2.8.1 Công nghệ MPLS
MPLS là thuật ngữ viết tắt của Multi-Protocol Label Switching. Nguyên tắc cơ bản của MPLS là thay đổi các thiết bị lớp 2 trong mạng như các thiết bị chuyển mạch ATM thành các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LRS (Label switching
router). LRS có thểđược xem như một sự kết hợp giữa hệ thống chuyển mạch ATM với các bộđịnh tuyến truyền thống, các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM hoặc khung lớp hai. MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba. Công nghệ MPLS là một dạng phiên bản của công nghệ IPoA (IP over ATM) truyền thống, nên MPLS có cả ưu điểm của ATM tốc độ cao, QoS và điều khiển luồng và của IP với độ mềm dẻo và khả năng mở rộng. . [23]
Nguyên tắc hoạt động của giao thức MPLS có thểđược mô tả tổng quát bằng hình sau.
Hình 2.22: Nguyên tắc hoạt động của MPLS
Bước 1: Mạng tựđộng tạo ra một bảng định tuyến với các router có khả năng thực hiện các giao thức MPLS ở ngõ vào, như giao thức OSPF hoặc IS-IS, trong suốt hệ thống mạng. Label Distribution Protocol 1 (LDP) sử dụng giao thức định tuyến trong bảng để gán các giá trị cho các thiết bị kế cận nhau. Hoạt động này tạo các Label Switching Paths (LPSs), cấu hình lại đường đi giữa các điểm đến.
Bước 2: Các gói vào tại những Label Switching Router (LSR) ngõ vào xác
những đòi hỏi vềđịnh tuyến Edge LSR lựa chọn và gán nhãn vào gói điều khiển và gởi các gói đi tiếp.
Bước 3: LSR trong mạng lõi đọc nhãn trên các gói thay thế chúng bằng một nhãn mới và ghi vào trong một bảng và gởi tiếp các gói đi. Hành động này được lặp lại trong tất cả các nốt lõi.
Bước 4: LSR tại các ngõ ra gỡ các nhãn đọc gói điều khiển và gởi tiếp chúng
đi đến đích cuối cùng.
2.8.2 Công nghệ OBS over MPLS
Các đặc điểm nổi bật của cơ chế này là chuyển tiếp kiểu chuyển mạch nhãn
đa giao thức MPLS cũng như có lớp điều khiển truy nhập trung gian giữa các lớp quang và IP. Các gói IP đến được kết hợp thành các chùm dữ liệu tại router IP vào và được chuyển tải qua mạng lõi quang tới Router IP ra đích. Không có bộ đệm hoặc đệm quang rất hạn chế tại các kết nối chéo quang trong mạng đường trục quang. [24]
Chuyển mạch quang chùm sử dụng MPLS
Hình 2.23: Mạng trục truyền dẫn IP over OBS WDM sử dụng MPLS
kỹ thuật lưu lượng và cải thiện băng thông mạng dựa trên OBS như sau: Mỗi kết nối quan chéo trong mạng trục sẽ có thông tin trao đổi nhãn về các tuyến đã tính toán trước trong cơ sở thông tin nhãn (LIB) của nó. LIB có thểđược thiết lập bằng cách sử dụng các kỹ thuật chuẩn như các giao thức định tuyến với các mở rộng của kỹ
thuật lưu lượng để phân phối thông tin về miền quang (băng tần khả dụng trong bước sóng, số bước sóng trên cáp quang) và giao thức phân phối nhãn định tuyến cưỡng bức (CR-LDP) hay giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP) để phân phối các nhãn. Bất cứ khi nào router vào có chùm dữ liệu cần phát thì nó sẽ tham chiếu LIB của nó để xác định nhãn phù hợp. Nhãn này có trong gói điều khiển này đã đến trước chùm dữ liệu này. Khi gói điều khiển đi tới một nút trung gian bất kỳ thì các hành động sau sẽđược thực hiện:
Nhãn trong gói điều khiển được sử dụng để chỉ thông tin chuyển tiếp chùm dữ liệu trong LIB như giao diện ra và ưu tiên hoặc thông tin về QoS.
