Router định tuyến theo trạng thái đường liên kết có một cơ sở đầy đủ về cấu trúc hệ thống mạng. Chúng chỉ thực hiện trao đổi thông tin về trạng thái đường liên kết lúc khởi động và khi hệ thống mạng có sự thay đổi. Chúng không phát quảng bá bảng định tuyến theo định kỳ như các router định tuyến theo distance vector (vector khoảng cách). Do đó, các router định tuyến theo trạng thái đường liên kết sử dụng ít băng thông hơn cho hoạt động duy trì bảng định tuyến.
RIP phù hợp với các mạng nhỏ và đường tốt nhất đối với RIP là đường có số chặng ít nhất. OSPF thì phù hợp với mạng lớn, có khả năng mở rộng, đường đi tốt nhất của OSPF được xác định dựa trên tốc độ của đường truyền. RIP cũng như các giao thức định tuyến theo distance vector khác đều sử dụng thuật toán chọn đường đơn giản. Còn thuật toán SPF thì phức tạp. Do đó, nếu router chạy theo giao thức định tuyến theo vector khoảng cách thì sẽ ít tốn bộ nhớ và cần năng lực xử lý thấp hơn so với khi chạy OSPF.
OSPF chọn đường dựa trên chi phí được tính từ tốc độ của đường
truyền.Đường truyền có tốc độ càng cao thì chi phí OSPF tương ứng càng thấp.
OSPF bảo đảm không bị định tuyến lặp vòng. Còn giao thức định tuyến theo vector khoảng cách vẫn có thể bị loop vòng.
Nếu một kết nối không ổn định, chập chờn, việc phát liên tục các thông tin về trạng thái của đường liên kết này sẽ dẫn đến tình trạng các thông tin quảng cáo không đồng bộ làm cho kết quả chọn đường của các router bị đảo lộn.
*OSPF giải quyết được các vấn đề sau:
- Tốc độ hội tụ.
- Hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask).
- Kích cỡ mạng.
- Chọn đường.
- Nhóm các thành viên.
Trong một hệ thống mạng lớn, RIP phải mất ít nhất vài phút mới có thể hội tụ được vì mỗi router chỉ trao đổi bảng định tuyến với các router láng giềng kết nối trực tiếp với mình mà thôi. Còn đối với OSPF sau khi đã hội tụ vào lúc khởi động, khi có thay đổi thì việc hội tụ sẽ rất nhanh vì chỉ có thông tin về sự thay đổi được phát ra cho mọi router trong vùng.
OSPF có hỗ trợ VLSM nên nó được xem là một giao thức định tuyến không theo lớp địa chỉ. RIPv1 không hỗ trợ VLSM, nhưng RIPv2 thì có.
Đối với RIP, một mạng đích cách xa hơn 15 router xem như không thể đến được vì RIP có số lượng chặng giới hạn là 15. Điều này làm kích thước mạng của RIP bị giới hạn trong phạm vi nhỏ. OSPF thì không giới hạn về kích thước mạng, nó hoàn toàn có thể phù hợp với mạng vừa và lớn.
Khi nhận được từ router láng giềng các báo cáo về số lượng chặng đến mạng đích, RIP sẽ cộng thêm 1 vào thông số chặng này và dựa vào số lượng chặng đó để chọn đường đến mạng đích.Đường nào có khoảng cách ngắn nhất hay nói cách khác là có số lương chặng ít nhất sẽ là đường tốt nhất đối với RIP. Nhận xét thấy thuật
toán chọn đường như vậy là rất đơn giản và không đòi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lực xử lý của router. RIP không hề quan tâm đến băng thông đường truyền khi quyết định chọn đường.
OSPF thì chọn đường dựa vào chi phí được tính từ băng thông của đường truyền. Mọi OSPF đều có thông tin đầy đủ về cấu trúc của hệ thống mạng và dựa vào đó để chọn đường đi tốt nhất. Do đó, thuật toán chọn đường này rất phức tạp, đòi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lực xử lý của router cao hơn so với RIP.
RIP sử dụng cấu trúc mạng dạng ngang hàng. Thông tin định tuyến được truyền lần lượt cho mọi router trong cùng một hệ thống RIP.Còn OSPF sử dụng khái niệm về phân vùng.Một mạng OSPF có thể chia các router thành nhiều nhóm.Bằng cách này, OSPF có thể giới hạn lưu thông trong từng vùng.Thay đổi trong vùng này không ảnh hưởng đến hoạt động của các vùng khác.Cấu trúc phân lớp như vậy cho phép hệ thống mạng có khả năng mở rộng một cách hiệu quả.
