Trong mạng IP/WDM có khả năng tái cấu hình, dịch chuyển tái cấu hình chính là dịch chuyển mô hình IP từ một mô hình ảo cũ sang mô hình ảo mới. Như đã được đề cập trong thuật toán cho thiết lập mô hình ảo, giả thiết là thuật toán thiết lập mô hình bắt đầu từ một mạng ‘tối’ và kết quả là một mô hình đường đi ngắn nhất tối ưu hoặc gần tối ưu. Ngược lại, trong mạng WDM chuyển mạch gói, dịch chuyển tái cấu hình qua tâm tới cấu hình/tái cấu hình đường đi ngắn nhất riêng lẻ.
Mục đích của điều khiển dịch chuyển trong dịch chuyển tái cấu hình là giảm thiểu các ảnh hưởng của tái cấu hình lên các ứng dụng. Tuy nhiên với sự xuất hiện của MPLS, điều khiển dịch chuyển đạt được tương đối dễ dàng.
Hình 3.5 Sửa LSP sau khi xảy ra sự cố trên đường đi ngắn nhất
Trong trường hợp tạo ra một đường đi ngắn nhất, có thể không có hoặc có một hay nhiều hơn LSP được thiết lập cho mỗi đường đi ngắn nhất. Giả thiết tất cả các LSP được thiết lập nằm trên các đường hiện tại nghĩa là không cần phải tái định tuyến để tìm ra đường tốt hơn. Khi đó vần đề dịch chuyển sẽ trở thành làm cách nào thiết lập các thực thể phù hợp trong việc chuyển tiếp bảng nhãn tại điểm gián đoạn. Giả thiết đường màu cam giữa node A và node C là bị gián đoạn tại node B (xem hình 3.5). Đường đi ngắn nhất này hiện đang mang hai LSP. Trước khi phá vỡ đường đi ngắn nhất, hai LSP này coi node A và node C là các node liền kề mặc dù nó đi qua node B. Các bảng nhãn chuyển tiếp tại node A và node C đã được thiết lập tương ứng như vậy. Để các LSP này làm việc bình thường sau khi đường đi ngắn nhất bị cắt đứt, node B phải thiết lập các thực thể phù hợp trong bảng nhãn chuyển tiếp của chính nó. Nếu ý nghĩa nhãn là cục bộ cho mỗi cổng đường đi ngắn nhất, một phương pháp hiệu quả để lựa chọn các nhãn cho các LSP này tại node B là tái sử dụng cùng các nhãn như đã
được gán bởi node A. Khi làm được như vậy, node C sẽ không cần thực hiện các thay đổi cho bảng nhãn của nó khi tái cấu hình được thực hiện.
Khi móc nối hai đường đi ngắn nhất tại một node, hoạt động căn bản là cho phép node dòng biết việc ánh xạ nhãn LSP đó tại node tiếp xúc. Hình 3.5 có thể được dùng như một kiểu đặt trước. Giả thiết rằng, ban đầu, một đường đi ngắn nhất màu cam tồn tại từ node A tới node B, và một đường đi ngắn nhất khác từ node B tới node C. Chúng là hai đường đi ngắn nhất riêng rẽ nhưng ngẫu nhiên lại cùng màu. Chúng là hai LSP chuyển tiếp đi vào từ đường đi ngắn nhất màu cam AB và tiếp tục trên đường đi ngắn nhất màu cam BC. Bây giờ node B quyết định móc nối hai đường đi ngắn nhất này lại với nhau. Khi các đường đi ngắn nhất này được móc nối mà không có sự trợ giúp của dịch chuyển cấu hình, node C sẽ không hiểu các nhãn mà các gói tin đến từ đường đi ngắn nhất màu cam từ node A đang mang. Điều này là bởi vì ý nghĩa của nhãn chỉ là một sự đồng thuận tại thời điểm thiết lập LSP giữa hai node liền kề. Do đó, node B phải cho node C biết ánh xạ của nó từ một nhãn của node A tới nhãn của nó cho các LSP như vậy. Trong ví dụ này, hai đường đi ngắn nhất trên móc nối ngẫu nhiên có cùng màu. Nhưng điều này là không nhất thiết khi lập kế hoạch để móc nối hai đường đi ngắn nhất miễn là node đó có khả năng chuyển đổi bước sóng hoàn toàn.
