: Phương án thứ có mạng lưới đầy đủ MPLS TE LSP định tuyến lõi Lưu ý TE LSP có nhiều liên kết (ví dụ: băng thơng độ bám) không bị liên kết, trường hợp mà chúng theo đường dẫn IGP ngắn Kịch 2: Phương án thứ hai triển khai đường hầm bước truyền (để bảo vệ kết nối) tái định tuyến nhanh cách nhanh chóng vào đường hầm dự phịng trường hợp cố Trong nghiên cứu trường hợp này, MPLS TE không yêu cầu để tối ưu hóa băng thong bảo đảm QoS nghiêm ngặt Hơn nữa, khôi phục nhanh đòi hỏi trường hợp cố kết nối Do vậy, định đưa sử dụng kịch 2; kết nối bảo vệ, đường hầm MPLS TE sau triển khai: • Một đường hầm bước truyền định tuyến vào kết nối bảo vệ • Một đường hầm dự phòng bước truyền (NHOP) mà đường dẫn 97 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hồng Long tính tốn tự động điểm sửa chữa cục (PLR) để đường hầm dự phòng hội tụ SRLG từ kết nối bảo vệ Nói cách khác, đường dẫn đường hầm dự phòng NHOP đường dẫn ngắn PLR bước truyền dựa hệ giá IGP mà tránh kết nối có SRLG chung với kết nối bảo vệ (điều phải xử lý liên kết bổ sung CSPF) Điều bắt buộc khơi phục nhanh yêu cầu trường hợp cố SRLG Lưu ý: Mạng thường thiết kế sống sót từ cố SRLG Nói cách khác, cố SRLG khơng gây biểu đồ ngừng kết nối số điểm đến trở nên với tới.Giờ đây, số tình cố mạng kép, đường dẫn hội tụ SRLG khơng tìm thấy Khi có số biện pháp thay thế: • PLR cố gắng giảm nhẹ liên kết đa dạng SRLG để tìm thấy đường dẫn cho đường hầm dự phịng NHOP Điều hữu ích trường hợp cố giao diện định tuyến cố kết nối đơn • Cố gắng tìm đường dẫn giảm thiểu số kết nối có SRLG chung với kết nối bảo vệ cố gắng tránh đường dẫn có số SRLG cao chung với phần bảo vệ Giả định đưa cố nốt đủ phép số lần khôi phục lâu hơn; đó, định tuyến IP sử dụng để giải cố node IP/MPLS Điều đạt cách chỉnh thông số IS-IS Như trình bày phần trước, vài thơng số phải điều chỉnh để đáp ứng mục tiêu thời gian tái định tuyến sau: lsp-gen-interval 200 500 Thơng số 200 500 có ảnh hưởng sau đây: B = 200 ms lượng thời gian định tuyến đợi sau cố kết nối phát trước bắt đầu gói trạng thái kết nối mới2 Một giá trị 200 ms phù hợp có nhiều SRLG mạng Do vậy, đợi 200 ms trước bắt đầu LSP tối đa hóa hội nắm bắt thay đổi cấu trúc liên kết gói trạng thái kết nối đơn C = 500 ms tương ứng với 98 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long lượng thời gian định tuyến đợi trước quảng cáo LSP thứ hai xảy thay đổi trạng thái cục A = giây lượng thời gian tối đa hai nguồn gốc LSP liên thuật toán chờ để truyền số mũ spf-interval 100 200 prc-interval 100 200 Bởi có nhiều SRLG mạng này, nên cài đặt đo thời gian để khởi động tính tốn SPF tới 100 ms, mà làm tăng khả định tuyến tính tốn nhận tất LSP tạo từ cố SRLG trước tính tốn lại bảng định tuyến Người ta khuyến cáo nên kcish hoạt iSPF, mà làm giảm đáng kể việc tính tốn SPF trường hợp thay đổi cấu trúc liên kết mạng hầu hết trường hợp giúp làm giảm thời gian khôi phục IP Cơ chế khôi phục liên lớp Tập hợp hành động khôi phục Vậy điều xảy kết nối có cố? Ngay sau cố phát lớp IP/MPLS phương tiện lớp quang, mà sử dụng khung SONET/SDH, Tái định tuyến nhanh MPLS TE khởi động Bằng cách đối lập với hai nghiên cứu trường hợp trước đây, không chế khôi phục triển khai lớp quang SONET/SDH, cách tiếp cận độ trễ dựa đo thời gian yêu cầu bảo vệ FRR phải khởi động Bởi tồn lưu lượng tiến hành LSP đơn, LSP tái định tuyến vào đường hầm dự phòng NHOP hội tụ SRLG vòng vài chục mili giây Lưu ý sử dụng thuật ngữ IS-IS Trong bước thứ hai, LSP bảo vệ tái tối ưu hóa để theo đường dẫn ngắn PLR, Điểm sửa chữa cục bộ, lân cận nó; hoạt động cuối này, mà xảy ran gay sau LSP tái định tuyến cục vào đường hầm dự phịng nó, khơng bị gián đoạn lưu lượng nhờ vào quy