Phục hồi liên kết
Giải pháp khắc phục liên kết tìm ra một đƣờng thay thế giữa hai LSR đƣợc nối với nhau trực tiếp. Mặc dù trong hình chỉ minh họa một FEC gặp sự cố nhƣng tất cả các FEC qua liên kết bị hỏng sẽ phải định tuyến lại cùng lúc và đƣợc phân bổ trên các đƣờng dự phòng khác nhau để cân bằng tải lƣu lƣợng.
Hình 2-2 Khắc phục liên kết
Quá trình khôi phục cho từng FEC đƣợc thực hiện theo các bƣớc sau: + Yêu cầu phục hồi : Sau khi phát hiện liên kết giữa LSR 2 và LSR 3 bị hỏng, LSR 3 phải kiểm tra đƣờng dự phòng đƣợc chọn trƣớc còn đủ tài nguyên để đảm bảo QoS của FEC cần phục hồi không bằng cách gửi thông báo Restoration Request sẽ chiếm giữ tài nguyên và chuyển sang bƣớc tiếp theo.
+ Định tuyến lại FEC cần phục hồi lên đƣờng dự phòng đó.
Với phƣơng pháp này rất hiệu quả khi một liên kết bị hỏng. Tuy nhiên, nó không thể sử dụng cho trƣờng hợp nhiều liên kết xảy ra hay sự cố xảy ra ở nút mạng.
Phục hồi một phần đường LSP
Phục hồi một phần là tìm ra một đƣờng thay thế từ LSR 3 đến LSR đầu vào của FEC cần phục hồi trong miền MPLS. Các bƣớc phục hồi đƣợc tiến hành nhƣ trƣờng hợp trên. Khi một lỗi xuất hiện LSR3 sẽ phát hiện và gửi thông điệp thiết lập đƣờng dự phòng đến LSR1. Mặc dù phục hồi một phần khắc phục đƣợc sự cố ở nút nhƣng có thể rất chậm nếu LSR phát hiện (LSR3) nằm ở gần LSR lối ra và phức tạp hơn vì FEC bị ảnh hƣởng có thể thuộc nhiều LSR đầu vào khác nhau.
Phục hồi toàn bộ đường liên kết
Phục hồi toàn bộ đƣờng đi là thực hiện định tuyến lại toàn bộ đƣờng đi từ LSR đầu vào tới LSR đầu ra. Khi lỗi xảy ra , LSR3 thông báo cho LSR đầu ra, LSR này sẽ thiết lập một LSP dự phòng theo các bƣớc đã nêu trong phần trƣớc từ LSR đầu vào đến LSR đầu ra. Cách này linh hoạt hơn cả hai cách trên nhƣng thời gian phục hồi lại rất chậm, nhất là khi lỗi xuất hiện tại gần LSR đầu vào.
Hình 2-4 Phục hồi toàn bộ đường LSP
2.4. Mô hình Haskins (Reverse Backup)
Mô hình này khắc phục đƣợc điểm yếu của mô hình Makam là không cần phải phục hồi lại đƣờng cũ khi chuyển hƣớng sang đƣờng bảo vệ. Bằng cách thiết lập một đƣờng dự phòng đảo tại nút phát hiện lỗi, một đƣờng dự phòng đảo đƣợc thành lập với chiều lƣu lƣợng ngƣợc với chiều của đuờng cũ. Tuy nhiên mô hình này có nhƣợc điểm là hao tốn tài nguyên do phải dùng đƣờng dự phòng đảo, ngay cả khi đƣờng cũ đã bị hƣ thì dữ liệu sẽ vẫn chạy qua đƣờng cũ cho tới khi gặp phải nút phát hiện lỗi mới quay trở về để chuyển mạch sang đƣờng khôi phục toàn cục.
Một cải tiến khác giúp quá trình trên diễn ra nhanh hơn là gửi kèm thông tin FIS trong các gói tin gửi ngƣợc về từ đƣờng dự phòng đảo. Cách này giúp chuyển mạch tại Ingress LER nhanh hơn mà không cần chờ tín hiệu FIS tới rồi mới nhận dữ liệu từ đuờng dự phòng đảo. Tuy nhiên, do các gói vẫn không đƣợc quản lý thứ tự nên hiện tƣợng các gói sai thứ tự vẫn sẽ xảy ra [14]-[15].
Tóm tắt chƣơng 2
Trong chƣơng này tập trung nghiên cứu các cơ chế phục hồi lỗi trong mạng MPLS dùng để bảo vệ mạng khỏi các sự cố cũng nhƣ các phƣơng pháp phục hồi mạng đảm bảo QoS.
