Kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN CÔNG THẮNG

KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH
NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT

Chuyên ngành : Điện tử viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
ĐĂNG QUANG HIẾU
Hà Nội – 2010


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là Luận văn nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố
trong bất kỳ Luận văn nào khác. Các số liệu mô phỏng được chú thích, trích dẫn
tham khảo từ bài báo, tài liệu gốc cụ thể.

Học viên thực hiện:

Nguyễn Công Thắng

-1-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................- 5 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................- 9 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................- 10 LỜI MỞ ĐẦU ..............................................................................................- 12 Chương 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO
THỨC TỔNG QUÁT (GMPLS)................................................................- 14 1.1. Giới thiệu................................................................................................... - 14 1.2. Nền tảng MPLS ......................................................................................... - 14 1.3. Kỹ thuật lưu lượng..................................................................................... - 16 1.4. Sự tiến triển lên GMPLS ........................................................................... - 16 1.5. Kiến trúc GMPLS...................................................................................... - 17 1.5.1. Mặt phẳng điều khiển chung............................................................... - 17 1.5.2. Phân chia mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu ...................... - 17 1.5.3. Nhãn GMPLS ..................................................................................... - 19 1.5.4. Quá trình gán nhãn.............................................................................. - 21 1.5.5. LSP song hướng.................................................................................. - 21 1.5.6. Mô hình chồng lấn và ngang cấp........................................................ - 21 1.5.7. Định tuyến tường minh....................................................................... - 22 1.5.8. Chuyển tiếp cận kề.............................................................................. - 23 1.6. Các giao thức sử dung trong GMPLS ....................................................... - 23 1.6.1. Giao thức định tuyến tìm đường ngắn nhất mở rộng (OSPF-TE) ...... - 24 1.6.2. Giao thức dự trữ tài nguyên mở rộng hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng ........ - 26 1.6.3. Mở rộng RSVP-TE ............................................................................. - 27 1.6.3.1. Mở rộng trong Điều khiển tuyến.................................................. - 27 1.6.3.2. Giảm mào đầu giao thức .............................................................. - 28 1.6.3.3. Mở rộng trong thông báo lỗi ........................................................ - 28 1.7. Giao thức quản lý liên kết (LMP).............................................................. - 29 -

-2-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

1.8. Tổng kết..................................................................................................... - 29 Chương 2. KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG GMPLS......................................- 32 2.1. Giới thiệu................................................................................................... - 32 2.2. Sự tiến triển của kỹ thuật lưu lượng .......................................................... - 33 2.2.1. Kỹ thuật lưu lượng thông qua thay đổi các metric liên kết mạng (network
link metric).................................................................................................... - 33 2.2.2. Kỹ thuật lưu lượng thông qua ECMP ................................................. - 34 2.2.3. Kỹ thuật lưu lượng thông qua định tuyến dựa vào loại dịch vụ ......... - 34 2.2.4. Kỹ thuật lưu lượng sử dụng phương pháp chồng lấn. ........................ - 35 2.2.5. Kỹ thuât lưu lượng dựa trên MPLS .................................................... - 37 2.2.6. Kỹ thuật lưu lượng trong các mạng truyền tải.................................... - 38 2.3. Kỹ thuật lưu lượng GMPLS ...................................................................... - 41 2.3.1. Mô hình mạng đa lớp.......................................................................... - 41 2.3.2. Kỹ thuật lưu lượng tại lớp IP-MPLS .................................................. - 45 2.3.3. Kỹ thuật lưu lượng tại lớp quang........................................................ - 47 2.3.4. Định tuyến ràng buộc (contraint-based routing - CBR) ..................... - 48 2.3.5. Định tuyến offline............................................................................... - 50 2.3.6. Định tuyến online ............................................................................... - 52 2.3.7. Định tuyến Hybrid .............................................................................. - 54 2.3.8. Kỹ thuật băng thông............................................................................ - 55 2.4. Ghép kênh mật độ cao theo bước sóng (WDM)........................................ - 56 2.5. Tổng kết..................................................................................................... - 57 Chương 3: MÔ PHỎNG KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG.............................- 58 3.1 Công cụ mô phỏng...................................................................................... - 58 3.2. Mô hình lưu lượng Internet. ...................................................................... - 58 3.3. Mô hình mạng GMPLS ............................................................................. - 59 3.4. Mô phỏng mạng trong NS-2...................................................................... - 60 3.5. Kết quả mô phỏng ..................................................................................... - 61 Chương 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................- 68 -

