Định tuyến GMPLS trong mạng lõi

HỌC

VIỆN

CÔNG

NGHỆ

BƯU

CHÍNH

VIỄN

THÔNG

Lê

Đức

Lâm





ĐỊNH TUYẾN GMPLS TRONG MẠNG LÕI



Chuyên

ngành:

Kỹ

thuật

Điện

tử

Mã

số:

60.52.70


TÓM

TẮT

LUẬN

VĂN

THẠC

SĨ





HÀ NỘI- 2012

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC

VIỆN

CÔNG

NGHỆ

BƯU

CHÍNH

VIỄN

THÔNG




Người hướng dẫn khoa học.:

TS
Đỗ Vũ Anh




Phản biện 1:

………….……………………………………


Phản biện 2:

…………………………………………………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc
sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm





Có thể tìm hiểu luận văn tại:
-

Thư

viện

của

Học

viện

Công

nghệ

Bưu

chính

Viễn
thông
1


MỞ

ĐẦU

Hiện trạng mạng viễn thông của các nhà khai thác trên
thế

giới

nói chung

và

Việt

Nam

nói riêng

là

sự

trộn

lẫn

giữa
các

mạng

hiện đang

hoạt

động trên cơ sở các công

nghệ khác
nhau tại các phân lớp mạng, do đó việc xây dựng cơ sở hạ tầng
mạng tương lai cần phải tính

đến việc tận dụng cơ sở hạ tầng
mạng đã có. Xét về

khía cạnh này, công nghệ GMPLS có thể
thỏa

mãn

được

những

yêu

cầu

đặt

ra

nói

trên.

GMPLS

cho
phép

người sử

dụng

có

thể

tự

mình

kiến tạo

các dịch

vụ

một
cách linh hoạt, theo yêu cầu và không hạn chế về khả năng như
đối

với

mạng

hiện

tại.

GMPLS

nhằm

hiện

đại

hoá

việc

định
tuyến

qua

mạng

thông

tin

quang

bằng

việc

tạo

ra

một

mặt
phẳng chung giữa các lớp quản lý dịch vụ IP và các lớp thông
tin quang, đặc

biệt cho phép chúng phản ứng rất linh hoạt với
các yêu cầu thay đổi băng thông, cho phép thiết lập các dịch vụ
thông tin quang năng động hơn. Với những ưu điểm nói trên và
hơn nữa GMPLS là công nghệ mới, là xu thế tất yếu của công
nghệ

mạng

lõi trong tương

lai. Do

vậy, tôi chọn đề tài nghiên
cứu về:

“ Định tuyến GMPLS trong mạng

lõi”. Luận văn

tập
trung chủ yếu đến một số nội dung cơ bản sau:
Chương

1:

Tổng

quan

về

chuyển

mạch

nhãn

đa

giao
thức tổng quát. Chương

này trình bày tổng quan bản chất

của
2


chuyển

mạch

nhãn

đa

giao

thức,

sự

phát

triển

từ

MPLS

lên
GMPLS và báo hiệu trong GMPLS.
Chương 2: Các ứng dụng của GMPLS. Chương này nêu
lên

các

ứng

dụng

của

GMPLS

vào

mạng

riêng

ảo

và

mạng
ASON.
Chương 3: Định tuyến GMPLS. Chương

này tập trung
phân tích, đánh giá các kỹ thuật định tuyến GMPLS, cách thức
tính toán đường định tuyến trong GMPLS để chọn được đường
chuyển mạch tối ưu.
3


CHƯƠNG

I:

TỔNG

QUAN

VỀ

CHUYỂN

MẠCH

NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT - GMPLS
Giới

thiệu

chương

MPLS

là

một

công

nghệ

chuyển

tiếp

dữ

liệu

sử

dụng
trong

các

mạng

gói

được

phát

triển

bởi

Internet

Engineering
Task Force (IETF) xây dựng trên một số công nghệ được phát
minh bởi các công ty khác nhau. Nó dựa vào việc gắn nhãn cho
mỗi gói dữ

liệu

với một

định danh (hay nhãn)

ngắn duy nhất,
mỗi router có thể sử dụng để xác định bước kế tiếp cho các gói
dữ liệu. Đồng thời, có rất nhiều các giao thức (dùng để thiết lập

các quy tắc chuyển tiếp tại các bộ định tuyến MPLS) được mở
rộng để cung cấp trình điều khiển chuyển tiếp dữ liệu trong các
mạng không đóng gói. Do đó, nguyên tắc cơ bản của MPLS là
một nền tảng quan trọng cho MPLS tổng quát (GMPLS).
Chuyển

mạch

nhãn

Chuyển mạch nhãn dựa vào liên kết một nhãn nhỏ định
dạng cố định với mỗi gói dữ liệu để nó có thể được chuyển tiếp
trong

mạng.

Điều

này

có

nghĩa

rằng

mỗi gói,

khung,

hoặc

tế
bào phải mang một số nhận dạng thông báo cho các nút

mạng
biết làm thế nào để chuyển tiếp nó. Tại mỗi đoạn trên mạng gói
tin được chuyển tiếp dựa trên giá trị của nhãn vào và gửi đi với
một giá trị nhãn mới. Nhãn bị hoán đổi và dữ liệu được chuyển
đi dựa trên giá trị mới của nhãn, dẫn đến hai khái niệm: hoán
4


đổi nhãn

và

chuyển

mạch

nhãn.

