ip trên nền các mạng quang wdm và kĩ thuật lưu lượng ip-wdm

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
MỤC LỤC
MỤC LỤC I
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT VII
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 3
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM 3
1.2 Lí do chọn IP/WDM 7
Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và có khả năng
phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà khai thác WDM khác nhau.
Các giao thức điều khiển IP đã được triển khai rất rộng rãi và được chứng minh là
có khả năng phân cấp. Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền
thống kĩ thuật lưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng
điều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng. 8
Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa các nhà khai thác
trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt đòi hỏi các khuôn dạng tín hiệu
nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH ở các giao diện khách xen/tách của
chúng. Sự liên kết hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở
đây là IP 8
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 10
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông 10
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển 10
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết 11
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông 12
2.2 Bảo vệ và tái cấu hình 18
2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM 19
2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 20
2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 21
2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn 21
2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp 23
2.5.3 Nhận xét 23

2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 25
2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM 27
2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM 29
2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình 30
2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng 31
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
i
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Chỉ định giao diện cần đo đạc 33
Khởi tạo ‘libcap’. Libcap có thể hoạt động như một đa thiết bị. Mỗi phép đo được
nhận dạng bởi một bộ miêu tả lọc (hay còn gọi là nhận dạng phiên) 33
Xác định tập các quy tắc để chỉ rõ loại lưu lượng nào muốn tìm kiếm, liên kết các
quy tắc này lại và áp dụng chúng cho phiên 33
Thực hiện lặp sơ cấp để tiến hành đo 33
Đóng phiên hay bộ miêu tả lọc 33
Khối giám sát vị trí: Khối này được cài đặt và cấu hình ở tại vị trí cần giám sát. Dữ
liệu Ping thu thập được sẽ luôn sẵn sàng cho các máy chủ nhờ HTTP. Cũng có các
công cụ PingER có khả năng giám sát vị trí mà cung cấp các phân tích trong thời
gian gần và báo cáo các dữ liệu mà nó có trong các bộ nhớ cache cục bộ 34
Khối giám sát vị trí ở xa: Khối này được cài đặt tại máy chủ ở xa thụ động. Nó gắn
với ít nhất một vị trí giám sát cụ thể 34
Khối nhận và phân tích vị trí: Khối này có thể được đặt ở một vị trí duy nhất hoặc
thậm chí một máy chủ dành riêng hoặc cũng có thể được đặt tách riêng nhau. Vị trí
lưu trữ sẽ thu thập thông tin nhờ sử dụng HTTP từ các vị trí giám sát theo chu kì
thời gian nhất định. Nó cung cấp các dữ liệu thu thập được cho các vị trí phân tích,
và sau đó cung cấp các bản báo cáo đang có thông qua Web 34
Dò đường: công cụ này in ra tất cả các hop trung gian giữa một cặp node nguồn và
node đích và đo thời gian hành trình giữa node nguồn đó và mỗi hop. Dò đường sử
dụng trường IPv4 TTL hoặc trường IPv6 hop limit và hai bản tin ICMP (nghĩa là
‘thời gian trội khi truyền dẫn’ và ‘cổng không thể tiếp cận’). Nó bắt đầu gửi một

bản tin UDP tới đích với một TTL (hay là hop limit) bằng 1. Điều này sẽ bắt bộ
định tuyến ở hop đầu tiên sẽ trả lại một ICMP có ‘thời gian trội trong truyền dẫn’
mang giá trị lỗi. Nó tiếp tục gửi một bản tin UDP tới node đích nhưng có giá trị
TTL tăng dần 1 đơn vị. Cuối cùng, node đích sẽ nhận được bản tin UDP thăm dò và
trả lại một ICMP ‘cổng không tiếp cận được’ khi bản tin UDP đó được đánh địa chỉ
tới một cổng không sử dụng. Trong thiết lập mặc định, nó sẽ gửi ba bản tin UDP
thăm dò cho mỗt thiết lập TTL. Do đó thời gian hành trình cho mỗi hop có thể được
ước lượng bằng trung bình cộng của ba khoảng thời gian được đo đó. 34
SNMP: có thể sử dụng SNMP để thu thập các phép đo cục bộ từ các bộ định tuyến
IP 35
Các phép đo tuyến nối thụ động: Xu hướng này đòi hỏi các thiết bị mạng đặc biệt
như là các bộ phân tích giao thức hay OCX-mon. Một giám sát OXC-mon là một
PC bảng rãnh chạy trên hệ điều hành Linux hoặc FreeBSD. Cùng với các linh kiện
cho PC (400 MHz PII, 128 Mbytes RAM, 6-Gbyte SCSI disk), nó còn được cài đặt
hai card đo và một bộ chia quang được sử dụng để kết nối bộ giám sát tới một tuyến
nối quang OC-3 (155 Mb/s) hoặc OC-12 (622 Mb/s) 35
Các ứng dụng: được nhận dạng bởi <ID giao thức, cổng nguồn, địa chỉ IP nguồn,
cổng đích, địa chỉ IP đích> 36
Các máy chủ: được nhận dạng bởi <địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích> 36
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Các mạng: được nhận dạng bởi <tiền IP nguồn, tiền IP đích> 36
Lưu lượng chia sẻ một đường chung trên mạng: được nhận dạng bởi <giao diện bộ
định tuyến lối vào, giao diện bộ định tuyến lối ra> 36
2.6.5 Giám sát hiệu năng tín hiệu quang 38
2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS 39
2.7.1 Cân bằng tải 39
Số gia bước được thiết lập giá trị thấp nhất trong số các đường chứa phần tải quan
trọng 41

