Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, chương 13

Chương 13:
PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU
LƯỢNG IP/WDM
4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM
Như đã trình bày ở trên, kĩ thuật lưu lượng có thể được xây
dựng theo hai xu hướng, chồng lấn và tích hợp. Mặc dù các thành
ph
ần chức năng cơ bản của chúng là giống nhau nhưng kiến trúc
phần mềm của chúng là khác nhau đôi chút. Xu hướng chống lấn
có đặc điểm của mối quan hệ khách
– chủ, cấu hình trong đó tầng
IP đ
òi hỏi các dịch vụ truyền dẫn từ tầng WDM. Kết quả là kĩ thuật
lưu lượng được thực hiện ở mỗi tầng một cách
riêng rẽ. Do đó, tại
mỗi tầng cũng có các thành phần điều khiển mạng và kĩ thuật lưu
lượng ri
êng. Hai khối chức năng kĩ thuật lưu lượng tại tầng IP và
t
ầng WDM được kết nối thông qua một giao diện đặc biệt để trao
đổi thông tin cần thiết. Xu hướng tích hợp
hình thành mối quan hệ
ngang hàng trong đó mỗi node mạng bao gồm một bộ định tuyến
IP và một ma trận chuyển mạch. Xu hướng này vẫn đang trong quá
trình nghiên cứu và phát triển. Trong một ví dụ, bộ định tuyến IP
(hay chức năng điều khiển IP) chỉ cung cấp mặt phẳng điều khiển
và các dòng lưu lượng dữ liệu đi qua các ma trận chuyển mạch
toàn quang trực tiếp. Trong một ví dụ khác, bộ định tuyến IP được
mở rộng với ma trận chuyển mạch WDM (thường sử dụng ma trận
chuyển mạch O-E-O) do đó bộ định tuyến IP có giao diện nhiều
bước sóng. Cuối c

ùng, cũng có các nhóm nghiên cứu làm việc với
các bộ định tuyến gói tin toàn quang, trong đó họ cố gắng triển
khai các chức năng điều khiển IP (ví dụ như xử lí mào đầu) trong
miền toàn quang. Trong kĩ thuật lưu lượng tích hợp, mỗi bộ định
tuyến/chuyển mạch WDM là một thiết bị có thể đánh địa chỉ IP và
m
ỗi node mạng cần được trang bị một thực thể kĩ thuật lưu lượng.
4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
Hình 4.1 miêu tả các thành phần và giao diện cho xu hướng kĩ
thuật lưu lượng chồng lấn. Tầng IP thể hiện một mô hình ảo mà
chính là s
ự trừu tượng hoá của các kết nối mạng vật lí. Tầng WDM
quản lí mô hình vật lí mà các kết nối của chúng dựa trên các bước
sóng và các sợi quang. Phần điều khiển kĩ thuật lưu lượng trong
t
ầng WDM được cấy trên các chức năng quản lí hiệu năng và kết
nối WDM. Kiến trúc phần mềm kĩ thuật lưu lượng chồng lấn sẽ
bao gồm các thành phần mạng IP và các thành phần mạng WDM
(xem hình 4.1).
M
ỗi tầng IP và WDM bao gồm các chức năng điều khiển
mạng và kĩ thuật lưu lượng tương ứng. Điều khiển mạng IP bao
gồm các giao thức định tuyến ví dụ như OSPF, các giao thức báo
hiệu ví dụ như RSVP và một bộ quản lí giao diện; trong khi đó kĩ
thuật lưu lượng IP bao gồm các bộ thu thập và phân tích dữ liệu
thống kê, một thuật toán tái cấu hình và một khối sắp xếp thời gian
biểu dịch chuyển. Khối mạng WDM trung tâm IP bao gồm các
giao thức định tuyến, ví dụ như OSPF với các mở rộng cho quang,
các giao thức báo hiệu ví dụ như RSVP có các mở rộng cho quang,
LMP và OSCP; kĩ thuật lưu lượng WDM bao gồm các thuật toán

kĩ thuật lưu lượng WDM ví dụ như CSPF. Kĩ thuật lưu lượng đối
với giao thức điều khiển mạng (TECP) sẽ chỉ rõ giao diện giữa
điều khiển mạng v
à kĩ thuật lưu lượng. Trong kĩ thuật lưu lượng
chồng lấn, TECP có hai nhóm các bản tin là IP TECP và WDM
TECP. Khuôn dạng của các bản tin TECP sẽ được trình bày dưới
đây. OSCP cung cấp giao diện giữa khối điều khiển mạng WDM
và khối điều khiển chuyển mạch.
Mô hình
ảo IP
Mô hình
vật lí
IP/WDM
Lập thời gian
biểu dịch
chuyển
Thuật toán tái cấu
hình
Thu thập và phân
tích thống kê
Quản lí giao diện
OSPF
RSVP
Quản lí giao diện
OSPF
RSVP
Quản lí giao diện
OSPF
RSVP
MẠNG WDM