Trong

một

mạng

MPLS,

các
gói được dán nhãn bằng cách chèn một phần bổ sung các thông
tin được gọi là

mào

đầu chèn. Nó

được đặt

giữa

các

mào

đầu
mạng và mào đầu IP. Các mào đầu chèn MPLS mang một nhãn
20-bit, nó được dùng để xác định đường đi mà gói tin phải tuân
theo.
Các

giao

thức

báo

hiệu

Mỗi

LSP

có

một

cơ

sở

thông

tin

chuyển

tiếp

nhãn-
LFIB. IETF đã cân nhắc kỹ nhằm tránh ủy quyền cho một giao
thức

phân phối nhãn đơn

lẻ

để

sử

dụng

cho

MPLS.

Điều

này
cho phép các giao thức khác nhau được sử dụng để phù hợp với
các

yêu cầu của các

môi trường

hoạt động khác nhau. Một

số
giao thức phân phối nhãn đã được chuẩn hóa bởi IETF, nhưng
chúng ta chỉ cần quan tâm đến giao thức được phát triển cho kỹ
thuật lưu lượng bởi vì kỹ thuật này liên quan chặt chẽ với các
yêu

cầu

của

các

mạng

truyền

tải

kết

nối

theo

định

hướng.
Trong

giao

thức

này

(RSVP-TE)

nhãn

được

cấp

phát

bởi

các
LSR

hạ

nguồn (đối với các

dòng

dữ

liệu)

và

được

thông

báo
cho LSR thượng nguồn.
Sự

phát

triển

từ

MPLS

đến

GMPLS

Xuất

phát

từ

yêu

cầu

đưa

ra

một

giải pháp

mặt

phẳng
điều khiển cho mạng truyền tải, một trong những phương pháp
để giải quyết vấn đề này là phát triển một tập các giao thức mới
5


ngay từ đầu cho

tất

cả kiểu

mạng truyền tải. Ưu điểm nổi bật
của

phương

pháp

tiếp

cận

này

là

mỗi

mặt

phẳng

điều

khiển
được thiết kế rất hiệu quả cho mỗi tiêu chí mạng.
Nhược điểm dễ nhận thấy của các mặt phẳng điều khiển
được thiết

kế riêng đó

là

mất

rất

nhiều công sức

để phát

triển
rất

nhiều

tập

mới

cho

báo

hiệu,

định

tuyến,

các

giao

thức

và
ứng dụng

kỹ thuật

lưu

lượng.

Một

nhược điểm nữa

là thực

tế
các dịch vụ có

xu hướng phân tách mạng thành các kiểu khác
nhau:

một

số

phần được

xây

dựng

từ

các

router và

switch

IP

lớp

2,

một

phần

khác

được

xây

dựng

từ

các

thiết

bị

chuyển
mạch SONET / SDH, trong khi các mạng lõi có thể liên kết các
bộ tách-ghép quang và kết nối chéo.
Người ta nhận thấy rằng các hoạt động chuyển mạch cơ
bản

trong

mạng

WDM

rất

giồng

về

mặt

logic

với

hoạt

động
chuyển

mạch trong

thiết

bị

MPLS.

Đó

là,

chuyển

mạch được
yêu cầu phải chuyển đổi một bước sóng đầu vào trên một giao
diện

đến

thành

một

bước

sóng

đầu

ra

trên

một

giao

diện

ra,
điều này tương tự như ánh xạ MPLS (nhãn đầu vào, giao diện
đến) thành (nhãn đầu ra, giao diện đi). Từ những quan sát ban
đầu này, chuyển mạch lambda đa giao thức (MPS) được hình
thành.

MPS

đã

được

mở

rộng

ra

trở

thành

không

chỉ

có

chuyển mạch lambda,

mà còn có

các công

nghệ

chuyển mạch
sợi

quang,

TDM,

chuyển

mạch

lớp

2,

và

chuyển

mạch
6

gói/khung/tế bào. Các khái niệm đã thực sự được tổng quát hoá
và hình thành nên MPLS tổng quát – GMLPS.
Báo

hiệu

trong

GMPLS

Báo

hiệu

là

quá

trình

trao

đổi

các

bản

tin

trong

mặt
phẳng điều khiển để thiết lập, duy trì, sửa đổi, và kết thúc các
đường

dữ

liệu

trong

mặt

phẳng

dữ

liệu.

Trong

GMPLS,

các
đường dữ liệu này chính là các LSP. Việc tập hợp các bản tin
báo

hiệu

và

các

quy

tắc

xử

lý

được

gọi

là

các

giao

thức

báo
hiệu.

Các

bản tin báo

hiệu

được

trao

đổi giữa

các

thành phần
phần

mềm được

gọi là

các

bộ

điều

khiển toàn

mạng.