Kết nối chéo được thiết lập để chuyển mạch chùm dữ liệu tương ứng với gói
điều khiển đó trong phạm vi toàn quang. Để làm được điều này, thông tin trong gói
điều khiển về chiều dài và offset của chùm dữ liệu được sử dụng để bổ sung vào thông tin chuyển tiếp lấy ra từ LIB. Đặc biệt offset được sử dụng để xác định việc chuyển đổi từ bước sóng vào trên một sợi cáp quang sang một bước sóng ra trên một sợi cáp quang khác. Để chuyển tiếp các chùm dữ liệu liên tiếp của cùng một kết nối (LSP) trên các bước sóng khác nhau tại một sợi cáp quang, nhãn chỉ xác định việc chuyển đổi cáp quang vào sang cáp quang ra, còn thông tin để sử dụng chuyển
đổi bước sóng, chỉ ra trong trường hợp có va chạm thì gói điều khiển với yêu cầu
đặt trước có được phép ưu tiên hay không).
Gói điều khiển sau đó phải trải qua việc trao đổi nhãn (và gắn thêm thông tin về bước sóng) và được chuyển tiếp trên kênh điều khiển riêng của sợi cáp quang ra do LIB chỉđịnh.
Sơđồ chức năng của kết nối chéo quang hỗ trợ OBS và sử dụng chuyển tiếp kiểu MPLS được chỉ ra trong hình
CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ.
Vấn đề quan trọng của mạng thế hệ mới là khả năng hỗ trợ một số lượng lớn dịch vụở các loại ứng dụng khác nhau. Để hỗ trợ những dịch vụ này, mạng phải có khả năng cung cấp được sựđảm bảo tốt cũng như phân biệt 2 tham số mất (lost) và
độ trễ (delay). Chương này đề cập đến vấn đề cung cấp chất lượng dịch vụ trong mạng chuyển mạch quang chùm.
Nhìn chung QoS có thểđược cung cấp trong mạng chuyển mạch quang chùm bằng cách phân biệt vài điểm trên mạng. Các cách tiếp cận sự phân biệt này bao gồm thời gian bù, các chính sách giải quyết, việc lắp ráp các burst và xếp lịch được phân biệt.
Mô hình QoS cũng có thểđược phân loại dựa trên độ cô lập giữa các lớp lưu lượng khác nhau. Trong mô hình cô lập, hiệu suất của luồng lưu lượng có độưu tiên cao độc lập với luồng lưu lượng có độ ưu tiên thấp. Trong khi đó, trong mô hình không cô lập thì hiệu suất của luồng lưu lượng có độưu tiên cao lệ thuộc vào luồng lưu lượng có độ ưu tiên thấp. Độ cô lập có thể được chọn đầu tiên và có thể thoả
mãn bằng việc sử dụng các kỹ thuật khác nhau.
3.1 Định nghĩa chất lượng dịch vụ
Chất lượng dịch vụ là khả năng cung cấp các mức độ ưu tiên khác nhau đối với các ứng dụng, người sử dụng, lưu lượng dữ liệu khác nhau hoặc đểđảm bảo một mức độ nhất định đối với một luồng dữ liệu. Ví dụ như những đòi hỏi về tốc độ, độ
trễ, khả năng rớt gói hoặc tỉ lệ mất gói có thể xảy ra. Chất lượng dịch vụ rất quan trọng đặc biệt là trong những trường hợp dung lượng mạng không đáp ứng đủ hoặc những ứng dụng đòi hỏi thời gian thực như Voice over IP, game online hoặc IP-TV vì thường đòi hỏi tốc độ cốđịnh, độ trễ ít, trong những mạng có dung lượng hạn chế
như mạng giao tiếp dữ liệu di động. Trong trường hợp mạng không bị nghẽn thì QoS không phải là vấn đề bắt buộc.
- Xác suất mất gói: Nó được định nghĩa như là xác suất mà gói nhận được trong đầu vào mất trong trường chuyển mạch vì tràn bộ nhớ đệm hoặc do tranh chấp.
- Độ trễ trung bình của gói: Số lượng thời gian trung bình yêu cầu của chuyển mạch để chuyển các gói từ đầu vào tới đầu ra theo yêu cầu.
- Khả năng thông qua của trường chuyển mạch: Đó là lưu lượng truyền qua trường chuyển mạch, được định nghĩa như là xác suất một gói tin truyền trong một khe qua trường chuyển mạch tới đầu ra. Độ
thông qua tối đa của trường chuyển mạch thường được gọi là dung lượng chuyển mạch, chỉ thị mức tải thực hiện được khi đầu vào có mức tải cao nhất.
Một hệ thống chuyển mạch lý tưởng cần phải chuyển tất cả các gói mà không gây mất mát với trễ truyền có thể nhỏ nhất với thứ tự gói ổn định.