Nếu một sự cố xảy ra tại một nơi nào đó trong mạng, luồng dữ liệu sẽ chuyển từ nơi có sự cố trong mạng sang một vị trí khác. Ba ràng buộc chính đối với việc này là thời gian khôi phục, đảm bảo tối ƣu mạng và tính ổn định của luồng dữ liệu .
Để khôi phục thành công khi xảy ra sự cố, mạng cần phải có các khả năng sau. Trƣớc tiên mạng phải có khả năng phát hiện lỗi. Thứ hai, nút trong mạng mà tại đó phát hiện lỗi phải thông báo sự cố đến một nút nào đó trong mạng. Nút nào đƣợc thông báo còn tuỳ thuộc vào mô hình khôi phục đƣợc ứng dụng. Thứ ba, mạng phải tính toán lại đƣờng đi tại nút đƣợc thông báo. Và thứ tƣ là luồng dữ liệu phải đƣợc chuyển qua đƣờng mới đƣợc tính lại thay vì đƣờng cũ đã bị hỏng.
Khi mạng có sự cố và đƣợc khôi phục sẽ xảy ra hiện tƣợng luồng dữ liệu bị gián đoạn. Sự gián đoạn này đƣợc gây ra bởi thời gian phát hiện lỗi, thời gian thông báo lỗi cho nút cần thiết, thời gian tính đƣờng khôi phục.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MPLS TRONG THIẾT KẾ MẠNG MAN-E TẠI VNPT HẢI DƢƠNG VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Nghiên cứu phát triển MPLS trong mạng MAN-E [3]
3.1.1 Giới thiệu chung về mạng MAN-E
Mạng MAN-E là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối các mạng cục bộ của các tổ chức và cá nhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet.
Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng cung cấp dịch vụ mang lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng. Bản thân công nghệ Ethernet đã trở nên quen thuộc trong những mạng LAN của doanh nghiệp trong nhiều năm qua; giá thành các bộ chuyển mạch Ethernet đã trở nên rất thấp; băng thông cho phép mở rộng với những bƣớc nhảy tùy ý là những ƣu thế tuyệt đối của Ethernet so với các công nghệ khác. Với những tiêu chuẩn đã và đang đƣợc thêm vào, Ethernet sẽ mang lại một giải pháp mạng có độ tin cậy, khả năng mở rộng và hiệu quả cao về chi phí đầu tƣ.
Để có thể ứng dụng Ethernet vào hạ tầng mạng viễn thông, rất nhiều công nghệ truyền tải đã đƣợc nghiên cứu, thử nghiệm. Nhƣng nổi bật lên hiện nay là các công nghệ sau:
- MPLS - T-MPLS - PBB-TE
Công nghệ truyền tải sử dụng MPLS: Cung cấp kết nối đƣờng trục tin cậy trên cơ sở công nghệ đã chín muồi, cung cấp thành công các dịch vụ điểm – điểm, đa điểm và phân tách vùng quản trị. MPLS đã và đang đƣợc đa số các nhà cung cấp thiết bị hỗ trợ.
Công nghệ truyền tải sử dụng T-MPLS (Transport – MPLS; ITU G.8110): do Alcatel – Lucent đề xƣớng và đóng vai trò phát triển chủ đạo. Lƣợc bỏ một số tính năng điều khiển của MPLS để đơn giản hóa hoạt động chuyển mạch, vẫn kế thừa những điểm mạnh của MPLS. Hiện đã đƣợc chuẩn hóa một số chuẩn cơ bản. Công nghệ này lần đầu tiên kiểm thử công khai với 5 nhà cung cấp và thiết lập thành công dịch vụ điểm – điểm.
Công nghệ PBB-TE (802.1 Provider Backbone Bridging Traffic Engineering) hay còn gọi PBB-TE do Nortel đề xuất. Sử dụng các tính năng cơ bản của Ethernet, cộng với các cải tiến về điều khiển lƣu lƣợng, quản lý. OAM, theo dõi hiệu năng để có thể sử dụng đƣợc trong môi trƣờng mạng cung cấp dịch
vụ vốn đòi hỏi nghiêm ngặt về chất lƣợng dịch vụ. Hiện đã đƣợc chuẩn hóa OAM và một số chuẩn truyền tải.
Mạng MAN-E đƣợc nghiên cứu triển khai với mục đích chủ yếu là cung cấp hạ tầng đảm bảo cho các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn, tốc độ cao, mềm dẻo trong quản lý. Với khả năng băng thông có thể đƣợc cấp phát dao động từ khoảng 1Mbps đến 10Gps, Ethernet cho phép ngƣời dùng tối ƣu hóa nguồn lực trong việc phát tiển mạng của riêng mình.