trình “làm trước phá” 99 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long Trong trường hợp cố node, mà ngụ ý cố kết nối cục nó, sau phát lỗi, Tái định tuyến nhanh MPLS TE khởi động (nhớ PLR không phân biệt kết nối từ cố node) Trong trường hợp này, định đưa sử dụng FRR để bảo vệ kết nối, đường hầm dự phòng NHOP cấu hình để xử lý cố kết nối mạng Vì trường hợp cố node, Tái định tuyến nhanh MPLS TE tái định tuyến cục TE LSP bước truyền vào đường hầm dự phịng NHOP Hiển nhiên, điều khơng bao gồm lưu lượng node bị hỏng Trong nghiên cứu trường hợp này, cố node xử lý cách định tuyến IP Kết sau iGP phát cố, định tuyến cạnh node bị hỏng bắt đầu LSP sau thời gian xác định cài đặt đo thời gian IGP mô tả trước LSP bị ngập tràn xuyên suốt mạng Từng định tuyến nhận LSP đợi 100 ms trước bắt đầu khởi động SPF tính tốn lại bảng định tuyến Tại điểm này, mạng hội tụ (Hình 4.16) Một khía cạnh thú vị trường hợp cố kết nối khơng có biện pháp đặc biệt nào, hóa gián đoạn lưu lượng xảy sau khôi phục cố kết nối thực FRR mà ảnh hưởng vòng gây từ việc thiếu tạm thời đồng sở liệu trạng thái kết nối định tuyến 100 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long Hình 4.16: Nghiên cứu trường hợp 3: Bảo vệ kết nối tái định tuyến nhanh + hội tụ nhanh định tuyến IP Như mơ tả Hình 4.16, kết nối hỏng, đường hầm bước truyền bảo vệ node D E tái định tuyến nhanh vào đường hầm dự phòng NHOP vòng 50 ms Do đó, hội tụ lưu lượng kết nối D-E khơi phục vịng 50 ms Sau thời gian xác định cài đặt IGP nhắc đến trước đây, hội tụ IS-IS, trng khoảng thời gian ngắn, số mạch vòng tạm thời xảy Ví dụ, trở lại Hình 4.16, chuỗi kiện định tuyến D hội tụ trước định tuyến C, gây mạch vịng tạm thời Như trình bày, lưu lượng bị suốt tuổi thọ mạch vòng tạm thời Đây thực tế hấp dẫn nhấn mạnh số phụ thuộc liên khôi phục IP Tái định tuyến nhanh MPLS TE; đảm bảo gián đoạn lưu lượng có cố kết nối giới hạn 50 ms khơng có gián đoạn lưu lượng bổ sung phải trải qua định tuyến IP, IGP phải tăng cường để tránh tạo mạch vòng tạm thời cố kết nối bảo vệ với chế bảo vệ cục Tái định tuyến nhanh MPLS TE Việc tăng cường ngụ ý khả IP để phát tín hiệu kết nối bảo vệ FRR số tăng 101 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hồng Long cường thuật tốn SPF để tránh tạo mạch vòng tạm thời trường hợp Khả báo hiệu kết nối bảo vệ với số bảo vệ cục đề xuất [FRR-PROT] Điều đưa câu hỏi thú vị: Tại tuyên bố kết nối xuống lớp IP kết nối bảo vệ Tái định tuyến nhanh? Tại không làm theo đường dẫn dự phịng mà khơng khởi động tái định tuyến IP nào? Đây rõ ràng giải pháp khác mà triển khai thực hành với thực thương mại có nhờ có khái niệm FA cho phép đưa tín hiệu lớp IP MPLS TE LSP kết nối Chúng ta xem xét xảy đường hợp bước truyền bảo vệ tái định tuyến có cố kết nối với FA Một kết nối D-E bị hỏng, đường hầm bước truyền tái định tuyến cục vào đường hầm dự phịng sau TL LSP bảo vệ bước truyền tái tối ưu hóa với đường dẫn khác Trong trường hợp nào, TE LSP bảo vệ sống, TE LSP báo cáo “kết nối vật lý”, định tuyến khác mạng nhìn thấy kết nối trạng thái “ở trên” IP khơng khởi động q trình khơi phục Điều minh hoạt Hình 4.17 Hạn chế cách tiếp cận đường dẫn theo sau LSP tái định tuyến so sánh tối ưu với trạng thái mạng tái định tuyến IP xảy Thực sự, giả sử tất kết nối có chi phí giống 1, luồng node B E theo đường dẫn B-C-D-C-B-G-H-E (lưu ý khơng có mạch vịng gói IP khơng tiến hành vào MPLS TE LSP node D E) Mặt khác, FA, định tuyến IP hội tụ B định tuyến lưu lượng tới E qua G, với đường dẫn B-G-H-E Lưu ý bảo vệ SONET/SDH sử dụng địa điểm MPLS TEFRR, đường dẫn vật lý theo kết nối khơi phục tương tự với đường dẫn đường hầm dự phòng MPLS TE Dung lượng dự