KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH TIấN TIẾN
4.3. KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG TỐC ĐỘ CAO 1 Định tuyến PNN
4.3.1. Định tuyến PNNI
PNNI được viết tắt từ cụm từ: Private Network Network Interface – Giao diện nỳt mạng riờng. PNNI là phương phỏp định tuyến dựa vào kỹ thuật trạng thỏi liờn kết được sử dụng trong mạng chuyển mạch ATM. PNNI gồm cú 2 thành phần giao thức:
Giao thức bỏo hiệu mụ tả thủ tục về cỏc bản tin sử dụng trong quỏ trỡnh thiết lập kết nối từđiểm tới điểm và điểm tới nhúm đớch trờn mạng ATM. Giao thức bỏo hiệu xõy dựng trờn nền tảng là cỏc tớn hiệu theo chuẩn giao diện người dựng và mạng UNI trong mạng ATM, cú bổ sung thờm cơ chế hỗ trợđịnh tuyến nguồn, thủ tục Crankback và định tuyến luõn phiờn (phục vụ cho viờc thiết lập lại kờnh truyền trong trường hợp cú lỗi khi kết nối).
Giao thức định tuyến sử dụng để tớnh toỏn đường đi trờn mạng. Mụ hỡnh phõn cấp của mạng PNNI đảm bảo nú cú thểứng dụng trong cỏc mụi trường mạng lớn.
a, bỏo hiệu PNNI
Trong phần này chỳng ta sẽ xem xột về cỏc thủ tục bỏo hiệu được sử dụng trong giao thức PNNI, cỏc thủ tục này giỳp tạo kờnh ảo để truyền tin qua mạng ATM. PNNI giai đoạn một cú một sốđặc điểm chớnh như sau :
Hỗ trợ tất cả cỏc bỏo hiệu của chuẩn UNI 3.1 và tương thớch với một sốđặc điểm của bỏo hiệu chuẩn UNI 4.0.
Phự hợp cho ứng dụng với cỏc mạng lớn.
Hỗ trợđịnh tuyến phõn cấp.
Hỗ trợđảm bảo chất lượng dịch vụ QoS
Hỗ trợ định tuyến với nhiều tham số và thuộc tớnh khỏc nhau.
Sử dụng phương phỏp định tuyến nguồn.
Hoạt động trong cỏc khu vực đó được phõn chia.
Giải phỏp định tuyến động, cú thểđỏp ứng sự thay đổi về cơ sở mạng
Hỗ trợ anycast
Bỏo hiệu PNNI được xõy dựng tương thớch với chuẩn UNI 3.1 về cỏc giao diện kết nối trong mạng ATM, gồm cỏc tớnh chất cơ bản như sau:
Kết nối điểm – điểm và điểm – đa điểm.
Cú hỗ trợ chất lượng dịch vụ từđầu cuối tới đầu cuối.
Hỗ trợ Anycast.
Cung cấp bỏo hiệu cho cỏc dịch vụ tốc độ bit khả dụng ABR (Available Bit Rate)
Kết nối đường dẫn chuyển mạch ảo.
Thỏa thuận về tham số truyền – số khối tối đa, số khối tối thiểu và kớch thước khối. Ngoài ra, bỏo hiệu PNNI xõy dựng để tương thớch với phiờn bản UNI 4.0 nờn cú thờm kờnh ảo cốđịnh mềm - SPVC (Soft Permanent Vitual Circuit), ở cả mức kờnh ảo VC và luồng ảo VP. Hơn nữa, do mụ hỡnh PNNI sử dụng kỹ thuật định tuyến nguồn nờn giao thức bỏo hiệu cú thể
hỗ trợ cả danh sỏch đường đi định sẵn DTL, thủ tục Crankback, và định tuyến luõn phiờn.
(i) Thủ tục thiết lập kờnh ảo trong mạng PNNI
Khi thiết lập kờnh ảo từđiểm đầu đến điểm cuối đi qua mạng PNNI, tại nỳt nguồn, thủ tục thiết lập đặt được khởi tạo. Đầu tiờn, nỳt nguồn quyết định yờu cầu thiết lập kờnh và sử dụng thụng tin cú trong sở dữ liệu mạng tại chớnh nỳt nguồn để tỡm đường đưa đến đớch theo yờu cầu tạo kờnh, đường đi được thiết lập phụ thuộc vào luật định tuyến tại nỳt nguồn. Sau khi tỡm
được đường đi, nỳt nguồn đẩy danh sỏch cỏc nỳt trung gian được chọn để đi qua vào phần tử
thụng tin gọi là danh sỏch đường đi định sẵn DTL (Designated Transit List). DTL bao gồm cỏc bản tin bỏo hiệu để cú thể thụng qua nỳt chuyển kế tiếp. Kờnh ảo cú thể bị lỗi nếu như
thụng tin định tuyến được đưa vào thời điểm nỳt nguồn xỏc định đường đi khụng cũn chớnh xỏc, trường hợp này cú thể xảy ra với cỏc mạng lớn do cú độ trễ khi truyền giữa cỏc nỳt. Vỡ vậy PNNI bổ sung thờm thủ tục quay vũng Crankback để bỏo cỏo lỗi cho nỳt nguồn, từđú nỳt nguồn sẽ tỡm một đường đi khỏc để thiết lập kờnh ảo.
(ii) Danh sỏch đường đi định sẵn
PNNI sử dụng định tuyến nguồn để chuyển tiếp yờu cầu của kờnh ảo chuyển mạch SVC qua một nỳt hoặc một tầng trong cấu trỳc phõn cấp của định tuyến PNNI. PNNI xỏc định hướng đi từ nỳt nguồn bằng danh sỏch đường đi định sẵn. DTL là một bảng thụng tin được định nghĩa
đầy đủđường đi từ nguồn đến đớch qua cỏc nhúm cựng cấp của cấu trỳc phõn tầng PNNI. Danh sỏch đường đi định sẵn được tớnh toỏn từ nỳt nguồn hay nỳt đầu tiờn trong nhúm để nhận yờu cầu về kờnh ảo chuyển mạch SVC. Dựa trờn cơ sở dữ liệu về tỡnh trạng mạng của nỳt đầu tiờn, nú tớnh toỏn đường đi đến đớch đểđảm bảo chất lượng dịch vụ theo yờu cầu. Cỏc nỳt trung gian tạo cỏc liờn kết đến nỳt kế tiếp theo danh sỏch định sẵn, thực hiện quản lý kờnh ảo và chuyển tiếp yờu cầu của kờnh ảo chuyển mạch trờn mạng .
DTL thực hiện như phần tử thụng tin khi gửi bản tin SETUP trong mạng PNNI. Nỳt nguồn tớnh toỏn danh sỏch đường đi định sẵn cho toàn bộđường đi đến đớch qua cỏc nhúm cựng cấp. Một DTL được tớnh toỏn trờn yờu cầu cho cỏc nhúm cựng cấp. Khi nỳt nguồn cung cấp danh sỏch DTL đầy đủ cho cỏc nhúm cựng cấp, nú đưa ra tờn định danh của cỏc nhúm khỏc, cỏc nỳt mà nú sẽđi qua. Danh sỏch DTL sẽ chứa địa chỉ tường minh của cỏc chuyển mạch trong cỏc nhúm cựng cấp của nỳt nguồn và địa chỉ logic húa của cỏc chuyển mạch trờn cỏc nhúm cựng cấp khỏc. Khi cú một yờu cầu nằm trong phạm vi nỳt trong một nhúm mới, nú xúa danh sỏch DTL cũ và tớnh toỏn DTL mới để đi qua nhúm này. Khi yờu cầu đến đớch nằm trong phạm vi nhúm cựng cấp, nỳt ở biờn của nhúm cựng cấp sẽ tớnh toỏn đường đi đến nỳt đớch.
(iii) Thủ tục Crankback và định tuyến luõn phiờn
Trong mạng PNNI, khi tỡm đường đến đớch đường đi được tớnh toỏn theo cơ sở dữ liệu trạng thỏi mạng tại nỳt nguồn, bao gồm thụng tin về cỏc node dựđịnh đi qua tại thời điểm yờu cầu kết nối. Đối với một mạng lớn, thụng tin về tỡnh trạng của cỏc nỳt cú thể khụng được cập nhật kịp thời do một số nguyờn nhõn liờn quan đến thời gian hội tụ và độ trễ lan truyền giữa cỏc node. Trong truờng hợp này, yờu cầu tạo kờnh cú thể bị hủy giữa chừng vỡ băng thụng của kờnh truyền, nỳt truyền trung gian khụng đỏp ứng được như thụng tin về đuờng truyền theo tớnh toỏn tại nỳt nguồn, nguyờn nhõn ởđõy là do băng thụng của hệ thống vào thời điểm cập nhật bảng DTL và băng thụng khi kờnh truyền được thiết đặt khụng cũn giống nhau. Nỳt mà DTL bị chặn lại gửi bản tin giải phúng (RELEASE) đến nỳt trước nú theo danh sỏch đường đi
định sẵn DTL và cũng bao gồm phần từ thụng tin Crankback .
