2.1. Bảo vệ trong lớp khách hàng
Trong phần này sẽ mô tả các cơ chế khả năng tồn tại trong các mạng lớp khách, đặc biệt là các mạng IP, MPLS (Multiprotocol Label Switching), Ethernet và vịng gói có khả năng phục hồi (Resilient Packet Ring-RPR). Các giao thức MPLS, Ethernet và RPR có chuyển mạch bảo vệ cấp sóng mang 60 ms để khơi phục kết nối bị lỗi. MPLS có cơ chế định tuyến lại nhanh chóng để bảo vệ các phân đoạn của kết nối. MPLS và Ethernet có chuyển mạch đường dẫn cho các kết nối đường dẫn thường được gọi là bảo vệ tuyến tính như hình sau:
connection
Hình 2.1.1.Chuyển đổi đường dẫn, nơi kết nối được định tuyến lại từ đầu đến
cuối một con đường thay thế.
RPR đã được thiết kế cho cấu trúc liên kết vòng và được bảo vệ bằng cách chuyển mạch vịng như hình sau:
Hình 2.1.2.Chuyển mạch vịng, trong đó kết nối được định tuyến lại trên một vịng
giữa các nút liền kề với sự cố
Ethernet và MPLS cũng có các sơ đồ chuyển mạch bảo vệ khi chúng hoạt động trên cấu trúc liên kết vòng. Trong mạng vòng RPR và MPLS, lưu lượng truy cập làm việc có thể được định tuyến ở hai bên của vịng và do đó có thể đi theo các đường ngắn nhất.Điều này giúp giảm tải lưu lượng truy cập vào các liên kết. Mặt khác, mạng vòng Ethernet hoạt động như cây bao trùm bằng cách hủy kích hoạt một liên kết trên vịng. Do đó, các gói chỉ được định tuyến ở một phía của vịng, dẫn đến đường dẫn gói dài hơn và tải lưu lượng cao hơn trên các liên kết.
2.2. Bảo vệ trong các vịng gói có khả năng phục hồi
Vịng gói có khả năng phục hồi (RPRs) có hai cơ chế để tồn tại như trong hình sau:
Hình 2.2.1.Bảo vệ vịng gói có độ đàn hồi: (a) lái và (b) gói
Trong hình 2.3 (a), nút A có một gói tin mới để truyền đến nút B. Thơng thường, nút A sẽ chèn gói tin vào ringlet 0. Tuy nhiên, vì đã xảy ra lỗi giữa các nút X và Y nên nút A sẽ chèn gói tin vào ringlet 1.
Cơ cấu này được gọi là cơ cấu lái và là bắt buộc. Các nút biết khi nào cần
chỉ đạo vì chúng duy trì thơng tin cấu trúc liên kết hiện tại bằng cách trao đổi thông tin cấu trúc liên kết trong các thông báo điều khiển. Thông tin cấu trúc liên kết được trao đổi định kỳ và bất cứ khi nào có sự thay đổi cấu trúc liên kết chẳng hạn như lỗi liên kết.Có thể có sự chậm trễ đáng kể trước khi lái được gọi bởi một nút do sự chậm trễ trong việc chuyển các thơng báo điều khiển. Trong khi đó, một số lượng lớn các gói tin có thể bị mất.
Một cơ chế bảo vệ khác có thời gian chuyển mạch nhanh hơn được thể hiện trong hình 2.3 (b). Tại đây, một gói tin được gửi đến nút B trên vịng tròn 0 gặp lỗi liên kết giữa các nút X và Y. Nó được chuyển trở lại trên vòng 1 khác và tiếp tục cho đến khi nó đến đầu kia của liên kết khơng thành cơng. Sau đó, nó tiếp tục trên chng 0 ban đầu của nó.
Cơ chế này được gọi là gói và là tùy chọn. Lưu ý rằng trong khi theo dõi
vịng 1, gói đi ngang qua nhưng khơng bị rơi ở nút đích B. Nó chỉ bị rơi ở nút đích B khi đang ở trên vòng 0. Điều này giúp tránh sắp xếp sai các gói ngay sau khi xảy ra lỗi. Việc bao bọc giúp chuyển đổi bảo vệ nhanh hơn vì nó chỉ sử dụng thơng tin tại các liên kết liền kề để xác định chuyển đổi khi nào. Mặt khác, nó sử dụng nhiều băng thơng hơn chỉ đạo.
