Trong phần trước, một số chiến lược được thảo luận áp dụng một cơ chế khôi phục đơn lớp (có nghĩa là khôi phục được đúng giới hạn trong một lớp mạng khi đối phó với sự cố) để cung cấp khảnăng sống sót trong các mạng đa lớp. Như thể hiện trên, cả hai chiến lược với khả năng sống sót ở lớp dưới cùng hoặc lớp phát hiện thấp nhất và ở lớp trên cùng hoặc lớp phát hiện cao nhất đều có ưu điểm và nhược điểm.
Những ưu điểm của các phương pháp tiếp cận có thể được kết hợp, điều này cho thấy cơ chế khôi phục sẽ chạy trong các lớp khác nhau của mạng như là một phản ứng đối với sự xuất hiện của sự cố mạng. Nói chung, sự lựa chọn trong đó lớp để
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
61
khôi phục lưu lượng bị ảnh hưởng do một sự cố sẽ phụ thuộc vào hoàn cảnh, chẳng hạn như kịch bản đó không xảy ra.
Tuy nhiên, điều này đòi hỏi một số quy tắc hoặc hành động phối hợp để đảm bảo hiệu quả ảnh hưởng lẫn nhau và phối hợp giữa các lớp mạng có liên quan đến quá trình khôi phục. Liên kết mạng này là một cái gọi là chiến lược leo thang và định nghĩa về cách các lớp và các cơ chế khôi phục trong những lớp phản ứng với các kịch bản sự cố khác nhau. Phần này bàn về một số chiến lược leo thang hiện tại hoặc phương pháp tiếp cận: khôg phối hợp, liên tục và tích hợp. Thì vấn làm thế nào và ở đâu để cung cấp khả năng dự phòng trong các mạng đa được thảo luận, tiếp theo là các vấn đề vềổn định mạng lưới, sự phức tạp trong vận hành mạng lưới và hoạt động khôi phục đa lớp. Phần này kết thúc0 với một sựso sánh định tính các chiến lược sống sót đã thảo luận.
4.1.3.1 Phương pháp không phối hợp
Cách đơn giản nhất cung cấp một chiến lược leo thang đơn giản là triển khai các cơ chế khôi phục trong nhiều lớp mà không cần có sự phối hợp. Điều này sẽ dẫn đến các hành động khôi phục song song tại các lớp riêng biệt. Xem xét lại các mạng hai lớp hình 4.4, ví dụ, sự cố của các liên kết vật lý a-d trong lớp máy chủ. Sự cố này của liên kết vật lý cũng sẽ ảnh hưởng đến liên kết a-d tương ứng trong lớp khách hàng và xem xét lưu lượng lưu lượng. Bởi vì các hành động khôi phục trong cả hai lớp không phối hợp với nhau, cả hai chiến lược khôi phục trong các khách hàng và các máy chủ lớp sẽ cố gắng khôi phục lưu lượng truy cập bị ảnh hưởng.
Điều này cho thấy trong lớp khách hàng các lưu lượng sẽđược đưa vào cơ chế khôi phục của lớp khách hàng (ví dụ, định tuyến IP trong mạng IP -over- OTN), kết quả là một sự thay thế các đường dẫn lỗi a-d-c bằng một đường mới ví dụ như a-b-c.
Đồng thời, lớp máy chủ khôi phục liên kết a-d của cấu trúc liên kết lớp khách hàng bằng cách thay đổi tuyến tât cả lưu lượng truy cập vào liên kết lỗi a-d thông qua node E. Trong ví dụ này, hành động khôi phục trong một lớp duy nhất sẽ là đủ để khôi phục lại lưu lượng bịảnh hưởng.
Ưu điểm chính của phương pháp không phối hợp là đơn giản và dễ thực hiện và trực tiếp từ quan điểm vận hành và thực hiện (nghĩa là không có sự tiêu chuẩn hóa
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
62
các tín hiệu phối hợp giữa cả hai lớp được yêu cầu).
Hình 4.4: Chiến lược khả năng sống sót đa lớp không phối hợp
Tuy nhiên, hình 4.4 cũng cho thấy những hạn chế của chiến lược này. Cả hai cơ chế khôi phục đều chiếm tài nguyên dự trữ trong suốt quá trình sự cố (lớp máy chủ dọc theo đường dẫn AED và lớp khách hàng dọc theo đường dẫn, ngụ ý sự chiếm chỗ tài nguyên dự phòng trên AB và BC trong lớp máy chủ), mặc dù một cơ chế khôi phục chiếm tài nguyên dự phòng là đủ. Điều này cho thấy lưu lượng truy cập thêm có thể bị gián đoạn hơn mức cần thiết. Tình hình có thể còn xấu hơn: Xem xét việc các lớp máy chủ định tuyến lại các liên kết logic a-d trên đường dẫn ABCD thay vì AED, thì cảhai cơ chế khôi phục cần dung lượng dự phòng trên các liên kết AB và BC. Nếu tài nguyên dự phòng ở các lớp cao hơn cũng được hỗ trợ như lưu lượng bổ sung ở lớp dưới, có một nguy cơ rằng tài nguyên dự phòng ở lớp khách hàng bị chiếm trước bởi các hành động khôi phục trong lớp máy chủ, dẫn đến sự '' giao thoa triệt tiêu” Nói cách khác, không hành động khôi phục nào có thể khôi phục lại lưu lượng bởi vì các lớp khách hàng định tuyến lại các lưu lượng được xem xét qua đường dẫn abc mà đã bị gián đoạn bởi sự khôi phục lớp máy chủ. Tài liệu tham khảo [Wau99] minh họa rằng những rủi ro này có thể sống sót trong mạng
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
63
lưới thực; các tác giả chứng minh rằng một chuyển đổi giao trong miền quang (ví dụ, với mục đích bảo vệ trong mạng quang) có thể kích hoạt bảo vệ SDH truyền thống. Hơn nữa như được thảo luận trong phần Trao đổi cân bằng giữa thời gian định tuyến và sự hội tụ mạng cho sự Khôi phục trong Hệ thống đa lớp, chiến lược khôi phục đa lớp như vậy có thể tác động đáng kể đến sự ổn định mạng lưới tổng thể và có thể đưa ra các điều kiện tiềm năng không mong muốn trong mạng lưới.
Tóm lại, mặc dù đơn giản và dễ hiểu, chỉ cho phép các cơ chế khôi phục trong mỗi lớp chạy mà không có một chiến lược leo thang phối hợp có những tác động đến hiệu quả, yêu cầu dung lượng và thậm chí cả khả năng để khôi phục lại lưu lượng truy cập.
4.1.3.2 Phương pháp nối tiếp
Một chiến lược leo thang hiệu quả hơn, so với phương pháp không phối hợp, là phương pháp nối tiếp. Ở đây trách nhiệm của việc khôi phục được bàn giao cho các lớp tiếp theo khi rõ ràng là lớp mạng hiện tại không thể làm nhiệm vụ khôi phục.
Thay vì khôi phục không được phối hợp trong một số lớp mạng, một lớp đảm bảo rằng một sự cố không được giải quyết trong các lớp khác nhau cùng một lúc (có thể dẫn tới điều kiện đua), bằng cách áp đặt một thứ tự thời gian trên các cơ chế khôi phục. Đối với chiến lược leo thang này hai câu hỏi phải được trả lời: lớp nào bắt đầu quá trình khôi phục và khi leo thang đến lớp kế tiếp. Hai phương pháp: chiến lược leo thang từdưới lên và từ trên xuống và có các biến thể khác nhau.
Leo thang từ dưới lên
Với chiến lược leo thang từ dưới lên, sự khôi phục bắt đầu từ lớp phát hiện thấp nhất hoặc dưới cùng (là lớp mạng phát hiện được sự cố đảm bảo kích hoạt nhanh chóng các cơ chế khôi phục) và leo thang trở lên. Tất cả lưu lượng truy cập bị ảnh hưởng mà không thể được khôi phục trong lớp này (ví dụ, vì thiếu dung lượng) sẽ được khôi phục trong một lớp cao hơn. Ưu điểm của phương pháp này là hành động khôi phục được thực hiện tại các tỷ lệ hạt thích hợp: Đầu tiên các hạt thô được xử lý (khôi phục lại kết nối lớn), khôi phục càng nhiều lưu lượng truy cập càng sớm càng tốt, và hành động khôi phục trên một hạt mịn (ngụ ý trong một cao hơn lớp) chỉ phải
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
64
khôi phục lại một phần nhỏ của lưu lượng bị ảnh hưởng. Điều này cũng có nghĩa là sự cố thứ cấp phức tạp (như là một hệ quả của sự lan truyền sự cố gốc lên lớp mạng cao hơn, xem phần Khả năng sống sót trong Lớp trên cùng) được xử lý chỉ khi và nếu cần thiết (ví dụ, nếu khôi phục trong lớp thấp hơn vì của sự cố gốc là không thể). Trong ví dụ máy chủ - khách hàng trong hình 4.2, ví dụ, có sự cốOXC D như là sự cố gốc. Điều này tương ứng với sự cốđồng thời của ba liên kết IP (a-d, a-c, và d-c) trong lớp khách hàng. Nếu cơ chế khôi phục lớp máy chủ phản ứng với sự cố OXC D, thì cơ chế khôi phục lớp khách hàng sẽ chỉ phải xử lý việc khôi phục các lưu lượng truy cập trên liên kết ad và dc, ít phức tạp hơn so với sự cốđồng thời của ba liên kết.
Một ví dụ về phương pháp từ dưới lên ảnh hưởng lẫn nhau được thể hiện trong hình 4.5, trong đó node D trong lớp máy chủ bị lỗi. Lớp máy chủ bắt đầu với quá trình khôi phục, cố gắng để khôi phục lại các liên kết ad. Lớp máy chủ không thành công trong khôi phục này vì liên kết logic này kết thúc vào node D lỗi. Như vậy, cơ chế khôi phục lớp khách hàng được kích hoạt để khôi phục lại lưu lượng a-c tương ứng (ban đầu là tuyến a-d-c) bằng cách định tuyến lại nó qua node b thay vì node d.
lưu lượng ac (ban đầu sau khi ADC đường), bởi rerouting nó qua node b thay vì node d.
Hình 4.5 Phương pháp leo thang từ dưới lên
Một vấn đề mà phải được xử lý trong chiến lược leo thang từ dưới lên liên quan
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
65
đến việc làm thế nào một lớp mạng biết là đó là lớp thấp nhất có thể phát hiện sự cố để nó có thể bắt đầu khôi phục hoặc phải chờ đợi cho một lớp thấp hơn. Thông thường các tín hiệu lỗi được trao đổi để chỉ ra sự cố sẽmang đầy đủthông tin để nó có thể được bắt đầu từ đó lớp không xảy ra, và quá trình khôi phục có thể bắt đầu.
Giả sử, tuy nhiên, đây không phải là trường hợp đó. Giả sử chúng ta có một mạng bốn lớp, nơi mà một sự cố xảy ra trong lớp dưới cùng. Cho rằng sự cố được phát hiện trong tất cả bốn lớp đồng thời (điều này giả định không có sự chậm trễ trong việc lấy truyền tín hiệu lỗi) và nó không thểđược bắt nguồn từ những tín hiệu trong đó lớp có sự cố xảy ra. Điều này có nghĩa là mỗi lớp cao hơn có thểnghĩ là lớp phát hiện thấp nhất và bắt đầu với sự khôi phục. Điều này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng sử dụng cơ chế của đồng hồ đếm thời gian hold-off (xem thảo luận ở phần sau), được thiết lập dần dần cao hơn khi chúng ta di chuyển lên trên các lớp: 0 mili giây (ms) trong lớp dưới cùng, 20 ms trong lớp đầu tiên, 40 ms trong cao nhất và 60 ms trong lớp trên cùng. Bằng cách này, các cơ chế khôi phục trong các lớp cao hơn sẽ phải chờ đợi, và điều này cung cấp cơ hội để lớp dưới cùng (nơi sự cố xảy ra) cơ hội để thực hiện khôi phục.