Mỗi

bộ
điều

khiển

báo

hiệu

chịu

trách nhiệm quản

lý các

thành phần
dữ

liệu

của

một

hoặc

một

số

thiết

bị

chuyển

mạch

dữ

liệu.
Trong GMPLS các thiết bị chuyển mạch dữ liệu được gọi là bộ
định tuyến chuyển

mạch

nhãn (LSR)

và

nó

thường

là

một

bộ

điều khiển

báo

hiệu

hiện

hữu trên LSR

thế

nên nó

có

dạng

là
một thành phần đơn nhất trong mạng.
Kết

luận

chương

Chương 1 đã đề cập tổng quát về về chuyển mạch nhãn
đa giao thức tổng quát, sự phát triển từ MPLS lên GMPLS, các
giao thức báo hiệu, thiết lập duy trì LSP, kiểm soát và cấp phá
nhãn, chuyển tiếp đa

miền. Từ đây,

luận án

hướng tới nghiên
cứu sâu hơn về định tuyến GMPLS ở chương 3.
7


CHƯƠNG II: CÁC ỨNG DỤNG CỦA GMPLS
Giới

thiệu

chương

Một

VPNL1 cũng có thể định nghĩa

như

một

VPN

mà
mặt phẳng dữ liệu hoạt động tại lớp 1. Một kết nối giữa các CE
được đặt trong các trạm khác nhau của một VPNL1 được gọi là

một kết nối VPN lớp 1.
Các

mô

hình

triển

khai

VPN

lớp

một

Ý nghĩa của

mô

hình triển khai này là có thể xem như
có

một

độ

tin

cậy

hoàn

toàn

giữa

các

phần

(tất

cả

các

thành
phần đều thuộc

một

tổ

chức). Điều

này nghĩa

là,

lượng thông
tin về các tài nguyên bên trong của

lõi lớp 1 (được thông báo
tới các phần còn lại của mạng) là chỉ bị giới hạn bởi khả năng
mở rộng và các chính sách bên trong. Ví dụ, các

đối tượng sẽ
được tổ chức theo cách mà bất kỳ node mạng của nhà cung cấp
nào bên ngoài lõi lớp 1 thì sẽ biết được mọi tài nguyên của lõi
lớp 1. Có một số lý do giải thích tại sao phương pháp VPNL1
bên trong là tốt hơn:
Lý

do

đầu

tiên

là

khả

năng

kết

nối

mặt

phẳng

điều
khiển.

Lý do

thứ hai là

sự

mềm dẻo

khi sử dụng các VPNL1
bên trong và chúng cung cấp các chính sách áp dụng khác nhau
trên từng VPN. Lý do thứ ba là dịch vụ VPNL1 bên trong loại
bỏ mọi yêu cầu về sự đồng nhất của mặt phẳng điều khiển thực
hiện quản lý trong các mạng khác nhau.
8


Mô

hình

truyền

tải

cho

truyền

tải

Chúng ta

xem xét

trường

hợp

một

nhà

mạng cung cấp
dịch vụ lớp 2 hoặc 3 có các trạm (tách rời nhau về mặt địa lý)
được

kết

nối thông

qua

các

dịch

vụ

lớp

một

từ một

nhà

cung
cấp dịch vụ lớp một độc lập khác, nghĩa là cả hai nhà cung cấp
hoạt

động theo

sự quản trị và điều khiển riêng. Sự khác

nhau
căn

bản của

mô

hình

này

với

mô

hình

trước

đó

là

độ

tin cậy
giữa nhà cung cấp dịch vụ lớp một và khác hàng. Các dịch vụ
lớp 1 bao gồm các kết nối trên mặt phẳng điều khiển, trên mặt
phẳng dữ

liệu giữa

các trạm được kết

nối với nhau, tuy nhiên
nhà

cung

cấp

dịch

vụ

lớp

1

không

đưa

ra

cấu

hình

mạng

bên
trong cũng như không đưa ra thông tin về các tài nguyên hiện
có trong mạng của họ.
Nhưng cũng chú ý rằng nhà cung cấp dịch vụ lớp 1 có
thể thông báo một số thông tin về trạng thái mạng của họ, các
thông

tin

này

có

thể

được

tiết

lộ

cho

phía

mạng

khách

hàng
trong trường hợp các

liên kết

ảo liên kết

một

cặp PE dựa trên
VPN

và

cũng

có

thể

được

sử

dụng

trong

tính

toán

đường

đa
hướng.
Mô

hình

kinh

doanh

tài

nguyên

lớp

1

Trong

mô

hình

này các

nhà

cung

cấp

dịch

vụ

lớp

một
phải

“mở”

hơn

ở

mô

hình

truyền

tải

cho

truyền

tải.

Cụ

thể,

chúng cần tiết

lộ cho khách hàng ở một

mức nào đó thông tin
9


về các dịch vụ họ cung cấp và có thể cả một số trạng thái bên
trong của

mạng, và đưa ra các thông

báo

kịp thời về các thay
đổi nên khách hàng có thể lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ lớp
một để sử dụng dịch vụ.
Mô

hình

VPN

lớp

1

phức

tạp

Trong các mô hình trước, một kết nối VPNL1 luôn gồm
ba thành phần tại mọi thời điểm (liên kết tĩnh giữa CE của trạm
nguồn và PE lân cận; liên kết động xuyên qua mạng nhà cung
cấp;

liên kết

tĩnh giữa

CE

của

trạm đích

và

PE

lân cận).