Dƣới đây là liệt kê một số dịch vụ đƣợc cho là cần có tốc độ cao: - Truy nhập Internet tốc độ cao;
- Mạng lƣu trữ;
- Các mạng riêng ảo lớp 2 (L2VPN); - Các dịch vụ giá trị gia tăng;
- VoIP;
- Hạ tầng đƣờng trục mạng đô thị; - Extranet;
- LAN kết nối đến các tài nguyên mạng.
3.1.2 Mô hình phân lớp mạng MAN-E
Mô hình phân lớp mạng MAN-E đƣợc định nghĩa theo Metro Ethernet Forum (MEF4) đƣợc xây dựng theo 3 lớp:
- Lớp truyền tải dịch vụ (TRAN layer): Bao gồm một hoặc nhiều dịch vụ truyền tải.
- Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer): Hỗ trợ các dịch vụ thông tin dữ liệu Ethernet lớp 2 (trong mô hình OSI).
- Lớp dịch vụ ứng dụng: Hỗ trợ các ứng dụng đƣợc truyền tải dựa trên dịch vụ Ethernet lớp 2.
Mô hình mạng theo các lớp dựa trên quan hệ client/server. Bên cạnh đó, mỗi lớp mạng này có thể đƣợc thiết kế theo các mặt phẳng điều khiển, dữ liệu, quản trị trong từng lớp. Mô hình đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ 3-1.
3.1.2.1 Lớp truyền tải dịch vụ
Lớp truyền tải dịch vụ hỗ trợ kết nối giữa các phần tử của lớp ETH. Có thể sử dụng nhiều công nghệ khác nhau dùng để thực hiện việc hỗ trợ kết nối. Một số ví dụ: IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, OTN ODUK, PDH DS1/E1, MPLS LSP. Các công nghệ truyền tải trên, đến lƣợt mình lại có thể do
nhiều công nghệ khác hỗ trợ, cứ tiếp tục nhƣ vậy cho đến lớp vật l. nhƣ cáp quang, cáp đồng, không dây.
Hình 3-1 Mô hình mạng theo các lớp
3.1.2.2 Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer)
Lớp dịch vụ Ethernet có chức năng truyền tải các dịch vụ hƣớng kết nối chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC. Các bản tin Ethernet sẽ đƣợc truyền qua hệ thống thông qua các giao diện hƣớng nội bộ, hƣớng bên ngoài đƣợc quy định rõ ràng, gắn với các điểm tham chiếu. Lớp ETH cũng phải cung cấp đƣợc các khả năng về OAM, khả năng phát triển dịch vụ trong việc quản lý các dịch vụ Ethernet hƣớng kết nối. Tại các giao diện hƣớng bên ngoài của lớp ETH, các bản tin bao gồm: Ethernet unicast, multicast hoặc broadcast, tuân theo chuẩn IEEE 802.3 - 2002.
3.1.2.3 Lớp dịch vụ ứng dụng
Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ các dịch vụ sử dụng truyền tải trên nền mạng Ethernet của mạng MAN-E. Có nhiều dịch vụ trong đó bao gồm cả các việc sử dụng lớp ETH nhƣ một lớp TRAN cho các lớp khác nhƣ: IP, MPLS, PDH DS1/E1.
3.1.3 Các kiểu dịch vụ mạng MAN-E
Dịch vụ mạng MAN-E bao gồm: dịch vụ kết nối, dịch vụ ứng dụng:
Dịch vụ kết nối
- Dịch vụ điểm - điểm (Point-to-Point);
- Dịch vụ đa điểm - đa điểm (Multipoint-to-Multipoint); - Dịch vụ điểm - đa điểm (Point-to-Multipoint).
Dịch vụ ứng dụng
- Dịch vụ cho doanh nghiệp: Carrier Ethernet có thể thỏa mãn những nhu cầu mới của doanh nghiệp nhƣ: Cung cấp các dịch vụ chất lƣợng cao, kết nối Gigabit giữa các doanh nghiệp, kết nối doanh nghiệp với khách hàng và nhà cung cấp, thiết lập mạng riêng ảo, giải pháp lƣu trữ và khôi phục lỗi, truy cập Internet đảm bảo tốc độ multi-megabit, video, hội nghị truyền hình, điện thoại doanh nghiệp, tích hợp thoại - dữ liệu - hình ảnh.
- Dịch vụ Triple Play: Truyền tải dữ liệu, thoại và phim ảnh trên một mạng IP với chất lƣợng cao.
- Dịch vụ di động: Cung cấp Wireless Backhaul, truy cập Wi-fi, cơ sở hạ tầng cho Wimax, 3G và wireless thế hệ sau, các dịch vụ dữ liệu thế hệ sau, ảnh phân giải cao, video không dây.
3.2. Lợi ích của công nghệ mạng MAN-E [3] Tính dễ sử dụng Tính dễ sử dụng
Dịch vụ Ethernet dựa trên giao diện Ethernet chuẩn, dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ. Hầu nhƣ tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy mở rộng việc sử dụng Ethernet để kết nối các mạng cung cấp dịch vụ với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp (OAM &P).
Hiệu quả về chi phí
Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành. Sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt. Giá thành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn, ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo, cho phép thuê bao them băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần.
Tính linh hoạt
Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng của họ theo những cách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện với các dịch vụ truyền thống khác.
Ví dụ: Một công ty thuê một giao tiếp Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP. Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng
thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM,…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ.
Tính chuẩn hóa
MEF đang tiếp tục định nghĩa và chuẩn hóa các loại dịch vụ và các thuộc tính này, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có khả năng trao đổi giải pháp của họ một cách rõ ràng, các thuê bao có thể hiểu và so sánh các dịch vụ một cách tốt hơn.
3.3 Xây dựng mạng MAN-E tại VNPT Hải Dƣơng
Hiện tại tập đoàn VNPT đã ký hợp đồng với nhà cung cấp thiết bị viễn thông Huawei của Trung Quốc với vai trò thiết kế và triển khai mạng MAN-E (Metro Area Network - Ethernet) cho 13 tỉnh. Mạng MAN-E làm chức năng thu gom lƣu lƣợng của các thiết bị mạng truy nhập (MSAN/IP-DSLAM), lƣu lƣợng của khách hàng kết nối trực tiếp vào mạng MAN để chuyển tải lƣu lƣợng trong nội tỉnh, đồng thời kết nối lên mạng trục IP/MPLS của VNPT để chuyển lƣu lƣợng đi liên tỉnh, quốc tế.
3.3.1 Kiến trúc phân lớp mạng MAN-E của VNPT
Mô hình triển khai hệ thống mạng của VNPT bao gồm các công ty truyền tải (VTN, VTI), các công ty cung cấp dịch vụ (VDC, VASC) và các công ty cung cấp kết nối đến khách hàng (các công ty viễn thông tỉnh, thành phố). Hệ thống mạng MAN-E đƣợc triển khai tại các công ty viễn thông tỉnh, thành phố nhằm cung cấp kết nối đến khách hàng.
Hiên tại VNPT đang xây dựng hệ thống mạng NGN bao gồm mạng lõi, mạng biên, mạngMAN-E và mạng access.
Về cơ bản, hạ tầng mạng MAN-E bao gồm 5 phân lớp:
- Lớp mạng lõi: (IP/MPLS – Core): Hình thành một lõi chuyển mạch gói chung dựa trên công nghệ MPLS, kết nối tất cả các tỉnh thành trong cả nƣớc. Quản lý tắc nghẽn và kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng phức tạp, giao diện quang tốc độ cao, sự hội tụ của xử lý gói tin và các công nghệ quang chuyển mạch.
- Lớp mạng biên (IP/MPLS Edge): Xử lý thông tin trƣớc core MPLS. Bóc táchnhãn, gán nhãn, thiết lập QoS MPLS, trafficengineering.
Các dịch vụ mạng MAN-E đƣợc bắt đầu định nghĩa tại đây: + EMS, ERMS, EWS – L2PT, Tag Stacking (Q-in-Q) + L3VPN – VRF Lite, thẻ VLAN
- Lớp mạng tập trung lƣu lƣợng (IP/MPLS Aggregation over Ethernet): đảm bảo tập trung lƣu lƣợng từ các mạng truy cập (IP – DSLAM, ETTx, UMTS…) tới mạngtrục (BRAS).
- Lớp mạng truy cập (Access): Cung cấp kết nối dịch vụ tới khách hàng (các dịch vụ Cable, xDSL, PON hay ETTx…) thông qua các thiết bị truy cập nhƣ IP – DSLAM,ETTx, UMTS hay Ethernet Switches).
- Lớp mạng biên khách hàng (Subscriber Edge): Đóng vai trò biên mạng phía khách hàng, cung cấp kết nối tới lớp truy cập của nhà cung cấp dịch vụ và cung cấp dịchvụ cho những ngƣời sử dụng bên trong mạng.
Hình 3.2- Kiến trúc phân lớp mạng MAN-E
3.3.2 Áp dụng thiết kế mạng MAN-E tại VNPT [3]-[11]
Trên cơ sở nguyên tắc tổ chức và định hƣớng phát triển mạng MAN-E VNPT đƣa ra một số điểm nổi bật cần phân tích đánh giá trong quá trình triển khai: