Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... 6
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................ 9
CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GMPLS ..................................... 10
1.1. Mở đầu chương ............................................................................................. 10
1.2. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ...................................................... 10
1.2.1. Lịch sử phát triển ...................................................................................... 10
1.2.2. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .................................................... 10
1.2.3. Định tuyến MPLS ..................................................................................... 13
1.3. Sự phát triển từ MPLS đến GMPLS ........................................................... 16
1.3.1. Nguồn gốc của GMPLS ............................................................................ 16
1.3.2. Các yêu cầu cơ bản đối với GMPLS ......................................................... 19
1.4. Báo hiệu trong GMPLS ................................................................................ 25
1.5. Quản lý liên kết trong GMPLS .................................................................... 28
1.5.1. Khái niệm về liên kết, kênh điều khiển và kênh dữ liệu ............................ 28
1.5.2 Giao thức quản lý liên kết .......................................................................... 29
1.6. Kỹ thuật lưu lượng trong GMPLS ............................................................... 30
1.6.1. Các định nghĩa kỹ thuật lưu lượng GMPLS .............................................. 32
1.6.2. Các tham số của liên kết TE trong GMPLS .............................................. 35
1.7. Kết luận chương............................................................................................ 36
CHƯƠNG II - ĐỊNH TUYẾN GMPLS ................................................................. 37
2.1. Mở đầu chương ............................................................................................. 37
2.2. Một số định nghĩa cơ bản ............................................................................. 37
2.3. Các thuật toán tính đường định tuyến cơ bản ............................................. 38
2.3.1. Thuật toán Bellman-Ford .......................................................................... 40

2.3.2. Thuật toán Dijkstra ................................................................................... 42
2.3.3. Thuật toán Dijkstra biến đổi ..................................................................... 44
2.3.4. Thuật toán tìm kiếm theo chiều rộng (BFS) .............................................. 45
2.3.5. Thuật toán Johnson ................................................................................... 46
2.4. Định tuyến trong mạng GMPLS .................................................................. 48
2.4.1. Định tuyến trong mạng IP và mạng lưu lượng. ......................................... 48
2.4.2. Dữ liệu kỹ thuật lưu lượng cơ bản ............................................................ 49
1

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

2.4.3. Thông tin định tuyến GMPLS................................................................... 52
2.4.4. Tổng quan về các giao thức định tuyến IP trong mạng GMPLS. ............... 53
2.4.5. Sự vận hành của các giao thức định tuyến trong các mạng GMPLS .......... 55
2.4.6. Giao thức định tuyến OSPF và ISIS trong mạng GMPLS. ........................ 57
2.4.7. Các tính năng được cải tiến trong định tuyến GMPLS. ............................. 62
2.5. Các thuật toán tính đường định tuyến trong GMPLS ................................ 66
2.5.1. Thuật toán K đường đi ngắn nhất.............................................................. 66
2.5.2. Tính toán đường đa hướng ........................................................................ 71
2.5.3. Tính toán đường ràng buộc ....................................................................... 85
2.6. Kết luận chương.......................................................................................... 102
CHƯƠNG III - MÔ PHỎNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN RÀNG BUỘC THEO
BĂNG THÔNG TRONG GMPLS ...................................................................... 103
3.1. Mở đầu chương ........................................................................................... 103
3.2. Phần mềm mô phỏng NS2 .......................................................................... 103

3.2.1. Tổng quan về NS2 .................................................................................. 103
3.2.2. Các thành phần cơ bản trong NS-2 ......................................................... 104
3.3. Bài toán mô phỏng kỹ thuật định tuyến ràng buộc theo băng thông trong
mạng GMPLS .................................................................................................... 107
3.3.1. Mô hình và mục tiêu bài toán ................................................................. 107
3.3.2. Thực hiện bài toán mô phỏng với NS2.................................................... 109
3.3.3. Kết quả thực hiện bài toán mô phỏng ...................................................... 116
3.4. Kết luận chương.......................................................................................... 119
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 121

2

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả, nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả Luận văn

Nguyễn Thanh Tùng

3

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Vị trí mào đầu chèn trong một gói tin .................................................... 13
Hình 1.2: Đường chuyển mạch nhãn (LSP)........................................................... 14
Hình 1.3: Sự đối lập giữa quản lý mạng và điều khiển báo hiệu trong MPLS ........ 15
Hình 1.4: Phân cấp các loại chuyển mạch ............................................................. 24
Hình 1.5: Cấu hình của các bộ điều khiển báo hiệu và chuyển mạch dữ liệu ......... 26
Hình 1.6: Các thành phần của mạng truyền tải ...................................................... 32
Hình 2.1: Lược đồ mạng cho thuật toán Bellman-Ford ......................................... 40
Hình 2.2: Mô tả quá trình chạy thuật toán Bellman-Ford ...................................... 42
Hình 2.3: Các mô hình tính đường liên miền ........................................................ 65
Hình 2.4: Trạng thái của KSP sau khi trả về đường đi ngắn nhất đầu tiên ............. 70
Hình 2.5: Trạng thái của KSP sau khi trả về đường đi ngắn nhất thứ hai ............... 70
Hình 2.6: Trạng thái của KSP sau khi trả về đường đi ngắn nhất thứ ba ................ 70
Hình 2.7: Trạng thái của KSP sau khi trả về đường đi ngắn nhất thứ tư ................ 71
Hình 2.8: Lược đồ áp dụng cho thuật toán hai bước tương đồng. .......................... 72
Hình 2.9: Đường đi thứ nhất được tính (SCEZ) .................................................... 74
Hình 2.10: Đường đi thứ hai được tính (SBFECDGZ) .......................................... 74
Hình 2.11: Kết quả là hai đường đi được tính SCDGZ và SBFEZ......................... 75
Hình 2.12: Lược đồ mạng cho thuật toán tính hai đường tách điểm ...................... 75
Hình 2.13: Cấu hình mạng bắc cầu ....................................................................... 77
Hình 2.14: Phép biến đổi lược đồ cho tính toán đường tách rời cạnh .................... 77
Hình 2.15: Cấu hình mạng cho tính hai đường tách rời điểm tối đa....................... 78
Hình 2.16: Phép biến đổi lược đồ cho tính toán đường tách rời điểm .................... 79