-3-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

4.1. Thông lượng .............................................................................................. - 68 4.2. Khả năng tận dụng bước sóng (băng thông) ............................................. - 69 4.3. Trễ đầu cuối............................................................................................... - 70 4.4. Jitter ........................................................................................................... - 71 KẾT LUẬN ..................................................................................................- 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................- 74 PHỤ LỤC .....................................................................................................- 76 -

-4-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT

TỪ TIẾNG ANH

NGHĨA TIẾNG VIỆT

ADM

Add/Drop Multiplexer

Bộ ghép xen / rẽ

AIS

Alarm indication signal

Tín hiệu hiển thị cảnh báo

TẮT

ANTD
APS
ASON

ASTN

Advance

Network

Technologies Bộ phận kỹ thuật mạng cấp

Division

cao

Automatic protection switching

Chuyển mạch bảo vệ tự động

Automatic

Switched

Optical Mạng chuyển mạch quang tự

Network

động

Automatic

Switched

Transport Mạng truyền tải chuyển mạch

Network

tự động
Chế độ truyền dẫn không đồng

ATM

Asynchronous Transfer Mode

BER

Bit-error rates

BLSR

Bidirectional Line-Switched Ring

CDN

Cable Data Network

Mạng dữ liệu cáp

CLNP

Connectionless Network Protocol

Giao thức mạng phi kết nối

CR-LDP

Constraint-Based

bộ
Tỉ lệ lỗi bít
Vòng chuyển mạch đường hai
hướng

Routing-Label Giao thức phân bố nhãn định

Distribution Protocol

tuyến cưỡng bức

DCS

Digital Cross-Connect System

Hệ thống kết nối chéo số

DNS

Domain Name Service

Dịch vụ tên miền

DWDM
FE

Dense

Wavelength

Division Ghép kênh phân chia theo

Multiplexing

bước sóng mật độ

Fast Ethernet

Chuẩn mạng tốc độ 100 Mb/s

-5-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

FEC

Forward Equivalent Class

Lớp chuyển tiếp tương đương

FR

Frame Relay

Mạng chuyển tiếp khung

GMPLS

GLASS

GRE

HSNTG

Generalized

Multiprotocol

Label Chuyển mạch nhãn đa giao

Switching

thức tổng quát

GMPLS Lightwave Agile Switching Bộ mô phỏng chuyển mạch
Simulator

sóng ánh sáng GMPLS

Generic Routing Encapsulation

Giao thức mã hóa định tuyến
chung

High Speed Network Technologies Nhóm kỹ thuật mạng tốc độ
Group

cao

IETF

Internet Engineering Task Force

Tổ chức kỹ thuật Internet

IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến trong

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IS-IS

IS-IS-TE

Intermediate

System-to- Giao thức định tuyến Cisco IS-

Intermediate System

IS

Intermediate

System-to-

Intermediate

System-Traffic

Engineering
ITG

ITU

Internetworking

Technologies

Group

International

Telecommunication

Union

Giao thức IS-IS kỹ thuật lưu
lượng

Nhóm kỹ thuật liên mạng

Hiệp hội viễn thông quốc tế
Giao thức đường hầm lớp 2

L2TP

Layer 2 Tunnel Protocol

LAN

Local Area Network

Mạng phạm vi nội bộ

LIB

Label Information Base

Cơ sở thông tin nhãn

(VPN)

-6-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

LMP

Link-Management Protocol

Giao thức quản lý tuyến

LOL

Loss of light

Suy hao tia sáng

LSP

Label-Switched Path

Đường chuyển mạch nhãn

LSR

Label-Switched Router

LPT

Link Protection Type

MPLS

Multiprotocol Label Switching

MPλS

Multi-Protocol Lambda Switching

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ tiếp theo

NS

Network Simulator

Bộ mô phỏng mạng

OSI

Open Systems Interconnection

Mô hình kết nối hệ thống mở

OSNR

Optical signal-to-noise ratio

Tỉ số tín hiệu / tạp âm quang

OSPF

Open Shortest Path First

OSPF-TE

Bộ định tuyến chuyển mach
nhãn
Loại bảo vệ tuyến
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
Chuyển mạch bước sóng đa
giao thức