Leo thang từ trên xuống
Với cơ chế leo thang từ trên xuống, đó là một đường vòng. Hành động khôi phục có thể được bắt đầu trong lớp trên cùng hoặc cao nhất và leo thang sẽ đi thẳng xuống hệ thống phân lớp. Chỉ khi lớp cao hơn không thể khôi phục tất cảlưu lượng, hành động khôi phục sẽ diễn ra ở lớp thấp hơn. Ưu điểm của phương pháp này là lớp cao hơn có thể dễ dàng phân biệt lưu lượng truy cập đối với loại hình dịch vụ với để nó có thể cố gắng khôi phục lưu lượng ưu tiên trước. Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là một lớp thấp hơn không tự phát hiện liệu lớp cao hơn có thể khôi phục lưu lượng hay không (một tín hiệu rõ ràng cần phải có cho mục đích này ). Vì vậy, việc thực hiện này có phần phức tạp hơn và không được thực hiện hiện nay. Ngoài ra còn có một vấn đề về hiệu quả, bởi tốt nhất có thể là 50% lưu lượng truy cập thực hiện bởi một kênh có bước sóng trong một mạng quang đã được khôi phục bằng một cơ chế khôi phục lớp mạng cao hơn, do đó việc bảo vệ bước
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
66
sóng này trong lớp quang cũng chỉ hữu ích đối với 50% lưu lượng truy cập thực khác.
Thực hiện một chiến lược leo thang
Trong các phần phụ trước đây về chiến lược leo thang nó đã được đề cập rằng tại một thời điểm trong quá trình khôi phục khôi phục được bàn giao từ một lớp mạng khác. Việc thực hiện thực tế của các chiến lược leo thang (đề cập đến bàn giao trách nhiệm khôi phục từ một lớp này sang một lớp khác) là một vấn đề khác. Hai giải pháp có thể được mô tả ở đây (để dễ giải thích, chiến lược leo thang từ dưới lênđược giảđịnh sau đây).
Một giải pháp thực hiện khả thi đầu tiên có thể được dựa trên một bộ đếm thời gian hold-off Tw. Khi phát hiện sự cố, lớp máy chủ có thể bắt đầu khôi phục ngay lập tức, trong khi các cơ chế khôi phục trong lớp khách hàng có một bộ đếm thời gian hold-off tích hợp trong đó phải hết hạn trước khi bắt đầu quá trình khôi phục lớp khách hàng. Bằng cách này, nếu sự cốđã được cốđịnh bởi các cơ chế khôi phục lớp máy chủ trước khi bộđếm thời gian hold -off hết hạn, thì sẽ không xảy ra hành động khôi phục ở lớp khách hàng. Nếu bộđếm thời gian điều hết hạn và tất cả hoặc một phần của lưu lượng truy cập không được khôi phục, sau đó là lớp khách hàng sẽ tiến hành các hoạt động khôi phục. Điều này là rất đơn giản; Tuy nhiên, nhược điểm chính của một bộđếm thời gian là hành động khôi phục trong một lớp cao hơn luôn luôn bị trì hoãn, độc lập với hoàn cảnh sự cố bởi vì bộ đếm thời gian phải hết hạn trước đã. Hơn nữa, như đã thảo luận trong phần sau, một trong những thách thức là xác định giá trị tối ưu cho Tw được dẫn dắt bởi một sự đánh đổi giữa thời gian khôi phục và ổn định mạng lưới và hiệu suất.
Một giải pháp thực hiện khả thi thứ hai có thể khắc phục sự chậm trễ này bằng cách sử dụng một tín hiệu khôi phục mã thông báo giữa các lớp. Điều này có nghĩa rằng các lớp máy chủ sẽ gửi các mã thông báo khôi phục (bằng tín hiệu rõ ràng) đến lớp khách hàng từ lúc nó biết nó không thể khôi phục (tất cả hoặc một phần) lưu lượng. Sau khi nhận được mã thông báo này, các cơ chế khôi phục lớp khách hàng được bắt đầu. Điều này cho phép hạn chế thời gian lưu lượng gián đoạn trong
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
67
trường hợp lớp máy chủ không thể khôi phục. Một bất lợi so với bộđếm thời là tín hiệu mã thông báo khôi phục cần phải được bao gồm trong các tiêu chuẩn của giao diện giữa các lớp mạng. Đối với phương pháp tiếp cận từ trên xuống, bộđếm thời gian có lẽ là ít thích hợp, bởi vì các lớp thấp hơn phải được thông báo với một tín hiệu rõ ràng cho dù các lớp cao hơn có khôi phục lại lưu lượng truy cập hay không.