Tuy
nhiên, có thể có một kết nối VPNL1 có cấu trúc phức tạp hơn.
Ví

dụ

như

các

kết

nối

liên

kết

các

nhà

cung

cấp

và

VPNL1
được lồng vào nhau, các kết nối này cần các dịch vụ VPN lớp 1
phức tạp hơn.
Cung

cấp

VPN

lớp

một

dựa

trên

GMPLS

Chúng

ta

cùng

tìm

hiểu

về

hai

giải

pháp

cung

cấp
VPNL1

dựa

trên

GMPLS

đó

là:

mạng

riêng

ảo

tổng

quát
(GVPN) và xếp chồng GMPLS.
Cả hai giải pháp này đều có những điểm giống nhau về
định địa chỉ liên kết CE-PE, báo hiệu giữa CE-PE và cung cấp
động các đoạn PE-PE của các kết nối VPNL1 CE-CE. Sự khác
nhau cơ bản giữa chúng đó

là cơ chế được sử dụng trong việc
khám

phá

tự

động

khám

phá

các

thành

phần

VPN

(PE

nhận
biết các CE ở xa, chúng thuộc VPN nào và gắn với PE nào).
10


Cả

hai giải pháp đều tạo

ra các giả thiết

liên quan đến
định địa chỉ liên kết CE-PE như sau:
Phía

CE

của

liên

kết

CE-PE

(cổng

CE)

có

một

không
gian địa chỉ VPN (nó là duy nhất trong một VPN) được gán bởi
khách hàng, chúng ta gọi nó là CE_ID.
Phía PE có hai địa chỉ. Địa chỉ thứ nhất là PE_ID được
gán bởi nhà cung cấp còn địa chỉ thứ

hai được gán bởi khách
hàng

và

được

cấp

phát

từ

cùng

một

không

gian

địa

chỉ

như
CE_ID.

Cổng

PE

cũng

nhận

biết

một

số

mà

nhận

dạng

các
VPN trong miền nhà cung cấp.
Mạng

ASON

ASON

không

phải

là

một

giao

thức

hay

một

tập

các
giao

thức.

Đó

là

một

cấu

trúc, trong

đó

định

nghĩa

các

thành
phần trong một mặt phẳng điều khiển quang và tương tác giữa
chúng. ASON còn chỉ ra các tương tác này tại vùng giáp ranh
giữa

các

nhà

cung

cấp

khác

nhau

và

vì thế

các

giao

thức

yêu
cầu

phải

được

chuẩn

hóa.

Các

vùng

khác

không

được

tiêu
chuẩn hóa mà để các nhà cung cấp hay các nhà khai thác mạng
tự đưa ra.
Chỉ khi kiến trúc các thành phần được định

nghĩa

một
cách chi tiết

mới có

thể

đánh giá

xem các

giao

thức

có

thích
hợp với cấu trúc này hay không. Bất kỳ giao thức nào phù hợp
11


với các

yêu cầu của các cấu trúc thành phần đều

có

khả

năng
được xem là hợp chuẩn ASON.
Kiến

trúc

mạng

ASON

và

mối

liên

hệ

giữa

mạng

ASON/GMPLS

ASON

là

một

mạng

quang

bao

gồm

các

ASON

NE
(Network

Element).

ASON

thực

hiện

truyền

báo

hiệu

và
chuyển mạch. Các ASON NE lưu thông tin về đồ hình và tuyến
của

toàn

mạng,

tự

động

tạo

và

xóa

bỏ

dịch

vụ

thông

qua

báo

hiệu.

Mạng

ASON

có

ba

mặt

phẳng:

mặt

phẳng

điều

khiển,
mặt phẳng truyền dẫn và mặt phẳng quản lý:
Mặt

phẳng điều khiển: Mặt

phẳng điều khiển bao

gồm
một

nhóm

các

thành

phần

truyền

thông.

Mặt

phẳng

này

đảm
nhận điều khiển phiên làm việc và điều khiển kết nối, bao gồm
thiết lập, giải phóng, giám sát và duy trì các kết nối. Mặt phẳng
điều khiển tự động khôi phục các kết nối bị lỗi qua trao đổi báo
hiệu.
Mặt phẳng truyền dẫn: Mạng SDH nằm trên mặt phẳng
truyền dẫn. Mặt

phẳng

này phát

và ghép kênh tín hiệu quang,
thiết lập cấu hình kết nối chéo và chuyển mạch bảo vệ cho tín
hiệu, đảm bảo độ tin cậy cho tất cả các tín hiệu quang.
Mặt phẳng quản lý: Mặt phẳng quản lý là một phần bổ
sung

cho

mặt

phẳng

điều

khiển.