CHƯƠNG IV PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU LƯỢNG IP/WDM 4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
Như đã trình bày ở trên, kĩ thuật lưu lượng có thể được xây dựng theo hai xu hướng, chồng lấn và tích hợp. Mặc dù các thành phần chức năng cơ bản của chúng là giống nhau nhưng kiến trúc phần mềm của chúng là khác nhau đôi chút. Xu hướng chống lấn có đặc điểm của mối quan hệ khách – chủ, cấu hình trong đó tầng IP đòi hỏi các dịch vụ truyền dẫn từ tầng WDM. Kết quả là kĩ thuật lưu lượng được thực hiện ở mỗi tầng một cách riêng rẽ. Do đó, tại mỗi tầng cũng có các thành phần điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng riêng. Hai khối chức năng kĩ thuật lưu lượng tại tầng IP và tầng WDM được kết nối thông qua một giao diện đặc biệt để trao đổi thông tin cần thiết. Xu hướng tích hợp hình thành mối quan hệ ngang hàng trong đó mỗi node mạng bao gồm một bộ định tuyến IP và một ma trận chuyển mạch. Xu hướng này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển. Trong một ví dụ, bộ định tuyến IP (hay chức năng điều khiển IP) chỉ cung cấp mặt phẳng điều khiển và các dòng lưu lượng dữ liệu đi qua các ma trận chuyển mạch toàn quang trực tiếp. Trong một ví dụ khác, bộ định tuyến IP được mở rộng với ma trận chuyển mạch WDM (thường sử dụng ma trận chuyển mạch O-E-O) do đó bộ định tuyến IP có giao diện nhiều bước sóng. Cuối cùng, cũng có các nhóm nghiên cứu làm việc với các bộ định tuyến gói tin toàn quang, trong đó họ cố gắng triển khai các chức năng điều khiển IP (ví dụ như xử lí mào đầu) trong miền toàn quang. Trong kĩ thuật lưu lượng tích hợp, mỗi bộ định tuyến/chuyển mạch WDM là một thiết bị có thể đánh địa chỉ IP và mỗi node mạng cần được trang bị một thực thể kĩ thuật lưu lượng.
4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
Hình 4.1 miêu tả các thành phần và giao diện cho xu hướng kĩ thuật lưu lượng chồng lấn. Tầng IP thể hiện một mô hình ảo mà chính là sự trừu tượng hoá của các kết nối mạng vật lí. Tầng WDM quản lí mô hình vật lí mà các kết nối của chúng dựa trên các bước sóng và các sợi quang. Phần điều khiển kĩ thuật lưu lượng trong tầng WDM được cấy trên các chức năng quản lí hiệu năng và
kết nối WDM. Kiến trúc phần mềm kĩ thuật lưu lượng chồng lấn sẽ bao gồm các thành phần mạng IP và các thành phần mạng WDM (xem hình 4.1).
Mỗi tầng IP và WDM bao gồm các chức năng điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng tương ứng. Điều khiển mạng IP bao gồm các giao thức định tuyến ví dụ như OSPF, các giao thức báo hiệu ví dụ như RSVP và một bộ quản lí giao diện; trong khi đó kĩ thuật lưu lượng IP bao gồm các bộ thu thập và phân tích dữ liệu thống kê, một thuật toán tái cấu hình và một khối sắp xếp thời gian biểu dịch chuyển. Khối mạng WDM trung tâm IP bao gồm các giao thức định tuyến, ví dụ như OSPF với các mở rộng cho quang, các giao thức báo hiệu ví dụ như RSVP có các mở rộng cho quang, LMP và OSCP; kĩ thuật lưu lượng WDM bao gồm các thuật toán kĩ thuật lưu lượng WDM ví dụ như CSPF. Kĩ thuật lưu lượng đối với giao thức điều khiển mạng (TECP) sẽ chỉ rõ giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng. Trong kĩ thuật lưu lượng chồng lấn, TECP có hai nhóm các bản tin là IP TECP và WDM TECP. Khuôn dạng của các bản tin TECP sẽ được trình bày dưới đây. OSCP cung cấp giao diện giữa khối điều khiển mạng WDM và khối điều khiển chuyển mạch.
Hình 4.1 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn trong mạng IP/WDM
Bộ quản lí giao diện IP có hai nhiệm vụ. Trước tiên, nó nhận lệnh từ khối kĩ thuật lưu lượng IP để cho phép hoặc không cho phép các giao diện bộ định tuyến phù hợp khi các đường đi ngắn nhất cơ sở đang được tái cấu hình. Thứ hai, nó có trách nhiệm liên kết giữa giao diện bộ định tuyến và cổng xen/rẽ WDM và cung cấp chuyển đổi địa chỉ IP và WDM. Chuyển đổi địa chỉ IP/WDM cũng có thể được thực hiện nhờ sử dụng các máy chủ dành riêng ví dụ như ARP và RARP. Trong triển khai, bộ quản lí giao diện IP có thể đưa ra các lệnh SNMP tới các bộ định tuyến IP để truy vấn hoặc thay đổi trạng thái của các giao diện của nó. Hoặc nó cũng có thể được triển khai nhờ sử dụng ‘ipconfig’ để tái cấu hình trạng thái và cấu hình giao diện bộ định tuyến.
