Khi bản tin UPDATE chứa thông tin NLRI, một số thuộc tính đường là bắt buộc trong khi một số khác là tuỳ chọn. Các thuộc tính đường bắt buộc là : ORIGIN, AS-PATH, và NEXT-HOP. ORIGIN nhận diện nguồn gốc của NLRI, thí dụ nó được học qua giao thức định tuyến nội hay ngoại. AS-PATH liệt kê một path-vector gồm một tập AS đã đi qua đến thời điểm hiện tại (một chuỗi thứ tự các AS). Vì chiều dài của AS-PATH thường là yếu tố quyết định một tuyến, nên BGP được gọi là giao thức định tuyến path-vector. Các router sử dụng AS-PATH để tránh loop bằng cách không chuyển tiếp các thông cáo tuyến có chứa số AS của chúng. NEXT-HOP nhận diện địa chỉ IP của router biên cần dùng để tìm đến NLRI. BGP có một tham số tuỳ chọn có thể thực hiện một dạng cân bằng tải: LOCALPREF và MED. LOCALPREF cho phép AS đầu gởi chỉ định một sự ưu tiên (preference) định tuyến lưu lượng đi ra trên nhiều liên kết AS khác; trong khi MED (multIPle exit discriminator) cho phép một AS phía nhận chỉ định một ưu tiên cho lưu lượng đến từ một AS khác.
RFC 2238 định nghĩa các mở rộng đa giao thức cho BGP để phân phối nhãn MPLS nằm trong một phần của NLRI. Các BGP peer thương lượng hộ trợ cho khả năng tuỳ chọn này vào lúc thiết lập phiên. Thủ tục cơ bản là “ký sinh” việc phân phối nhãn theo kiểu không yêu cầu song song khi thực hiện phân phối tuyến BGP.
1.5. CÔNG NGHỆ GMPLS 1.5.1 Giới thiệu
Với sự bùng nổ nhu cầu lưu lượng trong những năm gần đây, mạng quang được xem là giải pháp hữu hiệu để đáp ứng nhu cầu. Các hệ thống SDH, WDM và các thiết bị đấu nối chéo OXC cũng phát triển mạnh mẽ nhằm tăng dung lượng và phạm vi mạng. Mạng điều khiển quang được thiết kế nhằm đơn giản hố, tăng tính đáp ứng và mềm dẻo trong việc cung cấp các phương tiện trong mạng quang. MPLS đã trở thành mơ hình định tuyến mới cho mạng IP.
GMPLS là sự mở rộng của MPLS nhằm hướng tới mảng điều khiển quang cho mạng quang.
IETF và OIF đã phát triển tiêu chuẩn GMPLS để đảm bảo sự phối hợp giữa các lớp mạng khác nhau. Hiện tại lớp truyền tải (lớp quang) và lớp số liệu (điển hình là Lớp 2 và/hoặc IP) tách hẳn nhau và hoạt động độc lập nhau. GMPLS tập hợp các tiêu chuẩn với một giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thông tin giữa lớp truyền tải và lớp số liệu. Nó mở rộng khả năng định tuyến lớp số liệu đến mạng quang. GMPLS có thể cho phép mạng truyền tải và mạng số liệu hoạt động như một mạng đồng nhất. [7]
GMPLS được phát triển trong nỗ lực nhằm làm đơn giản hố và bỏ bớt mơ hình mạng bốn lớp hiện tại. GMPLS loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằng cách thu hẹp các lớp mạng. Nó khơng phải là một giao thức đơn hay tập không đổi các giao thức, mà đó là phương thức để kết hợp nhiều kỹ thuật trên cùng một kiến trúc đơn và quản lý chúng với một tập đơn các giao thức quản lý [13]
Nhiều công ty hiện đang triển khai mạng GMPLS để đơn giản việc quản lý mạng và tạo ra một mặt phẳng điều khiển tập trung. Điều này cho phép tạo ra nhiều dịch vụ hơn cho khách hàng trong khi đó giá thành hoạt động lại thấp. GMPLS cũng hứa hẹn sẽ mang lại chất lượng dịch vụ tốt hơn và thiết kế lưu lượng trên internet, một xu hướng hiện tại và cũng là mục tiêu chính của bất cứ nhà cung cấp dịch vụ nào.
