Một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng là cần thiết để điều khiển và quản lí mạng IP/WDM. Dựa trên mô hình kĩ thuật lưu lượng và xu hướng triển khai nó mà cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng (bao gồm cả TE) sẽ được xây dựng và duy trì tương ứng. Ví dụ như, trong xu hướng tích hợp thì một cơ sở dữ liệu IP/WDM tích hợp toàn bộ sẽ phải được lưu trữ ở tất cả các điểm và sự đồng bộ giữa các cơ sở dữ liệu đó sẽ do một giao thức phân tán đảm nhiệm; còn trong xu hướng chồng lấn cơ sở dữ liệu IP được lưu trữ riêng rẽ với cơ sở dữ liệu WDM.
Thông tin trạng thái mạng mà kĩ thuật lưu lượng quan tâm bao gồm hai mặt: các tài nguyên và cách sử dụng chúng. Cách biểu diễn truyền thống các tài nguyên mạng dùng cho mục đích định tuyến gói tin chỉ đơn giản là thông tin mô hình. Tuy nhiên, kĩ thuật lưu lượng đòi hỏi nhiều thông tin hơn thế, ví dụ như băng thông tổng cộng và sự sử dụng của mỗi kết nối hiện thời. Tồn tại hai tầng định tuyến trong mạng IP/WDM chồng lấn. Một thực hiện định tuyến các đường đi ngắn nhất qua mạng vật lí, trong khi tầng còn lại thực hiện định tuyến dữ liệu trên các đường đi ngắn nhất ấy. Có thể thực hiện kĩ thuật lưu lượng trên cả hai tầng đó. Kĩ thuật lưu lượng WDM không chỉ quan tâm tới sự tận dụng các tài nguyên mạng mà còn cả tới các đặc tính quang của các kết nối quang WDM và chất lượng của tín hiệu. Khi sử dụng kĩ thuật lưu lượng chồng lấn, các chức năng mục tiêu ở các tầng khác nhau có thể khác nhau. Còn trong trường hợp của kĩ thuật lưu lượng tích hợp, điều khiển lưu lượng và ấn định tài nguyên được xem xét đồng thời do đó các mục tiêu tối ưu hoá mang tính kết hợp.
Mặc dù các mô hình kĩ thuật lưu lượng khác nhau đòi hỏi thiết kế và triển khai cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng khác nhau, nhưng có một số thuộc tính chung cho cả hai trường hợp. Trong xu hướng chồng lấn, cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng của tầng IP bao gồm các thông tin sau:
Mô hình ảo IP: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu diễn các bộ định
tuyến IP và các cạnh biểu diễn đường đi ngắn nhất. Nó giống với các đòi hỏi của một giao thức định tuyến trạng thái tuyến nối tiêu chuẩn. Trong đó cũng bao gồm tốc độ dữ liệu và các khuôn dạng tín hiệu mà mỗi giao diện IP có thể hỗ trợ. Mô hình này rất hữu ích cho việc thực hiện cấu hình động.
Trạng thái tuyến nối IP: bao gồm dung lượng tuyến nối và sự tận dụng nó (tính
gói tin bị mất tại giao diện bộ định tuyến) cần thiết cho các thuật toán kĩ thuật lưu lượng.
Tại tầng WDM, thực thể được quản lí là mạng vật lí, trong đó tải được thể hiện bởi các vết đường đi ngắn nhất. Tại tầng này hoạt động của kĩ thuật lưu lượng được thực hiện thông qua việc gắn mô hình ảo IP vào mạng vật lí. Các hoạt động quản lí mạng là gán bước sóng và định tuyến. Nếu tính liên tục bước sóng là cần thiết dọc theo một vết thì chỉ được gán một bước sóng duy nhất; nếu một WDM NE có khả năng chuyển đổi bước sóng, các hop khác nhau sẽ có thể sử dụng các bước sóng khác nhau. Do vậy, một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng tại tầng WDM sẽ bao gồm các thành phần sau:
Mô hình vật lí: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu thị các WDM NE và các cạnh biểu thị các sợi quang.
Các đặc tính NE: biểu thị khả năng chuyển mạch và độ sẵn sàng của cổng. Một
NE có thể thực hiện chuyển mạch sợi (nghĩa là kết nối tất cả các bước sóng trong một sợi đầu vào tới một sợi đầu ra sử dụng cùng bước sóng) hoặc chuyển mạch bước sóng (nghĩa là kết nối một bước sóng cụ thể trong sợi quang đến tới cùng một bước sóng trong một hoặc nhiều sợi ra). Hơn thế, một tín hiệu có thể được chuyển đổi thành một bước sóng khác thông qua chuyển đổi bước sóng. Một NE có số lượng cổng xen/tách hữu hạn do đó có thể có sự tranh chấp giữa các tín hiệu xen/tách tại ma trận chuyển mạch.