Thiết lập số gia bước bằng một nửa giá trị ban đầu 42
Nếu đường đó không chứa phần tải quan trọng và đường đó không chứa phần tải
quan trọng trước đó cũng như phần tải quan trọng chưa thay đổi thì số gia bước sẽ
được tăng 42
2.7.2 Giám sát mạng 43
CHƯƠNG III TÁI CẤU HÌNH TRONG KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 46
3.1 Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất 46
3.1.1 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc 48
3.1.2 Thiết kế mô hình 49
3.1.3 Một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm 49
Lấy đối xứng T để có Ts trong đó phần tử của nó: 51
Sắp xếp các Ts ở trên theo trật tự giảm dần thành một vec tơ để đạt được F 51
3.1.4 Dịch chuyển mô hình ảo 55
3.2 Tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói 59
3.2.1 Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói 59
3.2.2 Các điều kiện tái cấu hình 61
3.2.3 Một trường hợp thực tế 62
3.2.4 Mô tả thuật toán dựa trên kinh nghiệm 64
3.2.5 Thảo luận về thuật toán 71
3.2.6 Dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất 71
CHƯƠNG IV PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU LƯỢNG IP/WDM 74
4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM 74
4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn 74
4.3 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp 77
4.4 Kĩ thuật lưu lượng IP - giao thức điều khiển mạng (IP TECP) 79
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
iii
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
InventoryReq: Loại bản tin này được gửi bởi khối kĩ thuật lưu lượng IP tới một bộ
định tuyến để truy vấn tóm tắt bộ định tuyến 81

InventoryResp: Loại bản tin được gửi bởi một bộ định tuyến tới khối kĩ thuật lưu
lượng IP tương ứng với một bản tin InventoryReq và để thông báo thông tin tóm tắt
của bộ định tuyến gửi nó đi 81
TrafficReq: Loại bản tin này được gửi bởi khối kĩ thuật lưu lượng IP tới bộ định
tuyến để truy vấn nhu cầu lưu lượng bộ định tuyến 81
TrafficResp: Loại bản tin này được gửi bởi một bộ định tuyến tới khối kĩ thuật lưu
lượng tương ứng với một TrafficReq và để thông báo thông tin nhu cầu lưu lượng
của bộ định tuyến gửi nó đi. 81
ConnectionReq: Loại bản tin này được gửi bởi khối kĩ thuật lưu lượng tới một bộ
định tuyến để truy vấn kết nối ảo hiện tại 81
ConnectionResp: Loại bản tin này được gửi bởi bộ định tuyến tới khối kĩ thuật lưu
lượng tương ứng với ConnectionReq và để thông báo thông tin kết nối ảo hiện tại
của bộ định tuyến gửi nó đi. 81
4.5 Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) 85
4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM - giao thức điều khiển mạng (WDM TECP) 91
Yêu cầu tạo và cập nhật dấu vết 92
Yêu cầu vệt tuyến hiện 92
Trả lời vệt 92
Sự kiện bước sóng 92
Sự kiện cổng 92
Sự kiện NE 92
Sự kiện sợi 92
Tạo vệt: hoạt động này yêu cầu thiết lập vệt. Để thiết lập một vệt, phía yêu cầu phải
chỉ rõ địa chỉ NE điểm đầu A và ID của cổng vào và địa chỉ NE điểm cuối Z và
trường ID cổng ra và tuỳ chọn chỉ rõ loại tín hiệu và các trường lược đồ bảo vệ.
Trường ID vệt là không xác định. Giá trị của nó sẽ được xác định khi thiết lập là
thành công. 93
Xoá vệt: hoạt động này sẽ xoá một vệt đang tồn tại. Vệt bị xoá được xác định bởi
ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn 94
Bảo vệ vệt: hoạt động này bảo vệ một vệt đang tồn tại mà hiện nay chưa được bảo

