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

..

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG ĐA LỚP TRONG MẠNG
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGUYỄN ĐỨC HÙNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN THỊ NGỌC LAN

HÀ NỘI - 2005


DANH MụC CáC HìNH Vẽ
Hình 1.1: Yêu cầu các thông tin cần có đối với nhÃn GMPLS

5

Hình 1.2: Thông tin nhÃn tổng quát

7

Hình 1.3: Thông tin trong tập nhÃn

7

Hình 1.4: Phân cấp LSP trong GMPLS

10

Hình 1.5: Chồng giao thức GMPLS

11

Hình 1.6: Nhóm liên kết rủi ro chung

12

Hình 1.7: Lồng xếp LSP

15

Hình 1.8: Nhận dạng liên kết không đánh số

16

Hình 1.9: Mô hình lớp mạng hiện hữu

17

Hình 1.10: Các mặt phẳng trong GMPLS

18

Hình 2.1: Chức năng bảo vệ khôi phục tại các lớp

26

Hình 2.2 : Ví dụ về cơ chế phát hiện dựa trên trường TTL trong mạng IP

32

Hình 2.3: Nhu cầu trên luồng hướng về và chế độ điều khiển trình tự

35

Hình 2.4: Cơ chế xử lý bộ đệm nút mạng TLV

37

Hình 2.5 : Cơ chế ngăn ngừa chuyển tiếp vòng sử dụng vector đường TLV

39

Hình 2.6: Trao đổi giá trị bộ đếm nút mạng giữa các ATM-LSR

40

Hình 2.7: Xử lý tr­êng TTL cđa gãi tin IP tr­íc khi ph©n đoạn gói tin

41

Hình 3.1: Kiến trúc node trong một mạng SONET/WDM Ring

42

Hình 3.2: Mạng SONET/WDM với 4 node và 2 bước sóng

43

Hình 3.3:

44

Hai mô hình khả thi đáp ứng yêu cầu lưu lượng trong hình 3.2

Hình 3.4: Mạng SONET/WDM ring trong trường hợp có/không có hub-node

45

Hình 3.5: Thiết kế mạng với lưu lượng cho phép t=2

46

Hình 3.6: Topo mạng kết nối ring và kiến trúc các nút chức năng

47

Hình 3.7: Tính năng họp nhóm của một OXC

49

Hình 3.8: Hai hình thức khác nhau của cấu trúc mạng 4 node

50

Hình 3.9: Ví dụ về bảo vệ đa lớp

52


Hình 3.10: Cấu trúc chuyển mạch có hỗ trợ hợp nhóm "multicast"

53

Hình 4.1: Phân cấp LSP trong GMPLS

54

Hình 4.2: Mô hình mạng đa lớp tham khảo

55

Hình 4.3: Kỹ thuật lưu lượng tại lớp IP-MPLS

59

Hình 4.4: TE tại lớp quang

60

Hình 4.5: Định tuyến ràng buộc

61

Hình 4.6: Topo mạng logic

63

Hình 4.7: Giám sát lưu lượng và khởi tạo quá trình MTE

68

Hình 4.8: Giai đoạn giám sát-phát hiện

69

Hình 4.9: Giai đoạn xem xét lựa chọn quyết định

70

Hình 4.10: Các giai đoạn hoạt động của MTE

71

Hình 4.11: Chiến lược MTE reactive

74

Hình 4.12: Phân tích đường chung

75

Hình 4.13: Phân bố lưu lượng sau khi cấu hình lại

77

Hình 4.14: Đưa ra mức quán tính hợp lý

79

Hình 4.15: Tắc nghẽn trung bình

81

Hình 4.16: Tắc nghẽn cực đại

82

Hình 5.1:

Kiến trúc mạng với các mặt phẳng chính

84

Hình 5.2:

Bản tin RSVP

86

Hình 5.3:

Thiết lập đường quang mới (có sử dụng bản tin RSVP )

87

Hình 5.4:

Phương pháp đường duy nhất (SPA) và đa đường (MPA)

89

Hình 5.5:

Định tuyến và khôi phục các liên kết trong GMPLS

92

Hình 5.6:

Khái niệm nhóm liên kết rủi ro chung

93

Hình 5.7:

Ví dụ về khôi phục đa lớp động

97

Hình 5.8:

Khôi phục MTE điển hình

97

Hình 5.9:

So sánh giữa khôi phục đa lớp động qua (ION) và tĩnh (qua OTN)

98

Hình 5.10: Khôi phục đa lớp rời rạc

99

Hình 5.11: Phương pháp Bottom-up

101


Hình 5.12: Mô hình mạng chồng lấp

103

Hình 5.13: Mô hình mạng ngang cấp

103

Hình 5.14: ảnh hưởng của kích thước cửa sổ quan sát

105

Hình 5.15: Tỉ lệ suy hao gói với các kích thước cửa sổ quan sát khác nhau

106

Hình 5.16: Số lượng các liên kết logic ổn định trong lớp IP

107

Hình 5.17: Tổng số các liên kết IP qua thời gian

108

Hình 5.18: Nhóm họp luồng lưu lượng và độ sử dụng các liên kết IP

109

Hình 5.19: QoS khi sử dụng c¸c kÝch th­íc cưa sỉ quan s¸t kh¸c nhau

109


Thuật ngữ viết tắt
ADm
AS
ASTN

Add Drop Multiplexing
Autonomous System

Thiết bị xen rẽ kênh
Hệ tự quản

Mạng truyền tải chuyển
mạch tự động
Kỹ thuật băng thông
Giao thức định tuyến
cổng mạng vùng giáp
ranh
Bộ định tuyến tế bào
Giao thức định tuyến
tìm đường ngắn nhất
Ghép kênh theo mật ®é
b­íc sãng
KÕt nèi chÐo sè

BE
BGP

Autonomous Switched
Transport Network
Bandwidth Engineering
Border Gatewway Protocol

CR
CSPF

Cell Router
Constrained Shortest Path First

DWDM
DXC

Density-Wave Division
Multiplexing
Digital Cross Connect

EGP

Edge Gateway Protocol

FEC

Forwarding Equivalence Class

GMPLS

Generalized Multi Protocol
Label Switching

IGP

Interior Gateway Protocol

IS-IS
LDP

Intermediate SystemIntermediate System
Label Distribution Protocol

LIB

Label Information Base

Giao thức phân phối
nhÃn
Cơ sở thông tin nhÃn

LMP

Link Management Protocol

Giao thức quản lý kênh

LSP

Label Switched Path

Tuyến chuyển mạch nhÃn

LSR

Label Switching Router

Bộ định tuyến chuyển
mạch nhÃn

Giao thức định tuyến
cổng biên
Lớp chuyển tiếp tương
đương
Chuyển mạch nhÃn đa
giao thức tổng quát

Giao thức ®Þnh tun
cỉng trong miỊn
Giao thøc ®Þnh tun
IS-IS


MPLS

Multi Protocol Label Switching

Chuyển mạch nhÃn đa
giao thức

NMS

Network Management System

Cơ chế quản lý trung
tâm

O-ADM
OSPF

Optical-Add Drop Multiplexing
Open Shortest Path First

OXC
PPP
PSC

Optical Cross Connect
Point to Point Protocol
Packet Switch Capable

RSVP

Resource Reservation Protocol

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

SNMP
SONET

Simple Network Management
Protocol
Synchronous Optical Network

Thiết bị xen rẽ quang
Giao thức định tuyến
mở đường ngắn nhất
đầu tiên
Kết nối chéo quang
Giao thức điểm-điểm
Tính năng chuyển
mạch gói
Giao thức dành trước
tài nguyên
Hệ thống phân cấp số

đồng bộ
Giao thức quản lý
mạng giản đơn
Mạng truyền dẫn quang
đồng bé

SPF

Shortest Path First

SRLG

Shared Risk Link Group

TDP
TE
TTL

Tag Distribution Protocol
Traffic Engineering
Time To Live

UNI

User Network Interface

WDM

Wave Division Multiplexing

WGXC

Wavelength-Grooming-CrossConnect - WGXC

Phương thức định tuyến
đường ngắn nhất
Nhóm liên kết rủi ro
chung
Giao thức phân phối thẻ
Kỹ thuật lưu lượng
Thời gian tồn tại (của
gói )
Giao diện mạng người
sử dụng
Ghép kênh phân chia
theo bước sóng
Kết nối chéo nhóm
bước sãng


Mục lục
Trang
Mục lục
Thuật ngữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ
Giới thiệu

