Các giao thức định tuyến phổ biến đang được sử dụng trong mạng IP/MPLS hiện nay là OSPF (Open Shortest Path First) hoặc IS-IS (Intermediate System To Intermediate System).
Giao thức OSPF được mở rộng để hỗ trợ cho các tính năng mới của mạng GMPLS.
3.5.1.1 Giao thức Link State
Giao thức link-state tạo một bản định tuyến bằng cách trao đổi trạng thái liên kết (link state) của các bộđịnh tuyến để tạo được topy mạng.
Tiếp đến nó tìm đường ngắn nhất tới đích dựa trên các thông tin đó.
Hình.3.10 Giao thức định tuyến link state
Cơ chế quan trọng của giao thức Link state đó là việc đồng bộ trạng thái của các liên kết và sử dụng một thuật toán để tìm đường ngắn nhất, thuật toán “Dijkstra”.
3.5.1.1.1 Đồng bộ trạng thái liên kết bằng “Flooding”
Trạng thái liên kết đại diện cho các kết nối giữa các bộđịnh tuyến hàng xóm. Mỗi bộ định tuyến ấn định thông tin của kết nối với các bộ định tuyến hàng xóm vào trong bản tin link state và gửi nó tới tất cả các bộđịnh tuyến khác trong mạng.
Do bảng định tuyến chưa được khởi tạo nên các bản tin link state không thể được gửi tới các bộ định tuyến khác bằng các giao thức IP truyền thống, chính vì thế nó phải sử dụng phương pháp “Flooding”.
Trong quá trình “Flooding”, mỗi bộ định tuyến gửi lại gói trạng thái liên kết (link-state packet) mà nó nhận được tới các bộđịnh tuyến hàng xóm. Vì thế các gói tin trạng thái liên kết (link-state packet) được gửi đi toàn mạng. Tuy nhiên tại thời
điểm này bảng định tuyến vẫn chưa được tạo.
Để giảm thiểu các bản tin trạng thái liên kết (link-state packet) dư thừa di chuyển trong mạng, các bộđịnh tuyến sau khi nhận các bản tin (link-state packet) từ
các bộ định tuyến hàng xóm chỉ gửi đi “flooding” các bản tin trạng thái liên kết “mới”. Vì thế không xảy ra hiện tượng trùng lặp các bản tin link-state packet.
Khi trạng thái liên kết thay đổi, bộđịnh tuyến gốc của trạng thái liên kết phản ánh sự thay đổi vào gói tin trạng thái liên kết (link-state packet) và tiến hành gửi đi “flooding” tới các nút hàng xóm bên trong mạng.
Ví dụ khi liên kết down, bộđịnh tuyến phản ánh thông tin này vào gói tin trạng thái liên kết và tiến hành “flooding”.
Tuy nhiên trạng thái liên kết thay đổi thời gian vì thế cần phải có phương pháp
để phân biệt trạng thái liên kết gần nhất. Việc này được thực hiện bằng cách ấn định tuần tự số thứ tự cho mỗi bản tin trạng thái liên kết. Khi nút gốc cập nhật bản tin trạng thái liên kết nó tựđộng tăng giá trịđó thêm 1 và tiến hành “flooding”.
Một bộ định tuyến khi nhận bản tin trạng thái liên kết (link-state packet) chỉ
chấp nhận bản tin có giá trị thứ tự lớn hơn thứ tư của bản tin nó mới nhận sớm nhất. Việc thiết kế không gian số thứ tự trong bản tin trạng thái liên kết là rất quan trọng vì nó liên quan tới việc lưu trữ và không gian bộ nhớ của bô định tuyến.
Qua quá trình phân tích ta thấy giao thức link-state đồng bộ trạng thái liên kết tốt.
3.5.1.1.2 Thuật toán Dijkstra
Thuật toán Dijkstra là thuật toán tìm đường dựa trên giá thấp nhất. Tất cả các liên kết đều có giá trị dương.
Thuật toán được hiểu như việc mở rộng một cây giá “tree cost” với điểm bắt
đầu từ một nút gốc.