vệ hoặc thay đổi mức bảo vệ của một vệt đang được bảo vệ. Một vệt được bảo vệ có
nghĩa là nó sẽ có ít nhất một đường dự phòng. Do đó trong trường hợp đường chính
bị hỏng hay chất lượng tín hiệu giảm, các tín hiệu có thể được truyền dẫn nhờ sử
dụng đường thay thế. Vệt sẽ được bảo vệ được xác định bởi ID vệt. Trường lược đồ
bảo vệ sẽ chỉ ra cấp bảo vệ mong muốn hoặc cần cập nhật. Các trường khác trong
bản tin là tuỳ chọn 94
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
iv
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Tái định tuyến vệt: hoạt động này sẽ thực hiện tái định tuyến một vệt đang tồn tại.
Vệt cần tái định tuyến được xác định bởi ID vệt. Các trường khác trong bản tin là
tuỳ chọn. Nếu như tái định tuyến thất bại, tuyến hiện tại sẽ không bị thay đổi 94
Chi tiết định tuyến vệt: hoạt động này được sử dụng để truy vấn các chi tiết của
một vệt đang tồn tại. Vệt được truy vấn được xác định bởi ID vệt. Các trường khác
trong bản tin là tuỳ chọn 94
Loại 0: không quan tâm 94
Loại 1: 1:1 bảo vệ dành riêng 94
Loại 2: 1+1 bảo vệ dành riêng 95
Loại 3: bảo vệ chia sẻ 95
Loại 4: đa đường bảo vệ 95
Loại 5: không bảo vệ 95
Định tuyến vệt người sử dụng: hoạt động này đòi hỏi thiết lập một vệt hiện. Nó đòi
hỏi một danh sách các phần đấu chéo bước sóng từ nguồn tới đích. Đối với mỗi
phần như vậy, trường địa chỉ NE tuyến người sử dụng cần phải được xác định. Việc
bổ sung ID cổng tuyến người sử dụng và lambda tuyến người sử dụng là tuỳ chọn.
Khi xuất hiện các điều kiện ràng buộc tính liên tục bước sóng thì ID lambda phải
giống nhau cho tất cả các phần kết nối từ nguồn tới đích. Trong trường hợp này,
người ta có thể giả định rằng lựa chọn bước sóng được thực hiện hoặc sẽ được thực
hiện tại NE điểm đầu A. Khi ID lambda không được lựa chọn và có nhiều kênh
bước sóng sẵn sàng thì nhiệm vụ của chuyển mạch cục bộ là lựa chọn một bước

sóng. Nếu một vài trường không xác định thì chúng sẽ được xác định tại mỗi NE
trung gian dựa trên độ khả dụng tài nguyên 95
Tái định tuyến vệt người sử dụng: hoạt động này tái định tuyến vệt đang tồn tại
được xác định bởi ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn. Nếu như tái
định tuyến thất bại, vệt hiện thời sẽ không bị thay đổi 96
Sự kiện lambda: loại sự kiện này chỉ ra rằng sự kiện đó liên quan tới một bước
sóng hoặc một kênh bước sóng nhất định ví dụ như các sự kiện QoS tín hiệu. 97
Sự kiện sợi quang: loại sự kiện này sử dụng để chỉ ra các sự kiện liên quan tới
tuyến nối sợi quang, ví dụ như đứt sợi 97
Sự kiện cổng: loại sự kiện này chỉ ra sự kiện liên quan tới cổng chuyển mạch nhất
định ví dụ như cổng hoặc mạch tương ứng bị hỏng 98
Sự kiện NE: loại sự kiện này chỉ ra là thông báo sự kiện đó là về một NE nhất định,
ví dụ như NE hỏng 98
Loại 0: Tốt 98
Loại 1: Được xoá 98
Loại 2: Cảnh báo 98
Loại 0: Chú ý 98
Loại 1: Cảnh báo 98
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
v
Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục
Loại 2: Nhỏ 98
Loại 3: Quan trọng 98
Loại 4: Nghiêm trọng 98
Loại 0: đang chạy 98
Loại 1: sẵn sàng cho dịch vụ 98
Loại 2: Hỏng 98
Loại 3: Hỏng do thay đổi trạng thái của thành phần lân cận 98
4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín 99
4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng 100

4.7.2 Hội tụ mạng 101
KẾT LUẬN 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO 106
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
vi
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
ANSI American National Standard
Institute
Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên
CSPF Constraint-based Shortest
Path First Routing
Định tuyến đường đi ngắn nhất
trước tiên dựa trên ràng buộc
DCN Data Communication
Network
Mạng truyền thông dữ liệu
DHCP Dynamic Host Configuration
Protocol
Giao thức cấu hình host động
DHP Demand Hop-count Product
heuristic algorithm
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu
ECMP Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí
FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh

Brownian
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file
GMPLS Generalized Multiprotocol
Label Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
tổng quát
GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ
HTDA Heuristic Topology Design
Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình dựa
trên kinh nghiệm
HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản
ICMP Internet Control Message
Protocol
Giao thức bản tin điều khiển
Internet
ID Identifier Bộ nhận dạng
IETF Internet Engineering Task
Force
Nhóm kĩ sư Internet
Ifmanager Interface manager Khối quản lí giao diện
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LEMS Link Elimination via
Matching Scheme
Loại bỏ tuyến nối thông qua lược
đồ ghép
LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối
LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối
LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn

MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường
MIB Management Information
Base
Cơ sở thông tin quản lí
MLDA Minimum-delay Logical
Topology Design Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình logic
tối thiểu hoá trễ
MPLS Multiprotocol Label
Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
vii
Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan
MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa
NC&M Network Control and
Management
Quản lí và điều khiển mạng
NE Network Element Phần tử mạng
NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp
NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng
NSFNET
OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang
OAM Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì
OAM&P Operation, Administration,
Maintenance and Provisioning
Hoạt động, quản trị, bảo trì và
giám sát
OC-12 Optical Carrier Level 12

(622,08 Mb/s)
Mức mang quang 12
(622,08 Mb/s)
OC-3 Optical Carrier Level 3
(155,52Mb/s)
Mức mang quang 3
(155,52Mb/s)
OC-48 Optical Carrier Level 48
(2448,32 Mb/s)
Mức mang quang 48
(2448,32 Mb/s)
OC-192 Optical Carrier Level 192
(9953,28 Mb/s)
Mức mang quang 192
(9953,28 Mb/s)
OHTMS LP-based One-Hop Traffic
Maximisation Scheme
Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn
hop dựa trên LP
OIF Optical Internetworking
Forum
Diễn đàng liên mạng Internet
quang
OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang
OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu
OSCP Optical Switch Control
Protocol
Giao thức điều khiển chuyển mạch
quang
OSPF Open Shortest Path First

Protocol
Giao thức đường đi ngắn nhất
trước tiên mở
OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang
PC Personal Computer Máy tính cá nhân
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
RARP Reverse Address Resolution
Protocol
Giao thức phân giải địa chỉ ngược
RD Residual Demand heuristic
algolrithm
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
nhu cầu dư thừa
RDHP Residual Demand Hop-count
Product heuristic algolrithm
Thuật toán dựa trên kinh nghiệm
tích đếm hop nhu cầu dư thừa
RSVP Resource Reservation
Protocol
Giao thức đặt trước tài nguyên
SCSI Small Computer Systems
Interface
Giao diện các hệ thống máy tính
nhỏ
SDH Synchronous Digital
Hierarchy
Phân cấp số đồng bộ
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
viii

Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt
SNMP Simple Network Management
Protocol
Giao thức quản lí mạng đơn giản
SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên
SRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ
TCP Transmission Control
Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
TE Terminal Equipment, Traffic
Engineering
Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu
lượng
TECP Traffic Engineering to Control
Protocol
Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức
điều khiển
TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa
TILDA Traffic Independent Logical
Topology Design Algorithm
Thuật toán thiết kế mô hình logic
độc lập lưu lượng
TMN Telecommunications
Management Network
Mạng quản lí viễn thông
TTL Time To Live Thời gian sống
UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử
dụng

UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng-mạng
VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo
VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo
WADM Wavelength Add/Drop
Multiplexer
Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WDM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng
WSXC Wavelength Selective Cross
Connect
Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
ix
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày
càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng
dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra
vấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho
IP. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành
công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó
cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công
nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép
nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó
cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng
đường dài.
Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụ
như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quang
dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạng
nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là các

các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi
lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua
các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết.
Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM
đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày
về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các
mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương:
• Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm
mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các
ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là
giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I
• Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số
vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu
lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM.
• Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương
này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi
ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu
luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình
đường đi ngắn nhất.
• Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV,
các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về
giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu
lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng
chồng lấn sẽ được trình bày.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận
này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến

đóng góp của các thầy cô và các bạn.
Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã
tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp đỡ
em trong thời gian qua.
Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn
giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày tháng năm 2005
Sinh viên
Nguyễn Thế Cương
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
2
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM
Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang
cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực
lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín
hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ
điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ
dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp:
• Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet)
• Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC)
• Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ)
Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các
giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.
Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng
Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu
cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quang
và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên

giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ
phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang-điện-quang
(O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và
SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
3
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là
giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối
sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu.
Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2).
Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng
là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song
với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các
loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng
một sợi quang.
Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu)
Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ
mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ
lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức
tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng
tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các
đặc tính chính của MPLS như sau:
• Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến.
• Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều
khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được vận
chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.
• Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các mào
đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS và
Nguyễn Thế Cương, D2001VT