1

Chương 1: Chuyển mạch nhÃn Đa giao thức Tổng quát

GMPLS (generalized MPLS )
1.1. Giới thiệu

3

1.2. Các thành phần GMPLS

3

1.2.1. Cấu tróc nh·n

3

1.2.2. Ph©n cÊp trong GMPLS

9

1.3. Chång giao thøc trong mạng GMPLS

3

10

1.3.1. Các giao thức định tuyến

11

1.3.2. Các giao thức báo hiệu

13

1.3.3. Các giao thức quản lý liên kết

13

1.4. Đặc trưng của mạng GMPLS

14

1.4.1. Giao diện điều khiển GMPLS

14

1.4.2. Khả năng mở rộng mạng

15

1.4.2.1. Xếp lồng các LSP

15

1.4.2.2. Tạo nhóm liên kết

16

1.4.2.3. Sử dụng liên kết không đánh số

16

1.4.2.4. Tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu

17

1.5. Nguyên lý hoạt động của GMPLS

17

1.5.1. Phát hiện lân cận

18

1.5.2. Tính đường

19

1.5.3. Báo hiệu dịch vụ

19

i


1.6. Tiến trình chuẩn hoá

20

1.7. Các vấn đề triển khai

21

1.8. Sự phát triển mạng của các nhà khai thác

22

Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng

25

2.1. Kỹ thuật lưu lượng và mục tiêu chất lượng của nó

25

2.2. Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại

26

2.3. Quản lý lưu lượng MPLS

27

2.4. Quản lý lưu lượng qua MPLS

28

2.4.1. Hoạt động cơ bản của các trung kế lưu lượng

29

2.4.2. Thuộc tính kỹ thuật lưu lượng cơ bản của trung kế lưu lượng

29

2.5. Các thuộc tính tài nguyên

30

2.5.1. Bộ phân bổ lớn nhất

30

2.5.2. Thuộc tính lớp tài nguyên

30

2.6. Triển khai định tuyến cưỡng bức MPLS

31

2.7. Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng

31

2.8. Chế độ khung

32

2.8.1. Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu

32

2.8.2. Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển

33

2.9. Chế độ tế bào

34

2.9.1. Phát hiện/ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển

34

2.9.2. Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu

39

Chương 3: hợp nhóm luồng lưu lượng trong mạng Quang 42
3.1. Hợp nhóm luồng lưu lượng trong mạng vòng

42

3.1.1. Kiến trúc node

42

3.1.2. Hợp nhóm một chặng (Single-Hop) trong mạng vòng

43

3.1.3. Hợp nhóm nhiều chặng trong mạng vòng SONET/WDM

44

3.1.4. Hợp nhóm động trong vòng SONET/WDM

46

3.1.5. Hợp nhóm luồng lưu lượng trong các vòng SONET/WDM liên kết

46

3. 2. Hợp nhóm lưu lượng trong mạng Mesh WDM định tuyến bước sóng
3.2.1. Cung cấp mạng: Hợp nhóm lưu lượng tĩnh và động

48
48

ii


3.2.2. Thiết kế mạng với các mặt phẳng (Plannar)

49

3.2.3. Nhóm họp lưu lượng với yêu cầu bảo vệ trong mạng Mesh WDM

51

3.2.4. Hợp nhóm Multicast trong mạng Mesh WDM

52

Chương 4: Kỹ thuật lưu lượng đa lớp

54

4.1. Mô hình mạng đa lớp

54

4.2. Kỹ thuật lưu lượng đa lớp

57

4.2.1. Giới thiệu

57

4.2.2. Kỹ thuật lưu lượng tại lớp IP-MPLS

58

4.2.3. Kỹ thuật lưu lượng tại lớp quang

59

4.2.4. Định tuyến ràng buộc

60

4.2.5. Định tuyến Hybrid

61

4.2.6. Kỹ thuật băng thông

65

4.3. Hoạt động của MTE

66

4.3.1. Giám sát-phát hiện vấn đề và khởi tạo quá trình MTE

67

4.3.2. Lựa chọn những vấn đề cần cấu hình lại

69

4.3.3. Thực hiện các quyết định cấu hình

70

4.4. Yêu cầu thực hiện một chiến lược MTE hợp lý

77

4.4.1. Cố gắng sử dụng hiệu quả dung lượng

77

4.4.2. Đưa ra mức quán tính phù hợp

78

4.4.3. Tránh hiệu ứng chồng chất bộ nhớ

79

4.4.4. Tránh tình trạng không ổn định

80

4.5. Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng đa lớp

80

CHƯƠNG 5 : Các giải pháp thực hiện MTE

83

5.1. Điều khiển MTE phân tán

83

5.1.1. Giới thiệu

83

5.1.2. Giao thức giành trước tài nguyên RSVP-TE

85

5.1.2.1. Bản tin RSVP và các đối tượng của nó

85

5.1.2.2. Thiết lập quá trình giành trước tài nguyên

87

5.1.3. Một số đề xuất cho điều khiển MTE phân tán

89

iii


5.2. Khôi phục đa lớp

91

5.2.1. Giới thiệu

91

5.2.2. Khái niệm khôi phục đa lớp

92

5.2.3. Khái niệm khôi phục đa lớp tĩnh

94

5.2.4. Khái niệm khôi phục đa lớp động

95

5.2.5. Giới thiệu một số phương pháp khôi phục đa lớp

98

5.3. ảnh hưởng kích thước cửa sổ quan sát đối với MTE

104

Kết luận

110

Tài liệu tham kh¶o

111

iv


Luận văn cao học

GMPLS

Giới thiệu
Từ những năm 1990 nhu cầu kết nối viễn thông ngày càng tăng do nhu
cầu sử dụng ngày càng nhiều các ứng dụng đòi hỏi băng tần lớn, trễ và độ biến
động trễ thấp. 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,
dịch vụ tích hợp thoại, ảnh theo thời gian thựcCơ sở hạ tầng mạng cần phải
nâng cấp nhiều hơn nữa để ®đ søc xư lý ®­ỵc l­ỵng l­u l­ỵng IP khỉng lồ mà
một phần trong đó là lưu lượng thời gian thực yêu cầu QoS đảm bảo. Một thử
thách đang đặt ra là mạng cần phải có được tính linh động cao để đáp ứng kịp
thời với những sự thay đổi về lưu lượng diễn ra một cách thường xuyên
Ngày nay công nghệ cáp sợi quang đà 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 đà và đang
được các nhà khai thác ứng dụng phát triển rộng rÃi vì đà 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 (TE-Traffic Engineering) 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 đa lớp MTE - Multilayer
Traffic Engineering trong mạng GMPLS dựa trên kiến trúc mạng quang đa lớp
nhằm đưa ra một số giải pháp trong việc khắc phục xử lý sự cố xảy ra tại lớp