Giao thức định tuyến tìm
đường ngắn nhất

Open Shortest Path First-Traffic Giao thức OSPF kỹ thuật lưu
Engineering

lượng

OXC

Optical Cross-Connect System

Hệ thống kết nối chéo quang

PSS

Photonic switching systems

PXC

Photonic Cross-Connect System

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức dự trữ tài nguyên

RSVP-TE

Resource

Reservation

Hệ thống chuyển mạch quang
điện tử
Hệ thống kết nối chéo quang
điện tử

Protocol- Giao thức RSVP kỹ thuật lưu

-7-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Traffic Engineering

lượng

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Phân cấp số đồng bộ

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SRLG

Shared risk link group

Nhóm tuyến chia sẻ

STM

Synchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dẫn đồng bộ

TS

Time Slot

Khe thời gian

UPSR

Unidirectional Path-Switched Ring

VCC

Virtual Channel Connection

VNPT

Vòng chuyển mạch đường đơn

hướng
Kết nối kênh ảo

Vietnam Post and Telecomunication Tập đoàn Bưu chính Viễn
Corporation

thông Việt Nam

VOD

Video of Demand

Truyền hình theo yêu cầu

VT

Virtual Tributary

Nhánh ảo

xDSL

Digital Subscriber Line

Đường dây thuê bao số

-8-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Bảng các loại mã hóa LSP .................................................................. - 20 Bảng 1.2: Bảng các loại chuyển mạch trong GMPLS ......................................... - 20 Bảng 1.3: Các giao thức và sự mở rộng cho GMPLS ......................................... - 31 Bảng 4.1: Trễ đầu cuối cho mỗi lưu lượng .......................................................... - 71 Bảng 4.2: Jitter cho mỗi lưu lượng ...................................................................... - 71 -

-9-


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển mạch nhãn MPLS .......................................................... - 15 Hình 1.2: Các mạng khác nhau truyền tải lưu lượng đến người dùng đầu cuối - 17 Hình 1.3: Phân chia mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong GMPLS. - 18
Hình 1.4: Kiến trúc mặt phẳng điều khiển phân tán trong GMPLS .................... - 19 Hình 1.5: Nhãn GMPLS....................................................................................... - 19 Hình 1.6: Quá trình gán nhãn.............................................................................. - 21 Hình 1.7: Mô hình chồng lấn và ngang cấp GMPLS........................................... - 22 Hình 1.8: Cơ chế chuyển tiếp cận kề ................................................................... - 23 Hình 1.9: Chồng giao thức GMPLS..................................................................... - 24 Hình 1.10: PathErr message với State Removed Flag ........................................ - 28 Hình 1.11: Cơ chế phát hiện lỗi trong GMPLS ................................................... - 29 Hình 2.1: Kỹ thuật lưu lượng thông qua thay đổi các metric liên kết ................. - 33 Hình 2.2: Mô hình mạng chồng lấn IP ................................................................ - 36 Hình 2.3: Mạng truyền tải đa miền...................................................................... - 41 Hình 2.4: Phân cấp LSP trong GMPLS............................................................... - 42 Hình 2.5: Mô hình mạng đa lớp........................................................................... - 43 Hình 2.6: Kỹ thuật lưu lượng lớp IP-MPLS......................................................... - 46 Hình 2.7: Kỹ thuật lưu lượng lớp quang.............................................................. - 47 Hình 2.8: Kỹ thuật lưu lượng đa lớp.................................................................... - 48 Hình 2.9: Nguyên tắc của định tuyến ràng buộc ................................................. - 49 Hình 2.10: Sơ đồ khối module định tuyến động.................................................. - 50 Hình 2.11: Topo mạng logic ................................................................................ - 52 Hình 2.12: Hệ thống truyền dẫn WDM................................................................ - 57 Hình 3.1: Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng .......................................... - 58 Hình 3.2: Mô hình mạng GMPLS ........................................................................ - 59 Hình 3.3: Mô hình mạng GMPLS trong NS-2 ..................................................... - 60 -

- 10 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Hình 3.4: S0 gửi thông tin tới D0 thông qua node 5-6-9..................................... - 61 Hình 3.5: Lưu lượng từ S0 và S1 chia sẻ trên cùng tuyến 5-6-9.......................... - 63 Hình 3.6: Bản tin setup để thiết lập λLSP cho S2 ................................................ - 64 Hình 3.7: Bản tin Reserve để dự trữ λLSP cho S2 ............................................... - 65 Hình 3.8: S3 gửi thông tin tới D3 thông qua node 5-8-9..................................... - 66 Hình 3.9: Sơ đồ tất cả các lưu lượng được truyền trên các node........................ - 67 Hình 4.1: Thông lượng mạng............................................................................... - 68 Hình 4.2: Tận dụng bước sóng tại mỗi liên kết.................................................... - 70 -

- 11 -

Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ Internet cùng với sự phát triển
nhanh chóng của số người dùng đặc biệt là từ ngành công nghiệp cũng như sự phát
triển của công nghệ quang, sự cần thiết của mạng tốt hơn với sự đảm bảo chất lượng
dịch vụ được yêu cầu rất cao. Bên cạnh những dịch vụ truyền thống, người sử dụng
cũng đòi hỏi nhiều loại dịch vụ ứng dụng giao thức IP như là các dịch vụ thời gian
thực, các ứng dụng đa phương tiện như điện thoại Internet, hội nghị truyền
hình…Cơ sở hạ tầng cần phải nâng cấp nhiều hơn nữa để đủ sức xử lý được lưu
lượng IP khổng lồ mà một phần trong đó là lưu lượng thời gian thực yêu cầu QoS
đảm bảo.
Ngày nay công nghệ cáp sợi quang đã trở nên phổ biến trong việc xây dựng
cơ sở hạ tầng mạng vì những tính năng ưu việt nổi trội mà nó đem lại: cung cấp một
lượng tài nguyên băng thông lớn với độ méo tín hiệu nhỏ. Công nghệ GMPLS dựa
trên những ưu điểm của mạng vận chuyển quang đã và đang được các nhà khai thác
ứng dụng phát triển rộng rãi vì đem lại những hiệu quả to lớn về hiệu quả sử dụng
tài nguyên mạng. Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ GMPLS cũng hỗ trợ quản lý
mạng dễ dàng và đơn giản hơn. Kỹ thuật lưu lượng đang được đặt ra nhằm đạt tới
sự tối ưu trong việc phân bố và cân bằng tải sao cho ít xảy ra tắc nghẽn và sử dụng
hiệu quả tài nguyên mạng nhất. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến
chuyển mạch nhãn (LSR), nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn
lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng.
Đề tài của tôi nghiên cứu Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS. Luận văn
tập trung vào nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng qua quá trình mô phỏng, đánh giá QoS.
Kết quả mô phỏng và đánh giá kỹ thuật lưu lượng dựa trên các thông số thông

lượng, khả năng tận dụng băng thông, trễ đầu cuối và jitter.
Nội dung luận văn gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng
quát (GMPLS)

- 12 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS
Chương 3: Mô phỏng kỹ thuật lưu lượng
Chương 4: Kết quả và bàn luận
Kết luận
Do hạn chế về thời gian và năng lực nên luận văn của tôi không tránh khỏi
những sai sót. Tôi rất mong được các thầy cô và các bạn bè đồng nghiệp quan tâm
đóng góp thêm.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Đặng Quang Hiếu đã tận tình giúp đỡ, hướng
dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Hà nội, tháng 10 năm 2010
Người thực hiện

Nguyễn Công Thắng

- 13 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Chương 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA
GIAO THỨC TỔNG QUÁT (GMPLS)

1.1. Giới thiệu
Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) được phát triển bởi tổ
chức kỹ thuật Internet (IETF). Nó là sự mở rộng của kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa
giao thức (MPLS). GMPLS xây dựng trên kỹ thuật lưu lượng MPLS (MPLS-TE)
bằng việc mở rộng các giao thức định tuyến và báo hiệu. Mục đích của việc phát
triển các giao thức như vậy là để hỗ trợ các kỹ thuật chuyển mạch trong mạng đa
lớp. GMPLS cung cấp một mặt phẳng điều khiển hợp nhất để có thể quản lý các
mạng đa lớp từ IP tại lớp 3 xuống lớp truyền tải quang tại lớp 1.
1.2. Nền tảng MPLS
Trong các IP router, một gói tin được chuyển tiếp dựa vào địa chỉ trong gói
tin và thông tin trong bảng chuyển tiếp, phương pháp này được gọi là Best
Matching Prefix. Phần network prefix của địa chỉ IP được ánh xạ với các lối vào
(entry) trong bảng chuyển tiếp và ánh xạ tốt nhất (số bit cao nhất) được sử dụng để
tìm kiếm giao diện đầu ra.
Các router tạo và cập nhật các bảng chuyển tiếp định tuyến của chúng sử dụng các
giao thức định tuyến và kết hợp địa chỉ mạng với một giao diện đầu ra. Bảng
chuyển tiếp còn được gọi là Bảng thông tin chuyển tiếp (FIB). Bảng FIB được xây
dựng bởi các giao thức định tuyến chứa các network prefix kết hợp với một giao
diện đầu ra. Khi các gói IP cần chuyển tiếp bởi một router tới một vài mạng khác thì
router đó thực hiện một quá trình tìm kiếm tuyến đường tốn nhiều thời gian và phức
tạp với việc prefix dài nhất ánh xạ vào địa chỉ IP đích và các sơ đồ ánh xạ địa chỉ
mạng để xác định giao diện đầu ra cho một gói tin nhận được.
Các kỹ thuật chuyển tiếp này được thực hiện đơn giản hơn trong mạng MPLS.
MPLS ra quyết định chuyển tiếp gói tin dựa vào một nhãn đơn giản. Các gói tin đầu

- 14 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

vào mạng MPLS sẽ được gán nhãn và chuyển tiếp rất đơn giản dựa vào nhãn này.
Một router trong mạng chuyển mạch nhãn được gọi là Router chuyển mạch nhãn
(LSR) và duy trì một cơ sở dữ liệu gọi là bảng thông tin về nhãn (LIB). Bảng LIB
này là một sự bổ sung cho bảng FIB. LIB bao gồm các ánh xạ đơn giản giữa giao
diện/nhãn đầu vào và giao diện/nhãn đầu ra và được sử dụng để ra quyết định
chuyển tiếp trong miền MPLS.

Hình 1.1: Sơ đồ chuyển mạch nhãn MPLS
MPLS router tạo một lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) để mô tả lưu lượng
với cùng các yêu cầu kỹ thuật lưu lượng. Sau đó một nhãn được gắn với lớp chuyển
tiếp tương đương này. Tại đầu vào của miền MPLS, các gói tin đầu vào được kiểm
tra bởi các router chuyển mạch nhãn biên (LER) và một nhãn sẽ được gán cho gói
tin này bởi router biên LER. Các gói được gán nhãn sau đó được chuyển tiếp trên
một tuyến chuyển mạch nhãn (LSP). LSR không cần kiểm tra địa chỉ IP của gói tin
để tìm kiếm chặng tiếp theo của gói tin đó. Mỗi LSR khi nhận được gói tin sẽ gỡ bỏ
nhãn cũ và gắn một nhãn mới vào gói IP bằng cách tìm kiếm nhãn cũ trong bảng
LIB của nó. Kỹ thuật này gọi là “Lable Swapping”. Trước chặng cuối cùng, nhãn
được gỡ bỏ khỏi gói IP bởi LSR cuối cùng và chuyển tiếp tới Egress LER. Sau đó
Egress LER định tuyến gói tin này theo cách thông thường.