Khi thống kờ tất cả cỏc thụng tin cần thiết để tỡm đường định tuyến luõn phiờn, phần tử
thụng tin xỏc định lý do bị hỏng của quỏ trỡnh lập kờnh truyền và chặn nỳt hoặc liờn kết đó xảy ra hỏng đú. Thụng tin này được sử dụng tại nỳt nguồn để tỡm đường định tuyến luõn phiờn. Nỳt nguồn bỏ qua nỳt hoặc liờn kết đó bị chặn và thử tỡm đường đi khỏc đến đớch. Nếu nú tỡm được
đường đi, bản tin SETUP mới được điền vào bảng DTL và cựng gửi đến đớch.
Thủ tục Crankback và định tuyến luõn phiờn mang lại cho PNNI lợi thế để nõng cao khả
năng thành cụng trong việc thiết lập kờnh. Người sử dụng cú thểđặt được số lần thử lại tối đa của thuật toỏn quay ngược để thử kết nối tại nỳt nguồn kết nối với đầu cuối nhằm đạt được hiệu năng cao nhất cho mạng.
b, Định tuyến PNNI
Cỏc chức năng chớnh của định tuyến PNNI bao gồm:
Tỡm kiếm thụng tin trạng thỏi cỏc nỳt lõn cận.
Trao đổi thụng tin về cơ sở dữ liệu cấu hỡnh mạng
Tràn lụt cỏc bản tin trạng thỏi cấu hỡnh PTSE
Bầu ra trưởng nhúm trong nhúm cựng cấp – PGL
Tổng kết lại cỏc thụng tin trạng thỏi của cấu hỡnh mạng.
Xõy dựng đường đi trong hệ thống phõn cấp.
Ban đầu, thuật toỏn Dijkstra được sử dụng trong định tuyến PNNI. Tuy nhiờn, nú chỉđỏp
ứng được yờu cầu tỡm đường trong đú đũi hỏi đỏp ứng tham số chất lượng dịch vụđơn lẻ .Vỡ vậy, thuật toỏn Dijkstra khụng thể sử dụng cho định tuyến đỏp ứng đảm bảo chất lượng với nhiều dịch vụ cựng lỳc. Sau đú thuật toỏn Dijktra được cải tiến nhằm đỏp ứng cỏc loại hỡnh đa dịch vụ băng cỏch kết hợp vúi một số chức năng bỏo hiệu. Cỏc thành phần trong cấu trỳc định tuyến PNNI được chỉ ra trờn hỡnh 4.8 dưới đõy gồm:
(i) Nỳt logic và liờn kết logic
Nỳt logic là thành phần cơ bản nhất trong mụ hỡnh hệ thống mạng PNNI, nú nằm ở tầng dưới cựng trong hệ thống phõn cấp mạng.
Liờn kết giữa cỏc 2 nỳt logic gọi là liờn kết logic, liờn kết này cú thể là một liờn kết vật lý hoặc một kờnh VPC. Liờn kết logic giữa 2 nỳt một nhúm cựng cấp cũn gọi là liờn kết ngang hàng, liờn kết giữa 2 nỳt thuộc 2 nhúm cựng cấp khỏc nhau cũn gọi là kiờn kết bờn ngoài.
(ii) Nhúm ngang hàng PG ( Peer Group)
Tập hợp cỏc nỳt logic cú chia sẻ thụng tin cấu trỳc mạng do cỏc nỳt đú quảng bỏ trong cấu trỳc mạng gọi là nhúm ngang hàng. Thành viờn trong cỏc nhúm ngang hàng này tỡm kiếm thụng tin về cỏc nỳt lõn cận bằng giao thức HELLO, mỗi nỳt gửi gúi tin HELLO qua cổng kết nối tới nỳt khỏc để thu được thụng tin về cỏc nỳt khỏc. Về vật lý cỏc nhúm ngang hàng bao gồm cỏc nỳt vật lý, về logic cỏc nhúm ngang hàng là nhúm cỏc nỳt đuợc tập hợp bởi cỏc nỳt logic đại diện cho cỏc nhúm cựng cấp ở tầng thấp ở tầng tiếp theo của cấu trỳc.