IP
ATM IP/MPLS
SONET/SDH SONET/SDH IP/MPLS
WDM WDM WDM
4
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vì
phải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói).
• MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập bởi
MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường tương
đương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class).
• Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các gói tin được kết
hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào FEC
được thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc địa chỉ
đích trong phần mào đầu của gói tin.
• Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ chế này được
triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện chỉnh
các dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP hiện tại, kĩ
thuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì chuyển đổi hướng
lưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực tiếp là không hiệu
quả và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn ở đâu đó trong mạng.
MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp và tập trung chủ yếu vào
chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra MPLS cũng cung cấp các công cụ
cho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật đường ngầm, kĩ thuật tránh và
phòng vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng.
Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM. SONET/SDH
cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này:
• SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn qua
đó các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao.
• SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn.

• Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối với
các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.
Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể là:
• 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở
đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn.
• 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính
• n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ.
Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh
báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên,
SONET mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
5
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
khác nhau. Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu tuyến
(LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghép
kênh OC-n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần
mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần
tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps.
Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu
quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến.
Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyền
dẫn. Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một vài công ty
đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các chức năng tương
tự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kích
thước khung vào kích thước gói tin.
Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10-
Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt.
Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng không
cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để truyền dẫn.
Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo hiệu

và điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến. Một mạng quang WDM
có một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển. Như vậy nó sử
dụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3
Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
6
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc
mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện có,
nhà quản trị và chủ sở hữu mạng.
1.2 Lí do chọn IP/WDM
IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định tuyến
qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau. Phía trên tầng IP tồn tại rất
nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó phía dưới
lớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn hứa hẹn nhất,
cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát triển của Internet.
Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của các hệ thống WDM
giảm đi.
Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để chuyển
đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết lập đường
truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng ứng dụng và
lưu lượng người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ liệu là đệm và
chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển và
do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến để phân biệt các bản tin điều
khiển và các gói tin dữ liệu.
Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều khiển
riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các bản tin điều
khiển. Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được triển khai
theo cấu trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này dùng một phân
cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu

cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong
mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ. IP/WDM
cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter-WDM
và các mạng IP.
Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:
• Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát
triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công
nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi
quang.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
7
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
• Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng
dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại
truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
• IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức
điều khiển IP cho phép.
• IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động
theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng
cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang
mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không những giảm
thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài nguyên động và
giám sát dịch vụ theo nhu cầu.
• Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa chỉ
được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE.
 Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và
có khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà
khai thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được triển
khai rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp. Sự
xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ thuật

lưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng
điều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng.
 Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa các
nhà khai thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt đòi
hỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH
ở các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết hoạt động giữa
WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở đây là IP.
• IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ
chế điều khiển phân tán được dùng trong mạng.
• Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế,
chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng
IP.
• Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích hợp
mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo. Ví dụ như, IP
trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang
ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM
Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làm
giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
9
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM
2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông
Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là mô
hình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính. Do đó, không thể không xem xét các
phương pháp mô hình hoá mạng. Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy tính

cần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống. Mô hình hoá lưu
lượng được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ đến, phân
bố lưu lượng và tận dụng tuyến nối trong khi mô hình hệ thống được sử dụng để mô tả
chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi.
Kiểu hệ thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô hình cho các mạng
chuyển mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ thống đã đầy thì nếu
như khi đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được phục vụ. Hệ thống có tổn
thất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách hàng. Còn hệ thống đợi hoàn
toàn được sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàng
đợi là vô hạn. Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều đang bận thì một khách hàng đến vào
thời điểm đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng đợi. Ở đây không có tổn thất nhưng khách
hàng phải đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi được phục vụ. Lúc này mối
quan tâm sẽ chuyển sang kích thước của bộ đệm và chính sách được sử dụng trong
hàng đợi.
Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệ
thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự đoán lưu
lượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số để thực hiện
mô hình hoá.
2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển
a) Mô hình lưu lượng thoại
Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang. Đây là
mô hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì:
xh
λα
=
trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi) trung
bình (thời gian dịch vụ). Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl). Lưu lượng
một erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm. Nghẽn trong mô hình
Erlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc gọi và
nghẽn thời gian. Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng) thực hiện