Có hai chế độ để xử lý các gói tin: nghiêm ngặt và thoải mái:
- Trong chế độ nghiêm ngặt, các gói phải được phân phối theo thứ tự và gói
khơng được sử dụng. Trong chế độ này, khi phát hiện lỗi, tất cả các nút ngừng thêm gói và loại bỏ gói chuyển tiếp. Các nút đợi cho đến khi hình ảnh cấu trúc liên kết của chúng trở nên ổn định, nghĩa là khơng thay đổi, sau đó chúng tiếp tục thêm và chuyển tiếp các gói cũng như điều hướng các gói ở bất cứ nơi nào thích hợp. Chế độ nghiêm ngặt là chế độ mặc định.
- Ở chế độ thư giãn, các gói tin có thể được phân phối khơng theo thứ tự. Điều
này được sử dụng nếu cả gói và lái đều được sử dụng.
Thứ tự bảo vệ là gói trước để giảm thiểu việc mất gói và sau đó chỉ đạo sử dụng băng thơng một cách hiệu quả.
2.3. Bảo vệ trong Ethernet
Trong mạng Ethernet chuyển mạch, giao thức cây bao trùm (Spanning Tree Protocol-STP) có một cơ chế bảo vệ tích hợp sẵn. STP ban đầu chặn các liên kết để các liên kết hoạt động còn lại tạo thành một cây bao trùm. Nếu một liên kết cây không thành cơng, thì STP sẽ cấu hình một cây bao trùm khác. Tuy nhiên, việc cấu hình lại có thể mất hàng chục giây.
Giao thức cây bao trùm nhanh (Rapid Spanning Tree Protocol-RSTP) kết hợp một số cải tiến đối với STP cơ bản để tăng tốc thời gian cấu hình lại.
Hình 2.3.1 (a) Cây Ethernet bao trùm với các cổng thay thế.
Hình trên cho thấy một cây bao trùm của STP ban đầu. Có một cơng tắc gốc duy nhất. Mỗi cơng tắc nonroot có một cổng gốc, dẫn đến đường dẫn ngắn nhất đến công tắc gốc. Liên kết tương ứng là một phần của cây và cổng ở đầu kia của liên kết được gọi là cổng được chỉ định. Tất cả các cổng khác đều bị chặn. Trong RSTP, mỗi cơng tắc nonroot có thể chỉ định một trong các cổng bị chặn làm cổng thay thế cho cổng gốc của nó.
Khi cổng gốc bị lỗi, cổng thay thế có thể nhanh chóng được mở khóa để trở thành cổng gốc mới như trong hình 2.4b:
Lưu ý rằng cổng thay thế phải được chọn cẩn thận để cấu hình mới vẫn là một cây bao trùm.
2.4. Bảo vệ trong IP
Về bản chất, IP sử dụng định tuyến động, từng bước của các gói tin. Mỗi bộ định tuyến duy trì một bảng định tuyến của hàng xóm tiếp theo cho mỗi đích và các gói đến được định tuyến dựa trên bảng này. Nếu có lỗi trong mạng, giao thức định tuyến nội bộ miền (OSPF-Open Shortest Path First ) hoạt động theo cách phân tán và cập nhật các bảng định tuyến này tại mỗi bộ định tuyến trong miền.
Trong thực tế, có thể mất vài giây sau khi lỗi được phát hiện trước khi các bảng định tuyến ở tất cả các bộ định tuyến hội tụ và có thơng tin định tuyến nhất qn. Trong q trình này, các gói tiếp tục được định tuyến dựa trên các phiên bản hiện tại của bảng định tuyến tại các bộ định tuyến, điều này có thể khơng nhất qn và khơng chính xác. Điều này làm cho các gói được định tuyến khơng chính xác và có thể lặp lại trong mạng.
Có khả năng, các gói tin do đó có thể bị mất hoặc trải qua thời gian trễ kéo dài theo thứ tự vài giây sau khi phát hiện ra lỗi. Ngay cả khi một bộ định tuyến quyết định định tuyến một gói tin dọc theo một tuyến đường thay thế, sau khi phát hiện ra lỗi, các gói vẫn có thể lặp lại trong mạng, như trong hình 2.5:
Hình 2.4.1. Ví dụ minh họa các vịng lặp định tuyến trong mạng IP sau khi bị lỗi.