3.2 Các cơ chế QoS
Mô hình sau đây đưa ra cái nhìn tổng quát về các cơ chế QoS trong các mạng OBS. [7,13]
Mạng chuyển mạch quang chùm dựa trên mô hình đặt trước một chiều (one- way reservation) cần thêm hỗ trợđể bảo tồn lớp lưu lượng có độưu tiên cao từ lớp lưu lượng có độ ưu tiên thấp trong suốt quá trình đặt trước tài nguyên. Vài thành phần có thể đóng góp QoS cho mạng được mô tả trong hình 3.1. Chúng có quan hệ
với hoạt động điều khiển qua các quá trình báo hiệu và định tuyến cũng như là các hoạt động thực hiện đối với dữ liệu tại cả node biên và node lõi.
Hai cơ chế bao gồm các đặc tính điều khiển cung cấp dịch vụ khác nhau. Một cách khác giao thức báo hiệu lai bao gồm hoạt động của các mô hình đặt trước tài nguyên two-way và one-way có thể hỗ trợ cho QoS tuyệt đối. Trong trường hợp
đường truyền end-to-end cung cấp sựđảm bảo như không mất và trễ không đáng kể
trong mạng, nguồn tài nguyên không đặt trước có thểđược dùng cho các burst được
ưu tiên nhất. Mặt khác những gì được đề xuất ở mạng chuyển mạch quang chùm,
định tuyến cũng được xem là một yếu tố trong việc hỗ trợ QoS.
Liên quan đến dữ liệu, đầu tiên các edge node chịu trách nhiệm cho giai đoạn
đóng gói burst, các gói dữ liệu khách hàng đến được tích hợp trong các bursts ở các bộ đệm điện tử tuỳ thuộc vào lớp và đích đến của chúng. Sau đó QoS có thể đạt
được bằng các cách khác nhau nhưđược mô tả trong phân loại.
Thời gian bù là một trong những công nghệ QoS chính. Ý tưởng ở đây là thiết kế một khoảng thời gian phụ thêm cho những burst có độưu tiên cao, điều này
đem đến kết quả các gói được đặt trước hơn những nguồn tài nguyên đã được đặt trước. Khoảng thời gian bù thêm QoS được sắp xếp theo những khoảng burst có độ ưu tiên thấp hơn. Thuận lợi của công nghệ này là làm giảm khả năng mất gói của những bursts có độ ưu tiên cao trong khi không ảnh hưởng tới hiệu suất tổng thể. Nhưng nhược điểm chính là các burst ưu tiên cao có thể dài hơn và độ trễ cũng cao hơn, điều này có thể không cho phép bởi những ứng dụng với mức độ ưu tiên cao hơn.
Các kích thước đóng khối khác nhau như bộ định thời hoặc kích thước của burst có thể giúp làm nhỏ hoá các độ trễ end-to-end và khả năng mất gói của các burst có độ ưu tiên thấp hơn. Ví dụ, trong công nghệ Burst Length Differentiation
(BLD) các bursts có độưu tiên được tích hợp với các ngưỡng đóng gói thấp sau các bursts có độ ưu tiên thấp.
Chức năng khác của các node biên là phân loại lưu lượng với những thuộc tính được thiết kế đặc biệt (các nhãn, độ ưu tiên ……) cho các bursts, được mang bởi các gói điều khiển , với mục đích phân biệt và thực hiện ở các node lõi. Do đó QoS cung cấp chủ yếu là giải quyết những vấn đề về xung đột với việc chuyển đổi bước sóng, bộ đệm FDL và định tuyến. Đặc biệt những quá trình đánh rớt burst (burst dropping) sau đây có thểđược áp dụng:
Rớt do mức độ ưu tiên (Preemptive dropping), trong trường hợp các burst xung đột do chồng lấp với các tài nguyên đã được đặt trước cho các burst có độ ưu tiên thấp hơn bởi các burst có độ ưu tiên thấp hơn; những burst có độ ưu tiên thấp hơn bị loại bỏ trong những trường hợp này. Những mối quan tâm về sự đặt trước burst có thể là một đơn vị hoặc có thể là một phần hiệu quả hơn trong chương trình với sự phân đoạn burst. Điều trở ngại của việc đặt trước một phần là quá trình đóng khối phức tạp hơn do đó nó đòi hỏi thêm nhiều thông tin về phân mảnh dữ liệu trong các burst có thểđến và thực hiện ở các node lõi.
Rớt do ngưỡng (Threshold dropping) cung cấp nhiều tài nguyên hơn cho các burst có độ ưu tiên cao hơn so với các burst có độ ưu tiên thấp hơn phụ thuộc vào các thông số ngưỡng. Khi tài nguyên được chiếm giữ cao hơn ngưỡng các burst có
độ ưu tiên thấp nhất sẽ bị loại bỏ trong khi các burst có độ ưu tiên cao hơn được
đồng ý đến khi tài nguyên trống. Tương tự các mạng OPS, các ngưỡng được dựa trên các thuật toán với mục đích dùng cả hai quá trình sắp xếp bước sóng và bộđệm FDL, các giải pháp tương tự có thể dễ sử dụng hơn trong mạng OBS.
Rớt có chủ ý (Intentional bursts dropping): cho phép duy trì hiệu suất của các burst có độ ưu tiên cao hơn trên các mức xác định bằng cách rớt có chủ ý những burst có độ ưu tiên thấp hơn sử dụng các công nghệ loại bỏ như RED. Rớt có chủ ý
được xem như một công nghệ QoS tuyệt đối.
Các nhóm cơ chế khác cung cấp QoS được dựa trên việc xếp lịch gói điều khiển CPs mà dẫn đến việc các đơn vị điều khiển ở các node lõi. Thay vào đó bằng
việc sắp xếp các thứ tựđúng của gói điều khiển CPs những yêu cầu đặt trước có thể được phục vụ sớm hơn đem đến đến những nguồn tài nguyên trống ở các node lõi . Một vài công nghệ xếp lịch gói điều khiển CPs trực tiếp dựa trên những tính chất của chúng trong khi một số loại khác dựa trên thuật toán hàng đợi theo gói, mà quy
định phụ thuộc vào việc quản lý sựđặt trước cho các lớp dịch vụ khác nhau.
3.3 Giá trị của thời gian bù.
Thời gian bù là khoảng thời gian tính từ khi truyền bit đầu tiên của gói điều khiển đến khi truyền bit đầu tiên của chùm dữ liệu. [1,14,5] Trên cơ sởđộ lớn của thời gian bù , OBS có thểđược chia thành 3 loại như sau:
Không có sự dành riêng nào: Chùm được gửi tức thì sau khi gửi gói điều khiển. Như vậy thời gian bù chỉ là thời gian truyền của gói điều khiển. Cơ chế này chỉ được ứng dụng khi thời gian thiết lập cấu hình chuyển mạch và thời gian xử lí chuyển mạch cho một gói điều khiển là rất ngắn. Sơđồ này hoạt động gần giống với sơđồ chuyển mạch gói quang.
Dành riêng một chiều: Chùm được gửi đi sau một thời gian ngắn sau gói điều khiển và nút nguồn không cần đợi phản hồi từ nút đích. Thời gian là khoảng giữa thời gian truyền của gói điều khiển và trễ một chiều của gói điều khiển.
Dành riêng hai chiều: Thời gian bù là thời gian cần thiết để nhận được thông tin xác nhận của nút đích. Loại này giống chuyển mạch kênh quang, nó phải chịu một thời gian trễ hai chiều để thiết lập đường truyền dẫn, và từđó duy trì tài nguyên gói điều khiển, sự phân phát các chùm được bảo đảm. Tuy nhiên thời gian bù dài, gây trễ dữ liệu lớn.
Trong mạng chuyển mạch quang chùm OBS, gói điều khiển và chùm dữ liệu
được tách biệt tại nút nguồn bởi một thời gian bù. Thời gian bù này đã tính đến thời gian gói mào đầu được xử lí tại mỗi nút trong khi chùm được đệm ở nút nguồn, do
đó không cần dây trễ quang ở các nút trung gian. Gói điều khiển cũng cho biết chiều dài chùm với mục đích để nút nhận biết khi nó muốn cấu hình lại chuyển mạch của nó cho các chùm tiếp theo, công nghệ này gọi là sự định trễ (DR: Delay Reservation).
Gọi Ti(p) là trễ xử lí gói mào đầu chùm ở một nút chuyển mạch trung gian;
) (P d
T là trễ xử lí gói mào đầu chùm ở một nút chuyển mạch đích; Td(s) là thời gian thiết lập cấu hình chuyển mạch ở nút đích. Thời gian bù ứng với giao thức JET là:
∑ + + = i s d P d P i JET T T T Offset ( ( )) ( ) ( ) (3.1)
Hình 3.2. Giá trị Offset-time trong giao thức JET