Hình 2.17: Topo mạng có một cạnh loại trừ .......................................................... 89
Hình 3.1: Cấu trúc file trace trong NS-2 ............................................................. 105
Hình 3.2: File Trace trong NS-2 ......................................................................... 106
Hình 3.3: Cửa sổ chương trình khi chạy Nam ..................................................... 106
Hình 3.4: Biểu diễn đồ thị trong NS-2 ................................................................ 107
Hình 3.5: Cấu trúc mạng mô phỏng .................................................................... 108
Hình 3.6: Hiện thực hoá mô hình trong NS-2 ...................................................... 109
Hình 3.7: Hoạt động định tuyến trạng thái liên kết .............................................. 111
4

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

Hình 3.8: Bản tin cập nhật trạng thái liên kết ...................................................... 111
Hình 3.9: Kết quả định tuyến từ S0 đến D0 (0-4-7-9) ......................................... 114
Hình 3.10: Kết quả đường định tuyến từ S1 đến D1 (1-4-5-8-7-10) .................... 115
Hình 3.11: Kết quả đường định tuyến từ S2 đến D2 (2-5-6-8-11) ....................... 115
Hình 3.12: Kết quả đường định tuyến từ S3 đến D3 (3-5-8-12)........................... 116
Hình 3.13: Kết quả thiết lập đường định tuyến từ thuật toán ............................... 117
Hình 3.14: Kết quả giám sát tham số Qos: Drop và Delay .................................. 117
Hình 3.15: Kết quả tham số Drop khi có mô hình lỗi .......................................... 118
Hình 3.16: Đồ thị tốc độ dữ liệu.......................................................................... 118
Hình 3.17: Ðồ thị biến thiên độ trễ ...................................................................... 118

5

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ADM

Add-Drop Multiplexer

Bộ ghép kênh xen rẽ

ASON

Automatic Switched Optical
Network

Mạng chuyển mạch quang tự động

ASTN

Autonomous Swtiched

Transport Network

Mạng truyền tải chuyển mạch tự
động

ATM

Asynchronous Tranfer Mode

Phương thức truyền tải không
đồng bộ

BSLR

Bidirectional Line – Switched
Ring

Vòng chuyển mạch đường hai hướng

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức định tuyến cổng mạng
vùng giáp ranh

CLNP

Connectionless Networ
Protocol

Giao thức mạng phi kết nối

CR-LDP

Constraint-Based RoutingLabel Distribution Protocol

Giao thức phân phối nhãn định tuyến
cưỡng bức

CSPF

Constrainted Shortest Path
First

Giao thức định tuyến tìm đường ngắn
nhất

CSR

Cell Switching Router

Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào

DCS

Digital Cross-Connect System

Hệ thống kết nối chéo số

DNS

Domain Name Service

Dịch vụ tên miền

DLCI

Data Link Connection
Identifier

Nhận dạng kết nối lớp lien kết dữ
liệu

DWDM

Dense Wavelength Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng
mật độ cao

EGP

Edge Gateway Protocol

Giao thức định tuyến cổng biên

FEC

Forwarding Equivalence Class

Lớp chuyển tiếp tương đương

FIB

Forwarding Information Base

Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp trong bộ
định tuyến

6

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Thuật ngữ

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

Tiếng Anh

Tiếng Việt

GMPLS

Generalized Multi Protocol
Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng
quát

GVPN

Generalized Virtual Private
Networks

Mạng riêng ảo tổng quát

GVSI

Generalized Virtual Switching
Instance

Chuyển mạch ảo tổng quát

IETF

Internet Engineering Task
Force

Tổ chức đặc trách kỹ thuật Internet

IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến trong miền

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IS-IS

Intermediate System to
Intermediate System

Giao thức định tuyến IS-IS

IS-IS-TE

IS-IS – Traffic Engineering

Giao thức định tuyến IS-IS có kỹ
thuật lưu lượng

LDP

Label Distribution Protocol

Giao thức phân bổ nhãn

LIB

Label Information Base

Cơ sở thông tin nhãn

LFIB

Label Forward Information
Base

Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

LMP

Link State Advertisement

Bản tin quảng bá trạng thái liên kết

LSP

Label Switching Path

Đường chuyển mạch nhãn

LSR

Label Switching Router

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

L2TP

Layer 2 Tunnel Protocol

Giao thức đường hầm lớp 2

LPT

Link Protection Type

Loại bảo vệ tuyến

MPLS

Multi Protocol Label
Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPS

Multi Protocol Lambda
Switching

Chuyển mạch bước sóng đa giao
thức

NMS

Network Management System

Cơ chế quản lý trung tâm

7

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Thuật ngữ

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

Tiếng Anh

Tiếng Việt

OSI

Open Systems Interconnection

Mô hình kết nối hệ thống mở

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến OSPF

OSPF-TE

Open Shortest Path FirstTraffic Engineering

Giao thức định tuyến OSPF có kỹ
thuật lưu lượng

OSC

Optical Supervisory Channel

Kênh giám sát quang

PCE

Path Computation Elements

Thành phần tính toán đường

PNNI

Private-Network- NetworkInterface

Giao diện mạng – mạng dành riêng

PPP

Point to Point Protocol

Giao thức điểm - điểm

PSC

Packet Switch Capable

Khả năng chuyển mạch gói

PCE

Path Computation Elements

Thành phần tính toán đường

RIP

Realtime Internet Protocol

Giao thức báo hiệu IP thời gian thực

RSVP

Wavelength Resvation
Protocol

Giao thức đặt trước tài nguyên

RSVP-TE

Wavelength Resvation
Protocol- Traffic Engineering

Giao thức đặt trước tài nguyên có kỹ

thuật lưu lượng

SPF

Shortest Path First

Phương thức định tuyến đường ngắn
nhất

SRLG

Shared Risk Link Group

Nhóm các liên kết chung rủi ro

TCP

Transport Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải

TDM

Time Division Mutilplexing

Ghép kênh phân chia theo thời gian

TED

Traffic Engineering Data

Dữ liệu kỹ thuật lưu lượng

TLV

Type-Length-Value

Kiểu – Độ dài – Giá trị

8

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phổ biến của Internet đã khiến cho lưu lượng trên mạng tăng lên nhanh
chóng trong những năm gần đây. Để duy trì sự tăng trưởng các nhà cung cấp dịch
vụ liên tục đưa ra các dịch vụ mới đa dạng trên nền đa phương tiện, các dịch vụ đã
tạo sức ép với hạ tầng mạng nhất là về vấn đề định tuyến. Việc tối ưu hóa định
tuyến trong mạng đem lại hiệu quả kinh doanh tối đa và ý nghĩa kinh tế vô cùng to
lớn trên đà phát triển mạng viễn thông hiện nay.
GMPLS là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát được phát
triển trên cơ sở công nghệ MPLS, nó cung cấp mặt phẳng điều khiển chung dựa trên
cơ sở IP cho tất cả các lớp. GMPLS cho phép sử dụng tất cả các phương thức
chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh, chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch
quang trong một mô hình mạng đơn nhất.

Trong luận văn này, tác giả xin trình bày về Kỹ thuật định tuyến trong mạng
GMPLS, nội dung luận văn gồm 3 chương:
-

Chương 1: Tổng quan về công nghệ GMPLS, khái quát về lịch sử hình
công nghệ GMPLS và những cải tiến của nó so với các công nghệ trước.

-

Chương 2: Định tuyến GMPLS, trình bày về các thuật toán định tuyến
cơ bản trong GMPLS, trong đó tập trung phân tích sâu về thuật toán định
tuyến ràng buộc để thực hiện bài toán mô phỏng trong chương 3.

-

Chương 3: Mô phỏng kỹ thuật định tuyến ràng buộc theo băng thông
trong GMPLS, thực hiện mô phỏng để đánh giá hoạt động định tuyến
trong mạng GMPLS.

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Xuân Dũng đã
hướng dẫn và giúp đỡ để hoàn thành bản Luận văn này.

9

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GMPLS
1.1. Mở đầu chương
Công nghệ GMPLS là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát
được phát triển dựa trên công nghệ MPLS. Do vậy, để có cái nhìn rõ hơn về định
tuyến trong mạng GMPLS, trước tiên ta cùng tìm hiểu căn bản về định tuyến trong
MPLS, những cải tiến nâng cấp trong định tuyến từ MPLS lên GMPLS, cũng như
khái quát qua các thành phần liên quan đến định tuyến trong GMPLS. Nội dung
chính của chương trình bày về các vấn đề sau:
- Khái quát về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
- Quá trình hình thành và phát triển từ MPLS đến GMPLS
- Tìm hiểu về báo hiệu, quản lý liên kết và kỹ thuật lưu lượng trong GMPLS
1.2. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
1.2.1. Lịch sử phát triển
MPLS có nguồn gốc từ việc phát triển một số công nghệ chuyển mạch gói IP
thực hiện ở đầu và giữa thập niên 1990. Năm 1996, IETF đã bắt đầu liên kết các
công nghệ chuyển mạch gói IP với nhau, và vào năm 1997 nhóm nghiên cứu MPLS
được thành lập để chuẩn hóa các giao thức và các phương pháp tiếp cận MPLS.
MPLS được thực hiện 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 nhãn để xác định
đường đi kế tiếp cho các gói dữ liệu. Kỹ thuật chuyển tiếp các gói tin MPLS còn có
thể được mở rộng để có thể ứng dụng trong các công nghệ phi gói tin (non-packet)
theo cùng nguyên tắc xử lý MPLS. Đồng thời, cũng 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 tạo ra trình điều khiển chuyển tiếp dữ liệu trong các mạng phi gói. Do đó,
các nguyên tắc cơ bản của MPLS là một nền tảng quan trọng cho việc phát triển
GMPLS [1].
1.2.2. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
MPLS chủ yếu được phát triển nhằm giải quyết các hạn chế về tốc độ (do
việc thực hiện truy vấn bảng định tuyến) và khả năng mở rộng hơn nữa để đáp ứng

10

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

cho các nhu cầu dịch vụ ngày càng gia tăng. Do đó, MPLS là giải pháp nhằm liên
kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãn thành một giải pháp đơn nhất để
đạt được các mục tiêu sau:
 Cải thiện hiệu năng định tuyến
 Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng
truyền thống.
 Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ
mới.
Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử
lý từng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. MPLS
dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định
tuyến IP, trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một
không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ.
MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin
và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin với nhiệm vụ gửi gói tin
giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM.
Trong MPLS nhãn là một thực thể có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp
mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp của gói tin trong
một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồi chuyển ra cổng
ra của bộ định tuyến. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông

thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị. Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị
này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label switching Router). Phần
chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với
nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để
chuyển thông tin định tuyến thành bảng định tuyến chuyển mạch nhãn. MPLS có
thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet như OSPF (Open Shortest
Path First) và BGP (Boder Gateway Protocol) hay PNNI của ATM. Do MPLS hỗ
trợ điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo dịch

11

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế định tuyến lại
nhanh (fast rerouting) [4].
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý mạng được
dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin
thuộc một FEC (Forwarding Equivalence Class - lớp chuyển tiếp tương đương) có
thể được xác định bởi giá trị của nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo
lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. Bằng cách giám sát
lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR, nghẽn lưu lượng nhanh
chóng được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể xác định. Tuy nhiên,
giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ thông tin về
chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ xuyên xuốt của miền MPLS). Việc đo trễ có thể
được thực hiện bởi giao thức lớp hai. Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo

các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ thống giám
sát có thể dùng một thiết bị định dạng lưu lượng. Thiết bị này sẽ cho phép giám sát
và đảm bảo tuân thủ đặc tính lưu lượng mà không cần thay đổi các giao thức hiện
có.
Trong MPLS, hiệu năng xử lý đạt được là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3
tới biên của mạng và chỉ thực hiện một lần tại đó thay cho việc xử lý tại từng node
trung gian như của IP. Tại các node trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa
nhãn trong gói và thực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi
nhãn- quá trình này thực hiện bằng phần cứng.
Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là hai tiêu chí quan trọng, song chúng không
phải là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp. Trong mắt của những nhà cung cấp
các mạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải
trả giá về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt.
MPLS thực hiện các chức năng sau:
+ Xác định cơ cấu quản lý các tính hạt khác nhau của các luồng lưu lượng,
như các luồng giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí các luồng giữa
những ứng dụng khác nhau.