Trong ví dụ này, hãy xem xét các gói dành cho bộ định tuyến D. Giả sử CD liên kết bị lỗi. Node C sau đó sẽ cố gắng định tuyến các gói dành cho D tới bộ định tuyến B, hy vọng tìm được một đường thay thế để đến bộ định tuyến D. Tuy nhiên, bộ định tuyến B vẫn nghĩ rằng cách tốt nhất để đến bộ định tuyến D là thông qua bộ định tuyến C và sẽ định tuyến gói tin trở lại bộ định tuyến C. Đây là trường hợp cho đến khi các bảng định tuyến tại các bộ định tuyến đã hội tụ tất cả.
Khía cạnh khác của bảo vệ trong lớp IP liên quan đến thời gian mà lớp IP thực hiện để phát hiện các lỗi ngay từ đầu. Trong một cách triển khai điển hình được sử dụng trong các giao thức định tuyến nội bộ, các bộ định tuyến liền kề sẽ trao đổi các gói tin “hello” định kỳ giữa chúng.Nếu một bộ định tuyến bỏ lỡ một số gói tin nhất định, nó tun bố liên kết khơng thành cơng và bắt đầu định tuyến lại. Theo mặc định, các bộ định tuyến gửi các gói hello sau mỗi 10 giây và khai báo liên kết xuống nếu chúng bỏ lỡ ba gói hello liên tiếp.
2.5. Bảo vệ trong MPLS
Các đường dẫn chuyển mạch nhãn MPLS (Label-Switched Path-LSP) có thể được bảo vệ bằng cách chuyển mạch bảo vệ định tuyến nhanh, có thời gian chuyển mạch bảo vệ cấp sóng mang là 60 ms. Trong định tuyến nhanh MPLS, một nút dọc theo LSP được bảo vệ có thể có một đường hầm MPLS dự phịng, được tính tốn trước, bắt đầu từ nút, tránh sự cố và kết hợp trở lại vào LSP được bảo vệ ở hạ lưu dọc theo LSP. Nếu nó là một bước nhảy xuống phía dưới, thì đường hầm dự phịng được gọi là đường hầm dự phịng bước tiếp theo; nếu nó là hai bước nhảy xuống phía dưới, đường hầm dự phòng được gọi là đường hầm dự phòng bước tiếp theo. Các đường hầm dự phòng bước tiếp theo bảo vệ LSP khỏi các lỗi liên kết và các đường hầm dự phòng bước tiếp theo bảo vệ LSP khỏi các lỗi nút và liên kết.
- Điểm bắt đầu của đường hầm dự phòng được gọi là điểm sửa chữa cục bộ
(Point of Local Repair-PLR) và điểm cuối của nó được gọi là điểm hợp nhất (Merge Point-MP). Ví dụ về đường hầm bảo vệ MPLS, trong đó PLR của đường hầm là nút A và MP của nó là nút C, được thể hiện trong hình 2.6:
Hình 2.5.1.Đường hầm bảo vệ định tuyến nhanh MPLS cho liên kết
AB với nút PLR A và nút MP C
Đường hầm này là một đường hầm dự phòng bước tiếp theo và sẽ bảo vệ LSP khỏi sự cố tại liên kết AB hoặc tại nút B. Nếu một trong những lỗi này xảy ra, thì nút A sẽ phát hiện sự cố và chuyển lưu lượng LSP sang đường hầm. Vì việc phát hiện lỗi là cục bộ, việc chuyển đổi bảo vệ có thể ngắn, trong vài chục mili giây.
Để được bảo vệ hồn tồn, một LSP có thể có nhiều đường hầm bảo vệ, mỗi đường hầm cho mỗi điểm có thể xảy ra lỗi. Nó có thể có tối đa H đường hầm dự phịng trong đó H là số bước nhảy trong đường dẫn.
Hình 2.7 (a) và (b) trình bày các ví dụ về đường hầm bảo vệ MPLS khi chỉ có sự cố liên kết đơn và sự cố nút đơn, tương ứng. Lưu ý rằng trong hình 2.7 (b) bên cạnh nút cuối cùng chỉ yêu cầu một đường hầm dự phịng bước tiếp theo.