2.3.3. Thuật toán chọn đƣờng đi ngắn nhất
Theo thuật toán này, đường tốt nhất là đường có chi phí thấp nhất.Thuật toán được sử dụng là Dijkstra, thuật toán này xem hệ thống mạng là mọt tập hợp các nút được kết nối với nhau bằng kết nối điểm tới điểm.Mỗi kết nối này có một chi phí.Mỗi nút có một tên.Mỗi nút có đầy đủ cơ sở dữ liệu về trạng thái của các đường liên kết. Do đó, chúng có đầy đủ thông tin về cấu trúc vật lý của hệ thống mạng. Tất cả các cơ sở dữ liệu này điều giống nhau cho mọi router trong cùng một vùng.
2.3.4. Các khái niệm và hoạt động của OSPF
OSPFLà giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết (link-state), thường được triển khai trong các hệ thống mạng phức tạp. Giao thức OSPF tự xây dựng những cơ chế riêng cho mình, tự bảo đảm những quan hệ của chính mình với các router khác. Nó có thể dò tìm nhanh chóng sự thay đổi của cấu hình mạng (cũng như lỗi của các giao diện) và tính toán lại những đường đi mới sau chu kỳ hội tụ. Chu kỳ hội tụ của OSPF rất ngắn và cũng tốn rất ít lưu lượng đường truyền. Trong các giao thức trạng thái liên kết, mỗi router duy trì dữ liệu mô tả trong AS (AS- Autonomous System: vùng tự trị) của mình. Những dữ liệu này được coi như là dữ
liệu của trạng thái kết nối.Những router tham gia có một dữ liệu đồng nhất.Mỗi phần nhỏ của dữ liệu này là một đặc điểm riêng biệt của mỗi router nội bộ (interface của router, v.v). Router phân phối các đường đi trong vùng AS bằng “flood” (gởi tràn ngập trên vùng AS). Mỗi router chạy một thuật toán giống nhau thật sự, và chạy song song.Từ những dữ liệu của trạng thái liên kết, mỗi router tự xây dựng một con đường ngắn nhất tới các điểm còn lại và xem nó như là một nút gốc (root).Thuật toán này cho nó biết được điểm đến ngắn nhất trong vùng AS. Trong một và trường hợp bằng về chi phí đường đi đến một điểm, lưu lượng sẽ phân phối đều giữa chung. OSPF chấp nhận nhóm những thành phần mạng lại thành những nhóm và được gọi là vùng (area).Cấu hình của các vùng này được nằm ẩn trong các thành phần khác nhau của mỗi AS.Vấn đề này giảm thiểu lưu lượng định tuyến.OSPF cho phép cấu hình một cách mềm dẻo với những mạng con.Nó là giao thức “classless” (không phân cấp), nên hỗ trợ mặt nạ mạng cấp dưới chiều dài thay đổi (Variable Length Subnet Masking-VLSM) và vùng biệt lập (discontigous network).
Những khái niệm thƣờng dùng trong OSPF:
+ AS (autonomous system): là một nhóm các router trao đổi thông tin qua lại lẫn nhau thông qua giao thức chung.
+ Router ID: một số 32 bit để chỉ ra mỗi router chạy OSPF. Số này là số duy nhất nhận diện router trong AS.
+ Neighboring router: 2 router có giao diện chung và có chung mạng. Quan hệ láng giềng được thiết lập bằng cách sử dụng OSPF Hello protocol.
+ Adjacency: là một mối quan hệ giữa sự chọn lựa láng giềng router cho mục đích của sự trao đổi thông tin định tuyến. Không phải mỗi cặp router láng giềng đều trở thành adjacency.
+ Hello protocol: một thành phần của giao thức OSPF là sử dụng để thiết lập và duy trì quan hệ láng giềng.
+ Designated router: mỗi vùng quảng bá (broadcast) và vùng đa truy nhập không quảng bá (non-broadcast multiple access-NBMA), nơi mà có ít nhất 2 router tham gia vào thì phải có 1 router được chỉ định (Designated router-DR). Router phát thông báo trạng thái liên kết (Link-State Advertisements-LSA) cho hệ thống mạng này và sẽ có những trả lời khác trong khi chạy giao thức. “Designated router” sẽ được bầu bởi giao thức Hello. DR cho phép giảm thiểu số lần thiết lập quan hệ đòi hỏi trong vùng quảng bá và vùng đa truy nhập không quảng bá. Một ưu thế nữa là nó làm giảm thiểu kích thước của dữ liệu.