Trạng thái sợi: bao gồm số lượng bước sóng, hướng, loại bảo vệ tuyến và chất
lượng tín hiệu quang ví dụ như tổng công suất bước sóng của sợi đó, đăng kí bước sóng, công suất mỗi bước sóng riêng rẽ, SNR quang của mỗi bước sóng.
Trạng thái đường đi ngắn nhất: bao gồm NE ID nguồn, ID cổng xen, NE ID
trong tuyến, ID cổng tách, ID bước sóng (cho mỗi hop sợi) và hướng của nó, tốc độ bit, SNR quang từ đầu cuối tới đầu cuối, các ID SRLG (nhóm tuyến nối chia sẻ nguy hiểm). Ngoài ra còn có thể tuỳ chọn độ ưu tiên đường đi ngắn nhất hay mức độ làm rỗng đường đi ngắn nhất.
Trong kĩ thuật lưu lượng tích hợp, mô hình bước sóng và mô hình sợi được kết hợp làm một. Tối ưu hoá được thực hiện dựa trên định tuyến bước sóng theo các điều kiện ràng buộc sợi quang. Do vậy, nội dung của cơ sở dữ liệu tầng IP và cơ sở dữ liệu tầng WDM trong mô hình chồng lấn ở trên sẽ được ghép làm một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM duy nhất.
2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM
Điều khiển một cách hiệu quả các giao diện giữa IP và WDM là vấn đề thiết yếu để thực hiện kĩ thuật lưu lượng phù hợp trên các mạng IP/WDM. Xu hướng là phải lợi dụng các đặc tính phần cứng mà vẫn duy trì được tính mềm dẻo và khả năng mở rộng vì hiện nay phần cứng mạng đang xuất hiện mới rất nhiều. Hiện tại, một giao diện IP duy nhất chỉ có thể kết hợp với một đường đi ngắn nhất. Điều này làm cho một mạng IP/WDM không có gì đặc biệt hơn một mạng IP trên nền bất cứ một mạng truyền dẫn kênh ảo nào. Kĩ thuật lưu lượng nói riêng hay quản lí và điều khiển mạng nói chung, đối với các mạng IP/WDM kiểu này, là mở đối với tất cả các kĩ thuật hiện đang tồn tại, phát triển.
Trong miền phần mềm, IP/WDM đòi hỏi phần mềm tương ứng để quản lí giao diện phần cứng giữa IP với WDM và chuyển đổi giữa lược đồ địa chỉ IP và địa chỉ WDM (khi cần thiết). Trong xu hướng chồng lấn cần có một lược đồ chuyển đổi địa chỉ để duy trì ánh xạ giữa hai tầng. Chú ý rằng tầng WDM cũng có thể sử dụng các địa chỉ IP thay vì các địa chỉ vật lí nhưng vẫn cần lược đồ chuyển đổi địa chỉ vì tầng IP và tầng WDM sử dụng hai không gian địa chỉ khác nhau và các ví dụ định tuyến khác nhau. Một lợi ích của xu hướng chồng lấn là việc lợi dụng các cơ chế điều khiển sẵn có cho mạng IP và mạng WDM. Trong xu hướng tích hợp, mỗi giao diện IP/WDM NE được đánh địa chỉ IP. Do đó, chỉ có một lược đồ địa chỉ được sử dụng mà ở đây là địa chỉ IP, và chỉ có một khả năng định tuyến mà thôi. Tuy nhiên, các giao thức IP truyền thống như là OSPF cần phải được mở rộng để bao gồm các vấn đề về kết mạng IP/WDM.