1.5.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS
MPLS đã mở rộng bộ giao thức IP nhằm cải thiện quá trình phát chuyển của các Router. Đối với các Router, khi nhận được một gói tin phải qua q trình phân tích địa chỉ và tìm kiếm tuyến khá phức tạp để xác định trạm kế tiếp bằng cách kiểm tra địa chỉ đích trong header của gói. MPLS đã đơn giản thủ tục này bằng cách dựa vào một nhãn đơn giản khi phát chuyển. MPLS cịn có khả năng đặt các lưu lượng IP trên các đường xác định trước qua mạng. Bằng cách này MPLS tạo ra sự bảo đảm về băng tần và các đặc tính dịch vụ khác cho mỗi ứng dụng cụ thể của User (người sử dụng). Với mỗi dịch vụ cụ thể, một bảng lớp phát chuyển tương đương (FEC) biểu diễn một nhóm các dạng lưu lượng có cùng yêu cầu về xử lý lưu lượng được tạo ra. Một nhãn đặc biệt sau đó được dùng để gán cho một FEC. Tại lối vào mạng MPLS, các gói IP đến được được kiểm tra và gán một “nhãn” bởi router nhãn ở biên mạng (LER).
Các gói đã được gán nhãn sau đó được phát chuyển dọc theo một LSP và tại đây các Router chuyển mạch nhãn (LSR) dựa vào trường nhãn trong gói để đưa ra quyết định chuyển mạch. LSR khơng cần kiểm tra tiêu đề IP của gói để tìm trạm kế tiếp. Nó đơn giản chỉ bỏ nhãn hiện tại và đưa vào một nhãn mới cho trạm kế tiếp. Cơ sở thông tin nhãn tạo ra các nhãn mới (để chèn vào gói) và một giao diện ra (dựa vào nhãn vào trên giao diện vào).
Báo hiệu để thiết lập LSP xử lý lưu lượng được thực hiện nhờ sử dụng giao thức phân phối nhãn trên mỗi nút MPLS. Có một số giao thức phân phối nhãn khác nhau trong đó hai giao thức phổ biến nhất là RSVP- xử lý lưu lượng (RSVP-TE) và CR-LDR. RSVP-TE là phiên bản mở rộng của RSVP để phân phối các nhãn và tạo khả năng xử lý lưu lượng. CD-LDP được thiết kế riêng cho mục đích này.
MPLS gồm cả các mở rộng của các giao thức định tuyến trạng thái tuyến IP hiện tại, các mở rộng MPLS đối với OSPF và IS-IS cho phép các nút không chỉ trao đổi các thông tin về topo mạng mà những thông tin về tài nguyên và thậm chí về chính sách cũng được trao đổi. Thuật toán định tuyến dựa trên các ràng buộc sử dụng các thơng tin này để tính tốn các đường tối ưu cho các LSP và cho phép thực hiện các quyết định về quá trình xử lý lưu lượng phức tạp một cách tự động khi chọn tuyến qua mạng.
1.5.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS
IETF đã mở rộng bộ giao thức MPLS để có khả năng hỗ trợ cả các thiết bị chuyển mạch theo thời gian, bước sóng và khơng gian qua GMPLS. Điều này cho phép mạng dựa trên GMPLS xác định và cung cấp đường tối ưu dựa trên các yêu cầu lưu lượng của user (người sử dụng). Một số cấu trúc GMPLS được chỉ ra như ở bảng sau:
Miền chuyển mạch Loại lưu lượng Lược đồ phát chuyển Thiết bị điển hình Thuật ngữ
Gói , cell IP, ATM Nhãn như phần ghép thêm vào header, kết nối kênh ảo (VCC)
IP router , ATM switch
Khả năng chuyển mạch gói (PSC) Thời gian TDM/SNOE
T
Khe thời gian trong chu kỳ lặp lại Hệ thống kết nối chéo số DCS, ADM Khả năng TDM
Bước sóng Trong suốt Lambda DWDM Khả năng chuyển mạch Lambda (LSC) Không gian
vật lý
Trong suốt Fiber , line OXC Khả năng
chuyển mạch quang
Hình 1.12 : Một số cấu trúc GMPLS [7] Khác biệt giữa MPLS và GMPLS
GMPLS được mở rộng từ MPLS, tuy nhiên trong khi MPLS hoạt động trong mảng số liệu thì GMPLS được ứng dụng trong mảng điều khiển, thực hiện quản lý kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh (như TDM, chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch sợi).
Một điểm khác nữa giữa MPLS và GMPLS là MPLS yêu cầu luồng chuyển mạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó GMPLS mở rộng khái niệm LSP, LSP trong GMPLS có thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên mạng. Chẳng hạn, có thể thiết lập LSP giữa các bộ ghép kênh ADM-SDH tạo nên TDM-LSP hoặc có thể thiết lập giữa hai hệ thống chuyển mạch để tạo nên LSC-LSP hoặc giữa các hệ thống nối chéo chuyển mạch sợi để tạo nên FSC-LSP.
