Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM

Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM KHOA CÔNG NGHỆ ----------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài KHẢO SÁT KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG IP TRÊN MẠNG QUANG WDM Người hướng dẫn KS. NGUYỄN ANH QUỲNH Sinh viên thực hiện NGUYỄN ĐĂNG TUẤN Lớp 46K - ĐTVT Vinh, tháng 5/2010 MỤC LỤC Nguyễn Đăng Tuấn 5 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM Người hướng dẫn KS. NGUYỄN ANH QUỲNH .5 Lớp 46K - ĐTVT 5 Vinh, tháng 5/2010 5 MỤC LỤC 5 LỜI NÓI ĐẦU 7 DANH MỤC HÌNH VẼ 9 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 10 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ IP/WDM .14 1.4. Lí do chọn IP/WDM .22 CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 24 2.1. Mô hình hoá lưu lượng viễn thông 24 2.2. Bảo vệ và tái cấu hình 33 2.3. Khái niệm kỹ thuật lưu lượng IP/WDM 33 2.5. Mô hình chức năng của kỹ thuật lưu lượng IP/WDM .38 2.6. Kỹ thuật lưu lượng MPLS .50 CHƯƠNG 3. TÁI CẤU HÌNH VÀ PHẦN MỀM TRONG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM .56 3.1. Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất 56 3.2 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc .59 3.3 Thiết kế mô hình 59 3.1 Một số thuật toán .60 3.2 Dịch chuyển mô hình ảo .67 3.7. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng chồng lấp 72 3.8. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng tích hợp .75 3.9. Giao thức điều khiển mạng 77 Nguyễn Đăng Tuấn 6 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM 3.10. Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) 78 CHƯƠNG 4. CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN IP/WDM 80 4.1. Các yêu cầu đối với mạng IP/WDM 80 4.2. Các chỉ tiêu phân tích và đánh giá .84 4.4. Tình hình triển khai IP/WDM của VNPT 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta phát triển nhanh, tiến đến hội nhập toàn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thông tin tăng mạnh. Sự bùng nổ của mạng Internet đã làm một cuộc cách mạng hoá đến rất nhiều khía cạnh trong cuộc sống của chúng ta. Nó làm thay đổi hẳn các hoạt động mang tính chất truyền thống của con người. Bằng cách sử dụng Internet người ta có thể đọc một tờ báo ở một thành phố rất xa, hoặc tìm kiếm một bộ phim hành động đang chiếu ở đâu đó, nói chuyện với một người lạ ở bất kỳ nơi nào ta muốn… Chính sự đơn giản trong sử dụng, và dịch vụ cung cấp tương đối rẻ so với các loại hình thức dịch vụ khác, Internet đã phát triển một cách mạnh mẽ và nhanh chóng tại các quốc gia trên thế giới. Bên cạnh đó, các loại hình dịch vụ như: thoại, âm thanh, hình ảnh đều có thể sử dụng giao thức Internet (IP) nhờ tính phổ thông và giá thành của nó. Nên xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra vấn đề là các hoạt động thực tiễn kỹ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho IP. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài. Điều đó có nghĩa việc tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Nguyễn Đăng Tuấn 7 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM Đồ án tốt nghiệp của em với đề tài: “Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM” sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kỹ thuật lưu lượng về sự kết hợp giữa IP/WDM. Đồ án gồm bốn chương: • Chương 1. Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm mạng IP/WDM, các xu hướng truyền tải lưu lượng trên mạng IP/ WDM, kiến trúc mạng IP/ WDM, lí do chọn mạng IP/WDM. • Chương 2. Kỹ thuật lưu lượng IP/WDM. Trình bày một số vấn đề chung, khái niệm, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kỹ thuật lưu lượng IP/WDM và kỹ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM. • Chương 3. Tái cấu hình và phần mềm trong kỹ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương này đi sâu vào: tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất, mô tả và thảo luận về một thuật toán cụ thể cho kỹ thuật lưu lượng IP/WDM. • Chương 4. Các yêu cầu và ứng dụng trên IP/WDM. Trình bày các yêu cầu, các tiêu chí, ứng dụng của kỹ thuật lưu lượng IP/WDM, đồng thời đưa ra tình hình triển khai IP/WDM của VNPT. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo khoa công nghệ trường Đại học Vinh, trực tiếp là KS. Nguyễn Anh Quỳnh đã hướng dẫn, khuyến khích, chỉ bảo tận tình để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với công lao dìu dắt giúp đỡ của các thầy cô. Tuy đã cố gắng rất nhiều trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp nhưng vì trình độ và thời gian còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp này không tránh khỏi những thiếu sót, mong các thầy cô quan tâm giúp đỡ. Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 15 tháng 5 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Đăng Tuấn Nguyễn Đăng Tuấn 8 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng 15 Hình 1.2. Mạng IP/ATM/SONET/WDM .16 Hình 1.3. Mạng IP/SONET/WDM .17 Hình 1.4. Mạng IP/MPLS/WDM 17 Hình 1.5. Mô tả kiến trúc mạng IP/WDM điểm –điểm 19 Hình 1.6. Kiến trúc mạng IP/WDM tái định cấu hình .20 Hình 1.7. Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch 21 Hình 2.1. Bảo vệ đường và bảo vệ tuyến 33 Hình 2.2. Kỹ thuật lưu lượng IP/WDM (TE) 34 Hình 2.3. Kỹ thuật lưu lượng chồng lấp .36 Hình 2.4. Kỹ thuật lưu lượng tích hợp 38 Hình 2.5. Mô hình khối chức năng kỹ thuật lưu lượng IP/WDM .40 Hình 2.6. Tái cấu hình trong mạng IP/WDM .45 Hình 2.7. Hiện tượng trên mạng khi không có cân bằng tải 52 Hình 2.8. OSPF-OMP .54 Hình 2.9. MPLS-OMP 55 Hình 3.1. Thiết kế và định tuyến mô hình ảo 58 Hình 3.2. Tái cấu hình trong mạng WDM chuyển mạch gói 71 Hình 3.3. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng chồng lấp trong mạng IP/WDM 74 Hình 3.4. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng tích hợp trong mạng IP/WDM 77 Hình 4.1. Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang .88 Hình 4.2. Mạng NGN .91 Hình 4.3. Giai đoạn trước năm 2004 .92 Hình 4.4. Giai đoạn từ năm 2004 đến nay 93 Hình 4.5. Giai đoạn 2005-2006 .94 Nguyễn Đăng Tuấn 9 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM Hình 4.6. Giai đoạn sau năm 2010 .95 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra phát hiện lổi CSPF Constraint-based Shortest Path First Routing Định tuyến đường đi ngắn nhất trước tiên dựa trên ràng buộc DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu DHP Demand Hop-count Product heuristic algorithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh bước sóng mật độ cao ECMP Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh Brownian FEC Forwarding Equivalence Class Trường tương đương chuyển tiếp FEC GMPLS Generalized Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ HTDA Heuristic Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình dựa trên kinh nghiệm HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet Nguyễn Đăng Tuấn 10 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM ID Identifier Bộ nhận dạng IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kỹ sư Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ LEMS Link Elimination via Matching Scheme Loại bỏ tuyến nối thông qua lược đồ ghép LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối LOH Line Overhead Mào đầu tuyến LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí MLDA Minimum-delay Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic tối thiểu hoá trễ MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa NC&M Network Control and Management Quản lí và điều khiển mạng NE Network Element Phần tử mạng NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang OAM Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì OAM&P Operation, Administration, Maintenance and Provisioning Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám sát OC-3 Optical Carrier Level 3 Mức mang quang 3 Nguyễn Đăng Tuấn 11 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM (155,52Mb/s) (155,52Mb/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 LP OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàn liên mạng Internet quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu OSCP Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển mạch quang OSI Open Systems Interconnection Kết nối các hệ thống mở OSPF Open Shortest Path First Protocol Giao thức đường đi ngắn nhất trước tiên mở OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang POH Path Overhead Mào đầu đoạn PC Personal Computer Máy tính cá nhân QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược RD Residual Demand heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm nhu cầu dư thừa RDHP Residual Demand Hop-count Product heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu dư thừa RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên SCSI Small Computer Systems Interface Giao diện các hệ thống máy tính nhỏ Nguyễn Đăng Tuấn 12 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lí mạng đơn giản SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SOH Section Overhead Thông tin quản lý SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên SRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TE Terminal Equipment, Traffic Engineering Thiết bị đầu cuối, kỹ thuật lưu lượng TECP Traffic Engineering to Control Protocol Kỹ 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 lượng TMN Telecommunications Management Network Mạng quản lí viễn thông TTL Time To Live Thời gian sống UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử dụng UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng-mạng VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo WADM Wavelength Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WAM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng Nguyễn Đăng Tuấn 13 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM CHƯƠNG 1. 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 quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa 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 các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí. Nguyễn Đăng Tuấn 14