cuộc gọi khi tất cả các kênh đều đã bị chiếm. Nghẽn thời gian là xác suất mà tất cả các
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
10
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
kênh bị chiếm trong một khoảng thời gian bất kì. Rõ ràng là nghẽn cuộc gọi, B
c
, thể
hiện QoS tốt hơn từ quan điểm của khách hàng. Giả sử có một hệ thống tổn thất
M/G/n/n, trong đó n là số kênh trên một tuyến nối, cuộc gọi đến tuân theo quá trình
Poisson với tốc độ λ và các thời gian chiếm cuộc gọi là phân bố độc lập và bằng nhau
theo phân bố h thì mối quan hệ giữa nghẽn cuộc gọi, mức độ tập trung lưu lượng và
thời gian chiếm trung bình được cho bởi biểu thức nghẽn Erlang như sau:
B
c
= Erlang (n,α) =
∑
=
n
i
i
n
i
n
0
!
!
α
α
b) Mô hình lưu lượng dữ liệu

Lưu lượng dữ liệu có thể được mô tả nhờ sử dụng các mô hình hàng đợi. Lưu
lượng dữ liệu được biểu diễn bởi tốc độ đến của gói tin λ, chiều dài gói tin trung bình
L, và thời gian truyền dẫn gói tin 1/μ. Giả sử rằng R hệ thống biểu diễn tốc độ tuyến
nối hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì thời gian
truyền dẫn gói tin sẽ là L/R. Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện bởi tải lưu
lượng ρ:
R
L.

λ
µ
λ
ρ
==
Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS được biểu
diễn bởi P
z
, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z. Giả thiết
một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình Poisson với tốc
độ λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố luỹ thừa L thì mối
quan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho bởi công thức sau:





<<













−
≥≥
==
)1(,
L
R
-exp
R
L
1)( RL 1,
z)L,,Wait(R,
ρλλ
λ
ρλ
λ
RLz
P
z
2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết
Lưu lượng LAN Ethernet đã được nghiên cứu một cách chính xác dựa trên hàng
trăm triệu gói tin Ethernet bao gồm cả thời gian đến và chiều dài của chúng. Các

nghiên cứu đó đã chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet dường như biến đổi rất nhiều do sự
xuất hiện của tính bùng nổ trong các dải thời gian từ micro giây tới miligiây, giây,
phút, giờ và ngày. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet có tính tự tương
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
quan thống kê. Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất cả các dải
thời gian và có thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để miêu tả đặc tính
phân mảnh. Các đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả nếu sử dụng các mô
hình lưu lượng cổ điển như là mô hình Poisson.
Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức gói
tin và mức kết nối. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian đến
giữa các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô hình cổ
điển. Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ đến kết nối
tuân theo quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng hồ). Tuy nhiên,
nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối trong phiên khởi tạo
người sử dụng (FTP, HTTP) và máy khởi tạo thì tốc độ đến kết nối có tính bùng nổ,
đôi khi là tương quan và không tuân theo quá trình Poisson.
Để thể hiện được tính bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet thì có thể cần phải
sử dụng các phân bố số mũ con như là các phân bố Log-normal, Weibull, Pareto. Đối
với các quá trình có phụ thuộc dải dài thì các quá trình tự tương quan như là chuyển
động Brownian phân mảnh có thể được sử dụng.
2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông
Kĩ thuật lưu lượng vòng kín có thể được thực hiện dựa trên phản hồi và tham
chiếu băng thông. Kĩ thuật lưu lượng vòng kín dựa trên phản hồi sẽ được trình bày
trong phần 4.2. Tham chiếu băng thông là một công cụ hữu ích cho kĩ thuật lưu lượng.
Các dự đoán băng thông trong tương lai có thể được sử dụng để khởi tạo tái cấu hình
mức mạng. Nhờ việc dự đoán băng thông của dòng lưu lượng, có thể xác định được
các đòi hỏi về dung lượng của tuyến nối IP/WDM và do vậy sẽ quyết định có thực