- 15 -

Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

1.3. Kỹ thuật lưu lượng
Mục đích cuối cùng của kỹ thuật lưu lượng là để tối ưu hóa việc tận dụng tài
nguyên mạng và để tối thiểu tắc nghẽn lưu lượng. Đây là một phương pháp thực tế
trong việc quản lý các vấn đề về lưu lượng. Một trong những mục tiêu thiết kế cho
MPLS là để tạo ra một công cụ để thực hiện vấn đề này. Có thể mô tả vắn tắt khái
niệm kỹ thuật lưu lượng như sau:
Kỹ thuật lưu lượng là tất cả những khám phá về các tuyến và các liên kết sẵn
có trong mạng, tận dụng kỹ thuật lưu lượng hiện tại trong mạng và sau đó chuyển
lưu lượng tới các tuyến khác ngoài tuyến ngắn nhất để tối ưu tài nguyên mạng. Điều
này được thực hiện bởi kết hợp việc mở rộng các giao thức định tuyến IGP hiện tại,
các công cụ giám sát lưu lượng và các kỹ thuật định tuyến lưu lượng.
1.4. Sự tiến triển lên GMPLS
Mô hình chuyển mạch nhãn được phát triển cho các gói IP trong MPLS
nhưng nó không được mở rộng tới các kỹ thuật chuyển mạch khác. Vì vậy việc phát
triển GMPLS đã được bắt đầu và hiện tại GMPLS đang được chuẩn hóa bởi IETF.
Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát là một tập những mở rộng của các
giao thức báo hiệu và định tuyến trong MPLS như là giao thức báo hiệu kỹ thuật
lưu lượng (RSVP-TE) và các giao thức định tuyến kỹ thuật lưu lượng OSPF-TE, ISIS-TE để cung cấp một mặt phẳng chung, được chuẩn hóa cho việc điều khiển các
mạng lõi.
Theo RFC 3945, GMPLS hỗ trợ các giao diện: chuyển mạch gói (PSC),
chuyển mạch lớp 2 (L2SC), chuyển mạch ghép kênh theo thời gian (TDM), chuyển
mạch lambda (LSC) và chuyển mạch sợi quang. Điều này có nghĩa mạng GMPLS
có khả năng mang lưu lượng người dùng từ một mạng IP qua mạng chuyển mạch
lớp 2 (ví dụ, mạng Ethernet hoặc ATM) hoặc mạng TDM (ví dụ các mạng kết nối
chéo số ADM) tới một mạng quang. Trong môi trường GMPLS nó hỗ trợ các loại

chuyển mạch của các thiết bị truyền thông tham gia vào chuyển mạch nhãn.

- 16 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Switch ATM

Switch ATM

OXC

OXC

ADM

ADM
ADM

ADM
DCS

ADM

ADM
ADM

ADM

Router IP

ADM

ADM
Router IP

Mạng IP

ADM

Router IP

ADM

TDM / SONET

Router IP

Mạng lõi quang
(Chuyển mạch bước sóng)

TDM / SONET

Mạng IP

Hình 1.2: Các mạng khác nhau truyền tải lưu lượng đến người dùng đầu
cuối

1.5. Kiến trúc GMPLS
1.5.1. Mặt phẳng điều khiển chung
GMPLS được phát triển để hỗ trợ mô hình chuyển mạch nhãn trên các loại
thiết bị khác nhau. Những thiết bị này có khả năng chuyển mạch gói hoặc chuyển
mạch lớp 2 hoặc chuyển mạch quang. Điều này cho phép GMPLS có khả năng điều
khiển một mạng đa lớp với các loại thiết bị mạng khác nhau và được thực hiện qua
một mặt phẳng điều khiển chung. Mặt phẳng điều khiển chung này làm đơn giản
hóa quản lý và điều hành mạng. Ngoài ra nó làm giảm toàn bộ chi phí quản lý cho
mạng đa lớp với các loại thiết bị khác nhau. Các giao thức từ bộ giao thức IP được
mở rộng để tạo ra mặt phẳng điều khiển này. Việc sử dụng mặt phẳng điều khiển
chung cho phép thao tác giữa các thiết bị mức cao (như router) và các thiết bị mức
thấp (như các bộ kết nối chéo quang và các bộ ghép/tách kênh SDH/SONET).
1.5.2. Phân chia mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu
Trong các chuẩn GMPLS và MPLS, có một sự phân chia giữa mặt phẳng dữ
liệu và mặt phẳng điều khiển. Trong GMPLS, lưu lượng dữ liệu có thể được chuyển
mạch trong suốt trong miền quang cho hiệu suất cao hơn. Vì vậy, mặt phẳng điều
khiển được phân chia về mặt vật lý hoặc logic từ các kênh dữ liệu. Kênh điều khiển

- 17 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

có thể là out of band hoặc in band trong một miền GMPLS. Out of band trong miền
GMPLS có nghĩa là kênh điều khiển được triển khai qua một mạng vật lý bên ngoài
(ví dụ Ethernet hoặc mạng IP). Ngược lại, in band trong một miền GMPLS có nghĩa
là kênh điều khiển được triển khai qua cùng miền GMPLS nhưng nó sẽ được phân
chia về mặt logic từ miền GMPLS.

Hình 1.3: Phân chia mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong
GMPLS
Trong một miền GMPLS, mặt phẳng điều khiển được phân phối giữa các
loại thiết bị truyền dẫn khác nhau. Mặt phẳng điều khiển được thiết lập bên trong
các thiết bị này thông qua giao thức báo hiệu. Việc thiết lập mặt phẳng điều khiển
chung được thực hiện trên nền tảng hop-to-hop bên trong một miền GMPLS. Các
kênh điều khiển chung phải được triển khai giữa tất cả các node mạng bởi vì việc
này làm cho các node mạng có khả năng trao đổi các bản tin điều khiển sử dụng
một giao thức định tuyến và một giao thức báo hiệu.

- 18 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Hình 1.4: Kiến trúc mặt phẳng điều khiển phân tán trong GMPLS

1.5.3. Nhãn GMPLS
Để hỗ trợ các loại thiết bị khác nhau từ các miền chuyển mạch khác nhau,
GMPLS đưa ra một nhãn tổng quát. Nhãn tổng quát này bao gồm ba phần là
Encoding Type, Switching Type và General Payload Identifier (G-PID) [RFC
3471]. Mỗi phần của nhãn tổng quát này phản ánh thông tin khác nhau về lưu lượng
GMPLS. Encoding Type biểu diễn mã hóa LSP được yêu cầu hoặc được sử dụng.
Khả năng chuyển mạch của một link/node liên quan được biểu diễn bởi Switching
Type. Trường Switching Type là rất quan trọng cho những liên kết mà có nhiều hơn
một loại chuyển mạch. G-PID thể hiện loại lưu lượng gì được mang bởi một LSP

Hình 1.5: Nhãn GMPLS

- 19 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Các loại mã hóa LSP được mô tả như bảng sau:

Bảng 1.1: Bảng các loại mã hóa LSP
Các loại chuyển mạch được mô tả như bảng sau:

Bảng 1.2: Bảng các loại chuyển mạch trong GMPLS

- 20 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

1.5.4. Quá trình gán nhãn
Trong GMPLS, việc cấp phát nhãn được quyết định bởi node xuôi dòng
(downstream) trên bất kỳ liên kết nào. Khi node ngược dòng (upstream) gửi một
nhãn đề xuất tới node xuôi dòng, node xuôi dòng sau đó sẽ quyết định xem nhãn
này có được chấp nhận hay không. Nếu nhãn đề xuất được chấp nhận, nó sẽ quảng
bá nhãn quay trở lại node ngược dòng sử dụng giao thức báo hiệu. Node xuôi dòng
cũng sử dụng nhãn này để gửi lưu lượng tới node ngược dòng.

Lable Mapping
(Vd: sử dụng nhãn 5)

Ingress LER
Router A

Lable Request
(Cho đích C)

Lable Mapping
(Vd: sử dụng nhãn 9)

LSR
Router B

Lable Request
(Cho đích C)

Egress LER
Router C

Hình 1.6: Quá trình gán nhãn
1.5.5. LSP song hướng
Tất cả các LSP trong GMPLS là song hướng trong khi MPLS bị giới hạn là
các LSP đơn hướng. GMPLS hỗ trợ thiết lập đồng thời cả hai hướng các LSP ngược
dòng và xuôi dòng sử dụng một tập bản tin báo hiệu đơn. Để thiết lập một LSP song
hướng, các nhãn được sử dụng bởi lưu lượng động theo hướng ngược lại (ví dụ từ
egress tới ingress) phải được phân phối bởi các node ngược dòng tới các node xuôi
dòng tương ứng. Nhãn này được gọi là Nhãn ngược dòng (Upstream Lable). Nhãn
ngược dòng này chỉ rõ node xuôi dòng mà nhãn sử dụng cho LSP để gửi lưu lượng

theo hướng ngược lại.
1.5.6. Mô hình chồng lấn và ngang cấp
GMPLS có thể được triển khai theo hai mô hình dịch vụ khác nhau là mô
hình chồng lấn và mô hình ngang cấp. Hai mô hình này được phân biệt bởi giới hạn
cấu trúc mạng.
Mô hình chồng lấn che giấu toàn bộ chi tiết mạng lõi quang từ phía các
client. Mô hình này sử dụng giao diện mạng người dùng (UNI). Trong mô hình này,

- 21 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

có hai mặt phẳng điều khiển khác nhau hoạt động. Một mặt phẳng điều khiển hoạt
động giữa mạng truyền tải lõi quang và một mặt phẳng hoạt động giữa mạng lõi và
các client. Ở đây các client không có khả năng nhìn thấy bên trong mạng lõi.