Các loại vùng trong OSPF: Normal area, stub area, totally stubby Area, Not- so-stubby Area
+ Stub Area: đây là vùng sẽ không nhận những cập nhật định tuyến từ bên ngoài (Type 5) nhưng vẫn nhận cập nhật từ những vùng láng giềng (Type 3)
+ Stotaly stub Area: đây có thể coi là vùng cực đoan nhất nó không nhật bất cứ cập nhật đường đi nào, và trong bảng đường đi của nó chỉ có một đường đi ra
ngoài duy nhất là tuyến mặc định (default route). Vùng này thích hợp cho những vị trí ở xa có ít mạng và cần sự giới hạn kết nối ra bên ngoài.
+ NSSA Stub Area: đây là vùng được sử dụng khi kết nối đến ISP hoặc khi có sự phân phối lại giữa các giao thức định tuyến khác nhau. Vùng này sẽ nhận các tuyến từ bên ngoài dưới dạng 7 và sẽ chuyển đổi dạng 7 này thành dạng 5 để quảng bá vào các vùng khác tại con NNSA ABR.
+ Normal Area: đây chính là vùng 0 và nó kết nối tới tất cả các vùng khác còn lại, nếu một vùng nào đó muốn nối tới vùng 0 nhưng không nối trực tiếp được thì lúc đó ta phải tạo các liên kết ảo cho vùng này.
Các loại gói tin OSPF: OSPF có 5 loại gói tin:
+ Gói tin Hello để trao đổi thông tin giữa các láng giềng với nhau.
+ Database description: gói tin này dùng để chọn lựa router nào sẽ được quyền trao đổi thông tin với nhau.
+ Link state request: gói tin này dùng để chỉ định LSA dùng trong tiến trình trao đổi các gói tin DBD.
+ Link state Update: gói tin này dùng để gửi các gói LSA đến láng giềng khi láng giềng gửi thông điệp yêu cầu.
+ Link state Acknowledge : gói tin này dùng để báo hiệu đã nhận gói tin cập nhật.
Trong ASON, khi xét về giao thức định tuyến có thể coi mỗi phần tử mạng như một Router trong vùng. Giao thức OSPF hoạt động trong ASON như sau:
Mỗi Router sinh ra các thông báo về trạng thái liên kết (link-state) cho các liên kết của nó.
Khi không có vùng OSPF nào được cấu hình, thông báo về trạng thái liên kết được phát tràn trên toàn bộ các router
Nó quyết định rằng toàn bộ router đều có cơ sở dữ liệu về trạng thái kết nối giống nhau.
Đường ngắn nhất được tính toán bởi tất cả các router và các bảng định tuyến được bắt nguồn từ đây.
Chƣơng 3 - Ứng dụng công nghệ ASON vào mạng truyền dẫn của VTN
3.1-Thực trạng mạng truyền dẫn VTN.
Trước năm 2009, mạng truyền dẫn phía bắc của Trung tâm viễn thông khu vực 1 – VTN1 (Công ty Viễn thông Liên tỉnh – trực thuộc VNPT) trải dài từ điểm đầu tổ quốc cho tới địa phận Vinh - Hà Tĩnh. Mạng này sử dụng thiết bị của hãng Fujitsu-4560 với dung lượng 2,5Gb/s. cung cấp các dich vụ PDH, SDH tốc độ thấp chủ yếu là các luồng E1(2MB) cho tổng đài liên tỉnh, kênh thuê riêng và cho các mạng di động 2G, 34MB và STM1 (155MB) cho một số khách hàng băng rộng Internet. Với cơ chế bảo vệ truyền thống là MSPRing và SNCP.Hình 1-1 minh họa mạng truyền dẫn trước khi triển khai ASON của VTN1.
Hình 3.1.a: Mạng truyền dẫn trước khi triển khai ASON của VTN1
Mạng này có đặc điểm như sau:
Số lượng Ring là 6 nhưng gần như hoạt động độc lập với nhau
Số lượng đường cáp ít: 30 liên kết
Với đặc điểm như vậy, nếu xảy ra sự cố cáp quang 2 hướng đến một nút mạng sẽ gây cô lập, mất liên lạc đến một số tỉnh.Ví dụ với trường hợp sự cố cáp quang xảy ra trên đoạn LCI-LCU và SLA-TGO, liên lạc tới LCU, MLY, ĐBN, TGO sẽ bị cô lập như được nêu ra trong hình dưới:
HNI2 BCN CBG BLC HGG VTY TQG TNN LCI YBI PTO TGO DBN SLA LCU PYN YBI TQG TNN MLY Ring 4A Ring 5A Ring 5B
Hình 3.1.b: Mô tả sự cố gây cô lập xảy ra tại VTN1
Trong bối cảnh toàn cầu hóa và trước sự bùng nổ Internet, nhu cầu băng thông cho cho các mạng di động 3G, đòi hỏi tốc độ truyền phải lớn hơn, độ tin cậy phải cao hơn thì các thiết bị cũ không thể đáp ứng được nhu cầu này nữa.