Trờn hỡnh 4.8 ta cú cỏc nhúm ngang hàng với nhau gồm (PGA,PGB), ở tầng thấp hơn ta cú cỏc nhúm (PGA1,PGA2,PGB1,PGB2,PGC) là ngang hàng với nhau.
Hỡnh 4.8: Mụ hỡnh phõn cấp định tuyến PNNI (iii) Định danh nỳt, định danh nhúm ngang hàng
Định danh nhúm ngang hàng và định danh nỳt được sử dụng để phõn biệt cỏc nỳt trong cựng một nhúm ngang hàng cũng như giữa cỏc nhúm với nhau, cú 13 octet đầu của địa chỉ
ATM đểđịnh danh nỳt. Trong hỡnh 4.8 ta cú thể thấy định danh cỏc nhúm như (PGA, PGA) và
định danh cỏc nỳt khỏc nhau như (A1.1, A1.2). Điều này cho thấy rừ tớnh duy nhất của mỗi nỳt và mỗi nhúm trong mụ hỡnh PNNI
(iv) Trưởng nhúm ngang hàng PGL ( Peer Group Leader)
Trong nhúm cựng cấp, sau khi cỏc nỳt trao đổi thụng tin theo giao thức HELLO, quỏ trỡnh bầu chọn ra 1 nỳt làm truởng nhúm cựng cấp này sẽ bắt đầu. Nỳt trưởng nhúm này sẽđại diện cho cỏc nỳt trong cựng nhúm tại cỏc mức tiếp theo cao hơn. Nỳt truởng nhúm sẽ tổng hợp thụng tin nhúm và gửi thụng tin đến nỳt logic đại diện cho nú ở cỏc mức kết tiếp. Đồng thời, nú thu thập thụng tin về cỏc tầng cha ụng, thụng tin này được sử dụng để tỡm đường cho cỏc thụng tin muốn đi qua nhúm ngang hàng. Cỏc nỳt trưởng nhúm được đỏnh dấu màu đen như
(v) Nỳt đại diện cho nhúm logic LGN (Logical Group Node)
Nỳt đại diện cho nhúm logic là khỏi niệm trừu tượng về nỳt cú chức năng giới thiệu nhúm cựng cấp ở tầng dưới với tầng trờn của mạng PNNI trong mụ hỡnh phõn cấp, nú tập hợp và tổng kết cỏc thụng tin về nhúm con ứng với nú. LGN bao gồm thụng tin cấu trỳc mạng được tập hợp lại ở tầng dưới bởi nỳt truởng nhúm. Thụng tin này liờn tục được gửi tới cỏc nỳt ở nhúm khỏc theo kỹ thuật tràn lụt.Vớ dụ: Trong hỡnh 4.8, nỳt A.1 cung cấp thụng tin về nhúm PGA1 cho cỏc nỳt ở PGA.Ta cú thể thấy chức năng của nỳt đại diện cho nhúm logic và nỳt truởng nhúm của nhúm con ở tầng thấp hơn của nú khỏ giống nhau.
Tập hợp cỏc LGN cũng được chia thành cỏc nhúm cựng cấp với định danh xỏc định. Nhúm cỏc LGN này cũng bầu ra truởng nhúm nhằm nhiệm vụ tập hợp thụng tin của cỏc thành viờn trong nhúm – thụng tin về nhúm con ứng với mỗi thành viờn của nhúm và tràn lụt thụng tin đú trong nhúm cựng cấp cũng nhưđại diện với tầng trờn của nhúm trong mụ hỡnh phõn cấp. Đối với nỳt đại diện cho nhúm logic , thụng tin của nú nhận được là thụng tin từ nỳt truởng nhúm của nhúm con gửi lờn, cũn gọi là thụng tin lờn, thụng tin do nú gửi xuống nhúm con là thụng tin xuống.