phòng: Câu hỏi dung lượng dự phòng yêu cầu IP lớp MPLS thảo luận, trình nhắc, có số chiến 102 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hồng Long lược nghiên cứu trường hợp liên lớp sau: Hình 4.17: Nghiên cứu trường hợp 3: Bảo vệ kết nối tái định tuyến nhanh + hội tụ nhanh định tuyến IP với FA 1.Giá IGP chỉnh dụng cụ tối ưu hóa gián tiếp để cung cấp đảm bảo băng thông kết nối cố node Bảo đảm băng thơng suốt q trình cố thực số luồng (lưu lượng nhạy cảm giống “tiếng nói”) với chế QoS mạng giống Diffserv để hạn chế lượng dung lượng dự phòng yêu cầu Trong trường hợp này, Tái định tuyến nhanh MPLS TE sử dụng để giảm thiểu tổn thất gói (do đó, đảm bảo khơi phục nhanh) có cố kết nối (trong nghiên cứu trường hợp này, FRR sử dụng để bảo vệ kết nối) Nói cách khác, liên kết tính tốn đường dẫn đường hầm dự phịng để tìm đường dẫn SRLG khác Dung lượng dự phòng yêu cầu lớp máy khách (IP) 2.Khả khác dự phòng số dung lượng dự phòng vào địa điểm đường hầm dự phịng NHOP việc bảo đảm băng thơng cung cấp với đường dẫn đường hầm dự phòng cho tồn băng thơng kết nối số bể trữ băng thơng Khi người thao tác định cố node đủ không 103 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long để chứng minh khả dự phòng dành riêng lớp IP để dự phòng số dung lượng dự phòng lớp IP trường hợp cố node Trong trường hợp sau, điều dẫn tới dung lượng dự phòng hai lớp để bao gồm cố tương tự Tái sử dụng nguồn lưu trữ: Trong ví dụ trước chúng tơi, tồn lưu lượng từ định tuyến D tới định tuyến E di chuyển vào TE LSP bảo vệ hai node đó, Khi kết nối D-E lưu trữ, gần kề IGP thiết lập, lưu lượng bắt đầu lại qua kết nối D-E TE LSP tái tối ưu hóa với đường dẫn ngắn LSR D đầu cuối định tái tối ưu hóa TE LSP sau kết nối khôi phục gần kề IGP sẵn sàng hoạt động nhờ có chế làm ẩm IGP, kết nối vỡ khơng tái sử dụng lập Ngồi ra, người thao tác định sử dụng cách tiếp cận tái tối ưu hóa dựa đo thời gian đường hầm tối ưu hóa sở thường xuyên, giảm rủi ro để tái sử dụng kết nối vỡ khôi phục Tổng kết Trong nghiên cứu trường hợp, thấy Tái định tuyến nhanh MPLS TE sử dụng để cung cấp khôi phục nhanh (50 ms) có cố kết nối (trong lớp quang lớp IP) liên quan tới định tuyến IP để khôi phục từ cố node IP/MPLS Trong chiến lược khôi phục đa lớp vậy, FRR phải khởi động không chậm trễ (ngay sau cố kết nối phát hiện); cố khôi phục FRR (trong trường hợp cố node), IP lấy tập hợp hành động khôi phục phù hợp sau số đo thời gian (được xác định cài đặt IGP) trôi qua Lưu ý độ ổn định mạng bảo quản phương tiện chế làm ẩm khác hai lớp (tái tối ưu hóa FRR định tuyến IP) Trong chừng mực dung lượng dự phòng quan tâm, cách tiếp cận khác để giảm thiểu dung lượng yêu cầu Cũng lưu ý dung lượng dự phòng cung cấp lớp trên, điều mang lại độ chi tiết cao 104 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long (đảm bảo băng thơng xác định mức độ luồng), giúp giảm thiểu dung lượng dự phòng yêu cầu Kết luận Trong chương trước, khả sống sót chế khơi phục thảo luận từ quan điểm công nghệ mạng, phạm vi lớp mạng đơn (ví dụ: định tuyến IP lớp IP bảo vệ quang 1+1 lớp OTN) Trong phần đầu chương này, nhấn mạnh tiến triển từ mạng tĩnh đến mạng quang thông minh (ION) nêu đặc điểm bảng điều khiển phân bổ (cái sử dụng chiến lược khôi phục đa lớp sau chương này) Trong phạm vi ITU-T, khuôn khổ cho Mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) theo tiêu chuẩn hóa, giao thức Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (G-MPLS) theo tiêu chuẩn hóa IETF giải pháp có khả để thực ION Một ví dụ khơi phục quang đưa mạng G-MPLS 105 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long TÀI LIỆU THAM KHẢO Kevin H Liu, IP over