Thực tế hiện nay, nhu cầu dung lượng trong một mạng truyền tải phụ thuộc vào 3 yếu tố đó là: số người sử dụng, băng tần của dịch vụ và mức độ sử dụng dịch vụ. Có thể dự báo trong tương lai tổng nhu cầu dung lượng tăng từ 35 đến 60 % trên 1 năm như trong hình 3.1.c:
Hình 3.1.c: Dự báo nhu cầu dung lƣợng [4]
3.2- Giải pháp cho mạng truyền dẫn VTN:
3.2.1- Kiến trúc mạng quang truyền thống
Mạng truyền dẫn quang được xây dựng trên tập hợp các liên kết quang nối giữ các điểm với nhau tạo thành một mạch kín, mà ở đây có thể hiểu là liên kết giữa các vùng miền với nhau trong một khu vực hay một quốc gia qua hệ thống cáp quang để tạo thành một hay nhiều vòng Ring, tùy vào mục đích sử dụng mà các Ring này được thiết kế để sao cho phù hợp và tuân theo theo các tiêu chuẩn viễn thông quốc tế đề ra.
Mạng quang hiện tại mặc dù cung cấp dung lượng lớn, nhưng cũng chưa đủ linh động để đáp ứng nhu cầu mạng IP cũng như cũng như chưa đem lại được các giải pháp an toàn thông tin trước mọi tình huống có thể xảy ra do các yếu tố như:
- Thiết lập thủ công dễ gây lỗi
- Thời gian thiết lập kênh lâu
- Sử dụng tài nguyên (các thiết bị và hệ thống truyền dẫn) không hiệu quả
- Khó phối hợp giữa các mạng và khó kết nối tương thích giữa các hệ thống
- Khó đáp ứng nhu cầu dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn, thay đổi nhanh, nhiều loại dịch vụ.
- Quản lý mạng phức tạp
- Khó hoà mạng chung nếu có nhiều nhà cung cấp
- Thiếu bảo vệ mạng quang dạng mesh.
3.2.2- Tiêu chí lựa chọn mạng quang chuyển mạch tự động ASON
ASON (Automatic Switching Optical Network ) được đề xuất để giải quyết các vấn đề mà mạng truyền thống chưa làm được, vì nó mang lại nhiều lựa chọn như:
- Dễ khai thác và hiệu quả.
- Độ tin cậy cao
- Có khả năng mở rộng
- Qui hoạch và thiết kế dễ dàng hơn
- Cung cấp nhiều dịch vụ mới đáp mục tiêu :
+ Giảm chi phí khai thác bảo dưỡng
+ Giảm chi phí đầu tư
3.3. Ứng dụng công nghệ ASON vào mạng truyền dẫn của VTN
VTN đã triển khai và đưa vào sử dụng mạng ASON DWDM với dung lượng 10Gbit/s trên một bước sóng do hãng Huawei cung cấp.
Mô hình triển khai mạng Mesh phía Bắc như sau: Cấu hình mạng với 7 Ring chính, tuy nhiên điều khác biệt ở đây là có nhiều đường cáp hơn, các nút được nối với nhau nhiều hơn. Với mỗi nút, không chỉ có 2 đường cáp đến mà hầu hết có trên 2 đường.Từ đó, lưu lượng sẽ được đi đến từ nhiều hướng, tránh được trường hợp cô lập hoàn toàn.Không những thế, các bước sóng còn được dùng lại trên các đường cáp khác nhau nhằm làm tăng dung lượng mạng. Các bước sóng không chỉ đi thẳng giữa 2 nút với nhau mà còn được kết nối qua nhiều nút, làm linh hoạt cho việc kết nối lưu lượng trên toàn bộ mạng và tăng cường khả năng bảo vệ hơn nữa như hình 3-3.a: LSN TQG HNI NBH NDH 120 HPG PTO SLA YBI HDG PYN CBG HGG LCI LCU MLY DBN TGO (skipped) VTY TNN BCN BGG BNH 90 85 80 110 120 134.6 110 110 120 50 92 76 67 40 85 30 30 30 30 90 10 110+62 108 87 168 80 120 120 100 90 55 80 110 110 110 110 30 40 120 120 120 120 97 92.5 120 127 63 HNM HYN TBH TYN 30 63 HTY VPC HBH Multi-Degree ROADM 2-Degree ROADM