Hình 2.7.Các ví dụ về đường hầm bảo vệ định tuyến nhanh MPLS:
(a) Kết hợp giữa các đường hầm dự phòng bước tiếp theo và cho next-
hop các lỗi liên kết đơn.
(b) Các đường hầm dự phòng next-hop tiếp theo cho các lỗi nút đơn
ngoại trừ đường hầm dự phịng cuối cùng.
Có hai cách triển khai định tuyến nhanh MPLS: sao lưu 1-1 và sao lưu cơ sở:
- Trong sao lưu 1-1, mỗi đường hầm bảo vệ được thực hiện bằng cách thiết lập
một đường chuyển mạch nhãn, mà chúng tôi gọi là đường vòng. Khi một lỗi được phát hiện tại PLR của đường vòng, PLR sẽ chuyển lưu lượng khỏi lỗi và sang đường vịng. Nó cũng sẽ hốn đổi nhãn của các gói, để lại nhãn của đường vịng. Lưu lượng đi theo đường vòng cho đến khi đạt đến MP của
đường vòng. MP sẽ nhận ra nhãn của đường vòng và chuyển lưu lượng trở lại LSP. Nó cũng sẽ hốn đổi nhãn của các gói, để lại nhãn của LSP.
- Sao lưu cơ sở tận dụng ngăn xếp nhãn MPLS. Một đường hầm bảo vệ lại
được nhận ra bởi một đường dẫn chuyển mạch nhãn, nhưng nó có thể được sử dụng bởi nhiều hơn một LSP.
Khi PLR A phát hiện sự cố, nó sẽ chuyển lưu lượng khỏi sự cố và chuyển sang đường hầm tránh. Nó cũng sẽ đẩy nhãn của đường hầm bảo vệ lên các ngăn xếp nhãn của các gói. Sau đó, giao thơng sẽ đi theo đường hầm tránh cho đến khi đến MP của đường hầm. Tại đó, nhãn của đường hầm bỏ qua được xóa khỏi các ngăn xếp nhãn của các gói và lưu lượng tiếp tục trên LSP. Đường hầm bỏ qua này có thể được sử dụng bởi bất kỳ LSP nào đi qua các nút (A, B, C).
KẾT LUẬN
Tìm hiểu về giám sát mạng quang là một chủ để thiết thực, hấp dẫn và rất thú vị. Qua đây chúng ta có thể hiểu được rõ hơn về tín hiệu, hệ thống truyền tin, bảo vệ lớp khách hàng cũng một số vấn đề khác trong giám sát mạng quang. Hệ thống
giám sát mạng quang là giải pháp lý tưởng cho các doanh nghiệp là các nhà mạng cung cấp các dịch vụ viễn thơng, cơng ty có mạng cáp quang riêng, cũng như các tổ chức chính phủ, quân đội sử dụng hạ tầng mạng cáp quang. Hệ thống giám sát này giúp các doanh nghiệp và tổ chức tiết kiệm chi phí vận hành, xử lý sự cố nhanh, chính xác tới từng vị trí trên bản đồ, từ đó ln đảm bảo chất lượng dịch vụ Viễn thông, CNTT cho các thuê bao cũng như dùng cho nội bộ.
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt đề tài tiểu luận môn học Công nghệ truyền tải quang, chúng em đã nhận được sự giúp đỡ và đóng góp từ thầy và bạn bè. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đầu tiên đến giảng viên Cao Hồng Sơn – người hướng dẫn và chỉ đạo tận tình giúp chúng em có hướng đi đúng về đề tài tiểu luận này và đã tạo điều kiện mặt tài liệu để chúng em dễ dàng nghiên cứu hơn.
Do giới hạn kiến thức và khả năng lý luận của bản thân chúng em vẫn còn nhiều thiếu sót và hạn chế, mong thầy có thể xem xét bài tiểu luận của chúng em kĩ hơn và giúp chúng em hoàn thiện tốt hơn bài tiểu luận này.
Lời cuối cùng, em xin kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành cơng trên con đường giảng dạy của mình!
Hà Nội, tháng 11 năm 2021. Sinh viên nhóm 14
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. TLTK1.1 Giáo trình cơ sở lý thuyết truyền tin _tập 1 - Đặng Văn Chuyết (Chủ
biên).
[2]. TLTK2.1 Optical Network (A Practical Perspective Third Edition) - Rajiv