Mặt

phẳng

này

duy

trì

mặt
phẳng truyền dẫn,

mặt

phẳng điều khiển

và toàn bộ

hệ

thống.
12


Các chức năng bao gồm quản lý khai thác, quản lý lỗi, quản lý
cấu hình và quản lý bảo mật.
GMPLS

và

mạng

ASON

Các giao thức GMPLS cung cấp một tập các khối được
xây

dựng

kỹ

lưỡng

cho

mặt

phẳng

điều

khiển

của

các

mạng
truyền tải, vì thế GMPLS tạo ra một hướng đi mới cho cấu trúc
mạng

ASON.

Từ

quan

điểm của

các

nhà

sản

xuất

thiết

bị

và
các nhà vận hành mạng rằng sẽ có lợi khi phát triển song song
GMPLS và ASON thế nên việc phát triển đơn lẻ mặc dù có thể
tạo ra được giải pháp tốt

nhất

song nó

rất

không hữu dụng để
có nhiều giải pháp được xem xét như các chuẩn hóa. Điều này
nghĩa là nhà cung cấp thiết bị phải phát triển và kiểm tra tất cả
sự kết hợp có thể có và người vận hành phải quyết định sẽ triển
khai cái gì.
Kết

luận

chương

Chương

2

đã

đề

cập

đến

hai

ứng

dụng

cơ

bản

của
GMPLS

trong

mạng

riêng

ảo

lớp

một

và

mạng

ASON.

Luận
văn

đã

nêu

được

khái

quát

mạng

riêng

ảo

lớp

một

và

mạng
ASON,

các

một

số

mô

hình

triển

khai

của

VPN

lớp

một

và
cung

cấp

VPN

lớp

một

dựa

trên

GMPLS,

kiến

trúc

mạng
ASON và mối liên hệ với GMPLS.
13

CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN GMPLS
Giới

thiệu

chương

Các

mạng

GMPLS

là

các

mạng

kỹ

thuật

lưu

lượng
phức

tạp

và

không

cần

dựa

theo

gói.

Để

thiết

lập

thành

công
một

LSP

qua

một

mạng,

nó

là

không

đủ

để

biết

được

băng
thông có sẵn trên mỗi một liên kết trên mạng như được xem là
một phần của dữ liệu TE cơ bản. Chúng ta cũng phải biết khả
năng chuyển mạch của các liên kết tại mỗi LSR. Như chúng ta
đã biết, mỗi một LSR có thể chuyển mạch dữ liệu đến một liên
kết theo

một

hoặc nhiều

cách tuỳ theo

khả

năng

của LSR

đối
với liên kết đó. Vì thế các router cũng phải thông báo khả năng
chuyển mạch cho mỗi liên kết TE mà nó thông báo.
Các

mở

rộng

giao

thức

định

tuyến.

OSPF

là

giao

thức

định

tuyến

dạng

trạng

thái

liên kết
dựa

trên

chuẩn

mở

được

phát

triển

để

thay

thế

phương

thức
Distance Vector (RIP). RIP

là

một

giao

thức định tuyến được
chấp nhận trong những ngày đầu của mạng và Internet, nhưng
do phụ thuộc vào số lượng hop mà router có thể đi được chỉ là
15 nên RIP nhanh chóng không thể chấp nhận được trong các
mạng

lớn

hơn.

Các

mạng

lớn

hơn cần 1

giải pháp

định tuyến
mạnh mẽ hơn. OSPF là 1 giao thức định tuyến classless mà sử
dụng khái niệm vùng cho khả năng mở rộng. Nó sử dụng thông
14


số

cost

để

tính

đường

đi

tốt

nhất.

OSPF

sử

dụng

băng

thông
như là thước đo chi phí.
IS-IS là

một

giao thức định tuyến nội (IGP) được phát
triển năm 1980 bởi Digital Equipment. Sau đó ISIS được công
nhận bởi tổ chức ISO như

là

một

giao thức định tuyến chuẩn.
Mục tiêu ban đầu của ISIS là tạo ra một giao thức mà tất cả các
hệ thống có thể dùng. Tuy nhiên, để có thể đảm bảo một yếu tố
thực sự mang tính mở (open), ISO đã cố gắng tích hợp mọi đặc
điểm mang tính thuyết phục của các giao thức định tuyến khác
vào ISIS. Kết quả là ISIS là một giao thức khá phức tạp. Phần
lớn các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) dùng ISIS từ những
năm ISIS được tạo ra. Điều này là do ISIS là một giao thức độc
lập, có khả năng mở rộng và đặc biệt nhất là có khả năng định
nghĩa “kiểu dịch vụ” trong quá trình routing (ToS routing).
Quản

lý

liên

kết

Các

node

mạng

GMPLS

có

thể

được

kết

nối với

nhau
theo các kênh dữ liệu hoặc các liên kết. Mỗi một kênh có thể là
một

sợi cáp

quang,

nhưng

cũng

có

thể

nhiều

kênh

nằm trong
một

liên kết.