Trang 1

Luận văn cao học

GMPLS

IP/MPLS và lớp quang cũng như cấu hình lại mạng logic để thoả mÃn những
biến động về lưu lượng.
Luận văn tốt nghiệp của tôi gồm các nội dung sau:
Giới thiệu
Chương 1: Chuyển mạch nhÃn đa giao thức tổng quát GMPLS
Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng
Chương 3: Hợp nhóm luồng lưu lượng trong mạng quang
Chương 4: Kỹ thuật lưu lượng đa lớp
Chương 5 : Các giải pháp thực hiện MTE
Kết luận
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Trần Thị Ngọc Lan đà tận tình giúp đỡ,
hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Trang 2


Luận văn cao học

GMPLS

Chương 1: Chuyển mạch nhÃn Đa giao thức
Tổng quát GMPLS (generalized MPLS)
1.1. Giới thiệu
Sự phát triển đa dạng của các ứng dụng dựa trên công nghệ gói, điển hình

là giao thức IP đà kéo thoe sự bùng nổ lưu lượng có nguồn gốc phi thoại trong
những năm qua và làm thay đổi bản chất lưu lượng truyền tải trên mạng.Mô
hình kiến trúc mạng nhiều lớp trước đây đang dần được thay thế bởi Internet
thế hệ kế tiếp theo kiÕn tróc hai líp IP over WDM. Mét trong những chức
năng quan trọng nhất của mạng Internet tế hệ tiếp theo là cần có cơ chế kỹ
thuật lưu lượng hiệu quả nhằm quản lý được lượng lưu lượng gia tăng khổng
lồ và đáp ứng được các dịch vụ yêu cầu chất lượng từ người sử dụng. Gần đây
sự ra đời của mô hình GMPLS đà đáp ứng được những đòi hỏi trên.
GMPLS mở rộng các đặc trưng đà biết từ mạng MPLS, cung cấp mặt
phẳng điều khiển (báo hiệu và định tuyến) cho các thiết bị chuyển mạch trong
các miền: gói, thời gan, bước sóng và sợi quang. Mặt phẳng điều khiển chung
này đơn giản hoá các hoạt động quản lý và vận hành mạng nhờ tự động cung
cấp các kết nối end - to - end, quản lý tài nguyên mạng và đưa ra nhiều mức
chất lượng dịch vụ cho các ứng dụng mới, tinh vi.
1.2 Các thành phần GMPLS
1.2.1. Cấu trúc nhÃn
a) Cấu trúc nhÃn tổng quát :
Khi mà MPLS đà được mở rộng tại các vùng quang và TDM, chắc chắn
rầng sẽ phải cần thêm một số cấu trúc nhÃn mới. Mẫu nhÃn tổng quát không
chỉ cho phép nhÃn MPLS nằm trong dải thông gói có liên quan mà còn cho
phép mở rộng đối với cả các nhÃn nhận dạng các khe thời gian, bước sóng, các
sợi quang. Những cấu trúc nhÃn mới được đề cập tới như là loại "nhÃn tổng
quát", có thể bao hàm một nhÃn những đặc trưng cơ bản như sau :
Trang 3


Luận văn cao học

GMPLS

ã NhÃn MPLS cơ bản, nhÃn chuyển tiếp khung, nhÃn ATM.
ã Một tập các timeslot nằm trong một khung SONET/SDH.
ã Một bước sóng đơn sắc thuộc một dải sóng nào đó hay của sợi quang nào đó.
ã Một sợi quang riêng lẻ trong một bó sợi quang.
Vì node sử dụng GMPLS nhận biết được kiểu liên kết đang sử dụng nên
nhÃn tổng quát có trường nhận dạng loại nhÃn. Và hơn nữa nó cũng không bị
phân cấp. Khi cần yêu cầu về các cấp độ của nhÃn, mỗi LSP đều được thiết lập
một cách hoàn toàn tách biệt. Phần thông tin mang trong nhÃn được thể hiện
rõ trong hình 1.2. Quá trình biên dịch các thông tin nằm trong nhÃn còn phụ
thuộc vào kiểu liên kết mà nhÃn đó đang sử dụng.
0
01234

1

2

3

56789012345678901234

5678901

Label

b) Yêu cầu cho nhÃn tổng quát :
Có một số yêu cầu được đưa ra đối với nhÃn GMPLS nhằm mục đích hỗ
trợ cho việc giao tiÕp víi c¸c giao diƯn kh¸c nhau cịng nh­ trong việc thiết
lập một LSP. Hình 1.1 chỉ rõ những yêu cầu cần phải có trong nhÃn tổng quát.
Những trường dưới đây đà được định nghĩa như sau :

0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

LSP enc.type

Switching type

G-PID

Hình 1.1: Yêu cầu các thông tin cần có đối víi nh·n GMPLS
Trang 4


Luận văn cao học

GMPLS

ã Trường mà hóa LSP : Trường 8 bit này chỉ ra cách thức mà hoá dữ liệu
khi dữ liệu truyền trên LSP. Các giá trị được định nghĩa như sau:
Giá trị

Kiểu

1

Packet

2

Ethernet V2/DIX

3

ANSI PDH

4

ETSI PDH

5

SDH ITU-T G.707

6

SONET ANSI T1.105

7

Digital Wrapper

8

Lamda (photonic)

9

Fiber

10

Ethernet 802.3

11

Fiber channel

ã Trường chuyển mạch : Một trường 8-bit được sử dụng để thông báo rằng
kiểu chuyển mạch như thế này chỉ nên thực hiện trên một liên kết riêng
lẻ mà thôi.
ã Nhận dạng tải tin chung (G-PID): Một trường 16 bit được sử dụng để
nhận dạng tải tin được mang bởi một LSP. Nó được sử dụng tại các
điểm đầu cuối của LSP. Dưới đây là một số giá trị đà được xác định :

Trang 5


Luận văn cao học

GMPLS

Giá trị

Kiểu

Kĩ thuật

0

Không được biết đến

Tất cả các loại

14

ánh xạ đồng bộ byte của E1

SONET/SDH

17

ánh xạ đồng bộ bit của DS1/T1

SONET/SDH

28

PoS-Không đổi tần, 16 bit CRC

SONET/SDH

32

ánh xạ ATM

SONET, SDH

33

Ethernet

B­íc sãng, sỵi quang

34

SDH

B­íc sãng, sỵi quang

35

SONET

B­íc sãng, sỵi quang

36

Digital wrapper

Bước sóng, sợi quang

37

Lamda

Sợi quang

c) NhÃn hỗ trợ :
GMPLS đưa ra kiểu nhÃn hỗ trợ. Loại nhÃn này có chức năng cung cấp
một node dữ liệu đầu vào tương ứng với node dữ liệu đầu ra tương ứng. Điều
này cho phép node dữ liệu hướng ra khởi tạo quá trình cấu hình phần cứng của
nó theo chỉ dẫn có trong nh·n tr­íc khi nh·n giao tiÕp víi node d÷ liệu hướng
vào. Đây rõ ràng là một lựa chọn hợp lý, nếu như thời gian cấu hình xảy ra
ngắn, không gây ra trễ. NhÃn hỗ trợ có thể được điền đầy tại node dữ liệu
hướng vào. Khuôn dạng của nhÃn hỗ trợ tương tự như khuôn dạng của nhÃn
tổng quát.

Trang 6


Luận văn cao học

0
0

GMPLS

1
2
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 89 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
NhÃn

Hình 1.2: Thông tin nhÃn tổng quát
0
1
2

3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

Action

Reserved

Type

Sub-channel 1
:
:
Sub-channel N
Hình 1.3: Thông tin trong tập nhÃn
d) Tập nhÃn:
Tập nhÃn được đưa vào sử dụng nhằm mục đích giới hạn sự lựa chọn của
node dữ liệu đầu vào đối với một tập nhÃn cho phép. Sự giới hạn này áp dụng
trên mỗi chặng. Phía đầu thu luôn có một tiêu chuẩn hết sức nghiêm ngặt
trong việc lựa chọn nào sao cho phï hỵp nhÊt. Mét tËp nh·n cã thĨ đi qua
nhiều chặng, và mỗi node sẽ phát đi một tập nhÃn của riêng nó dựa trên tập
nhÃn đàu vào và những tính năng tương thích về phần cứng. Tập nhÃn rất
thích hợp trong các lớp quang. Có 4 trường hợp được giới thiệu như sau :
Trường hợp 1: Thiết bị đầu cuối chỉ phù hợp trong việc thu phát trên một
tập nhỏ các bước sóng xác định.
Trường hợp 2: Có một loạt các giao diện không thể hỗ trợ biến đổi bước
sóng, cần phải có bước sóng giống nhau sử dụng trên các chặng hay thậm chí
trên toàn tuyến.
Trường hợp 3: Giới hạn số lượng các bộ biến đổi bước sóng trên toàn tuyến.

Trang 7

Luận văn cao học

GMPLS

Trường hợp 4: Hai điểm đầu cuối của một liên kết hỗ trọ các tập bước
sóng khác nhau.
Phần thông tin dữ liệu nằm trong nhÃn được thể hiện rõ trong hình 1.3.
Một nhÃn bao hàm một số các thành phần của tập nhÃn. Mỗi một thành phần
được gäi lµ mét subchannel vµ cã cÊu tróc gièng nh­ nhÃn tổng quát. Những
trường dưới đây được thêm vào trong sub-channel:
Action: 8 bit của trường này cho biết cách mà tập nhÃn được gán các giá
trị như sau :
Inclusive list ( Giá trị đặt bằng 0 ): Chỉ ra rằng một tập nhÃn chứa đựng
các thành phần sub-channel nên được đặt vào trong nhÃn.
Exclusive list ( Giá trị đặt bằng 1): Chỉ ra rằng một tập nhÃn chứa đựng
các thành phần sub-channel nên được loại ra khỏi nhÃn.
Inclusive range ( Giá trị đặt bằng 2): Cho biết một tập nhÃn đang chứa
đựng một dải các nhÃn. Đối tượng/TLV chứa đựng hai thành phần
subchannel sau: Thành phần đầu tiên chỉ ra phần đầu của dải, thành phần thứ
hai chỉ ra phần kết thúc của dải. Giá trị bằng 0 cho biết dải không được phân
chia.
Exclusive range ( Giá trị đặt bằng 3 ): Chỉ ra rằng tập nhÃn chứa đựng
một dải các nhÃn nên được loại ra khỏi nhÃn. Như ở trên đối tượng/TLV
chứa đựng hai thành phần sub-channel sau: Thành phần đầu tiên cho biết vị
trí khởi đầu của dải, thành phần thứ hai cho biết vị trí cuối cùng của dải. Giá
trị bầng 0 cho biết dải không bị phân chia.
Label type: Một trường 14 bit được sử dụng để cho biết dạng và cấu trúc
của gói đang được mang bởi đối tượng/TLV.

1.2.2 Phân cấp LSP trong GMPLS
Để mở rộng các đặc tính kĩ thuật của MPLS, phiên bản có tính tổng quát
của nó có tên gọi GMPLS đem đến các giải pháp mới thuận tiện hơn, ưu việt
hơn đối với mạng thế hệ sau. Thực tế mặt phẳng ®iỊu khiĨn cđa GMPLS cã thĨ
Trang 8


Luận văn cao học

GMPLS

quản lý được các phần tử mạng hỗn tạp (các router IP/MPLS, các phần tử
SDH/SONET, các bộ chuyển mạch ATM) nhờ sử dụng các giao thức IP
truyền thống đà được mở rộng một cách hợp lý. Điều này giúp cho một mặt
phẳng điều khiển độc lập có thể dễ dàng quản lý các lớp mạng bên trong. Từ
những khái niệm đà biết của MPLS người ta còn đưa ra khái niệm kỹ thuật
chuyển mạch không gói bằng phương thức phân cấp chuyển tiếp LSP. Phân
cấp chuyển tiếp GMPLS dựa trên khả năng kết hợp các giao diện của các
router chuyển mạch nhÃn lại với nhau. Quan sát trên hình vẽ để thấy rõ điều
này. Tại đỉnh của phân cấp (LSP ngoài cùng) là các node có giao diện chuyển
mạch sợi quang (kết nối chéo sợi quang). Tại lớp thứ hai, các LSP, với các
tính năng chuyển mạch b­íc sãng (kÕt nèi chÐo quang). Líp thø ba, TDM
LSP, chính là các node chuyển mạch TDM (kết nối chéo SDH). Tại lớp thứ tư,
lớp LSP thứ hai, là các node với tính năng chuyển mạch lớp hai (các router
hoặc các chuyển mạch ATM thời gian thực). Tại lớp cuối cùng (LSP dạng
gói), sẽ là các node với tính năng chuyển mạch gói (các router IP). Như trong
hình 1.4, mỗi lớp được bao bởi một đám mây mạng. Đám mây ngoài cùng là
vùng LSP gói.Vùng LSP lớp 2 được xếp lồng vào trong vùng gói và mây trong
cùng là LSP sợi quang. Rõ ràng rằng, các LSP đà đều thuộc cùng một đám
mây mạng chung. Mặt khác một LSP có tính năng chuyển mạch gói có thể

được lồng xếp xen kẽ vào trong các LSP thứ bậc cao hơn.

Trang 9


Luận văn cao học

GMPLS

Hình 1.4: Phân cấp LSP trong GMPLS
Nhìn hình 1.4 có thể thấy rõ hơn sự phân cấp giao diện của LSP với các
thuộc tính chuyển mạch gói PSC, chun m¹ch líp 2, TDM, chun m¹ch
b­íc sãng lamda, chuyển mạch sợi quang
1.3 Chồng giao thức trong mạng GMPLS
GMPLS dựa trên những mở rộng về kỹ thuật lưu lượng cđa GMPLS. Sù
bỉ sung lín nhÊt trong chång giao thøc GMPLS và một giao thức báo hiệu
mới - giao thức quản lý liên kết (LMP - Link Management Protocol). Giao
thức LMP được sử dụng để thiết lập, giải phóng và quản lý kết nối giữa các
node lân cận trong miền GMPLS.