Từ nút nguồn, đầu tiên nó tìm nút với giá thấp nhất, tiếp đến nó tìm nút kế tiếp với giá thấp nhất và quá trình được lặp lại cho đến khi tới nút đích.
Mô tả thuật toán
G - Cho sơđồ kết nối tùy ý. V0- là nút nguồn. V- là tập các nút có trong G. S- là tập các nút đã được chọn. N- số nút trong tập G. D- khoảng cách đến v0.
C- chi phí của các liên kết trong tập G.
Dijkstra Algorithm (graph G, vertex v0)
{ S={v0} For i = 1 to n D[i] = C[v0,i] For i = 1 to n-1 Chọn w trong tập V-S mà có Djncn;[w] là nhỏ nhất Cộng thêm nút w vào tập S. Mỗi nút v trong tập V-S tính D[v] = min(D[v], D[w] + C[w,v]) }
Theo lý thuyết ta có công thức tính Metric cost như sau: ) ( _ / 10 cos _ t 8 line speed bps Metric = Bảng tham khảo: Loại mạng Cost FDDI/Fast Ethernet 1 Token Ring (16Mbps) 6 Ethernet 10 E1 48 T1 64 64 kb/s 1562 56 kb/s 1785
Ví dụ:
Trong thực tế, mạng không chỉ yêu cầu tìm đường ngắn nhất mà còn phải đảm bảo một số các ràng buộc khác nhưđộ trễ, …thuật toán CSPF (Constrained Shortest Path First) được mở rộng từ (dijktra) SPF để đáp ứng được các yêu cầu thực thế về
QoS của mạng. Vì thế ngoài trọng số Cost (C) hay Băng thông (B), tham số độ trễ
(D) cũng phải được tính đến khi tìm đường để thỏa mãn các yêu cầu về QoS. ∑ = + = K j j i i i S r M D 1 (1) M: Kích thước lớn nhất của khối dữ liệu. ri : Tốc độđảm bảo của luồng thứ i. Si j: Trễ của nút thứ j. i i j MAX j i r L R L S = + (2) LMAX : Kích thước lớn nhất của gói.
Li: Kích thước gói tối đa thuộc luồng i. Rj: Băng thông đầu ra.
Ví dụ topo mạng như hình dưới:
Giả sử metric gắn với từng liên kết là (băng thông bij (Mbps)- trễ dij(ms)). MTU -1500 (bytes).
Hình.3.12 Ví dụ tìm đường dựa trên băng thông-độ trễ
Mạng yêu cầu chọn hai LSP với (B=2Mbps và D=100ms) & (B=2Mbps và D=80ms). Vì thế những liên kết có B < 2Mbps sẽ bị loại bỏ trước.
Còn lại 2 đường LSP có thể được chọn: P1=A_B_C_F và P2=A_B_D_E_F. Áp dụng công thức (1) ta có D1= 74.53 ms và D2 = 94.65 ms. Do đó P1được chọn.
3.5.2 Các khái niệm trong định tuyến GMPLS 3.5.2.1 Liên kết điều khiển lưu lượng (TE-link) 3.5.2.1 Liên kết điều khiển lưu lượng (TE-link)
Trong GMPLS, đường chuyển mạch nhãn của lớp thấp hơn có thể trở thành liên kết của một đường chuyển mạch nhãn ở lớp cao hơn.
Khi một đường chuyển mạch nhãn (LSP) của lớp thấp hơn được thiết lập, nó
được quảng bá trong mạng như là một liên kết của lớp trên nếu được nhìn tự lớp trên tại nút khởi tạo của LSP đó. Đường chuyển mạch nhãn (LSP) đó được gọi là liên kết thiết kế lưu lượng (TE-link).
Hình.3.13 Khái niệm liên kết TE
Ví dụ trong hình (a), trong lớp TDM, đường chuyển mạch nhãn (TDM-LSP) hoạt động như một liên kết TE giữa lớp gói và lớp TDM.
Khi đường chuyển mạch nhãn của lớp gói (PSC-LSP) được thiết lập, tuyến
Trong mạng GMPLS, một liên kết vật lý như sơi quang cũng có thể được gọi là một liên kết TE, ởđây không có sự phân biệt giữa liên kết vật lý và liên kết ảo.
3.5.2.2 Liên kết không đánh số
Trong mạng MPLS, giao diện của một liên kết có thể được ấn định bằng một
địa chỉ IP. Dựa vào địa chỉ IP có thể xác định được liên kết trong mạng.
Trong mạng GMPLS, số lượng bước sóng trên một sợi quang có thể lên tới hàng trăm, vì thế không thểấn định địa chỉ IP cho giao diện của mỗi bước sóng.
GMPLS xác định liên kết TE thông qua một tham số nhận diện liên kết (link ID). Nó được gán với giao diện của liên kết. Thưc tế vẫn cần một địa chỉ IP để gán cho giao diện trong phục vụ cho các nhiệm vụ khác, nhưng (link ID) là không thể
thiếu và nên được quy hoạch duy nhất trong mỗi bộđinh tuyến.
Có thể xác định một liên kết bên trong mạng thông qua việc xác định nhận diện bộđịnh tuyến (Router ID) và nhận diện liên kết (link ID).
Qua các phân tích trên ta dẫn tới khái niệm một liên kết được xác đinh thông qua route ID và link ID được gọi là liên kết không đánh số (unnumbered link).
3.5.2.3 Bó các liên kết
Là quá trình tích hợp các liên kết có cùng chung đặc tính vào thành một liên kết TE.
Điều kiện để xem các liên kết có cùng chung đặc tính: 1. Các liên kết đươc thiết lập giữa cùng các nút.
2. Các liên kết là cùng loại (điểm-điểm/ điểm-đa điểm). 3. Các liên kết có cùng (giá) TE metric.
4. Các liên kết thuộc cùng lớp tại nguyên.
Việc bó các liên kết thành một liên kết TE làm tăng khả năng địng tuyến trên diện rộng, bởi giao thức định tuyến giảm bớt được số lượng bản tin quảng bá về
trạng thái của liên kết.
Tuy nhiên việc bó các liên kết như trên cũng có thể làm xót (thiếu) các tại nguyên riêng lẻ của các liên kết. Ví dụ như thiết lập giá trị tối đa dung lượng trống
của một liên kết được bó bằng giá trị tối đa dung lượng trống của một tài nguyên
đơn lẻ. Yêu cầu phải có sự cân bằng giữa hiệu quả của việc giảm lượng thông tin quảng bá và dung lượng lưu trữ tài nguyên thông tin.
3.5.2.4 Quảng bá liên kết điều khiển lưu lượng (TE-link advertisement)
Trong mạng IP/MPLS, trạng thái liên kết giữa các bộ định tuyến được quảng bá sử dụng bản tin LSA(Link-State Advertisement) Loại-1.
Đối với mạng GMPLS bản tin “opaque” LSA được sử dụng để quảng bá thông tin của liên kết TE.
Dưới sự thống nhất của tổ chức IETF, LSA(Link-State Advertisement) Loại- 10 được sử dụng do nó hỗ trợ giao thức định tuyến bên trong một vùng mạng.
Khuôn dạng bản tin “opaque” LSA được trình bầy như hình dưới đây:
Hình.3.14 Bản tin “opaque” LSA
Thông tin “opaque” được “opaque” LSA quảng bá theo khuôn dạng TLV(Loại-chiều dài-giá trị(biến)).
Có hai loại khuôn dạng TLV:
• Bộđịnh tuyến TLV diễn giải thông tin định tuyến.
• Liên kết TLV diễn giải thông tin liên kết.
Giao thức OSPF mở rộng trong GMPLS có định nghĩa các đơn vị TLV của liên kết TLV, các đơn vị TLV từ loại 1 đến loại 10 được mở rộng để hỗ trợ cho thiết kế và điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS. Các mở rộng còn lại được dành cho mạng GMPLS được trình bầy dưới như bảng dưới đây:
Loại Sub-TLV Chiều dài Tên Chú thích
1 1 Loại liên kêt 2 4 Nhận diện liên kết 3 4 Địa chỉ IP của giao diện địa phương 4 4 Địa chỉ IP của giao diện đầu xa 5 4 “Giá” của lưu lượng 6 4 Băng thông tối đa 7 4 Băng thông tối đa dự trữ 8 32 Băng thông không dành sẵn 9 4 Nhóm quản trị
11 8 Nhận diện liên kết địa phương/đầu xa Dùng cho GMPLS
14 3 Loại bảo vệ liên kết Dùng cho GMPLS
15 Thay đổi Miêu tả khả năng chuyển mạch của giao diện Dùng cho GMPLS
16 Thay đổi Nhóm liên kết chia sẻ rủi ro Dùng cho GMPLS
Bảng.3.1 Bảng miêu tả loại đơn vị TLV
Sub-TLV=11(nhận diện liên kết địa phương/đầu xa): Chiều dài 8 octets, mỗi trường nhận diện liên kết “local” và “remote” chiếm 4 octets. “Local” là nút đầu gần của liên kết, “remote” là nút phía đầu xa của liên kết. Nhận diện liên kết local/remote được sử dụng trong trường hợp một liên kết không đánh số. Nếu không xác định được nhận diện liên kết TE đầu xa “remote”, nó sẽđược đặt bằng 0.
Sub-TLV=14(loại bảo vệ liên kết): Chiều dài 4 octets, loại bảo vệ liên kết xác
định độ tin cậy của liên kết. Octet đầu tiên định nghĩa loại bảo vệ liên kết.
0x01: (Lưu lượng phụ trội): Đây là một liên kết bảo vệ các liên kết khác, lưu lượng chạy trên liên kết này là “best-effort”. Giả sử có lỗi tại một liên kết và dữ liệu LSP của liên kết đấy được liên kết bảo vệ, tiếp đến một liên kết được bảo vệ khác cũng xuất hiện lỗi, dữ liệu LSP tiếp tục được chuyển tới liên kết bảo vệ, do đó dữ liệu LSP trước đó sẽ bị mất.
0x02: (Không bảo vệ): Liên kết này không được bảo vệ bởi các liên kết khác, khi có lỗi xảy ra, dữ liệu LSP trên liên kết này sẽ bị mất.
0x08: (Chia sẻ): Có một hoặc nhiều liên kết bảo vệ liên kết đó. Tuyến của liên kết chia sẻ(shared type) và tuyến của liên kết lưu lượng phụ trội (extra-traffic- type) là độc lập với nhau. Loại liên kết lưu lượng phụ trội (extra-traffic-type) có thể lại được dùng cho nhiều liên kết loại chia sẻ (shared-type).
0x08: Loại 1:1: Có một liên kết lưu lượng phụ trội (extra-traffic-type) bảo vệ
một loại 1:1. Tuyến của loại 1:1 và tuyến của liên kết phụ trội (extra-traffic- type) là độc lập với nhau.
0x10: Loại 1+1: Có một liên kết độc lập chuyên biệt bảo vệ một loại 1+1. Nhưng liên kết bảo vệ loại 1+1 không được lựa chọn làm tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) do nó không được quảng bá như một trạng thái liên kết.
0x20: Loại nâng cao: Loại này tin cậy hơn loại 1+1. Ví dụ có 2 hoặc nhiều hơn tuyến độc lập chuyên biệt bảo vệ loại 1+1.
Sub-TLV=15(Nhận diện khả năng chuyển mạch của giao diện): Chiều dài thay đổi. Một trường chiều dài 1 octet xác định khả năng chuyển mạch, một trường chiều dài 1 octet khác xác định loại mã hóa. Trường chiều dài 1 octet còn lại nhận diện băng thông đường chuyển mạch nhãn tối đa cho mỗi mức ưu tiên. Có tối đa 8 mức ưu tiên.