Một

cặp

node

được

kết

nối trong

mặt

phẳng

dữ
liệu sử dụng các giao thức

mặt

phẳng điều khiển GMPLS cần
có thể định nghĩa và đề cập đến mỗi một kênh dữ liệu theo một
cách

thức

rõ

ràng

để

các

node

kế

cận

có

thể

hiểu

được

hoàn
toàn. Bởi vì thường

có

một

sự tương ứng

một

– một

giữa các
15


kênh dữ liệu và các đường truyền thông mặt phẳng điều khiển
nên cần có các kênh dữ liệu để định nghĩa riêng cho mỗi node.
Dĩ nhiên có thể cấu hình thông tin này tại mỗi LSR, tuy nhiên
khi số lượng các kênh dữ liệu tăng lên thì sẽ làm cho mào đầu
quản lý có thể xảy ra lỗi rất lớn và tạo nên sự cứng nhắc cho sự
thay đổi sợi cáp quang trong mạng.
Giao

thức

quản

lý

liên

kết

Giao

thức

quản

lý

liên

kết

là

một

giao

thức

ứng

dụng
điểm điểm chạy trên UDP cổng 701. Nghĩa là các bản tin LMP
được giới hạn trong sự trao đổi đơn lẻ giữa các thiết bị GMPLS
cạnh nhau trong mặt phẳng dữ liệu, và giao thức này phải chịu
trách

nhiệm

khôi

phục

các

lỗi

mặt

phẳng

điều

khiển

bởi

vì
UDP là giao thức truyền tải không tin cậy.

LMP yêu cầu các địa chỉ của các kênh điều khiển phải
được cấu hình tại mỗi node. Nhằm mục đích duy trì một quan
hệ kế cận LMP, nó

cần phải có tối thiểu

một

kênh điều khiển
hoạt

động

giữa

hai

node.

Nó

có

thể

chấp

nhận

việc

có

nhiều
hơn

một

kênh

điều

khiển

để

cung

cấp

ở

mức

độ

thô.

Trong
LMP, node ID thường lấy từ IGP đang chạy trên mạng. Trong

bất kỳ trường

hợp nào

nó cũng phải là duy nhất và phải đủ rõ
ràng để cho phép bất kỳ một node được phân biệt với các node
khác. Nhận dạng kênh điều khiển (CCID) được yêu cầu là duy
nhất trên mỗi một node.
16


Tính

toán

đường

định

tuyến

trong

GMPLS

Thuật toán Bellman-Ford
Thuật toán Bellman-Ford giải quyết

vấn đề đơn nguồn
theo một cách tổng quát nhất. Đó là, đối với lược đồ cho trước

G(V,A) nó sẽ đưa ra các đường đi ngắn nhất từ bất kỳ điểm s
cho trước đến các điểm khác mà có thể nhận biết được từ điểm
s. Nó cũng cho

phép các giá trị âm đối với một

số

cung được
cung

cấp

mà

không

tạo

ra

các

vòng

lặp

tiêu

cực

có

thể

nhận
biết

được

từ

điểm s.

Một

đặc

điểm quan trọng

của

thuật

toán
Bellman-Ford là nó có thể phát hiện sự có mặt của các vòng lặp
tiêu cực (khác với thuật toán Dijkstra và thuật toán tìm theo độ
rộng là xem như không có các vòng lặp này trên lược đồ).
Thuật toán Dijkstra
Thuật toán Dijkstra giải quyết hiệu quả các vấn đề đơn

nguồn và đường đi ngắn nhất của một cặp node theo lược đồ có
hướng

G(V,A)

với

trường

hợp

không

có

cung

giá

trị

âm
w(a)<0.

Thuật

toán

này

tạo

ra

việc

sử

dụng

một

cấu

trúc

dữ
liệu phụ đó là hàng đợi theo mức ưu tiên nhỏ nhất mà chứa các
điểm node quan trọng theo

ước lượng giá trị khoảng cách của
chúng và cho phép các thao tác trên các thành phần của nó.
Một tính năng của thuật toán Dijkstra là khi một điểm v
được loại bỏ khỏi tập U và đặt nó vào trong tập L thì ước lượng
khoảng cách của nó không bao giờ thay đổi, nghĩa là đường đi
17


ngắn

nhất

từ

điểm

s

đến

điểm

v

là

được

xác

định

hoàn

toàn.
Điều này nghĩa là nếu chỉ cần xác định đường đi ngắn nhất từ
điểm nguồn s đến điểm v nào đó và điểm v đã được gán nhãn
(đã nằm trong tập L) thì không cần xác định các đường đi ngắn
nhất đến các điểm node khác, và thuật toán này có thể kết thúc
ngay. Vì vậy, thuật toán Dijkstra có thể được tối ưu cho vấn đề

đường đi ngắn nhất giữa một cặp node.
Thuật

toán

K

đường

đi

ngắn

nhất

Đường

đi ngắn

nhất

không

nhất

thiết

là

các

đường

tối
ưu mà dịch vụ truyền tải có thể đặt lên đó. Trong một số trường
hợp

các

đường

đi

ngắn

nhất

lại

không

thỏa

mãn

một

số

điều

kiện

ràng

buộc

(như

băng

thông,

khả

năng

bảo

vệ,

số

lượng
chuyển đổi quang-điện…)

trong

khi

một

số

đường

đi dài

hơn
lại

thõa

mãn

các

điều

kiện

này.

Một

phương

pháp

lựa

chọn
đường đi cho

một số vector của các điều kiện ràng buộc đó là
tính toán một vài đường đi ngắn nhất giữa điểm nguồn và điểm
đích

của

dịch

vụ,

và

sau

đó

xác

định

đường

đi

nào

trong

số
chúng là đường đi ngắn nhất mà thõa mãn tất cả các ràng buộc.
Vì thế vấn đề xác định k (k=1,2,3 ) đường đi ngắn nhất (KSP)
giữa một số cặp node được sắp xếp theo thứ tự tăng dần của giá
trị cost phải được giải quyết.
Có

một

phương

pháp

và

thuật

toán

k

đường

đi

ngắn
nhất

được đưa ra để không phải tính toán tất

cả các đường có
18


thể có mà chỉ các đường đi “tốt” và nếu nó là cần thiết thì được
tính

toán.

Một

thuật

toán

như

vậy

duy

trì

một

danh

sách

của
các

đường

đi được

trả

về

trước

đó

theo

hàng

đợi ưu

tiên

nhỏ
nhất

đã

được

tính

toán

chứ

không

phải

theo

giá

trị

cost

của
chúng. Thuật toán này sử dụng một kỹ thuật được gọi là nhánh
của các đường đi được trả về trước đó: Nếu cần phải tính toán
một đường đi thứ j (j>2), và nó đã được xác định rằng đường đi
được

trả

về

trước

đó

j-1

có

một

số

cung

đầu

tiên trong

đó

là
chung với tất cả các đường đi được trả về trước đó thì các bước
sau được thực hiện:
Một trạng thái điểm nhánh được ấn định cho một điểm
node

mà kết

cuối phần chung

của đường đi được

trả về trong
phép

lặp

trước

đó

và

tất

cả

các

đường

trả

về

trước

đó

(phần
chung này đươc gọi là một cuống)
Tất cả các cung

mà

bắt

nguồn từ điểm nhánh và thuộc
một trong số

j-2 các đường đi được trả về trước đó thì bị loại
bỏ khỏi lược đồ.
Một

hoặc

một

số

đường

được

tính

toán

giữa

điểm
nhánh và điểm đích bằng cách loại bỏ

một cung trong một lần
khỏi đoạn của đường đi thứ

j-1

mà

nó

liên kết

điểm nhánh và
điểm đích.
Các đường mới được tạo ra bởi cuống, nếu một đường
đi mới này không giống với một trong các đường đã được tính
19


toán trước đó (không phải trong danh sách các đường đước trả
về

trước

đó

và

cũng

không

phải

trong

hàng

đợi

ưu

tiên

nhỏ
nhất) thì được thêm vào trong hàng đợi ưu tiên nhỏ nhất.
Một

đường

đi

với

giá

trị

cost

nhỏ

nhất

được

loại

bỏ
khỏi hàng đợi ưu tiên nhỏ nhất và được trả về như một đường
đi thứ j.
Tính

toán

đường

đa

hướng

Ngày nay, với sự cạnh tranh khốc liệt của các nhà mạng
cung cấp dịch vụ, người sử dụng có quyền yêu cầu chất lượng
cao

đối

với

các

dịch

vụ

mà

họ

trả

tiền.

Cụ

thể

họ

không

thể
chấp

nhận việc gián đoạn dịch vụ trong khoảng thời gian một
vài

chục

ms.

Tuy

nhiên,

trong

thực

tế

các

thành

phần

trong
mạng của

nhà cung

cấp dịch vụ có thể bị lỗi do: đứt

gãy cáp,
lỗi

các

thiết

bị

chuyển

mạch…

Cách

duy

nhất

để

bảo

vệ

các
dịch vụ này không bị gián đoạn đó là cung cấp thêm các đường
khác

cho

dịch

vụ.

Một

dịch

vụ

thường

được

phép

cho

nhiều
hơn

một

đường,

nên khi đường

chính

bị lỗi thì lưu

lượng của
người sử dụng có thể được chuyển ngay lập tức tới một trong
các

đường

phụ.

Đường

phụ

này

có

thể

bảo

vệ

cả

một

đường
làm việc hoặc một đoạn lỗi của nó
Tính

toán

hai

đường

tách

rời

cạnh

Một trong các thuật toán mà được sử dụng rộng rãi để
tính

toán

hai

đường

tách

rời

cạnh

đối

với

dịch

vụ

truyền

tải
20


được bảo vệ quan niệm rằng lược đồ mạng G(V,E) không chứa
các cạnh với giá trị âm.













1. Chạy thuật toán Dijkstra để tính toán đường đi ngắn
nhất từ điểm nguồn S tới điểm đích Z.
2.

Tách tất

cả

các

cạnh trên đường

đi ngắn

nhất

thành
các cung của chúng. Loại bỏ các cung trên đường đi ngắn nhất.
Đổi dấu cho giá trị của các cung tương ứng với chiều ngược lại
của cung (tạo

ra các giá trị âm của

cung). Phép

biến đổi lược
đồ này được chuẩn bị cho tính toán đường thứ hai và đạt được
hai điều:
-

Nó

bảo

vệ cạnh không cần phải tách của đường thứ
hai

khỏi

đường

ban

đầu

–

các

cung

của

đường

đi

ngắn

nhất
theo

hướng

đến

đích

bị

loại

bỏ

và

vì thế

không

thể

được

lựa
chọn cho đường thứ hai.
- Nó khuyến khích việc sử dụng các cạnh của đường đi
thứ

nhất

theo

chiều

ngược

lại

(bởi

vì

các

cung

theo

chiều
21


ngược lại có giá trị âm), các cạnh này được yêu cầu để đảm bảo
sự tối ưu của

hai đường tạo thành bởi vì nó

ép các đường tạo
thành gần nhất có thể với đường đi ngắn nhất được tính ở bước
1.
3. Chạy một thuật toán mà có thể xử lý các cung có giá
trị âm (như BFS) trên lược đồ đã được biến đổi để tính đường
đi ngắn nhất với các điểm nguồn và đích.
4. Quá trình xử lý các đường đã tính toán theo cách sau:
-

Dò

tìm các

đường

và

xác

định các

cạnh

mà

được

sử
dụng bởi cả các đường theo các chiều ngược lại.
- Khi cạnh được xác định thì loại nó khỏi cả hai đường
và

hoán

đổi

các

phần

đường

còn

lại

(đoạn

bắt

đầu

với

một
trong các của điểm cạnh đó tới điểm đích Z).
5. Khôi phục lược đồ gốc và trả về các đường tạo thành
để gọi dịch vụ.
Tính

toán

K

(K>2)

đường

tách

rời.

Đối với dịch vụ truyền tải có thể đáp ứng với nhiều lỗi
mạng,

người

sử

dụng

có

thể

muốn

đặt

dịch

vụ

trên

hơn

hai
đường truyền tải. Vì thế, việc tính toán đường GMPLS phải có
thể tính toán k (k>2) đường tách rời cạnh, điểm và tách rời tốt

nhất. Một cách tự nhiên để giải quyết vấn đề này là sẽ mở rộng
các thuật

toán tương ứng

để tính toán trong trường

hợp

nhiều
hơn 2 đường.
22


Vì

thế,

thuật

toán

tính

K

(k>2)

đường

tách

rời

cạnh
được thực hiện như sau:
1. Chạy thuật toán đường đi ngắn nhất (Dijkstra với lần
chạy đầu tiên, BFS với các lần chạy sau) để tính toán đường đi
ngắn nhất giữa điểm nguồn S và điểm đích Z.
2. Nếu số phép tính đường đã thực hiện bằng số đường
yêu cầu thì việc xử lý bổ sung các đường đã tính thực hiện theo
cách sau:
- Dò tìm trong tất cả các đường đã tính và xác định các
các cạnh nào được sử dụng chung cho hai đường theo các chiều
ngược nhau.
-

Khi

một

cạnh

được

xác

định

thì

loại

bỏ

khỏi cả

hai
đường đó và

hoán đổi các phần đuôi của đường (các đoạn bắt
đầu trên các điểm của cạnh đó hướng tới điểm Z).
-

Khôi phục

lược

đồ

ban đầu

và

trả

về

các

đường

thu
được cho tìm gọi ứng dụng.
3. Mặt khác:
- Tách các cạnh mà được tạo ra bởi việc tính đường mới
nhất thành các cung thành phần của chúng
- Loại bỏ tất cả các cung dọc theo đường, không kể các
cung với giá trị âm.
- Đổi dấu giá trị của các cung theo hướng ngược lại (tạo
nên giá trị âm).
23


4. Tìm các điểm mà nằm trên đường được tính mới nhất
ngoại trừ điểm nguồn và điểm đích với bậc lớn hơn hoặc bằng
4.
- Tách tất cả các điểm V như thế thành hai điểm phụ V’
và V”.
- Kết nối hai điểm bằng một cung theo hướng ngược lại
với (V”V’) có giá trị bằng 0.
- Tách tất cả các cạnh của điểm V các thành phần cung
của nó. Tất cả các cung bắt nguồn từ điểm V” đi ra ngoài và tất
cả các cung kết thúc tại điểm V’.
5. Trở lại bước 1
Tính

toán

các

đường

tách

rời

về

vật

lý

Các đường tách rời điểm không đảm bảo được tính tách
rời của các sợi quang. Nguyên nhân của vấn đề

này là các sợi
quang

kết

nối các

node

khác

nhau

có

thể

được

đưa

vào

trong
cùng

một

cáp

và khi cáp

này bị đứt

gãy thì có

thể ảnh

hưởng
tới nhiều sợi làm cho nhiều đường bị lỗi. Nếu dịch vụ được đặt
trên hai đường trong cùng

một

cáp thì nó

có

thể

bị gián đoan
trong

một

thời

gian

dài.

Các

thuật

toán

ở

trên

sẽ

không

giải
quyết được vấn đề này bởi vì nó luôn luôn quan niệm rằng các
cạnh là hoàn toàn độc lập với các cạnh khác
Một

cách để

giải quyết

vấn đề

này là

đưa

ra

một

khái
niệm Nhóm liên kết

chia

sẻ

rủi ro

(SRLG). Đây là

một

nhóm