Trang 10


Luận văn cao học

GMPLS

CR-LDP-TE

RSVP-TE

BGP

LMP

OSPF-TE
UDP

TCP

IP

Lp thớch ng /PPP
SONET

Chuyn mch
bc súng

MAC

ATM

Frame
Relay

FIBER

Hình 1.5: Chång giao thøc GMPLS
Chó thÝch:
- LMP (Link Management Protocol): Giao thức quản lý liên kết

- OSPF - TE (Open Shortest Path First - TE): giao thức tìm đường ngắn
nhất hỗ trỵ kü tht l­u l­ỵng.
- RSVP - TE (Resourrce Reservation Protocol - TE): giao thức dành
trước tài nguyên hỗ trợ kü tht l­u l­ỵng.
- CR - LDP - TE (Constrained based Routing Label Distribution
Protocol): giao thức phân bổ nhÃn định tuyến ràng buộc hỗ trợ kỹ thuật lưu
lượng.
- BGP (Border Gateway Protocol): giao thức cổng ngoài.
1.3.1 Các giao thức định tuyến
Các giao thức định tuyến như OSPF/IS-IS có tác dụng tự động phát hiện
topo mạng và quảng bá tính sẵn sàng tài nguyên mạng. Các giao thức định
tuyến này được mở rộng để hỗ trợ thiết lập LSP cho mục đích TE. Các giao
thức định tuyến trạng thái liên kết trong cùng domain là OSPF-TE và IS-ISTE, còn giao thức định tuyến giữa các domain là BGP-TE.
Một số tăng cường (mở rộng) của các giao thức định tuyến GMPLS:
1. Hỗ trợ các liên kết không đánh số - Khi 1router quảng bá 1 liên kết TE
không đánh số, thông báo này mang cả số nhận dạng ID đầu gần (local) vµ sè
Trang 11


Luận văn cao học

GMPLS

nhận dạng đầu xa (remote) của liên kết đó. Nếu router đó không biết số nhận
dạng đầu xa của liên kết nó sử dụng giá trị 0 làm số nhận dạng đầu xa.
2. Kiểu bảo vệ liên kết (Link Protection Type): cho biết khả năng bảo vệ
của liên kết, được sử dụng bởi thuật toán tính đường trong quá trình thiết lập
LSP với các đặc tính bảo vệ cụ thể. Có 6 kiểu bảo vệ: lưu lượng đặc biệt (extra
traffic), không bảo vệ, dùng chung, dành riêng 1+1, dành riêng 1:1 và kiểu
tăng cường.

3. Thông tin về nhóm liên kết có chung mức độ rủi ro (SRLG - Shared
Risk Link Group Information): tập hợp mọi liên kết dùng chung tài nguyên
trong đó sự cố của một liên kết nào sẽ gây ảnh hưởng đến các liên kết khác,
được xác định bởi một số 32bit. Nếu giữa 2 router chuyển mạch nhÃn yêu cầu
nhiều LSP (một số là LSP dự phòng) thì thuật toán tính toán đường sẽ tìm ra
các đường có SRLG tách rời (không chung nhau SRLG). Th«ng tin vỊ SRLG
do líp quang cung cÊp.

P
LS h
n
chí

1

4

LSP d
phũng 1
5

2
3

LSP d
phũng 2

Lp IP/
MPLS

D
B

A

E

HỡnhHình
1.7 1.6:
: Nhúm
chung
Nhómliờn
liênkt
kếtri
rủi ro
ro chung

Trang 12

C

Lp
quang


Luận văn cao học

GMPLS

I.3.2 Các giao thức báo hiệu

GMPLS sử dụng 2 giao thức báo hiệu: RSVP-TE và CR-LDP cho việc
thiết lập các TE-LSP. Một số cải tiến đối với giao thức báo hiệu của GMPLS
so với MPLS chính là:
1. Khuôn dạng nhÃn chung bao gồm nhÃn cho các giao diện TDM, LSC, FSC.
2. Chỉ dẫn nhÃn trên đường lên (upstream) - có tác dụng thiết lập LSP
nhanh hơn, đóng vai trò quan trọng trong trường hợp mạng gặp sự cố cần thiết
lập lại các LSP thay thế.
3. Hỗ trợ chuyển mạch băng sóng (waveband) - waveband là tập các
bước sóng liền kề được chuyển mạch cùng nhau sang một băng sóng mới.
Cách này giảm được méo của các bước sóng đơn.
4. Thiết lập LSP 2 chiều: cả 2 đường dữ liệu upstream và downstream từ
thiết bị khởi tạo và thiết bị ngắt có thể được thiết lập sử dụng tập bản tin báo
hiệu đơn. Cách này giảm thời gian thiết lập và số lượng thông báo điều khiển
chỉ bằng trường hợp LSP 1 chiều. Hơn nữa, không tăng lượng mào đầu.
5. Hỗ trợ lân cận chuyển gói (Forwarding adjacency) - nhằm mở rộng
khả năng báo hiệu xếp lồng LSP trong đó nhiều TE LSP được tập hợp lại trong
một TE LSP lớn hơn. Các node trung gian chỉ nhìn thấy LSP phía ngoài, node
này không cần duy trì trạng thái chuyển gói của mỗi LSP phía trong. Vì thế
giảm đáng kể lượng thông tin báo hiệu do đó tăng khả năng báo hiệu.
6. Thông báo sai hỏng nhanh
I.3.3 Các giao thức quản lý liên kết
LMP là một giao thức mới với mục đích duy trì các kế hoạch điều khiển
và dữ liệu giữa các node. Các chức năng chủ yếu của LMP là:
1. Quản lý kênh điều khiển: thiết lập và duy trì kết nối giữa các node lân
cận, nhờ tách riêng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu nên các node
lân cận trên mặt phẳng điều khiển không nhất thiết phải là những node lân cận
trong mặt phẳng dữ liệu.
Trang 13

Luận văn cao học

GMPLS

2. Tương quan thuộc tính liên kết: chức năng này của LMP được thiết kế
để đồng bộ các thuộc tính đầu gần và các thuộc tính đầu xa của liên kết TE.
Các bản tin Link Summary khi trao đổi gồm có số nhận dạng đầu gần và đầu
xa, danh sách mọi liên kế dữ liệu (bao gồm liên kết TE, các thuộc tính tuyến
khác nhau VD các cơ chế bảo vệ, các số nhận dạng liên kết).
3. Định vị và thông báo lỗi: LMP có đặc trưng duy nhất là nó có thể xác
định lỗi kênh và liên kết và những lỗi trên kênh truyền ở cả mạng trong suốt
và mạng không trong suốt (độc lập về phương pháp mà hoá và tốc độ bít dữ liệu).
1.4 Đặc trưng của mạng GMPLS
I.4.1 Giao diện điều khiển GMPLS
Mạng GMPLS më réng tõ kiÕn tróc MPLS sao cho c¸c quyết định
chuyển mạch được thực hiện không chỉ dựa vào phần mào đầu của gói hay tế
bào mà còn dựa vào khe thời gian, bước sóng và cổng vật lý.
Các giao diện điều khiển được hỗ trợ bởi mạng GMPLS:
1. Khả năng chuyển mạch gói (PSC): quyết định chuyển gói căn cứ vào
phần mào đầu của gói hoặc cell VD: IP router, chuyển mạch ATM.
2. Khả năng chuyển mạch lớp 2 (L2SC): dữ liệu chuyển đi dựa vào nội
dung của phần mào đầu khung hoặc cell. VD: cổng Ethernet, giao diện của
các router chuyển mạch nhÃn trong mạng ATM.
3. Khả năng ghép kênh phân chia theo thời gian (TDMC): dữ liƯu chun
ra khái giao diƯn dùa vµo khe thêi gian của dữ liệu trong khung. VD:
SDH/SONET

cross-connect,

Terminal

Multiplexer

(TM),

Add-Drop

Multiplexor (ADM).
4. Khả năng chuyển mạch Lambda (LSC): dữ liệu chuyển đi dựa vào
bước sóng nhận được. VD hệ thống DWDM.
5. Khả năng chuyển mạch sợi quang (FSC): dữ liệu chuyển khỏi giao
diện căn cứ vào vị trí của dữ liệu trong không gian vật lý thực (như cổng vào
hay sợi quang đến). VD: kết nèi chÐo quang OXC.
Trang 14


Luận văn cao học

GMPLS

I.4.2 Khả năng mở rộng mạng
Để tăng khả năng mở rộng trong định tuyến và địa chỉ mạng, mạng
GMPLS đưa ra nhiều cơ chế khác nhau như xếp lồng LSP (nesting), sử dụng
nhóm liên kết và các liên kết không đánh số.
I.4.2.1 Xếp lồng các LSP
LSP của các giao diện khác nhau được xếp lồng vào LSP của các giao
diện cùng loại hay khác loại, tạo nên sù ph©n cÊp chun gãi.
Gói
SCD
TDM

SCD
te
xt

te
xt

Lamda LSP
Gói
LSP

te
xt

Fiber SCD

te
xt

te
xt

Lamda
SCD te
xt

Fiber LSP

TDM
LSP

Bộ định tuyến

Nút TDM

te
xt

Chuyển mạch
quang

SCD : miền có khả năng chuyển
mạch

H×nh
LSP
Hình1.7:Lång
1.8 : Lngxếp
xp
LSP
Tăng cường khả năng báo hiệu
Một giao diện có khả năng tạo ra sự phân cấp chuyển gói nếu nó có khả
năng ghép nhiều LSP bậc thấp trong một LSP bậc cao hơn. Sử dụng LSP
nesting, nhiều TE-LSP được tập hợp trong 1 TE-LSP lớn hơn. Các node trung
gian chỉ thấy được LSP phía ngoài, chúng không duy trì trạng thái chuyển gói
cho mỗi LSP phía trong. Vì thế, số lượng bản tin báo hiệu giảm đáng kể do đó
tăng cường khả năng mở rộng báo hiệu. Ngoài ra, LSP nesting còn tránh lÃng
phí băng thông bởi nhiều LSP băng thấp được ánh xạ thành một kênh quang
dung lượng cao h¬n.

Trang 15