hiện tái cấu hình hay không.
Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp lưu
lượng) giữa hai đầu cuối. Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong trường
hợp các dòng lưu lượng IP là lưu lượng chạy trên tuyến nối nằm giữa hai bộ định
tuyến. Tương ứng như thế, các đầu cuối cũng có thể không phải là các bộ định tuyến
liền kề. Một dòng lưu lượng IP là đơn hướng và điều này sẽ dẫn tới tính không đối
xứng của lưu lượng giữa các đầu cuối. Cho trước một dòng lưu lượng thì điều ta mong
muốn là xác định các tính chất và ước lượng được băng thông của nó. Mặc dù phương
pháp dưới đây có thể áp dụng cho nhiều kiểu lưu lượng nhưng nó được hi vọng là sẽ
có khả năng ước lượng được tải mong muốn của kết nối IP và sau đó các ước lượng
này sẽ được sử dụng để thực hiện các quyết định tái cấu hình.
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
12
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
Khoảng thời gian dự đoán xác định độ lớn thời gian dự đoán trong tương lai.
Khoảng thời gian cho tái cấu hình mức mạng được xác định bởi nhiều yếu tố. Người ta
mong muốn tái cấu hình mức mạng có khả năng phản ứng trước các thay đổi trong xu
hướng lưu lượng (chẳng hạn như các thay đổi tải trong một ngày). Mặt khác khoảng
thời gian tái cấu hình ít nhất cũng phải bằng thời gian của một thủ tục tái cấu hình.
Khoảng thời gian tái cấu hình bao gồm các thành phần sau:
• Thời gian để thực hiện một dự đoán
• Thời gian để tính toán một mô hình mới
• Thời gian để dịch chuyển từ mô hình hiện tại tới mô hình mới
Thời gian để thực hiện dự đoán băng thông phụ thuộc vào độ phức tạp tính toán
của mô hình dự đoán. Thời gian để tính toán mô hình mới phụ thuộc vào độ phức tạp
của các thuật toán hay giải pháp dựa trên kinh nghiệm để thực hiện việc thiết kế mô
hình đó. Còn thời gian để dịch chuyển từ cấu hình hiện tại sang cấu hình mới lại phụ
thuộc vào chu trình dịch chuyển được sử dụng. Giả thiết rằng chu trình dịch chuyển
bao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng tuyến nối IP/WDM riêng rẽ. Khi đó

thời gian dịch chuyển sẽ bằng tổng thời gian để thiết lập và loại bỏ các tuyến nối
IP/WDM với thời gian để các giao thức định tuyến ổn định sau mỗi thay đổi mô hình.
Dựa trên các nhận xét trên, người ta thừa nhận một khoảng thời gian tái cấu hình
nhất định. Đây là khoảng thời gian xác định tính thường xuyên thực hiện tái cấu hình
mức mạng. Thời gian này được gọi là khoảng thời gian thô (khác với khoảng thời gian
mịn - thời gian cho các phép đo lưu lượng). Khoảng thời gian thô là một thông số có
thể thay đổi được tuỳ theo thiết kế. Ảnh hưởng của các giá trị khác nhau của thông số
thời gian thô đã được đánh giá.
Dự đoán băng thông cho dòng lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc vào một số yếu tố sau:
• Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngày
trong tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet.
• Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng trong
quá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai.
• Quá trình đến của lưu lượng: không thể chỉ dự đoán các quá trình này là
các quá trình Poisson. Cần phải tính đến các đặc tính tự tương quan của
dòng lưu lượng trong đó.
Mục đích là tìm kiếm một mô hình thông số dựa trên kinh nghiệm để có thể dự
đoán được băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp. Mô hình sẽ tận dụng
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
các thông tin đo đạc lưu lượng và giả thiết rằng quá trình đến của lưu lượng là quá
trình tự tương quan. Mô hình dưới đây đã được đề xuất bởi A. Neidhardt và J. Hodge
tại Bellcore và được dùng để dự đoán dung lượng của một ATM VPC mang lưu lượng
IP và được mở rộng trong dự án NGI Supernet NC&M tại Bellcore/Telcordia.
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian
Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tương
quan được mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a và

thông số Hurst, H. Một mạng IP/WDM có thể mô hình hoá tốc độ đến như FBM để
xem xét đến sự dao động của tổng lưu lượng mịn hoá trong khoảng thời gian thô. FBM
được định nghĩa như sau:
A(t) = mt +
am
Z(t) trong đó
∞<<∞−
t
Trong đó Z(t) là quá trình chuyển động phân mảnh Brownian bình thường hoá
với các tính chất sau:
• Z(t) đồng biến
• Z(0) = 0 và E[Z(t)] = 0 với mọi t
• E[Z(t)]
2
=
H
t
2
với mọi t
• Z(t) có tính liên tục
• Z(t) có tính Gauss
Sự biến thiên của Z(t) được thể hiện bởi:
V[A(t)] = am
H
t
2
Hãy xem xét một hàng đợi với quá trình đến FBM như trên và với tốc độ dịch vụ
C. Hệ thống này có bốn thông số: m là tốc độ đến trung bình, a là tham số biến thiên
của quá trình đến, H là thông số tự tương quan và C là tốc độ dịch vụ. Xác xuất tràn
dòng của hàng đợi trên hay chính là P(Q>B) trong đó B là kích thước bộ đệm được

cho bởi công thức gần đúng sau:
))1()()(
2
1
exp()(
)1(2)1(2221 HHHH
BHHmCamBQP
−−−−−
−−−≥>
Giả thiết rằng người ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là:
P(Q > B)
≤
exp (-
2
2
z
)
thì biểu thức cho tốc độ dịch vụ của hàng đợi C sẽ có dạng như sau:
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM









−+≥
−−
−
HHHHH
HHBazmmC
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
)1(
Các nguyên lí tham chiếu lưu lượng
Nguyên lí đầu tiên là băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ
thuộc nhiều vào lưu lượng đã thấy trong dòng lưu lượng của cùng khoảng thời gian
đó của tuần trước đó.
Nguyên lí này phản ánh mô hình độ lớn lưu lượng phụ thuộc lớn vào giờ trong
ngày và ngày trong tuần được quan sát thấy trong các tuyến nối. Do vậy, độ lớn lưu
lượng trung bình trong khoảng thời gian kế tiếp sẽ gần như giống hệt như độ lớn đã
xuất hiện trong cùng thời điểm của ngày, của cùng thứ hôm đó của tuần trước đó. Và
điều này có thể được biểu diễn bởi biểu thức:
[ ]
dhFF ,
0
≅
Trong đó F[h,d] là lưu lượng quan sát thấy tại giờ h của ngày d trong tuần trước

đó. Giả sử rằng tốc độ phát triển của lưu lượng từ tuần này sang tuần khác được mô
hình bởi một hàm có thông số γ. Cũng giả thiết rằng hàm tăng trưởng này là hàm mũ:
0
F
01
γ
eFF
=
Trong đó γ là thông số mô hình được ước lượng từ các phép đo lưu lượng. Giả
thiết rằng W
0
và W
1
là tổng lưu lượng đo được trong hai tuần liền trước trong dòng lưu
lượng thì có thể xác định γ từ phương trình sau:
0
01
W
w
eW
γ
=
Nguyên lí thứ hai là dự đoán băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế
tiếp sẽ khác với lưu lượng đã được quan sát thực tế trong cùng một cách mà phép dự
đoán trong khoảng thời gian liền trước đó đã thực hiện.
Cho A(h-1) là độ lớn lưu lượng thực tế đo được trong khoảng thời gian (h-1). Giả
thiết F(h-1) là độ lớn lưu lượng dự đoán cho khoảng thời gian (h-1) thì:









−+
−
−
)1(
)1(
)1(
ρρ
hF
hA
là tỉ lệ để xem xét sự khác nhau giữa giá trị dự đoán và giá
trị thực tế trong khoảng thời gian liền trước. Do đó:








−+
−
−
=
)1(
)1(

)1(
12
ρρ
hF
hA
FF
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
15
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương II. Kĩ thuật lưu lượng
IP/WDM
trong đó ρ có thể được chọn bằng cách làm phù hợp với dữ liệu đã đo được trước
đó. Ví dụ như người ta có thể chọn giá trị ρ sao cho sai số do tỉ lệ được cho bởi:






−
−
−
)1(
)1(
)(
)(
hF
hA
hF
hA
ρ

là nhỏ nhất cho dữ liệu trong quá khứ. Nói cách khác, có thể chọn ρ sao cho tối
thiểu hoá giá trị:
2
)1(
)1(
)(
)(






−
−
−
hF
hA
hF
hA
E
ρ
trong đó E là toán tử dự đoán. Nó sẽ cho kết quả là:
2
)1(
)1(
)1(
)1(
)(
)(







−
−






−
−
=
hF
hA
E
hF
hA
hF
hA
E
ρ
Giả thiết rằng một quá trình đến FBM với tốc độ trung bình F
2
, kích thước bộ
định tuyến là B và xác xuất tổn thất gói tin sẽ bị chặn trên bởi

ε
thì điều kiện cho
dung lượng sẽ được biểu diễn bởi:
),,,(F
2
1
223
zBHaFF
H
α
+=
trong đó








−=
−−
−
HHHH
HHBazzBHa
1
1
1
1
2

1
2
1
)1(),,,(
α
Dưới đây, đồ án sẽ trình bày hai phương pháp dùng để ước lượng các thông số a
và H từ lưu lượng đo được. Phương pháp đầu tiên giả định rằng đã có các kết quả đo
độ lớn lưu lượng cho mỗi một trong N khoảng thời gian mịn liên tiếp t. Biểu thị độ lớn
lưu lượng cho mỗi khoảng i là T(i). Khi đó giá trị ước lượng độ lớn lưu lượng trung
bình sẽ là:
N
iT
m
N
i
∑
=
=
1
)(
và giá trị ước lượng của phương sai sẽ là:
1
))((
1
2
−
−
=
∑
N

miT
V
N
i
t
Nguyễn Thế Cương, D2001VT
16