2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình
Như được chỉ ra trong hình 2.6 thì tái cấu hình có thể được khởi tạo bởi nhiều yếu tố khác nhau, ví dụ như:
• Kĩ thuật lưu lượng
• Lỗi
• Bảo vệ/tái lập
• Bảo trì mạng
Bộ khởi tạo lỗi bao gồm khối phát hiện lỗi, khối phân tích nguyên nhân và khối quản lí lỗi. Mỗi khi một lỗi bị phát hiện và nguyên nhân gây ra nó được xác định, khối quản lí lỗi sẽ quyết định việc cần làm. Phần mạng bị lỗi có thể bị cách ly và các kết nối bị ảnh hưởng sẽ được định tuyến lại. Bộ khởi tạo bảo vệ/tái lập có thể được sử dụng để hỗ trợ tái cấu hình động. Mỗi khi đường đi chính bị hỏng, thuật toán tái lập sẽ tính toán (hoặc tính toán trước) một đường dự phòng. Khối kết hợp có nhiệm vụ chuyển
mạch đường từ đường chính sang đường dự phòng. Các cơ chế tái cấu hình cung cấp các tiện ích cho việc thiết lập và huỷ bỏ đường, nghĩa là một giao thức báo hiệu. Giao thức báo hiệu phân tán đóng một vai trò quan trọng trong bảo vệ/tái lập. Khối bảo trì mạng liên quan tới việc lập thời gian biểu cho các hoạt động vận hành và thay thế và có thể thực hiện dễ dàng hơn nhờ sử dụng tái cấu hình.
Hình 2.6 Tái cấu hình trong mạng IP/WDM
Có ba thành phần chính trong cơ chế tái cấu hình: thiết kế mô hình, dịch chuyển mô hình và tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Bộ phận tái cấu hình đường đi ngắn nhất lại bao gồm ba khối nhỏ là quản lí giao diện, thuật toán định tuyến đường đi ngắn nhất và giao thức báo hiệu. Khối cơ chế tái cấu hình sẽ được khởi động khi đạt được các điều kiện khởi tạo nhất định.
2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng
Các mạng IP/WDM được dùng để phân phát lưu lượng IP. Đo kiểm lưu lượng mạng đạt được thông qua việc giám sát IP và các cơ chế thu thập là thiết yếu cho công việc của kĩ thuật lưu lượng. Độ chính xác của các phép đo ảnh hưởng trực tiếp lên hiệu năng công việc vì các kết quả đo đó cung cấp thông tin đầu vào mô tả các điều kiện mạng động. Trong một vòng kín đóng, liên tục, các phép đo lưu lượng mạng có thể khởi tạo thuật toán tái cấu hình cũng như đánh giá tác động của sự tái cấu hình.
Các số liệu thống kê cần phải thu thập phụ thuộc vào các mục tiêu tối ưu hoá và thuật toán tìm kiếm thông tin được sử dụng. Ví dụ như, số lượng lưu lượng là rất quan trọng khi mục tiêu tối ưu hoá là thông lượng toàn cục; trễ một hướng giữa một cặp node cho trước là quan trọng khi trễ giữa cặp node đó là mục tiêu tối thiểu hoá.
Tuỳ thuộc vào các mục tiêu kĩ thuật lưu lượng, đo đạc lưu lượng và thống kê tải sẽ phải có khả năng lựa chọn mềm dẻo các phân mảnh trong một tổng thể, lấy mẫu và đo đạc. Phân mảnh tổng thể liên quan tới phần các đầu cuối trong dòng lưu lượng được giám sát. Lấy mẫu hạt yêu cầu một lưu lượng lớn cần phải giám sát và việc xử lí công suất các thiết bị. Đo kiểm hạt xác định khoảng thời gian mà trong đó lưu lượng dữ liệu được tính trung bình. Lựa chọn hợp lí trong số các hạt trên cho phép điều khiển chi phí vận hành kĩ thuật lưu lượng. Cùng với các thống kê có sẵn trong các SNMP MIB, tập hợp thời gian dài của các kết quả thống kê và phân tích chúng cũng rất quan trọng trong việc xác định một mô hình mới. Các yếu tố quyết định trong các phân tích trên là dữ liệu lưu lượng tổng tại tầng IP đi vào ma trận và việc dự đoán nhu cầu lưu lượng trong tương lai gần.
Giám sát lưu lượng và thu thập các kết quả thống kê không phải là một công việc đơn giản vì lưu lượng là cực lớn và dung lượng của các đường trung kế Internet hiện đại là rất lớn. Nếu không được quan tâm một cách cẩn thận, nó có thể làm giảm đáng kể hiệu năng mạng. Hơn nữa, các ước lượng ma trận lưu lượng có thể không có sẵn đối với hầu hết các thiết bị định tuyến hiện có trên thị trường; trong khi các tải tuyến nối là có sẵn nhưng nó lại không chứa đủ thông tin để ước lượng một ma trận chấp nhận được.