Kĩ thuật lưu lượng IP có ba thành phần chức năng chính là thuật toán tái cấu hình, thu thập và phân tích dữ liệu thống kê và lập thời gian biểu dịch chuyển. Khối thu thập dữ liệu thống kê có trách nhiệm giám sát mạng để thu thập các dữ liệu thống kê về lưu lượng và thiết lập ngưỡng hiệu năng; khối phân tích dữ liệu thống kê có khả năng truy tìm nguồn gốc kiểu lưu lượng và dự đoán lưu lượng trong tương lai. Trong triển khai, người ta có thể sử dụng giao thức SNMP để giám sát các bộ định tuyến IP cho việc đo đạc lưu lượng, và thu thập dữ liệu từ các bộ định tuyến IP. Cũng có thể có phần mềm thứ ba cho việc thu thập dữ liệu thống kê, ví dụ như libcap.
Thuật toán tái cấu hình lấy thông tin đầu vào từ khối thu thập và phân tích dữ liệu thống kê và mô hình hiện thời từ giao thức định tuyến. Nó sẽ đưa ra một mô hình mới cho khối lập thời gian biểu dịch chuyển. Thuật toán tái cấu hình được thiết kế như là một tập các kinh nghiệm trong việc hỗ trợ các mục tiêu tái cấu hình khác nhau ví dụ như là tối thiểu hoá trễ mạng. Các mục tiêu tối ưu hoá có thể được chỉ định từ GUI. Khối lập thời gian biểu dịch chuyển sẽ tính toán các thứ tự bước dịch chuyển để giảm thiểu các ảnh hưởng của hoạt động tái cấu hình lên lưu lượng người sử dụng. Tồn tại nhiều chiến lược khác nhau cho việc lập thời gian biểu dịch chuyển. Trước tiên, lập thời gian biểu có thể được thực hiện với hiểu biết tối thiểu về tầng WDM. Với chiến lược này, các điều kiện ràng buộc cho việc lập thời gian biểu được định nghĩa trước, bởi thế chuỗi dịch
kiện ràng buộc như vậy hoàn toàn được chứa trong các tài nguyên WDM (nghĩa là số lượng các đường đi ngắn nhất) giới hạn trong mỗi bước dịch chuyển. Kết quả của khối lập thời gian biểu dịch chuyển sẽ là một chuỗi các bước. Mỗi bước là một hoạt động thiết lập hoặc loại bỏ một đường đi ngắn nhất duy nhất. Thứ hai, lập thời gian biểu có thể thực hiện với hiểu biết đầy đủ về tầng WDM. Với chiến lược như thế, kết quả dịch chuyển được đảm bảo để thực hiện trong tầng WDM. Cái giá phải trả cho một chuỗi dịch chuyển không nghẽn là khối lập thời gian biểu dịch chuyển phải thu thập các thông tin trạng thái tầng WDM. Tương ứng, một chuỗi dịch chuyển đơn giản có thể được chỉ định từ GUI.
Trong mạng quang WDM truyền thống, các chức năng liên quan tới kĩ thuật lưu lượng được cung cấp bởi các bộ quản lí kết nối và quản lí hiệu năng. Trong các mạng WDM trung tâm IP, OSPF và LMP cung cấp định tuyến mặc định, phổ biến thông tin, và phát hiện mô hình cũng như các node kế cận. Giống như trong mạng IP, định tuyến mặc định trong OSPF chỉ cung cấp đường trong sợi quang theo nỗ lực tối đa. Nó không tính đến độ sẵn sàng bước sóng cũng như các điều khiển ràng buộc tính liên tục bước sóng. Do đó, cần các thuật toán kĩ thuật lưu lượng WDM để tính toán đường đi ngắn nhất hiệu quả và không nghẽn. Một thuật toán đơn giản trong các thuật toán kĩ thuật lưu lượng WDM là CSPF. CSPF sẽ càng phức tạp khi càng nhiều điều kiện ràng buộc được xem xét đến. CSPF có thể được triển khai như một bộ quản lí định tuyến đường đi ngắn nhất tập trung. Để nâng cao độ sẵn sàng, CSPF có thể được phân bố ở mỗi node. Sự triển khai phân tán của CSPF đòi hỏi sự đồng bộ giữa các thực thể kĩ thuật lưu lượng WDM. Dựa trên các yêu cầu kĩ thuật lưu lượng, các đường đi ngắn nhất có thể được thiết lập hoặc loại bỏ nhờ sử dụng RSVP.
Cuối cùng, để tiện lợi cho người sử dụng, IP/WDM GUI được thiết kế để quản lí mạng phân tầng. GUI sẽ cung cấp các giao diện cấu hình, kết nối, lỗi, và quản lí hiệu năng. Trong mạng IP/WDM chồng lấn, GUI cũng cung cấp tương quan giao thức. Ví dụ như, một đường đi ngắn nhất ảo trong mô hình IP được liên kết tới các bước sóng và sợi quang tương ứng trong mô hình WDM vật lí.
4.3 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp
Hình 4.2 miêu tả kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp. Trong xu hướng này, mỗi node IP/WDM có thể có hỗ trợ hoàn toàn cho điều khiển và kĩ thuật lưu lượng mạng. Mỗi node sở hữu hiểu biết mô hình một cách đầy đủ, nghĩa là một W-MIB (bước sóng MIB). Nó bao gồm không những chỉ mô hình sợi quang mà cả các đường đi ngắn nhất nằm trên đó và tình trạng gán các bước sóng.
Thành phần chính của phần mềm vẫn giống với các thành phần trong kiến trúc kĩ thuật lưu lượng chồng lấn, nhưng chúng được cấu trúc theo kiểu tích hợp. Điều khiển mạng bao gồm bốn thành phần là: định tuyến bước sóng, báo hiệu bước sóng, truy cập bước sóng và OSCP.
Định tuyến bước sóng (bao gồm LMP trong trường hợp các kênh điều khiển riêng rẽ so với các kênh dữ liệu) cho phép tất cả các node mạng thiết lập một cái nhìn thống nhất về mạng, và kết hợp các quyết định định tuyến bước sóng để làm thuận tiện các kết nối đường đi ngắn nhất yêu cầu. Các chức năng cụ thể bao gồm phát hiện mô hình mạng ảo/vật lí, phổ biến và duy trì thông tin trạng thái tuyến nối (sợi, bước sóng và đường đi ngắn nhất) và định tuyến nỗ lực tối đa mặc định. Các chức năng định tuyến bước sóng có thể được hỗ trợ thông qua các giao thức trạng thái tuyến nối tăng cường, chẳng hạn như OSPF mở rộng. Thông tin trạng thái tuyến nối liên quan tới WDM có thể được triển khai theo cơ sở dữ liệu TE riêng rẽ hoặc được tích hợp vào cơ sở dữ liệu trạng thái tuyến nối bộ định tuyến tiêu chuẩn. Thông tin yêu cầu cho kĩ thuật lưu lượng có thể được thu thập thông qua tràn ngập LSA mờ OSPF.
Hình 4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp trong mạng IP/WDM
Báo hiệu bước sóng có thể hoàn thành các quyết định định tuyến bước sóng bằng cách triển khai ít nhất một trong số các chức năng sau: gán bước sóng, quyết định độ ưu tiên đường đi ngắn nhất, bước sóng đã được làm rỗng từ trước, bảo vệ/tái tạo đường đi ngắn nhất, và thiết lập/loại bỏ đấu chéo. Một chức năng cơ bản được hỗ trợ bởi báo hiệu là thiết lập và loại bỏ đấu chéo. Gán bước sóng đòi hỏi giao thức báo hiệu cục bộ phải có hiểu biết nhất định về sự sử dụng bước sóng và các điều kiện ràng buộc tính liên tục. Một chức năng tiên tiến của giao thức báo hiệu là hỗ trợ khái niệm các đường đi ngắn nhất đã được gán ưu tiên. Trong trường hợp như vậy, báo hiệu bước sóng có trách nhiệm phân xử tài nguyên nếu như xảy ra trường hợp hai đường đi ngắn nhất cùng muốn một bước sóng trong cùng một sợi quang. Hơn nữa, nó cũng có thể làm rỗng từ trước một bước sóng đang được sử dụng bởi một đường đi ngắn nhất có độ ưu tiên thấp để hỗ trợ đường đi ngắn nhất mới có độ ưu tiên cao hơn. Hơn thế, báo hiệu cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ QoS thích ứng trong quá trình thiết lập đường đi