Lưu ý rằng tại thời điểm công bốphương pháp tiếp cận dựa trên bộđếm thời gian là phương pháp duy nhất hiện đang có sẵn trong các sản phẩm thương mại và do đó được sử dụng trong các mạng triển khai.
4.1.3.3. Phương pháp tiếp cận tích hợp
Một phương tiện triệt để hơn để đảm bảo sự phối hợp giữa các cơ chế khôi phục trong các lớp khác nhau là sự kết hợp các cơ chế khôi phục khác nhau trong một cơ chế khôi phục đa lớp tích hợp. Điều này có nghĩa rằng cơ chế khôi phục này có một cái nhìn toàn diện về tất cả các lớp mạng và nó có thể quyết định khi nào và trong lớp nào để thực hiện những hành động khôi phục thích hợp. Mặc dù phương pháp này rõ ràng là linh hoạt nhất từ các điểm khôi phục trên, kết hợp các công nghệ khác nhau trong một cơ chếthường là không thực tế từ một quan điểm thực tế. Thật vậy, để có lợi từ sự linh hoạt này, người ta phải cung cấp thông tin thuật toán/ hoặc sự phức tạp cần thiết. Một vấn đề khác là việc thực hiện và hiện thực hóa phương pháp tích hợp này. Có vẻ như một cơ chế khôi phục đơn, kiểm soát và có một cái nhìn tổng quan về tất cả các lớp mạng, không được phát triển trong các mạng che phủ hiện tại. Tuy nhiên, điều này có thể trở nên khả thi hơn khi nhìn vào các mạng peer-to -peer.
4.1.3.4. Hỗ trợ Tài nguyên dự phòng cho Khôi phụcđa lớp
Khả năng sống sót đa lớp liên quan đến nhiều hơn chỉ là phối hợp các hoạt động khôi phục trong nhiều lớp. Ngoài ra còn có các vấn đề về tài nguyên dự phòng và làm thếnào để cung cấp và sử dụng một cách hiệu quả tài nguyên này trong các lớp khác nhau của mạng. Một vài ví dụ được đưa ra trong Phần 4.2 nói rõ về một số nghiên cứu trường hợp.
Lựa chọn đơn giản nhất được gọi là bảo vệ đôi và được mô tả trong hình 4.6 cho
Luận văn thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Hoàng Long
68
một mạng IP-over-OTN. Lưu ý rằng hình vẽ này (cũng như Hình 4.7 và 4.8) được đơn giản hóa cao để tập trung thảo luận vào các khía cạnh liên quan của việc cung cấp khả năng dự phòng trong các mạng đa lớp. Trong thực tế tất nhiên sẽ có nhiều OXCs và sợi kết nối chúng. Ở đây, dung lượng dự phòng được cung cấp trong mạng IP logic được sử dụng bởi các cơ chế định tuyến IP chỉ đơn giản là bảo vệ một lần nữa trong lớp quang cơ bản. Mặc dù sự phức tạp được giảm đi bảo vệ đôi này là một giải pháp khá tốn kém. Trong hình 4.6, một liên kết logci IP giữa hai thẻ dòng định tuyến ngoài (nét liền trong hình) được bảo vệ bởi các liên kết logic IP dự phòng giữa hai thẻdòng định tuyến (đường nét đứt trong hình vẽ). Các liên kết IP được thực hiện bởi hai đường quang trong lớp quang. Cả hai đường quang cũng được bảo vệ trong lớp quang (trên và dưới các đường đứt trong lớp OTN trong hình vẽ). Một sự cố sợi (mang đường quang của liên kết IP) kết nối cả hai OXCs sẽ dẫn đến việc sử dụng các đường quang dự phòng các đường quang thực hiện liên kết IP hoạt động. Chỉtrong trường hợp đó, một trong những sự cố thẻdòng định tuyến bên ngoài (trên liên kết IP hoạt động) sẽ dự phòng liên kết IP là cần thiết. Giá trị gia tăng của việc bảo vệvà do đó đầu tư vào một sốdung lượng bổ sng dự phòng trong lớp quang dự kiến sẽ rất thấp. Chỉ nếu, ví dụ, một trong những sự cố thẻ dòng định tuyến và sợi trên cùng (kết nối cả hai OXCs) diễn ra đồng thời, điều này sẽ dẫn đến giá trị gia tăng của sự bảo vệđôi này.