Giám sát lưu lượng bao gồm các nguyên tắc sau:
• Sử dụng các ma trận tiêu chuẩn
• Đánh giá các đặc tính đơn hướng
• Sử dụng các thiết bị chuyên dụng cho các phép đo chính xác cao
• Đo liên tục
• Cung cấp dữ liệu hiệu năng dài hạn
• Cung cấp truy nhập thời gian thực tới dữ liệu hiệu năng
• Cung cấp các phép đo từ đầu cuối tới đầu cuối
• Các phương pháp và công cụ giám sát lưu lượng
Khả năng giám sát lưu lượng có thể được triển khai tại mức gói hoặc mức mạng. Dưới đây là một số các công cụ phần mềm đã có trên thị trường cho phép giám sát lưu lượng.
Giám sát mức gói tin: phương pháp này đòi hòi phải giám sát tất cả các gói tin, ví dụ như là tại nguồn gói tin. Đặc biệt, mào đầu gói tin có thể được kiểm tra và các thông tin liên quan có thể được trích ra từ mào đầu. Hai công cụ phần mềm phổ biến cho việc giám sát ở mức gói tin là:
• ‘tcpdump’
Công cụ này sẽ in ra tất cả các mào đầu của các gói tin trong giao diện mạng thoả mãn biểu thức boolean. Nó cũng có thể chạy trong chế độ cờ ‘w’, khi đó nó sẽ lưu dữ liệu gói tin vào một tập tin để có thể phân tích sau này và/hoặc chạy với cờ ‘b’, khi đó nó sẽ đọc nội dung từ một tập tin đã được lưu thay vì đọc các gói tin trong giao diện mạng. Trong tất cả các trường hợp, chỉ có các gói tin thoả mãn biểu thức mới được xử lí.
‘tcpdump’ cũng có cờ ‘c’. Nếu không có cờ này, nó sẽ tiếp tục bắt giữ các gói tin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT hoặc SIGTERM. Khi có cờ ‘c’, nó sẽ bắt giữ các gói tin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT hoặc SIGTERM hoặc một số lượng gói tin nhất định đã được xử lí. Cuối cùng, nó sẽ báo cáo số lượng gói tin đã qua bộ đệm và số lượng các gói tin phù hợp với bộ lọc nghĩa là các gói tin phù hợp với biểu thức lựa chọn.
• ‘libcap’
Đây là thư viện mà có thể được sử dụng để bắt giữ các gói tin xuất phát từ card mạng một cách trực tiếp. Nó cung cấp các truy nhập không phụ thuộc vào hình thức triển khai tới các tiện ích bắt giữ gói tin cơ sở và tiện ích này được cung cấp bởi các hệ điều hành. Ứng dụng của ‘libcap’ có các định dạng cơ bản sau:
Chỉ định giao diện cần đo đạc.
Khởi tạo ‘libcap’. Libcap có thể hoạt động như một đa thiết bị. Mỗi
phép đo được nhận dạng bởi một bộ miêu tả lọc (hay còn gọi là nhận dạng phiên).
Xác định tập các quy tắc để chỉ rõ loại lưu lượng nào muốn tìm kiếm,
liên kết các quy tắc này lại và áp dụng chúng cho phiên.
Thực hiện lặp sơ cấp để tiến hành đo. Đóng phiên hay bộ miêu tả lọc.
Giám sát mức mạng: phương pháp này giám sát các hoạt động ở mức mạng ví dụ như tắc nghẽn mạng và các thắt cổ chai hiệu năng. Giám sát mức mạng có thể được thực hiện theo ba cách: đo tích cực, đo thụ động và giám sát điều khiển. Phương pháp đo tích cực sẽ thực hiện gửi dữ liệu qua mạng và quan sát kết quả. Trong khi đó
phương pháp đo thụ động sẽ chèn một máy dò vào tuyến nối giữa các node trong mạng và sẽ tổng kết và ghi lại các thông tin về dòng lưu lượng trên tuyến nối đó. Phương pháp giám sát điều khiển sẽ bắt giữ và phân tích thông tin điều khiển mạng chẳng hạn như thông tin định tuyến và quản lí mạng.
Đặc biệt, giám sát mức mạng có thể thực hiện nhờ việc sử dụng các công cụ dựa trên Ping, dò đường, SNMP, và các thiết bị giám sát mạng. Ví dụ như, có thể sử dụng Ping để đo thời gian phản hồi tiến trình, tỉ lệ tổn thất gói, sự biến thiên của thời gian