1.5.4 Bộ giao thức GMPLS
Sự phát triển MPLS thành GMPLS đã mở rộng giao thức báo hiệu (RSVP-TE, CR-LDP) và giao thức định tuyến (OSPF-TE, IS-IS-TE). Các mở rộng này gồm các đặc tính mạng quang và TDM/SONET. Giao thức quản lý tuyến là một giao thức mới để quản lý và bảo dưỡng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng số liệu giữa hai nút lân cận. LMP là giao thức dựa trên IP bao gồm cả các mở rộng đối với RSVP-TE và CR-LDP
Bảng sau tóm tắt các giao thức và các mở rộng của GMPLS: Định
tuyến
OSPF- TE, IS- IS-TE
Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tự động về poto mạng, hiện thị các tài nguyên khả dụng. Một số tăng cường chính gồm :
2, Nhận và thơng báo các liên kết khơng có địa chỉ IP-ID link.
3, Giao diện ID vào, ra
4, Khám phá tuyến khác nhau cho dự phòng Báo hiệu RSVP-
TE, CR-LDP
Giao thức báo hiệu dùng cho quá trình thiết lập các LSR mang lưu lượng. Các tăng cường chính gồm:
1, Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng khơng phải chuyển mạch gói.
2, Thiết lập các LSR 2 hướng
3, Báo hiệu để thiết lập đường dự phịng
4, Thúc đẩy việt gán nhãn thơng qua các nhãn được đề xuất 4, Hỗ trợ chuyển mạch băng tân – tập các bước sóng gần nhau được chuyển mạch với nhau
Quản lý tuyến
LMP Quản lý kênh điều khiển : được thiết lập bởi các tham số tuyến và đảm bảo sự an toàn cho cả tuyến.
Kiểm tra việc kết nối tuyến : Đản bảo kết nối vật lý tuyến giữa các nút lân cận, sử dụng một PING – như một bản tin kiểm tra.
Liên kết các đặc tính tuyến : Xác định các đặc tính tuyến của các nút gần kề
Cô lập lỗi : Cô lập các lỗi đơn hoặc lỗi kép trong miền quang Hình 1.13 : Các giao thức và các mở rộng của GMPLS [7]
Trong ngăn xếp, giao thức định tuyến IS-IS-TE tương tự với OSPF-TE nhưng thay vì dùng IP, giao thức mạng phi kết nối (CLNP) sử dụng để mang các thông tin IS-IS-TE.
Hình 1.14 : Ngăn xếp giao thức GMPLS [11], [5]
1.5.5 Mục tiêu và các chức năng mặt phẳng điều khiển GMPLS
Mặt phẳng điều khiển GMPLS trước hết để giải quyết vấn đề quản lý kết nối, bao gồm cả các dịch vụ kết nối theo kiểu gói và kênh, các khía cạnh của q trình quản lý tính tốn, quản lý thực hiện, an tồn và quản lý chính sách. Mặt phẳng điều khiển GMPLS cơ bản là một mặt phẳng điều khiển kết nối phân tán dựa trên IP. Điều này không loại trừ việc sử dụng GMPLS kết hợp với các giải pháp khác như hệ thống mạng quản lý tập trung. Sau đây xem xét một số chức năng mức cao và các yêu cầu dịch vụ của GMPLS.
- Tự động hoạt động: Mặt phẳng điều khiển bao gồm các chức năng
quản lý phân tán và các giao diện cần thiết cho quá trình quản lý kết nối tự động trong mạng. Một trong các mục tiêu cơ bản của mặt phẳng điều khiển là các hoạt động tự động. Mặt phẳng điều khiển phân tán GMPLS có thể cung cấp các khả năng điều khiển mạng tăng cường và giảm các hoạt động phức tạp, tốn nhiều thời gian không cần thiết. Đồng thời nó cũng thuận tiện cho việc phối hợp hoạt động và kết hợp giữa mạng với các kỹ thuật mặt phẳng số liệu khác.
- Tối ưu việc lựa chọn đường: Việc lựa chọn các tuyến trong mảng điều
khiển bởi GMPLS có thể được tối ưu hố để đảm bảo tính hiệu quả, sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả và các thực hiện thoả mãn yêu cầu khác.
- Phục hồi nhanh các đường số liệu: Việc phục hồi này có thể được
thực hiện nhờ lựa chọn tuyến trước lúc xảy ra sự cố (offline) hoặc được tính tốn đường ngay thời điểm có sự cố (online). Việc tính tốn online và cơ chế phục hồi phân tán sẽ mang lại thời gian hồi phục nhanh hơn so với phương pháp hiện tại của NMS tập trung. Khi các sự cố mạng xảy ra đồng thời thì vấn đề hồi phục sẽ trở nên phức tạp.