(vi) Nỳt biờn và liờn kết bờn ngoài:
Nỳt biờn là nỳt được xỏc định rừ ràng trong một nhúm tương đương. Nỳt biờn là nỳt cú chứa ớt nhất một mối liờn kết với nỳt nằm bờn ngũai đường biờn của nhúm cựng cấp. Nú được tỡm thấy trong khi thực hiện giao thức HELLO bằng cỏch so tờn định danh.Liờn kết đến nỳt biờn gọi là liờn kết bờn ngũai, khụng cú cỏc cơ sở dữ liệu được chuyển qua liờn kết này mà chỉ cú cỏc thủ tục của gúi tin HELLO trong giao thức PNNI được truyền trờn đú.
(vii) Liờn kết trờn và tương ứng liờn kết trờn
Liờn kết trờn là liờn kết mang thụng tin cấu hỡnh quảng bỏ từ nỳt biờn đến nỳt ở bậc cao hơn – nỳt đại diện cho nhúm logic. Sự tồn tại của liờn kết lờn xuất phỏt từ việc trao đổi gúi tin HELLO giữa cỏc nỳt biờn. Nhũng trao đổi được xỏc định ở bậc cao hơn nơi mà 2 nhúm cựng cấp cú cỏc nỳt logic giới thiệu trong cựng nhúm cha.
Tương ứng liờn kết trờn là liờn kết tồn tại do PNNI cho phộp tớnh khụng đối xứng trong liờn kết giữa nhúm cha và nhúm con
(viii) Nhúm cha và nhúm con
Nhúm cha là nhúm bao gồm nhúm cỏc nỳt đại diện cho nhúm logic của tầng thấp hơn tại tầng cao hơn, nhúm con là nhúm cỏc nỳt mà trong cấu trỳc thụng tin là chuyển giữa chớnh nú và nhúm logic miờu tả nhúm này với nhúm cha . Nỳt con là nỳt thuộc nhúm con nằm ở tầng thấp hơn trong hệ thống phõn cấp của cấu trỳc mạng PNNI.
(ix) Giao thức HELLO
Giao thức HELLO là thủ tục trạng thỏi liờn kết sử dụng bởi cỏc nỳt lõn cận để tỡm kiếm sự
tồn tại và nhận dạng với nhau. Trong gúi tin HELLO cú chứa một số thụng tin nhưđịa chỉ cuối của hệ thồng ATM, định danh nỳt, định danh nhúm ngang hàng, nếu 2 nỳt cú cựng định danh nhúm ngang hàng thỡ chỳng cựng thuộc một nhúm ngang hàng do vậy cỏc nỳt cú thể biết được cỏc nỳt nào nằm cựng nhúm ngang hàng với nú, nỳt nào khỏc nhúm ngang hàng. Giao thức PNNI được trao đổi liờn tục khi cú mối liờn kết , do vậy cú thể núi nú cũng xỏc định được cỏc liờn kết bị hỏng. Sau khi trao đổi giao thức HELLO, nỳt tạo ra phần tử trạng thỏi cấu hỡnh PTSE (PNNI Topology State Element) và trao đổi liờn tục với cỏc nỳt lõn cận bằng kỹ thuật tràn lụt.
(x) Phần tử trạng thỏi cấu hỡnh PNNI
PTSE là tập hợp thụng tin nhỏ nhất của thụng tin định tuyến PNNI được tràn lụt giữa cỏc nỳt logic trong một nhúm cựng cấp. Thụng tin cơ sở dữ liệu cấu hỡnh mạng tại một nỳt bao gồm thụng tin của tất cả cỏc phần tử thụng tin PTSE mà nú đó nhận được.
PTSE là phần tử thụng tin sử dụng bởi cỏc nỳt để xõy dựng và trao đổi dữ liệu cấu trỳc mạng trong cỏc nhúm cựng cấp, cỏc PTSE được trao đổi liờn tục giữa cỏc nỳt theo kiểu tràn lụt trong cựng nhúm cựng cấp và đi xuống từ LGN đến cỏc nhúm con để thụng tin đến cỏc nỳt lõn cận về tài nguyờn thụng tin. PTSE bao gồm thụng tin cấu hỡnh mạng về cỏc liờn kết, nỳt trong cỏc nhúm cựng cấp, cỏc tham số , trọng số trong đú cú thể cú cỏc thụng số động như băng thụng, tập hợp cỏc phần tử PTSE được mang trong gúi tin trạng thỏi cấu hỡnh ( PTSP ). Cỏc gúi này với thụng tin cập nhật về cấu hỡnh được gửi đi nếu cú một thay đổi trong cấu hỡnh mạng