9. Dung lượng nút và kết nối chuyển mạch/định tuyến
9.1. Phương pháp định cỡ mạng chuyển mạch IP
Phần này thiết kế và định cỡ mạng với ràng buộc là chiều dài tối đa cho các
đường định tuyến (path) xuất phát từ nhu cầu bảo vệ mạng và đảm bảo QoS. Các nhu cầu thông lưu lượng được tải qua các path giữa các node gián tiếp và đồng thời đảm bảo số hop tối đa trên tất cả các path kể cả trong trường hợp có bất kỳ
lỗi nào xảy ra. Vấn đề này được nghiên cứu trong bài toán thiết kế mạng IP/MPLS trên nền truyền dẫn WDM.
Mạng MPLS bao gồm các node, được gọi là các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (Label Switching Routers - LSRs) và các link nối các node đó. MPLS tổ
chức mạng theo miền, trong đó, LSRs xác định biên của chúng với các node vào ra, nhu cầu lưu lượng. Các node khác được gọi là LSRs lõi có thể tồn tại trong mạng để cung cấp truyền thông giữa các cạnh LSRs. Việc chuyển tiếp các gói IP
từ các LSRs vào và ra được thực hiện bằng các đường chuyển mạch nhãn (Label Switching Paths - LSPs). Trong LSR vào, các gói IP đến được phân loại dựa trên
đích của chúng và chất lượng dịch vụ yêu cầu (QoS), và theo sự phân loại này, các gói được chuyển tiếp thông qua LSP thích hợp tới LSR ra. Mặt khác, những tiến bộ của truyền dẫn quang và các kỹ thuật chuyển mạch yêu cầu triển vọng cho các mạng hoàn toàn quang dựa trên WDM và các bộ kết nối chéo quang (Optical Cross-Connects - OXCs). Trong các mạng này, kết nối quang giữa các
điểm cuối điện có thể được thiết lập bằng các chuỗi hoàn toàn quang của các bước sóng WDM được gọi là các lightpath. Các lightpath có giới hạn về mở rộng vật lý của chúng do các suy yếu truyền dẫn khác nhau (ví dụ tắt dần, xuyên tâm, sự phân tán, tính không tuyến tính). MPLS trên các mạng WDM được quan tâm
đáng kể do tính hiệu quả trong việc tận dụng tài nguyên mà có thể có được bằng cách xem xét đồng thời hai tầng mạng. Trong các mạng này, các lightpath được
định tuyến qua tầng vật lý (bao gồm các OXCs được nối thông qua các sợi quang) và LSP được nối thông qua topo logic của các lightpaths (mạng quang
ảo). Thành công của MPLS là liên quan trực tiếp đến dung lượng của mạng trong các yêu cầu về hỗ trợ dịch vụ mà mạng Internet hiện tại không thể làm
được. Trong vấn đề này, có hai yêu cầu cần được xem xét. Trước hết là mạng Internet trong tương lai phải hỗ trợ các dịch vụ nhạy cảm với trễ như lưu lượng theo luồng liên tục (voice hay video). Một gói tin IP đi vào LSR và ra trải qua một trễ hàng đợi. Và tổng cộng trễ đó trong mạng phải nhỏ hơn một giá trị thời gian tối đa nào đó. Điều này có thểđạt được bằng cách giới hạn kích thước hàng
đợi và số hàng đợi được duyệt bởi mỗi luồng nhu cầu. Thường thì kích thước hàng đợi được xác định bởi các ràng buộc khác, có nghĩa là trong thực tế, yêu cầu trễ tối đa thoả mãn phụ thuộc các tuyến thông qua các path có hop giới hạn. Yêu cầu thứ hai là mạng Internet tương lai phải cung cấp các dịch vụ tin cậy.
Đây là một yêu cầu quan trọng về lưu lượng dòng do mạng nếu bị cắt trong một vài giây có thể chấp nhận được khi duyệt web nhưng không thể chấp nhận được khi hai người nói chuyện với nhau. Các bước chi tiết cho chịu đựng lỗi phải
Trong bài toán này, hai đường giữa các node gián tiếp được xem xét cho một nhu cầu lưu lượng bất kỳ. Phương pháp này là cơ bản cho cơ chế chịu lỗi cần thiết cho mạng trong trường hợp lỗi đơn xảy ra như bảo vệ 1+1 (tất cả các nhu cầu đều được gửi đồng thời qua hai LSP), bảo vệ 1:1 (nhu cầu được gửi thông qua LSP hoạt động và LSP bảo vệ được sử dụng khi LSP hoạt động bị lỗi) hoặc
định tuyến hai đường (một nhu cầu được phân ra làm hai và truyền trên hai LSP). Trong trường hợp này, một nửa nhu cầu được bảo vệ khỏi bất kỳ lỗi đơn nào.
Trong phần này ta xem xét vấn đề thiết kế các mạng MPLS trên WDM. Một topo cụ thể của tầng WDM, vị trí của cạnh LSRs và ma trận nhu cầu lưu lượng, ta xác định vị trí các LSR lõi và các tuyến lightpath tối thiểu chi phí tổng cộng của mạng, mục tiêu là các ràng buộc tại cả hai tầng mạng. Tại tầng WDM, ta xem ràng buộc đường đi là chiều dài tối đa của mỗi lightpath, gây ra các suy hao truyền dẫn quang. Tại tầng MPLS, ta xem xét ràng buộc về chất lượng dịch vụ, kết hợp giữa yêu cầu trễ tối đa và yêu cầu đảm bảo hoạt động của mạng, trong đó mỗi nhu cầu được thực hiện bởi các LSR giữa các node gián tiếp có ràng buộc số
bước nhảy. Chi phí mạng bao gồm chi phí của LSR và việc sắp đặt các lightpath. Ta mô hình hóa vấn đề thiết kế trong đồ thị mở rộng để đảm bảo các ràng buộc
đường đi WDM và ta sử dụng các tiếp cận bước nhảy được đánh chỉ sốđể mô hình hóa các ràng buộc bước nhảy MPLS. Thêm vào đó, ta kế thừa heuristic hai pha, là một phân rã của mô hình thu gọn của chúng ta thành hai mô hình ILP đơn giản hơn, có thể được giải quyết lần lượt sử dụng các kỹ thuật giải quyết ILP chuẩn. Với heuristic hai pha này, có thể giải quyết vấn đề mà không thể giải quyết trong mô hình thu gọn. Các tiếp cận đánh chỉ số hop được sử dụng rộng rãi trong các cây mở rộng với ràng buộc số hop. Gần đây, nó được sử dụng trong thiết kế mạng MPLS trên WDM không có nhu cầu về tính hoạt động. Các mô hình khác cũng được thảo luận cho các ràng buộc node hoạt động với ràng buộc số hop trong bài toán thiết kế topo mạng MPLS.
Phần này được tổ chức như sau: Phần thứ nhất thể hiện mô hình ILP thiết kế
mạng. Phần nhỏ thứ hai mô tả heurisic hai pha. Phần cuối cùng thể hiện các thử
nghiệm tính toán và kết luận từ các kết quả tính toán đó.