12

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

+ Duy trì sự độc lập của các giao thức lớp 2 và 3
+ Cung cấp phương pháp ánh xạ địa chỉ IP với các nhãn đơn giản, có độ dài
cố định được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác

nhau
+ Giao diện với các giao thức định tuyến hiện có như giao thức đặt trước tài
nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) và giao thức mở đường ngắn nhất
đầu tiên (OSPF)
+ Hỗ trợ IP, ATM và giao thức lớp 2 Frame – Relay
1.2.3. Định tuyến MPLS
Để hiểu một cách khái quát nhất về cầu trúc và các thành phần trong MPLS
ta cần xem xét lại cơ chế định tuyến trong MPLS:
Trong một mạng MPLS, các gói được dán nhãn bằng cách chèn thêm thành
phần thông tin bổ sung được gọi là mào đầu chèn. Nó được đặt giữa các mào đầu
mạng và mào đầu IP như trong hình 1.1.

Hình 1.1: Vị trí mào đầu chèn trong một gói tin
Các mào đầu chèn MPLS mang một nhãn 20-bit, nó được dùng để xác định
đường đi mà gói tin phải tuân theo. Mỗi nút mạng LSR (Bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn) duy trì một bảng tìm kiếm LFIB (Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn) cho
phép nó xác định bước đi tiếp theo cho dữ liệu. LFIB chứa một ánh xạ có dạng
{incoming interface, incoming label} to {outgoing interface, outgoing label}. Nghĩa
là, khi một gói tin đến, LSR sẽ xác định giao diện mà trên đó các gói tin đến và tìm
nhãn trong mào đầu chèn của gói. Sau đó LSR tìm kiếm những giá trị nhãn này
trong LFIB và chỉ ra giao diện ra để gửi gói tin, và một giá trị nhãn mới được đặt
trong mào đầu chèn. Đường đi mà một gói tin MPLS phải theo trên mạng được gọi
là đường chuyển mạch nhãn (LSP). Khi gói tin đã được dán nhãn ở đầu vào của
LSP (ngõ vào) thì đường đi của nó đến ngõ ra là rất rõ ràng và ổn định vì các ánh xạ
trong các LFIB tại mỗi LSR cũng rõ ràng và ổn định. Do đó sự phức tạp chỉ tồn tại
13

Nguyễn Thanh Tùng

Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

ở ngõ vào - nơi mà mỗi gói tin phải được phân loại theo đích đến và các dịch vụ
được cung cấp (có thể dựa vào loại ứng dụng, hay yêu cầu chất lượng dịch vụ) và ấn
định cho một LSP cụ thể [1].

Hình 1.2: Đường chuyển mạch nhãn (LSP)
Hình 1.2 minh hoạ hai LSP mang dữ liệu từ Host IP A đến các Host B và C.
Mạng MPLS được tạo bởi bốn LSR để chuyển tiếp các gói tin. Host A gửi gói tin IP
đến LSR V bằng cách sử dụng bảng định tuyến của nó hoặc một tuyến mặc định.
LSR V là một LSR ngõ vào và nó phân loại các gói tin dựa trên điểm đến cuối
cùng, ấn định chúng cho một LSP, và dán nhãn chúng bằng cách thêm một mào đầu
chèn và thiết lập giá trị nhãn. Các gói tin mà được chỉ đích tại Host B được ấn định
cho LSP phía trên và được dán nhãn 15; các gói tin được chỉ đích tại Host C được
ấn định cho LSP phía dưới và được dán nhãn 10. Khi đã được dán nhãn, các gói
được chuyển tiếp bởi các giao diện tương ứng kế tiếp đến LSR W. Tại LSR W mỗi
một gói đã được dán nhãn phải được kiểm tra để xác định các giao diện đến và nhãn
đến. Tại đây sẽ thực hiện các truy vấn bên trong LFIB để xác định nhãn đi và giao
diện đi. Các giá trị nhãn được hoán đổi (nhãn đến thay thế bằng nhãn đi) và các gói
được chuyển tiếp đến các giao diện được chỉ định. Trong ví dụ trên, các gói có nhãn
15 được chuyển tiếp đến giao diện LSR X sẽ mang nhãn mới là 19; các gói có nhãn
10 được chuyển tiếp đến giao diện LSR Y sẽ mang nhãn mới 62.
LSR X và LSR Y là những LSR ngõ ra. Chúng cũng thực hiện các truy vấn
trong LFIB của chúng, nhưng chúng sẽ loại bỏ mào đầu chèn và chuyển tiếp gói tin
như một gói tin IP thông thường. Chuyển tiếp này có thể thực hiện thông qua bảng
14

Nguyễn Thanh Tùng

Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

định tuyến IP thông thường, nhưng có thể được tối ưu hóa bởi LFIB để chỉ giao
diện ra cho gói tin do vậy không cần thiết phải sử dụng bảng định tuyến. Vì vậy,
trong ví dụ trên nếu LSR V kết hợp tất cả các gói tin được chỉ đích cho host B với
LSP phía trên và gắn nhãn chúng với giá trị là 15 thì chúng sẽ được chuyển tiếp
thành công qua mạng và nhận được tại Host B.
Như đã đề cập ở trên, mỗi LSP có một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãnLFIB. Vậy các LFIB này được xây dựng trên mỗi LSR như thế nào? Câu trả lời đơn
giản cho câu hỏi này đó là sử dụng các công cụ quản lý mạng tập trung (NMS) chịu
trách nhiệm cài đặt các thành phần bên trong các LFIB. Như trình bày trong hình
1.3, việc cài đặt LFIB có thể thực hiện từ một hệ thống quản lý mạng tập trung gửi
các bản tin quản lý tới mỗi LSR nhằm thiết lập những ánh xạ nhãn cần thiết. Điều
này hoàn toàn chấp nhận được trong một mạng nhỏ nhưng không khả thi đối với
việc quản lý trong một mạng lớn hoặc khi xử lý định tuyến khi có nhiều sự cố trên
mạng.
Các giao thức báo hiệu (như được trình bày phía bên phải hình 1.3) cho phép
xây dựng một phương pháp linh hoạt hơn, trong đó khi một yêu cầu dịch vụ được
gửi tới mạng thì mạng chịu trách nhiệm định tuyến LSP thông qua các LSR. Giao
thức báo hiệu tạo ra việc trao đổi thông tin ánh xạ nhãn giữa các LSR, do đó một
LSR ở gần ngõ vào LSP sẽ biết nhãn được sử dụng trên một gói dữ liệu mà nó gửi
đến LSR kế tiếp theo hướng đích.