Để đảm bảo các yêu cầu về hồi phục số liệu, mặt phẳng điều khiển DCN phải được thiết kế tin cậy.
- Xử lý cảnh báo: Các cảnh báo liên quan đến mặt phẳng điều khiển do
chính các thực thể quản lý phải được thông báo cho mặt phẳng điều khiển. Việc xử lý cảnh báo phụ thuộc vào mặt phẳng quản lý.
- Đặc trưng hơn, GMPLS dựa trên mặt phẳng điều khiển phân tán bao quanh các mạng truyền tải đa lớp cần đáp ứng được các yêu cầu sau:
- Tính khả mở: Q trình thực hiện của mặt phẳng điều khiển không
nên phụ thuộc nhiều vào kích thước mạng dùng GMPLS (chẳng hạn số nút, số liên kết vật lý). Mặt phẳng điều khiển cần duy trì độ thực hiện ổn định càng nhiều càng tốt so với kích thước mạng.
- Tính mềm dẻo: Mặt phẳng điều khiển phải có độ mềm dẻo về mặt
chức năng và cung cấp các điều kiện hoạt động về cấu hình.
1.5.6 Kiến trúc các thành phần của mặt phẳng điều khiển GMPLS 1.5.6.1 Yêu cầu của mặt phẳng điều khiển
Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng số liệu hoạt động đảm bảo độ tin cậy là vấn đề sống còn đối với mạng quang. Mặt phẳng điều khiển phải được thiết kế sao cho khi xảy ra các sự cố thì các kết nối cũng khơng bị ảnh hưởng. Và ngay cả khi các kết nối bị hỏng trong trường hợp mặt phẳng số liệu có sự cố thì mặt phẳng điều khiển cũng phải có khả năng định tuyến lại. Nhìn chung mặt phẳng điều khiển GMPLS cần:
- Có khả năng đáp ứng cho tất cả các mạng chuyển mạch gói và mạng chuyển mạch kênh như IP, ATM, OTN, SONET/SDH.
- Đủ linh hoạt để thích nghi với các kịch bản mạng khác nhau (các mô hình kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ). Mục tiêu này đạt được bằng cách chia mặt phẳng điều khiển thành các thành phần chức năng khác nhau. Mỗi thành phần có thể u cầu nhiều cơng cụ cho các kịch bản mạng khác nhau. Mỗi cơng cụ cần có khả năng cấu hình và mở rộng. Điều này cho phép các nhà cung cấp thiết bị và các nhà cung cấp dịch vụ quyết định sắp xếp logic các thành phần này, và cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ thực hiện các chính sách cũng như vấn đề an toàn mạng.
Về mặt chức năng, mặt phẳng điều khiển GMPLS có thể chia thành các thành phần như: Khám phá tài nguyên lân cận và quản lý kết nối, định tuyến, báo hiệu. Mặt phẳng điều khiển GMPLS cần một mạng trao đổi số liệu để tạo
các bản tin điều khiển. Nó có các giao diện cho mặt phẳng quản lý và phần tử mạng như bộ điều khiển hệ thống, cơ cấu chuyển mạch.
1.5.6.2 Mạng thông tin số liệu hỗ trợ mặt phẳng điều khiển GMPLS
Mặt phẳng điều khiển GMPLS bao gồm các bộ điều khiển phân tán để trao đổi và phối hợp với nhau nhằm hồn tất các hoạt động kết nối. Mạng thơng tin số liệu (DCN) cần thiết để trao đổi các bản tin điều khiển giữa các bộ điều khiển. Đối với mạng IP truyền thống, khơng có mặt phẳng điều khiển riêng vì điều khiển và lưu lượng số liệu User dùng chung một mạng. Đối với các mạng mạch, cần một mạng số liệu độc lập vì một chuyển mạch kênh điển hình khơng xử lý lưu lượng User trong mặt phẳng truyền tải của nó. Để mặt phẳng điều khiển GMPLS có khả năng đáp ứng các mạng mạch, khái niệm DCN phải được giới thiệu. DCN hỗ trợ mặt phẳng điều khiển GMPLS có thể sử dụng các loại môi trường vật lý:
- Lưu lượng điều khiển có thể được truyền qua một kênh thơng tin trong số các liên kết mạch mang số liệu giữa các LSR. Chẳng hạn mơi trường có thể là các byte tiêu đề SONET/SDH hoặc OTN.
- Lưu lượng điều khiển có thể được truyền qua kênh thơng tin riêng, chia sẻ cùng liên kết vật lý với các kênh số liệu. Chẳng hạn, mơi trường có thể là bước sóng riêng, một STS-1 hoặc một DS-1.