4.2. Kỹ thuật lu lợng đa lớp 57
4.2.2. Kỹ thuật lu lợng tại lớp IP-MPLS 58
Mục tiêu chính của TE trong IP-MPLS (hay mạng chuyển mạch gói nói chung) là hỗ trợ để đảm bảo chất lợng dịch vụ QoS. Trễ lu gói tại bộ đệm là một phần trễ truyền dẫn không thể tránh khỏi. Khi mà kích thớc bộ đệm không đủ chứa hết các gói thì mặc nhiên một số gói nào đó sẽ bị loại bỏ.
Một số ứng dụng đặc biệt yêu cầu đảm bảo trễ đầu cuối-đầu cuối, độ trễ biến
động hay là tỉ lệ thất thoát gói phải luôn đợc giữ ở một giới hạn xác định nào đó. Muốn đạt đợc điều này TE phải đảm bảo rằng tải trên mọi liên kết phải luôn giữ ở mức thấp cho phép. Nếu độ sử dụng tải diễn ra ở mức cao
Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp
nghĩa là trễ bộ đệm và suy hao gói ở Router trớc đó cũng tăng. Hình vẽ mô
tả cách thức mà TE thực hiện định tuyến luồng lu lợng mới ( 60%) từ a
đến e ( bên phải ) có tính đến tình huống hiện tại ( bên trái ). Trong trờng hợp luồng lu lợng mới đợc định tuyến dọc theo đờng ít chặng nhất ( a- c-e ) thì liên kết giữa c và e sẽ gặp tắc nghẽn do nó phải mang tải 160+60 = 220% trong khi dung lợng có thể chỉ là 200%. Tuy nhiên khi TE quyết định
định tuyến theo một luồng lu lợng mới a-c-b-d- e thì có ít nhất 30% dung lợng trên tất cả các liên kết trong tình trạng d thừa.
1) TE trong lớp IP-MPLS Trước và sau khi thiết lập
60% luồng lưu lượng giữa a và e
Trước Sau
4.2.3 Kỹ thuật lu lợng tại lớp quang
Hình vẽ 4.4 cho thấy cách TE định tuyến một đờng quang mới từ A tới E (bên phải) tính đến cả tình trạng mạng đang sử dụng (bên trái).Khi
định tuyến 1 kênh quang mới qua A-C-D-E tất cả liên kết WDM sẽ mang 2 kênh bớc sóng. Tuy vậy, khi mà đờng ít chặng nhất đợc chọn, liên kết WDM C-E sẽ mang 3 kênh bớc sóng, trong khi một vài liên kết khác chỉ mang 1 kênh bớc sóng. Điều này có nghĩa là liên kết giữa C-E sẽ mau chóng hết dung lợng. Trờng hợp đặc biệt hệ thống đờng quang WDM có thể chỉ mang 2 kênh bớc sóng, cần khoá chặn kênh quang này lại hoặc lắp
Hình 4.3: Kỹ thuật lu lợng tại lớp IP-MPLS
Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp
đặt bổ sung một hệ thống đờng quang WDM giữa C và E (để hỗ trợ kênh bớc sóng thứ ba ), ngay cả khi thiết bị hiện tại vẫn đáp ứng đợc( nhờ định tuyến kênh bớc sóng tại OXC trung gian D ).
1) TE trong lớp quang Trước và sau khi
thiết lập đường qunag giữa a và e
Trước Sau
4.2.4 Định tuyến ràng buộc
Định tuyến ràng buộc (Contraint-based Routing): Việc tính toán tuyến bị ràng buộc bởi yêu cầu về băng thông và các chính sách quản trị mạng. Vì
CBR phụ thuộc sâu sắc vào cấu trúc của mạng trong việc tính toán tuyến nên nó có thể tìm ra đợc một sự cân bằng hợp lý nhất có thể : Lựa chọn quãng đờng dài hơn nhng ít tắc nghẽn hơn thay vì chọn quãng đờng ngắn nhất. Nhìn hình 4.5 ta thấy: Quãng đờng ngắn nhất giữa Router A và C ngang qua link A C với hệ số IGP m=1. Nhng băng thông có thể đáp ứng - trên quãng đờng ngắn nhất này chỉ là (622-600) = 22Mbps, khi đó CBR sẽ phải cố gắng tìm ra một LSP 40Mbps chính là A-B-C. Chú ý rằng băng thông khả dụng của một liên kết bằng băng thông cực đại dành sẵn ( đợc thiết kế bởi các nhà quản trị mạng ) trừ đi toàn bộ băng thông đã đợc dành trớc cho các LSP đi ngang qua liên kết này. Điều này không phụ thuộc vào việc liên kết đang chiếm dụng thực tế bao nhiêu băng thông. Ví dụ, nếu băng thông cực đại của một liên kết là 155Mbps, băng thông dành trớc cho các LSP là 100Mbps, thì băng thông còn lại có thể sử dụng sẽ là 55Mbps ( mà
Hình 4.4: TE tại lớp quang
Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp
không cần quan tâm tới việc thực tế liên kết sử dụng nhiều hay ít hơn 100Mbps ). Hơn nữa CBR không tính toán LSP dựa vào phần băng thông dôi ra tức thời trên các liên kết. Nó sẽ làm giảm đi tính ổn định của mạng.