Hình 1.3: Sự đối lập giữa quản lý mạng và điều khiển báo hiệu trong MPLS

15

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

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 phù hợp với các yêu cầu của các môi trường hoạt động khác nhau. Có nhiều
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 RSVP-TE bởi vì kỹ
thuật này liên quan chặt chẽ với các yêu cầu của các mạng truyền tải kết nối có
hướng [5].
Mặc dù sau sự ra đời của MPLS, công nghệ IP đã có những bước tiến lớn với
nhiều giải pháp về phần cứng cho định tuyến IP đã được phát triển nhằm giải quyết
các vấn đề về tốc độ và khả năng mở rộng của định tuyến IP phần nào đã làm giảm
bớt động lực nghiên cứu phát triển chuyển mạch nhãn MPLS, nhưng xu thế và giá
trị của MPLS vẫn được khẳng định và tiếp tục phát triển.
1.3. Sự phát triển từ MPLS đến GMPLS
1.3.1. Nguồn gốc của GMPLS
Xuất phát từ yêu cầu đưa ra một giải pháp mặt phẳng điều khiển cho mạng
truyền tải (như đã đề cập trong MPLS), một trong những phương pháp để giải quyết
vấn đề này là phát triển một tập các giao thức mới từ đầu cho tất cả kiểu mạng
truyền tải. Ưu điểm nổi bật của cách tiếp cận này là mỗi mặt phẳng điều khiển được
thiết kế tối ưu cho mỗi tiêu chí mạng. Ví dụ, một mặt phẳng điều khiển được thiết
kế cho các mạng thông tin quang sẽ có các cơ chế để khắc phục sự suy hao quang
học và sự cưỡng bức sóng liên tục. Trong khi mặt phẳng điều khiển được thiết kế
cho các mạng TDM có thể tận dụng ưu điểm của các bit mào đầu SDH cho báo
hiệu.

Tuy nhiên, 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 các dịch vụ trong thực tế có xu hướng phân tách mạng thành các kiểu hình
khác nhau: một 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

16

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

truyền tải lõi có thể liên kết các bộ tách/ghép và kết nối chéo quang. Như vậy, khi
các dịch vụ đầu cuối – đầu cuối (End-to-End) cung cấp trên các mạng không đồng
nhất, thì việc kiểm soát được mỗi mặt phẳng điều khiển riêng lẻ rất khó khăn và
phức tạp.
Với sự phát triển nhanh chóng của các mạng WDM vào cuối những năm
1990, các nhà sản xuất thiết bị và các nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu tìm kiếm một
mặt phẳng điều khiển thông minh hơn, có thể đáp ứng yêu cầu về điều khiển mạng
một cách đơn giản, chi phí vận hành thấp, và có khả năng mở rộng để cung cấp các
dịch vụ mới. Người ta nhận thấy rằng các hoạt động chuyển mạch cơ bản trong
mạng WDM rất giống về mặt logic với hoạt động chuyển mạch trong thiết bị
MPLS. Cụ thể, trong WDM bộ 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, khái niệm chuyển mạch

lamda đa giao thức (MPS) được hình thành.
Thời kỳ đầu, các giao thức MPS gần tương đồng với các giao thức báo hiệu
và định tuyến MPLS. Chúng làm việc trên giả thuyết cơ bản là: LFIB được nhúng
vào một thiết bị chuyển mạch vật lý (như là một tập các bản sao trong một MEMS –
hệ thống vi cơ điện tử), nhưng các thao tác kết nối chéo trong switch lại giống như
trong một LFIB. Các giao thức MPS cũng cần phải thiết lập các ánh xạ {incoming
lambda, incoming interface} to {outgoing lambda, outgoing interface} như trong
MPLS [4].
Trước khi các công nghệ chuyển mạch quang được đưa ra như là một sự lựa
chọn cho mặt phẳng điều khiển. Một câu hỏi được đặt ra là “Chuyển mạch sợi và
cổng quang là gì? Chúng có thể sử dụng các kỹ thuật giống như MPS không? Nếu
có thì việc áp dụng cho mạng TDM như thế nào khi chúng không phải là thiết bị
chuyển mạch khe thời gian?”
May mắn thay, các kỹ thuật và thủ tục của MPLS đưa ra một kỹ thuật đã
được kiểm chứng với các khái niệm chuyển mạch tương đồng, làm việc trên các

17

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

mạng không đồng nhất và giải quyết được các vấn đề kỹ thuật lưu lượng cho tất cả
các loại mạng truyền tải. Vì vậy, MPS đã được mở rộng ra để trở thành kỹ thuật
chuyển mạch chung cho cả các công nghệ chuyển mạch sợi quang, TDM, chuyển
mạch lớp 2, và chuyển mạch gói/khung/tế bào. Sự nâng cấp các kỹ thuật chuyển
mạch dựa trên kỹ thuật MPS được tổng quát hoá và hình thành nên chuyển mạch

MPLS tổng quát – GMLPS.
Tuy nhiên, GMPLS không thể ứng dụng toàn bộ kỹ thuật MPLS, ví dụ như
một số kỹ thuật MPLS được tập trung để thiết lập các LPS phù hợp với các bảng
định tuyến IP (được thực hiện bằng giao thức báo hiệu LDP) thì không được sử
dụng cho các mạng truyền tải phi gói. Các mạng truyền tải này quan tâm nhiều hơn
đến việc cung cấp các liên kết hoặc kênh end-to-end. Các giao thức MPLS trên
GMPLS được thiết kế và triển khai để sử dụng kỹ thuật lưu lượng cho các mạng
MPLS. Kỹ thuật lưu lượng là quá trình đặt lưu lượng trên các đường đã được tính
toán và lựa chọn sẵn trong mạng nhằm mục đích đạt được hiệu quả tối đa từ các
nguồn tài nguyên mạng sẵn có. Trong thực tế, việc này nghĩa là định tuyến lưu
lượng khỏi các điểm tắc nghẽn, lựa chọn các liên kết mà cung cấp được dịch vụ với
chất lượng mong muốn hoặc thõa mãn các điều kiện của ứng dụng, hoặc định
hướng dữ liệu nên nó sử dụng ít liên kết. Tuy nhiên, tất cả các việc này đều là các
khái nhiệm thống kê và chuyển mạch gói, liệu chúng có thể áp dụng được cho các
mạng truyền tải, hoặc phải giới hạn GMPLS cho các các hoạt động điều khiển đơn
giản? Các yêu cầu đối với một hệ thống giám sát nhanh có thể giảm tải một số gánh
nặng cho chức năng vận hành, hoặc chúng ta có thể nâng cấp khả năng của các giao
thức kỹ thuật lưu lượng MPLS hoặc đặt tính năng thông minh vào trong mạng
không?
Điều này chỉ ra rằng kỹ thuật lưu lượng phải được đặt trong một mạng truyền
tải. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, mặc dù báo hiệu và khám phá mạng
lưới là các công cụ có giá trị của mặt phẳng điều khiển nhưng không có cách nào để
mạng lưới quyết định về vị trí của các dịch vụ, đó không phải là vấn đề của phần
mềm thông minh như thế nào. Các nghiên cứu khác đề xuất giới hạn phạm vi của

18

Nguyễn Thanh Tùng

Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

GMPLS cho người hỗ trợ vận hành - một quá trình cho phép người quản lý mạng
giám sát các dịch vụ một cách nhanh chóng, theo dõi trạng thái của chúng, và bóc
tách chúng một cách nhịp nhàng. Những công dụng của GMPLS này thực sự hữu
dụng để an toàn cho OPEX và tận dụng tốt hơn với các thiết bị hiện tại, nhưng đối
với các nhà cung cấp dịch vụ khác lại mong muốn tổng hợp các khả năng này thành
một mặt phẳng điều khiển GMPLS với đầy đủ chức năng: khám phá tài nguyên
mạng, công bố độ khả dụng và sử dụng của các tài nguyên, tính toán đường đi cho
các dịch vụ phức tạp như bảo vệ đường, thiết lập các vết (trail) để hỗ trợ dịch vụ.
Tóm lại, hầu hết các kỹ thuật trong kỹ thuật lưu lượng MPLS có thể sử dụng
cho vấn đề tổng quát hóa việc điều khiển một mạng truyền tải đơn nhất. Vậy câu hỏi
được đưa ra là tại sao không sử dụng luôn mặt phẳng điều khiển MPLS và làm cho
nó hoạt động trên các mạng truyền tải, và cuối cùng, nếu nó có thể xử lý được các
chuyển mạch ATM vậy tại sao lại nói nó không hoạt động, có phải vì đó là các kết
nối chéo số?
Để giải quyết các câu hỏi nêu trên, chúng ta cùng tiếp tục tìm hiểu, nghiên
cứu sâu hơn về những hạn chế của MPLS, các yêu cầu để phát triển các khái niệm,
giao thức từ MPLS trở thành GMPLS.
1.3.2. Các yêu cầu cơ bản đối với GMPLS
1.3.2.1. Nhãn
Trong MPLS, nhãn là một trường tùy ý của một gói dữ liệu và được sử dụng
như một chỉ số bên trong LFIB. Các nhãn và các tài nguyên MPLS không được gắn
kết chặt chẽ với nhau. Việc quản lý tài nguyên trong MPLS là thường không phải là
thống kê hoàn toàn, như thế băng thông có sẵn trên một giao diện chỉ được phân
chia một cách logic giữa các LSP sử dụng giao diện này. Trong trường hợp này
nhãn sẽ chỉ cho biết số lượng các tài nguyên được thống kê, nhưng không xác định
bất kỳ tài nguyên vật lý cụ thể nào.

Tại nơi các tài nguyên thực tế được sử dụng, nhãn trên một gói dữ liệu có thể
vẫn không xác định cụ thể các tài nguyên vật lý cụ thể nào. Ví dụ, các tài nguyên
mạng trong MPLS có thể là một tập hợp các bộ đệm được sử dụng để nhận dữ liệu

19

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

cho một LSP cụ thể và để chuyển tiếp nó thông qua switch. Nhưng tài nguyên có
thể được tạo nên từ một nhóm các bộ đệm mà được chia sẻ giữa nhiều LSP - đó là,
không có bộ đệm nào dành riêng cho một LSP nào, nhưng tổng số của bộ đệm phân
bổ cho các LSPs xác định kích thước của nhóm. Mặt khác, một LSP có thể có các
tài nguyên cụ thể (các bộ đệm hoặc các hàng đợi) dành riêng cho nó, và trong
trường hợp này nhãn sẽ gắn kết chặt chẽ với các nguồn lực, bởi vì nó xác định chính
xác tài nguyên nào có thể được sử dụng cho các LSP. Nếu một LSR quyết định chia
sẻ tài nguyên giữa hai LSP, nó có thể thiết lập hai nhãn riêng biệt và ánh xạ chúng
vào cùng một tập tài nguyên.
Trong các mạng truyền tải thì các tài nguyên vật lý chính là các đối tượng có
thể chuyển mạch. Đó là, trong một mạng WDM sẽ chuyển mạch các bước sóng,
trong một mạng TDM sẽ chuyển mạch các khe thời gian... Vì vậy, mỗi một nhãn mà
nó xác định một dòng dữ liệu có thể chuyển mạch trong GMPLS thì nó cũng chính
là một tài nguyên vật lý. Vì vậy, trong mạng chuyển mạch lambda một nhãn sẽ xác
định một bước sóng cụ thể, trong mạng TDM nhãn sẽ xác định một khe thời gian cụ
thể, và trong mạng chuyển mạch sợi quang thì nhãn sẽ xác định một sợi quang hoặc
một cổng cụ thể. Điều này dẫn đến một thách thức là không tìm thấy nhãn trong

môi trường chuyển mạch gói. Có nghĩa là các nhãn đến từ nhóm rời rạc (ví dụ, nhãn
xác định các tần số của các bước sóng) dễ dàng xác định hơn là bất kỳ một chỉnh
thể nào. Tương tự, tập hợp các nhãn hợp lệ sẽ nhỏ hơn nhiều trong một switch
truyền tải. Hơn nữa, việc phiên dịch một nhãn phải được tìm hiểu một cách cẩn thận
- không phải là một trường tùy ý nữa, nó xác định một tài nguyên cụ thể, và cả hai
đầu cuối của một liên kết đều phải biết tài nguyên nào được sử dụng [2].
Trong GMPLS ý nghĩa của một nhãn là sự phân biệt giữa hai LSR lân cận,
nhưng chúng phải cùng hiểu ý nghĩa của nhãn. Các nhãn TDM được mã hoá một
mã đặc biệt để các khe thời gian tham chiếu có thể được xác định, nhưng đối với
chuyển mạch lambda và chuyển mạch sợi quang thì ý nghĩa của nhãn lại không phải
là vấn đề đối với việc cấu hình hoặc thoả thuận thông qua giao thức quản lý liên kết.

20

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

1.3.2.2. Các loại chuyển mạch
Loại chuyển mạch của một nút mạng sẽ xác định các đơn vị dữ liệu mà thiết
bị có thể quản lý và chuyển mạch - đó là cấp độ mà nút mạng có thể tách tín hiệu dữ
liệu từ một giao diện đến, chuyển mạch nó, và gửi nó đi đến giao diện khác. Ví dụ,
đối với các router MPLS là khả năng chuyển mạch gói (PSC) - chúng có thể nhận
dữ liệu trên một giao diện (có thể là một cổng Ethernet, một cổng SONET…), xác
định các gói trong luồng dữ liệu, và chuyển mạch riêng đối với từng gói . Đối với
một thiết bị kết nối chéo quang là khả năng chuyển mạch bước sóng (LSC) nó có
thể tách các bước sóng riêng lẻ từ một sợi quang trước khi chuyển mạch mỗi bước

sóng đó theo một hướng khác nhau. Một bộ chuyển mạch ghép kênh phân chia theo
thời gian (TDM) có thể nhận ra các khe thời gian trong mỗi một bước sóng [2].
Lưu ý rằng mức độ tín hiệu dữ liệu mà một chuyển mạch có thể xác định là
không giống như băng thông mà switch có thể xử lý. Một chuyển mạch lambda có
thể thực hiện xử lý các tín hiệu 2,5, 5, hoặc 10 Gbps, và nếu nó là một bộ kết nối
chéo quang thì chắc chắn nó phải có các băng thông khác nhau. Một chuyển mạch
TDM mà có thể xử lý các tín hiệu VC-192 thì có thể được xử lý các đơn vị băng
thông lớn hơn so với một số thiết bị chuyển mạch bước sóng, mặc dù nó chuyển
mạch ở một cấp độ tín hiệu dữ liệu nhỏ hơn. Trong thực tế, chúng ta cần mô tả các
khả năng chuyển mạch của các giao diện hơn là các thiết bị chuyển mạch, bởi vì
một thiết bị mạng đơn lẻ có thể hỗ trợ nhiều giao diện với khả năng chuyển mạch
khác nhau, và bởi vì một số thiết bị có thể có khả năng phân biệt các tín hiệu ở các
cấp độ khác nhau (ví dụ: lambda và TDM) trên cùng một giao diện.
GMPLS ghi nhận một danh sách các loại chuyển mạch có thể được dán nhãn
(xem bảng 1.1). Có một sự logic rõ ràng cho vấn đề này bởi vì tất cả những gì mà
có thể được chuyển mạch thì phải được dán nhãn.
Bảng 1.1: Các loại chuyển mạch GMPLS:
Chuyển mạch gói

Chuyển mạch dựa trên các mào đầu chèn MPLS

Chuyển mạch lớp 2

Chuyển mạch dựa trên các mào đầu lớp 2 như:ATM
VPI/VCI

21

Nguyễn Thanh Tùng

Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

Chuyển mạch khe thời
gian

Chuyển mạch trên các bộ ghép kênh phân chia theo
thời gian

Chuyển mạch Lamda

Chuyển mạch dựa trên tần số các bước sóng

Chuyển mạch waveband

Chuyển mạch dựa trên một tập các bước sóng

Chuyển mạch sợi hoặc
cổng quang

Chuyển mạch dựa trên các sợi hoặc cổng quang

1.3.2.3. Đường chuyển mạch LSP
Trong bất kỳ mạng truyền tải nào, không phân biệt loại chuyển mạch, chúng
ta quan tâm đến việc thiết lập các kết nối mang dữ liệu giữa hai đầu cuối cụ thể. Kết
nối này đôi khi được gọi là một mạch hoặc một trail, và các điểm không nhất thiết
phải là những điểm gửi dịch vụ, nhưng cũng có thể là các điểm chuyển mạch trung
gian được kết nối với nhau nhằm mục đích tạo sự mềm dẻo trong việc cung cấp

dịch vụ.
Tại mỗi điểm chuyển mạch dọc theo kết nối hoặc trail, các tài nguyên được
kết nối chéo. Nghĩa là, các điểm chuyển mạch được lập trình để chuyển từ một tài
nguyên đến và gửi nó đến một tài nguyên ra (nhớ rằng một tài nguyên có thể là một
khe thời gian, bước sóng… trên một giao diện cụ thể). Bởi vì các tài nguyên này có
liên quan trực tiếp với các nhãn, chúng ta có thể định nghĩa một LSP là một chuỗi
các tài nguyên được kết nối chéo có khả năng vận chuyển lưu lượng.
Đường chuyển mạch nhãn rất có ý nghĩa đối với việc áp dụng nó trong mặt
phẳng điều khiển và quản lý (được sử dụng để quản lý LSP trong mặt phẳng dữ
liệu) để mô tả trạng thái (như là các khối điều khiển, bộ nhớ…). Vì thế, nếu mặt
phẳng dữ liệu được lập trình thủ công thì sẽ có một bản ghi của LSP trong mặt
phẳng quản lý, ngược lại nếu LSP được thiết lập thông qua việc trao đổi các bản tin
báo hiệu trong mặt phẳng điều khiển thì sẽ có trạng thái của LSP trong mặt phẳng
điều khiển.
1.3.2.4. Băng thông
Trong MPLS, băng thông - đặc biệt băng thông được yêu cầu cho một LSP.
Băng thông có sẵn trên một liên kết có thể được phân chia theo bất kỳ cách nào giữa
22

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

các LSP được sử dụng trên liên kết. Trong mạng truyền tải GMPLS, vì LSP liên
quan trực tiếp đến những tài nguyên vật lý và có thể chuyển mạch, băng thông chỉ
có thể được phân chia theo khả năng của thiết bị chuyển mạch. Ví dụ, nếu một dịch
vụ trên mạng chuyển mạch bước sóng yêu cầu băng thông 10 Kbps, thì 2,5, 10,