WDM, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2002 Chunming Qiao, Labeled optical burst switching for IP over WDM integration -Optical networking solutions for next generation Internet networks, IEEE Communication Magazine, Sept, 2000 Chunming Qiao, Myoungki Jeong, Amit Guha, Xijun Zhang_ and John Wei, WDM Multicasting in IP over WDM Networks, 1999 Arjan Durresi, Raj Jain, Nikhil Chandhok, Ramesh Jagannathan, Srinivasan Seetharaman, and Kulathumani Vinodkrishnan, IP over All-Optical Networks- Issues, IEEE, 2001 Malathi Veeraraghavan (Polytechnic University, Metrotech Center, Brooklyn, NY 11201, mv@poly.edu), Mark Karol (Lucent Technologies,101 Crawfords Corner Road, Holmdel, NJ 07733, mk@bell-labs.com), Using WDM technology to carry IP traffic Hwajung Lee, Hongsik Choi, and Hyeong-Ah Choi (Department of Computer Science, The George Washington University, Washington, DC 20052 {hjlee,hongsik,choi}@seas.gwu.edu), Restoration in IP over WDM Optical Networks Sudhir Dixit, IP Over WDM Building the Next Generation Optical Internet, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2003 [DeM04] S De Maesschalck, et al, ‘‘Advantages of intelligent optical networks,’’ IEEECommunication Magazine, submitted [Ala03] W Alanqar, et al, ‘‘Requirements for generalized MPLS (GMPLS) routing forautomatically switched optical network (ASON),’’ Internet draft: draft-ietf-ccamp-gmpls-ason-routing-reqts-01.txt, December 2003, work in progress Available at: www.ietf.org.Accessed May 2004 10 [Pap03] D Papadimitriou, et al, ‘‘Requirements for generalized MPLS (GMPLS) signalingusage and extensions for Automatically Switched Optical Network (ASON),’’ Internet draft-ietf-ccamp-gmpls-ason-reqts-05.txt, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long November 2003, work in progress Available at:www.ietf.org Accessed May 2004 11 [RFC3209] D Awduche, et al, ‘‘RSVP-TE: extensions to RSVP for LSP tunnels,’’ RFC3209, 12 [RFC2205] R Braden, et al, ‘‘Resource Reservation Protocol (RSVP)— version functionalspecification,’’ RFC2205, IETF Web site, September 1997 Available at: www.ietf.org.Accessed May 2004 13 [RFC3471] L Berger, ‘‘Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) sig-naling functional description,’’ RFC3471, IETF Web site, January 2003 14 [RFC3473] L Berger, ‘‘Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) signalingresource Reservation protocol-traffic engineering (RSVP-TE) extensions,’’ RFC3473, IETF Web site, January 2003 Available at: www.ietf.org Accessed May 2004 15 [Kom02] K Kompella, Y Rekhter, ‘‘LSP hierarchy with generalized MPLS TE,’’ 16 [Vhe00] P Van Heuven, et al, ‘‘Recovery in IP based networks using MPLS,’’ paper presented at the IEEE Workshop on IP-oriented Operations & Management IPOM 20002–4 September 2000, Cracow, Poland, pp 70–78 17 [Dem99] P Demeester, et al, ‘‘Resilience in multi-layer networks,’’ IEEE Communications Magazine, vol 37, no 8, August 1998, pp 70–76 [Dem99] P Demeester, IEEE Communications Magazine, special issue on survivable com-munication networks, vol 37, no 8, August 1999 ... III BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƠN LỚP TRONG MẠNG IP OVER WDM 40 3.1 Lớp IP 40 3.1.1 Phương pháp bảo vệ khôi phục lớp IP theo cách thông thường 40 3.1.2 Khôi phục dựa vào mạng. .. lỗi mạng • Chương III: Bảo vệ khôi phục đơn lớp mạng IP over WDM Chương nêu phương pháp bảo vệ khôi phục lớp riêng lớp IP lớp WDM đưa số ví dụ minh họa cho phương pháp • Chương IV: Bảo vệ khôi phục. .. SỐNG SÓT TRONG MẠNG IP OVER WDM 27 2.1 Tổng quan sống sót mạng IP over WDM 27 2.2 Các phương pháp nâng cao khả sống sót mạng IP over WDM .29 2.2.1 Bảo vệ 29 2.2.2 Khôi phục