CBR có thể đợc thực hiện theo kiểu online hoặc offline. Với online, các Router sẽ tính toán lựa chọn đờng LSP tại thời điểm tức thời. Còn với kiểu CBR offline, Server sẽ tính toán các LSP theo từng chu kì xác định (
đơn vị chu kì có thể là ngày/giờ ).
4.2.5 Định tuyến Hybrid a, Định tuyến off-line:
Cung cấp đờng chung: Thực tế định tuyến off-line hoạt động dựa trên module cung cấp đờng chung với đầu vào và ra đợc thể hiện nh sau:
Hình 4.5: Định tuyến ràng buộc
Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp
Module PR thiết kế một topo logic quang và tính toán các tuyến theo các yêu cầu lu lợng LSP đã biết trớc. Dữ liệu đầu vào thể hiện bằng các yêu cầu lu lợng đã biết trớc. Các operator dự đoán đợc các nhu cầu lu lợng đối với cả hai loại LSP u tiên cao và thấp (HP và LP) nhờ việc nhận biết đợc các thoả thuận với client và các thông tin có đợc từ đánh giá
thống kê. Topo vật lý của mạng quang bao gồm tập hợp các node nối với nhau bởi tập các liên kết theo 1 topo đã biết. Mỗi liên kết là một bó sợi quang, mỗi sợi quang mang một số bớc sóng xác định. Mỗi node có thể là 1 router chuyển mạch nhãn LSR tích hợp với một số OXC hoặc chỉ 1 OXC.
Mỗi OXC đều có khả năng chuyển đổi bớc sóng.
Đầu ra của các module cấp đờng PR bao gồm tập hợp các đờng quang tạo nên topo logic của lớp quang và tất cả các LSP đợc nhóm họp trên các đờng quang của topo logic. Thông thờng các hàm mục tiêu khác nhau có thể đợc hiểu dựa theo các chính sách quản lý mạng. Ví dụ nh các hàm mục tiêu có thể đợc tối u hoá việc sử dụng nguồn tài nguyên mạng (bao gồm tài nguyên quang, tài nguyên điện hay cả hai) giảm đến mức tối đa việc thất thoát lu lợng, hoặc tối u hoá khoảng cách giữa các bớc nhảy
Topology mạng vật lý:
Các node và các liên kết sợi quang
Yêu cầu lu lợngLSP:
Nguồn, đích, băng thông của mỗi LSP
ThuËt toán cung cÊp ®a líp
• TuyÕn cho
®êng quang
• TuyÕn cho LSP
Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp
(hop) của gói. ở đây các hàm mục tiêu sẽ cố gắn cực tiểu hoá việc tắc g nghẽn tài nguyên mạng. Điều này đợc hiểu nh là một tỷ lệ cực đại giữa tài nguyên đã đợc sử dụng và khả dụng (sẵn có) trên toàn bộ tài nguyên quang, bao gồm các bớc sóng trên mỗi liên kết quang, các cổng đầu vào ra của các LSR. Để làm đợc điều này nhất thiết phải dùng định tuyến động. Cần phải chú ý đến các yêu cầu kết nối cùng với việc nắm bắt các thay đổi bất thờng của lu lợng.
Các thuật toán cung cấp đờng hoạt động trong môi trờng đa lớp. Việc lựa chọn đờng quang và tính toán tuyến phải thực hiện đồng thời.
b, Định tuyến On-line:
Cung cấp đờng có tính động. Module DR đánh giá một cách "on line" - các tuyến, dựa vào node nguồn và node đích, các yêu cầu về băng thông cũng nh liên tục cập nhập tình trạng các liên kết của MPLS và các lớp WDM. Chú ý rằng module DR không thể thiết lập đợc các đờng quang mới mà chỉ có thể hoạt động trong 1 topo logic cho trớc. Topo logic đợc cung cấp bởi module PR sẽ có nhiều tính năng hơn nhờ sử dụng giao thức báo hiệu mở rộng phù hợp: OSPF - TE (giao thức mở đờng ngắn nhất đầu tiên).