Hình 1.7: Mô hình chồng lấn và ngang cấp GMPLS
Trong mô hình ngang cấp, chỉ một mặt phẳng điều khiển được sử dụng.
Trong mô hình này tất cả các node có thể nhìn thấy mạng lõi.
1.5.7. Định tuyến tường minh
Khi một LSP thiết lập giữa một node ingress và một node egress và muốn
LSP đáp ứng được các yêu cầu, cần phải chỉ rõ chi tiết về LSP đó. Những yêu cầu
này có thể được biểu thị dưới dạng băng thông, khả năng chuyển mạch, trong tương
lai nó cũng có khả năng chỉ rõ các yêu cầu như là trễ tối đa, latency. Khả năng thiết
lập một LSP theo các yêu cầu (hoặc ràng buộc) được gọi là định tuyến ràng buộc
(contraint based routing). Một kỹ thuật tương tự là định tuyến tường minh (explicit
routing). Định tuyến tường minh là một tập con của định tuyến ràng buộc, trong đó

sự ràng buộc là đối tượng tuyến tường minh ER (explicit route).
Tuyến tường minh ER là một danh sách các node trừu tượng (abstract node)
mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua. Nút trừu tượng
có thể là một node (địa chỉ IP) hoặc một nhóm node (như IP prefix hoặc một AS).

- 22 -


Luận văn cao học

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Nếu ER chỉ qui định một nhóm trong số các node mà CR-LSP đi qua thì nó được
gọi là tuyến tường minh thả lỏng (loose ER). Ngược lại, nếu ER qui định toàn bộ
các node trên CR-LSP thì được gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER).
1.5.8. Chuyển tiếp cận kề
Trong GMPLS, một node có thể quảng bá một LSP như là một traffic
engineering (TE) link trong giao thức định tuyến. Như vậy một liên kết được xem
xét như là một chuyển tiếp cận kề (FA) và LSP tương ứng được gọi là LSP chuyển
tiếp cận kề hoặc đơn giản là FA-LSP. Giao thức định tuyến quảng bá thông tin FA
này giống như bất kỳ các TE-link khác. Điều này cho phép các node khác sử dụng
thông tin của các FA này như là traffic engineering link khác bất kỳ cho việc tính
toán tuyến đường.

Hình 1.8: Cơ chế chuyển tiếp cận kề

1.6. Các giao thức sử dung trong GMPLS
GMPLS dựa trên nhiều giao thức được mở rộng để hỗ trợ chức năng GMPLS.
Nhiều giao thức như là OSPF, IS-IS, RSVP…đã được phát triển từ đặc điểm kỹ
thuật ban đầu của chúng. Các giao thức sau đã được phát triển cho GMPLS:

- 23 -


Luận văn cao học

-

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng GMPLS

Giao thức tìm đường ngắn nhất hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng (OSPF-TE) với
phần mở rộng GMPLS

-

Giao thức định tuyến Cisco IS-IS hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng (IS-IS-TE) với
phần mở rộng GMPLS

-

Giao thức dự trữ tài nguyên hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng (RSVP-TE) với phần
mở rộng GMPLS

-

Giao thức phân bố nhãn định tuyến cưỡng bức (ràng buộc) (CR-LDP) với
phần mở rộng GMPLS

-

Giao thức quản lý liên kết (LMP)
RSVP-TE
LMP

UDP

BGP

OSPF-TE

TCP

[IS-IS-TE]
IP[CNLP]

PPP / Lớp tương thích
SONET

CR-LDP

Chuyển mạch
bước sóng

MAC/GE

ATM

Frame Relay

Cáp quang

Hình 1.9: Chồng giao thức GMPLS
Trong đó hai giao thức chủ đạo được phát triển cho GMPLS là giao thức
OSPF-TE sử dụng cho định tuyến và giao thức RSVP-TE sử dụng cho báo hiệu.
1.6.1. Giao thức định tuyến tìm đường ngắn nhất mở rộng (OSPF-TE)
OSPF là một giao thức định tuyến kiểu link state sử dụng các bản tin quảng
bá Link State để thu thập cấu trúc mạng và chỉ ra các tài nguyên thông tin của các
liên kết trong mạng. Giao thức định tuyến OSPF đã được mở rộng để đáp ứng các
khả năng của mạng truyền tải. Những thông tin như là băng thông thông sẽ không
có trong giao thức định tuyến OSPF ban đầu. Các thông số về băng thông như là

- 24 -