hoặc 40 Gbps (tùy thuộc vào dung lượng kênh lambda) sẽ được phân bổ trên mọi
liên kết của đường dẫn dịch vụ. Điều này có nghĩa rằng chỉ có một phần nhỏ của
băng thông được phân bổ sẽ được sử dụng thực sự.
1.3.2.5. Sự phân tách giữa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu
Trong môi trường chuyển mạch gói, các bản tin điều khiển có thể được gửi
thông qua các liên kết tương tự như các liên kết của các gói dữ liệu. Vì vậy, các
kênh điều khiển và các kênh dữ liệu có thể được xem xét như nhau. Điều này lại
không đúng đối với các mạng truyền tải. Một trong những lý do tại sao các nút
mạng truyền tải có thể chuyển tiếp khối lượng lớn dữ liệu với tốc độ lớn như vậy là
vì các nút chuyển mạch toàn bộ khe thời gian, bước sóng, dải bước sóng, hoặc toàn
bộ sợi quang mà không ghi nhận các gói tin riêng lẻ. Tính năng này có nghĩa là các
bản tin đều không thể được gửi đi thông qua các kênh tương tự như các kênh lưu
lượng dữ liệu.
Trong một số trường hợp một kênh dữ liệu trên mọi liên kết được dành riêng
cho việc điều khiển lưu lượng - ví dụ, một bước sóng trên một liên kết WDM, hoặc
một khe thời gian trên một liên kết TDM. Trong các trường hợp khác, điều khiển
lưu lượng sử dụng các liên kết riêng hoặc thậm chí các mạng riêng biệt. Các bản tin
điều khiển sẽ đi qua một số bộ điều khiển trước khi nó đi đến đích - bộ điều khiển
mà điều khiển chuyển mạch dữ liệu tiếp theo trên LSP. Ngoài ra còn có các cấu
hình mà ở đó một mạng quảng bá riêng lẻ sẽ liên kết tất cả các bộ điều khiển, thế
nên mỗi thành phần của chúng chỉ là một hop tách biệt với các hop khác.
Việc phân tách các kênh điều khiển và các kênh dữ liệu trở nên rất khó khăn
và phức tạp đối với các giao thức GMPLS. Ví dụ, mặc dù việc nhận biết các liên kết
dữ liệu không còn tiềm ẩn trong các bản tin báo hiệu, nhưng phải được thực hiện
một cách rõ ràng. Tương tự, việc bổ sung các kỹ thuật điều khiển là cần thiết để xác

23

Nguyễn Thanh Tùng

Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

nhận các kết nối và duy trì các liên kết mặt phẳng dữ liệu, bởi vì việc phân phối bản
tin báo hiệu không còn được sử dụng nữa. Hơn nữa, cần bổ sung các cơ chế cho các
giao thức báo hiệu để cho phép quản lý các lỗi của mặt phẳng dữ liệu. Ví dụ, nếu
một số bộ điều khiển được thông báo có một lỗi trong thành phần phần cứng của
mặt phẳng dữ liệu, nó sẽ gửi một thông báo thích hợp đến một nút có trách nhiệm
khôi phục dịch vụ. Nó cũng có thể thiết lập và chấm dứt các dịch vụ trong một thủ
tục giải quyết cảnh báo, do đó không có cảnh báo sai xuất hiện.
Hệ quả của việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu là các
lỗi trên một hoặc một số các bộ điều khiển hoặc các kết nối điều khiển là không có,
nghĩa là chỉ có lỗi gửi đi trong lưu lượng dữ liệu. Do đó, cần có các tính năng mới
trong cơ chế báo hiệu để mặt phẳng điều khiển có thể khôi phục các lỗi và điều
khiển giả định cho các dịch vụ dữ liệu.
1.3.2.6. Tunnel và các phân cấp GMPLS
Tunnel LSP sử dụng các LSP phân cấp là một khái niệm MPLS hỗ trợ bởi
xếp chồng nhãn. Nhưng các ngăn xếp nhãn chỉ hiệu quả khi mà các mào đầu chèn
được sử dụng để mã hóa các nhãn. Nghĩa là, chúng chỉ có thể được sử dụng trong
các mạng gói, di động, hoặc các mạng khung. Trong môi trường không gói, nơi mà
khái niệm nhãn là không rõ ràng và liên quan trực tiếp với một tài nguyên vật lý thì
nó không thể tạo ra một ngăn xếp. Xem xét một ví dụ, một mạng lambda: Mặc dù
về lý thuyết có thể đóng gói tín hiệu từ một LSP lambda vào trong một LSP lambda
khác, việc đóng gói này chỉ có thể được thực hiện trên cơ sở một-một, và nó có thể
xác định chính xác lambda sử dụng cho LSP được đóng gói khi nó xuất hiện tại
phía đầu xa của tunnel. Nghĩa là không có cơ chế để mã hóa thông tin với các dữ
liệu [5].

Hình 1.4: Phân cấp các loại chuyển mạch
24

Nguyễn Thanh Tùng


Luận văn cao học

Kỹ thuật định tuyến trong mạng GMPLS

Tuy nhiên, khái niệm về các LSP phân cấp không khác biệt trong GMPLS.
Bởi vì chúng ta biết việc phân chia thành các loại chuyển mạch khác nhau (chuyển
mạch gói, TDM, lambda…), chúng ta có thể thấy rằng có một sự phân cấp tự nhiên
cho các chuyển mạch dựa trên tính chất kết thành. Các LSP có thể được lồng nhau
theo sự phân cấp này giống như các tài nguyên vật lý được lồng nhau. Vì vậy, như
trong hình 1.4, các lambda có thể được lồng vào nhau trong sợi quang, các khe thời
gian lồng vào trong vòng một lambda, và các gói tin lồng vào trong một khe thời
gian. Hình thức phân cấp LSP này cho phép tập hợp các tunnel nên làm tăng lên khả
năng điều khiển lưu lượng, và tăng hơn nữa hiệu quả sử dụng băng thông trong các
mạng truyền tải lõi, cũng như tạo nên khả năng thống nhất các loại chuyển mạch để
cung cấp kết nối end-to-end.
Cần phải có nhiều kỹ thuật khác nhau trong báo hiệu và định tuyến GMLS để
làm cho các LSP phân cấp trở nên thực sự hữu ích. Trong LSP phân cấp (H-LSP),
nơi mà một tunnel LSP được hiểu như cung cấp kết nối điểm-điểm trên mạng nên
các LSP có thể được định tuyến thông qua tunnel; và ngược lại kết hợp LSP sẽ đưa
đến các khái niệm về H-LSP trong mạng chuyển mạch đơn. Các kỹ thuật này sẽ
được chúng ta nghiên cứu thêm trong các phần sau.
1.4. 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. Tuy nhiên, kiến trúc GMPLS
đưa ra hai khuynh hướng trái ngược nhau đối với sự sắp xếp này: Thứ nhất, bộ điều

25

Nguyễn Thanh Tùng