...
CSPF
CSPF CSPF
Kĩ thuật lưu lượng WDM
LMP
OSPF
RSVP
LMP
OSPF
RSVP
LMP
OSPF
RSVP
WDM TECP
Điều khiển
chuyển mạch
Điều khiển
chuyển mạch
Điều khiển
chuyển mạch
OSCP
GUI
Kĩ thuật lưu lượng IP
Mạng IP
...
Giao diện mạng-người sử dụng
IP/WDM (UNI)
Hình 4.1 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn
trong mạng IP/WDM
Bộ quản lí giao diện IP có hai nhiệm vụ. Trước tiên, nó nhận

lệnh từ khối kĩ thuật lưu lượng IP để cho phép hoặc không cho
phép các giao diện bộ định tuyến phù hợp khi các đường đi ngắn
nhất cơ sở đang được tái cấu hình. Thứ hai, nó có trách nhiệm liên
k
ết giữa giao diện bộ định tuyến và cổng xen/rẽ WDM và cung cấp
chuyển đổi địa chỉ IP và WDM. Chuyển đổi địa chỉ IP/WDM cũng
có thể được thực hiện nhờ sử dụng các máy chủ dành riêng ví dụ
như ARP và RARP. Trong tr
iển khai, bộ quản lí giao diện IP có
thể đưa ra các lệnh SNMP tới các bộ định tuyến IP để truy vấn
hoặc thay đổi trạng thái của các giao diện của nó. Hoặc nó cũng có
thể được triển khai nhờ sử dụng ‘ipconfig’ để tái cấu hình trạng
thái và cấu hình giao diện bộ định tuyến.
Kĩ thuật lưu lượng IP có ba thành phần chức năng chính là
thu
ật toán tái cấu hình, thu thập và phân tích dữ liệu thống kê và
l
ập thời gian biểu dịch chuyển. Khối thu thập dữ liệu thống kê có
trách nhi
ệm giám sát mạng để thu thập các dữ liệu thống kê về lưu
lượng v
à thiết lập ngưỡng hiệu năng; khối phân tích dữ liệu thống
kê có khả năng truy tìm nguồn gốc kiểu lưu lượng và dự đoán lưu
lượng trong tương lai. Trong triển khai, người ta có thể sử dụng
giao thức SNMP để giám sát các bộ định tuyến IP cho việc đo đạc
lưu lượng, v
à thu thập dữ liệu từ các bộ định tuyến IP. Cũng có thể
có phần mềm thứ ba cho việc thu thập dữ liệu thống kê, ví dụ như
libcap.
Thu

ật toán tái cấu hình lấy thông tin đầu vào từ khối thu thập
và phân tích dữ liệu thống kê và mô hình hiện thời từ giao thức
định tuyến. Nó sẽ đưa ra một mô h
ình mới cho khối lập thời gian
biểu dịch chuyển. Thuật toán tái cấu hình được thiết kế như là một
tập các kinh nghiệm trong việc hỗ trợ các mục tiêu tái cấu hình
khác nhau ví d
ụ như là tối thiểu hoá trễ mạng. Các mục tiêu tối ưu
hoá có thể được chỉ định từ GUI. Khối lập thời gian biểu dịch
chuyển sẽ tính toán các thứ tự bước dịch chuyển để giảm thiểu các
ảnh hưởng của hoạt động tái cấu h
ình lên lưu lượng người sử dụng.
Tồn tại nhiều chiến lược khác nhau cho việc lập thời gian biểu dịch
chuyển. Trước tiên, lập thời gian biểu có thể được thực hiện với
hiểu biết tối thiểu về tầng WDM. Với chiến lược này, các điều kiện
ràng buộc cho việc lập thời gian biểu được định nghĩa trước, bởi
thế chuỗi dịch chuyển có vẻ như được thực hiện ở tầng WDM. Một
ví dụ tiêu biểu của các điều kiện ràng buộc như vậy hoàn toàn
được chứa trong các tài nguyên WDM (nghĩa là số lượng các
đường đi ngắn nhất) giới hạn trong mỗi bước dịch chuyển. Kết quả
của khối lập thời gian biểu dịch chuyển sẽ là một chuỗi các bước.
Mỗi bước là một hoạt động thiết lập hoặc loại bỏ một đường đi
ngắn nhất duy nhất. Thứ hai, lập thời gian biểu có thể thực hiện với
hiểu biết đầy đủ về tầng WDM. Với chiến lược như thế, kết quả
dịch chuyển được đảm bảo để thực hiện trong tầng WDM. Cái giá
phải trả cho một chuỗi dịch chuyển không nghẽn là khối lập thời
gian biểu dịch chuyển phải thu thập các thông tin trạng thái tầng
WDM. Tương ứng, một chuỗi dịch chuyển đơn giản có thể được
chỉ định từ GUI.
Trong mạng quang WDM truyền thống, các chức năng liên

quan t
ới kĩ thuật lưu lượng được cung cấp bởi các bộ quản lí kết
nối và quản lí hiệu năng. Trong các mạng WDM trung tâm IP,
OSPF và LMP cung cấp định tuyến mặc định, phổ biến thông tin,
và phát hiện mô hình cũng như các node kế cận. Giống như trong
mạng IP, định tuyến mặc định trong OSPF chỉ cung cấp đường
trong sợi quang theo nỗ lực tối đa. Nó không tính đến độ sẵn sàng
bước sóng cũng như các điều khiển ràng buộc tính liên tục bước
sóng. Do đó, cần các thuật
toán kĩ thuật lưu lượng WDM để tính
toán đường đi ngắn nhất hiệu quả v
à không nghẽn. Một thuật toán
đơn giản trong các thuật toán kĩ thuật lưu lượng WDM l
à CSPF.
CSPF s
ẽ càng phức tạp khi càng nhiều điều kiện ràng buộc được
xem xét đến. CSPF có thể được t
riển khai như một bộ quản lí định