Liên kết được nối tới nút thông qua giao diện. Trong thực tế mạng GMPLS mỗi một loại giao diện có khả năng hỗ trợ loại chuyển mạch khác nhau.
Ví dụ: khi một giao diện của một liên kết không thể nhận diện gói, nó có thể
tiến hành việc chuyển mạch bằng một đơn vị kênh bên trong SDH payload. Giao diện tại các đầu cuối của liên kết không yêu cầu có loại chuyển mạch giống nhau.
Có một số loại chuyển mạch: PSC, TDM, LSC, FSC.
Một số loại mã hóa bao gồm: gói(packet), ethernet, khung số hóa (digital wrapper), bước sóng(lamda), sợi quang (fiber). Loại mã hóa xác định loại mã hóa mà giao diện có thể hỗ trợ.
(PSC,PSC): Liên kết giữa các bộđịnh tuyến IP. (TDM,TDM): Liên kết giữa DXC và DXC. (LSC,LSC): Liên kết giữa OXCs.
(PSC,TDM): Liên kết giữa bộđinh tuyến IP và TDM. (PSC,LSC): Liên kết giữa bộđịnh tuyến IP và OXC. (TDM,LSC): Liên kết giữa TDM và LSC.
(PSC,PSC+LSC): Liên kết giữa bộđịnh tuyến IP và nút (có cả chức năng đinh tuyến IP và OXC).
Sub-TLV=16(nhóm liên kết chia sẻ rủi ro): Chiều dài thay đổi, nhóm liên kết chia sẻ rủi ro là sự tập trung của nhiều liên kết cùng chịu ảnh hưởng bởi một lỗi.
Ví dụ:
Giả sử có nhiều bước sóng trong một sợi quang và nhiều đường chuyển mạch nhãn LSC-LSP được thiết lập như một liên kết sử dụng một bước sóng của cùng sợi quang. Các liên kết giữa nút nguồn và nút đích có thể khác nhau.
Khi một lỗi xảy ra với liên kết sợi quang, tất cả các liên kết (LSC-LSP) đều
đồng thời chịu ảnh hưởng như nhau.
Vì thế trong mạng GMPLS mỗi một liên kết có thể chọn một tuyến độc lập và có thể chia sẻ rủi ro bằng cách xác định xem nó có thuộc nhóm liên kết chia sẻ rủi ro nào hay không.
Một nhóm liên kết chia sẻ rủi ro được ấn định một giá trị độc lập bên trong mạng và giá trị này có chiều dài 4 octets.
Một liên kết có thể thuộc nhiều nhóm liên kết chia sẻ rủi ro (risk-shared-link group).
3.6 Báo hiệu trong GMPLS
3.6.1 Giao thức RSVP-TE mở rộng cho GMPLS
Giao thức báo hiệu là giao thức thiết lập đường chuyển mạch nhãn và quản lý trạng thái thiết lập của đường chuyển mạch nhãn.
RSVP-TE định nghĩa một phiên như một luồng dữ liệu với một địa chỉđích và giao thức lớp transport xác định.
Ta có thể coi RSVP-TE là giao thức lớp transport được thiết kếđể dành sẵn tài nguyên mạng cho các dịch vụ tích hợp internet.
RSVP-TE có thể hoạt động với IPv4 hoặc IPv6, nó không trực tiếp vận chuyển
ứng dụng dữ liệu tuy nhiên nó là một giao thức điều khiển.
RSVP common header RSVP ojbect
RSVP common header RSVP ojbect
IP Header
RSVP common header RSVP ojbect
IP Header Layer 2 Header
Hình.3.15 Mô hình giao thức RSVP-TE
3.6.1.1 Các bản tin chính của RSVP-TE
PATH: Dùng để thiết lập một đường chuyển mạch nhãn (LSP setup).
RESV: Chấp nhận việc thiết lập một đường chuyển mạch nhãn (LSP Accept). RESVCONFIRM: Do nút biên lề hướng ra yêu cầu để xác định đường chuyển mạch