Hình 4.6 : Topo mạng logic
Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp
Nhìn vào hình 4.6, thấy đợc rằng mối liên kết logic giữa 2 LSR đợc cấu thành bởi một tập các đờng quang kết nối 2 OXC kèm theo các node MPLS của nó.
Module DR hoạt động dựa trên nguyên tắc chọn đờng ít tắc nghẽn thay vì chọn đờng ngắn nhất nhng lại chiếm tải lu lợng cao. Có hai tiêu chuẩn đợc đa ra:
1, Tìm tuyến ngắn nhất, ít tắc nghẽn nhất thậm chí có thể tiến hành phân bổ lu lợng đều ngay tại lớp MPLS.
2, Lựa chọn đờng quang trên liên kết logic, u tiên chọn các bớc sóng có mức tải cao để tăng xác suất tìm ra các bớc sóng khả dụng cho các yêu cầu kết nối tiếp theo với đòi hỏi về băng thông lớn hơn.
Nh vậy, thuật toán định tuyến động u tiên chọn các tuyến ít xảy ra tắc nghẽn chứa các liên kết có độ sử dụng tải thấp tại lớp MPLS trong khi lựa chọn các bớc sóng có mức chiếm dụng cao tại lớp quang nhằm tập hợp các LSP thành các đờng quang một cách hiệu quả. Ngời ta đa ra một hàm trọng số kết hợp với thuật toán tìm đờng ngắn nhất, đa vào sự tính toán số lợng bớc nhảy (hop) giữa node nguồn và node đích tại lớp MPLS, độ sẵn sàng về dung lợng trong liên kết logic cũng nh trong các đờng quang:
Hàm trọng số có công thức:
= +
C C
A i T
i W )(
trong đó CijA là băng thông khả dụng tại liên kết MPLS i (tổng dung lợng còn trống trên các bớc sóng). CT là dung lợng lớn nhất trong mạng MPLS; R là băng thông yêu cầu từ LSP; CijA là băng thông khả dụng trong bớc sóng thứ j của liên kết MPLS thứ i. Theo công thức trên trọng số của một liên kết tăng khi dung lợng khả dụng sau khi tập hợp trên liên kết đó giảm. Trọng số có giá trị ∞ khi không tồn tại bớc sóng có dung lợng cha
0 nÕu CijA ≤ R
∞ với các trờng hợp còn lại
Luận văn cao học Kỹ thuật l-u l-ợng đa lớp
sử dụng lớn hơn dung lợng yêu cầu. Nếu tìm ra đợc một tuyến với chi phí vừa phải, việc lựa chọn đờng quang đợc thực hiện theo sự u tiên các bớc sóng đã bị chiếm. Module định tuyến động đợc xem là thuật toán định tuyến ràng buộc trong đó ràng buộc chính là băng thông đợc yêu cầu. Do module hoạt động trong môi trờng đa lớp nên ràng buộc cũng phải tính trên 2 lớp, giới hạn băng thông trên lớp IP/MPLS là liên tục trong khi tại lớp quang là rời rạc theo số bớc sóng.
c, Định tuyến Hybrid:
Đây là loại định tuyến lai kết hợp hai module cung cấp đờng (off-line) và module định tuyến động (online): trong giai đoạn cung cấp đờng ngời ta đa vào hệ số α ε [0,1]. Nếu dung lợng bớc sóng là bw thì băng thông
đợc sử dụng trong giai đoạn này là αbw với mục đích giảm băng thông trên mỗi bớc sóng để module cấp đờng có thể chọn đợc nhiều đờng quang hơn. Trong giai đoạn hoạt động của module định tuyến động các đòng quang đợc đánh giá theo băng thông thực tế. Hệ số đợc đa vào nhằm α cải thiện tính động của mạng.
4.2.6 Kỹ thuật băng thông
Module kỹ thuật băng thông cho phép khai thác tối u tài nguyên mạng nhờ sử dụng băng thông co giãn. Băng thông cha sử dụng đến của các LSP cao hơn sẽ tạm thời đợc giải phóng nhờng quyền kiểm soát cho các LSP thấp hơn. Nhng ngay khi các LSP mức cao yêu cầu thì phần băng thông này sẽ đợc hoàn trả lại. Nghĩa là thuộc tính băng thông của mọi LSP có thể thay
đổi đợc trong khi đang sử dụng theo yêu cầu của lu lợng đợc gọi là co giãn. Do đó cần có chức năng xử lý chiếm trớc đối với các LSP có độ u tiên thấp hơn, và tốt hơn hết nếu có thể chuyển lu lợng có độ u tiên thấp sang các tuyến ít gặp tắc nghẽn. Module kỹ thuật băng thông bao gồm hai thành phÇn chÝnh: