Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

t Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DHP Demand Hop-count Product heuristic algorithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu ECMP Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh Brownian FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GMPLS Generalized Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ HTDA Heuristic Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình dựa trên kinh nghiệm HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet ID Identifier Bộ nhận dạng IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kĩ sư Internet Ifmanager Interface manager Khối quản lí giao diện IP Internet Protocol Giao thức Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ LEMS Link Elimination via Matching Scheme Loại bỏ tuyến nối thông qua lược đồ ghép LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí MLDA Minimum-delay Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic tối thiểu hoá trễ MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa NC&M Network Control and Management Quản lí và điều khiển mạng NE Network Element Phần tử mạng NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng NSFNET OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang OAM Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì OAM&P Operation, Administration, Maintenance and Provisioning Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám sát OC-12 Optical Carrier Level 12 (622,08 Mb/s) Mức mang quang 12 (622,08 Mb/s) OC-3 Optical Carrier Level 3 (155,52Mb/s) Mức mang quang 3 (155,52Mb/s) OC-48 Optical Carrier Level 48 (2448,32 Mb/s) Mức mang quang 48 (2448,32 Mb/s) OC-192 Optical Carrier Level 192 (9953,28 Mb/s) Mức mang quang 192 (9953,28 Mb/s) OHTMS LP-based One-Hop Traffic Maximisation Scheme Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn hop dựa trên LP OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàng liên mạng Internet quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu OSCP Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển mạch quang OSPF Open Shortest Path First Protocol Giao thức đường đi ngắn nhất trước tiên mở OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang PC Personal Computer Máy tính cá nhân QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược RD Residual Demand heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm nhu cầu dư thừa RDHP Residual Demand Hop-count Product heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu dư thừa RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên SCSI Small Computer Systems Interface Giao diện các hệ thống máy tính nhỏ SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lí mạng đơn giản SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên SRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TE Terminal Equipment, Traffic Engineering Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu lượng TECP Traffic Engineering to Control Protocol Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức điều khiển TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa TILDA Traffic Independent Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic độc lập lưu lượng TMN Telecommunications Management Network Mạng quản lí viễn thông TTL Time To Live Thời gian sống UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử dụng UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng-mạng VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo WADM Wavelength Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng WSXC Wavelength Selective Cross Connect Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng LỜI NÓI ĐẦU Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra vấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho IP. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài. Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụ như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quang dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạng nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là các các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương: Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM. Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV, các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng chồng lấn sẽ được trình bày. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn. Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Sinh viên Nguyễn Thế Cương CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 1.1 Khái niệm mạng IP/WDM Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp: Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet) Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC) Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ) Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí. Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quang và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang-điện-quang (O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH. Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu. Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2). Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng một sợi quang. IP ATM IP/MPLS SONET/SDH SONET/SDH IP/MPLS WDM WDM WDM Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu) Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các đặc tính chính của MPLS như sau: Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến. Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được vận chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp. Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các mào đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS và sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vì phải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói). MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập bởi MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường tương đương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class). Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các gói tin được kết hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào FEC được thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc địa chỉ đích trong phần mào đầu của gói tin. Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ chế này được triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện chỉnh các dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP hiện tại, kĩ thuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì chuyển đổi hướng lưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực tiếp là không hiệu quả và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn ở đâu đó trong mạng. MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp và tập trung chủ yếu vào chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra MPLS cũng cung cấp các công cụ cho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật đường ngầm, kĩ thuật tránh và phòng vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng. Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM. SONET/SDH cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này: SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn qua đó các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao. SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn. Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối với các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP. Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể là: 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn. 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ. Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên, SONET mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức khác nhau. Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu tuyến (LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghép kênh OC-n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps. Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến. Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyền dẫn. Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một vài công ty đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các chức năng tương tự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kích thước khung vào kích thước gói tin. Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10-Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt. Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng không cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để truyền dẫn. Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo hiệu và điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến. Một mạng quang WDM có một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển. Như vậy nó sử dụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3 Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện có, nhà quản trị và chủ sở hữu mạng. 1.2 Lí do chọn IP/WDM IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định tuyến qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau. Phía trên tầng IP tồn tại rất nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó phía dưới lớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn hứa hẹn nhất, cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát triển của Internet. Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của các hệ thống WDM giảm đi. Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để chuyển đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết lập đường truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng ứng dụng và lưu lượng người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ liệu là đệm và chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển và do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến để phân biệt các bản tin điều khiển và các gói tin dữ liệu. Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều khiển riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các bản tin điều khiển. Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được triển khai theo cấu trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này dùng một phân cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ. IP/WDM cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter-WDM và các mạng IP. Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm: Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi quang. Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP. IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức điều khiển IP cho phép. IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không những giảm thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài nguyên động và giám sát dịch vụ theo nhu cầu. Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa chỉ được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE. Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và có khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà khai thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được triển khai rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp. Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ thuật lưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng điều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng. Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa các nhà khai thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt đòi hỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH ở các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở đây là IP. IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ chế điều khiển phân tán được dùng trong mạng. Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế, chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng IP. Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích hợp mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo. Ví dụ như, IP trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM. Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang. CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là mô hình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính. Do đó, không thể không xem xét các phương pháp mô hình hoá mạng. Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy tính cần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống. Mô hình hoá lưu lượng được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ đến, phân bố lưu lượng và tận dụng tuyến nối trong khi mô hình hệ thống được sử dụng để mô tả chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi. Kiểu hệ thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô hình cho các mạng chuyển mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ thống đã đầy thì nếu như khi đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được phục vụ. Hệ thống có tổn thất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách hàng. Còn hệ thống đợi hoàn toàn được sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàng đợi là vô hạn. Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều đang bận thì một khách hàng đến vào thời điểm đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng đợi. Ở đây không có tổn thất nhưng khách hàng phải đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi được phục vụ. Lúc này mối quan tâm sẽ chuyển sang kích thước của bộ đệm và chính sách được sử dụng trong hàng đợi. Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệ thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự đoán lưu lượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số để thực hiện mô hình hoá. 2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển a) Mô hình lưu lượng thoại Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang. Đây là mô hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì: trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi) trung bình (thời gian dịch vụ). Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl). Lưu lượng một erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm. Nghẽn trong mô hình Erlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc gọi và nghẽn thời gian. Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng) thực hiện cuộc gọi khi tất cả các kênh đều đã bị chiếm. Nghẽn thời gian là xác suất mà tất cả các kênh bị chiếm trong một khoảng thời gian bất kì. Rõ ràng là nghẽn cuộc gọi, Bc, thể hiện QoS tốt hơn từ quan điểm của khách hàng. Giả sử có một hệ thống tổn thất M/G/n/n, trong đó n là số kênh trên một tuyến nối, cuộc gọi đến tuân theo quá trình Poisson với tốc độ λ và các thời gian chiếm cuộc gọi là phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố h thì mối quan hệ giữa nghẽn cuộc gọi, mức độ tập trung lưu lượng và thời gian chiếm trung bình được cho bởi biểu thức nghẽn Erlang như sau: Bc = Erlang (n,α) = b) Mô hình lưu lượng dữ liệu Lưu lượng dữ liệu có thể được mô tả nhờ sử dụng các mô hình hàng đợi. Lưu lượng dữ liệu được biểu diễn bởi tốc độ đến của gói tin λ, chiều dài gói tin trung bình L, và thời gian truyền dẫn gói tin 1/μ. Giả sử rằng R hệ thống biểu diễn tốc độ tuyến nối hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì thời gian truyền dẫn gói tin sẽ là L/R. Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện bởi tải lưu lượng ρ: Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS được biểu diễn bởi Pz, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z. Giả thiết một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình Poisson với tốc độ λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố luỹ thừa L thì mối quan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho bởi công thức sau: 2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết Lưu lượng LAN Ethernet đã được nghiên cứu một cách chính xác dựa trên hàng trăm triệu gói tin Ethernet bao gồm cả thời gian đến và chiều dài của chúng. Các nghiên cứu đó đã chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet dường như biến đổi rất nhiều do sự xuất hiện của tính bùng nổ trong các dải thời gian từ micro giây tới miligiây, giây, phút, giờ và ngày. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet có tính tự tương quan thống kê. Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất cả các dải thời gian và có thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để miêu tả đặc tính phân mảnh. Các đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả nếu sử dụng các mô hình lưu lượng cổ điển như là mô hình Poisson. Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức gói tin và mức kết nối. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian đến giữa các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô hình cổ điển. Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ đến kết nối tuân theo quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng hồ). Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối trong phiên khởi tạo người sử dụng (FTP, HTTP) và máy khởi tạo thì tốc độ đến kết nối có tính bùng nổ, đôi khi là tương quan và không tuân theo quá trình Poisson. Để thể hiện được tính bùng nổ của lưu lượng dữ liệu Internet thì có thể cần phải sử dụng các phân bố số mũ con như là các phân bố Log-normal, Weibull, Pareto. Đối với các quá trình có phụ thuộc dải dài thì các quá trình tự tương quan như là chuyển động Brownian phân mảnh có thể được sử dụng. 2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông Kĩ thuật lưu lượng vòng kín có thể được thực hiện dựa trên phản hồi và tham chiếu băng thông. Kĩ thuật lưu lượng vòng kín dựa trên phản hồi sẽ được trình bày trong phần 4.2. Tham chiếu băng thông là một công cụ hữu ích cho kĩ thuật lưu lượng. Các dự đoán băng thông trong tương lai có thể được sử dụng để khởi tạo tái cấu hình mức mạng. Nhờ việc dự đoán băng thông của dòng lưu lượng, có thể xác định được các đòi hỏi về dung lượng của tuyến nối IP/WDM và do vậy sẽ quyết định có thực hiện tái cấu hình hay không. Dòng lưu lượng IP là một dòng các gói tin IP đơn hướng (của cùng một lớp lưu lượng) giữa hai đầu cuối. Các đầu cuối có thể là các bộ định tuyến liền kề trong trường hợp các dòng lưu lượng IP là lưu lượng chạy trên tuyến nối nằm giữa hai bộ định tuyến. Tương ứng như thế, các đầu cuối cũng có thể không phải là các bộ định tuyến liền kề. Một dòng lưu lượng IP là đơn hướng và điều này sẽ dẫn tới tính không đối xứng của lưu lượng giữa các đầu cuối. Cho trước một dòng lưu lượng thì điều ta mong muốn là xác định các tính chất và ước lượng được băng thông của nó. Mặc dù phương pháp dưới đây có thể áp dụng cho nhiều kiểu lưu lượng nhưng nó được hi vọng là sẽ có khả năng ước lượng được tải mong muốn của kết nối IP và sau đó các ước lượng này sẽ được sử dụng để thực hiện các quyết định tái cấu hình. Khoảng thời gian dự đoán xác định độ lớn thời gian dự đoán trong tương lai. Khoảng thời gian cho tái cấu hình mức mạng được xác định bởi nhiều yếu tố. Người ta mong muốn tái cấu hình mức mạng có khả năng phản ứng trước các thay đổi trong xu hướng lưu lượng (chẳng hạn như các thay đổi tải trong một ngày). Mặt khác khoảng thời gian tái cấu hình ít nhất cũng phải bằng thời gian của một thủ tục tái cấu hình. Khoảng thời gian tái cấu hình bao gồm các thành phần sau: Thời gian để thực hiện một dự đoán Thời gian để tính toán một mô hình mới Thời gian để dịch chuyển từ mô hình hiện tại tới mô hình mới Thời gian để thực hiện dự đoán băng thông phụ thuộc vào độ phức tạp tính toán của mô hình dự đoán. Thời gian để tính toán mô hình mới phụ thuộc vào độ phức tạp của các thuật toán hay giải pháp dựa trên kinh nghiệm để thực hiện việc thiết kế mô hình đó. Còn thời gian để dịch chuyển từ cấu hình hiện tại sang cấu hình mới lại phụ thuộc vào chu trình dịch chuyển được sử dụng. Giả thiết rằng chu trình dịch chuyển bao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng tuyến nối IP/WDM riêng rẽ. Khi đó thời gian dịch chuyển sẽ bằng tổng thời gian để thiết lập và loại bỏ các tuyến nối IP/WDM với thời gian để các giao thức định tuyến ổn định sau mỗi thay đổi mô hình. Dựa trên các nhận xét trên, người ta thừa nhận một khoảng thời gian tái cấu hình nhất định. Đây là khoảng thời gian xác định tính thường xuyên thực hiện tái cấu hình mức mạng. Thời gian này được gọi là khoảng thời gian thô (khác với khoảng thời gian mịn - thời gian cho các phép đo lưu lượng). Khoảng thời gian thô là một thông số có thể thay đổi được tuỳ theo thiết kế. Ảnh hưởng của các giá trị khác nhau của thông số thời gian thô đã được đánh giá. Dự đoán băng thông cho dòng lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ thuộc vào một số yếu tố sau: Giờ trong ngày và ngày trong tuần: tồn tại mối tương quan giữa ngày trong tuần và giờ trong ngày với độ lớn lưu lượng Internet. Các mối tương quan từ các mẫu thời gian trước đó: độ lớn lưu lượng trong quá khứ gần sẽ ảnh hưởng tới độ lớn lưu lượng trong tương lai. Quá trình đến của lưu lượng: không thể chỉ dự đoán các quá trình này là các quá trình Poisson. Cần phải tính đến các đặc tính tự tương quan của dòng lưu lượng trong đó. Mục đích là tìm kiếm một mô hình thông số dựa trên kinh nghiệm để có thể dự đoán được băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp. Mô hình sẽ tận dụng các thông tin đo đạc lưu lượng và giả thiết rằng quá trình đến của lưu lượng là quá trình tự tương quan. Mô hình dưới đây đã được đề xuất bởi A. Neidhardt và J. Hodge tại Bellcore và được dùng để dự đoán dung lượng của một ATM VPC mang lưu lượng IP và được mở rộng trong dự án NGI Supernet NC&M tại Bellcore/Telcordia. Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian Quá trình chuyển động phân mảnh Brownian (FBM) là một quá trình tự tương quan được mô tả bởi ba thông số là: tốc độ đến trung bình m, tham số dao động a và thông số Hurst, H. Một mạng IP/WDM có thể mô hình hoá tốc độ đến như FBM để xem xét đến sự dao động của tổng lưu lượng mịn hoá trong khoảng thời gian thô. FBM được định nghĩa như sau: A(t) = mt + Z(t) trong đó Trong đó Z(t) là quá trình chuyển động phân mảnh Brownian bình thường hoá với các tính chất sau: Z(t) đồng biến Z(0) = 0 và E[Z(t)] = 0 với mọi t E[Z(t)]2 = với mọi t Z(t) có tính liên tục Z(t) có tính Gauss Sự biến thiên của Z(t) được thể hiện bởi: V[A(t)] = am Hãy xem xét một hàng đợi với quá trình đến FBM như trên và với tốc độ dịch vụ C. Hệ thống này có bốn thông số: m là tốc độ đến trung bình, a là tham số biến thiên của quá trình đến, H là thông số tự tương quan và C là tốc độ dịch vụ. Xác xuất tràn dòng của hàng đợi trên hay._. chính là P(Q>B) trong đó B là kích thước bộ đệm được cho bởi công thức gần đúng sau: Giả thiết rằng người ta cần xác xuất tràn dòng ở trên bị chặn nghĩa là: P(Q > B) exp (- ) thì biểu thức cho tốc độ dịch vụ của hàng đợi C sẽ có dạng như sau: Các nguyên lí tham chiếu lưu lượng Nguyên lí đầu tiên là băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp phụ thuộc nhiều vào lưu lượng đã thấy trong dòng lưu lượng của cùng khoảng thời gian đó của tuần trước đó. Nguyên lí này phản ánh mô hình độ lớn lưu lượng phụ thuộc lớn vào giờ trong ngày và ngày trong tuần được quan sát thấy trong các tuyến nối. Do vậy, độ lớn lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian kế tiếp sẽ gần như giống hệt như độ lớn đã xuất hiện trong cùng thời điểm của ngày, của cùng thứ hôm đó của tuần trước đó. Và điều này có thể được biểu diễn bởi biểu thức: Trong đó F[h,d] là lưu lượng quan sát thấy tại giờ h của ngày d trong tuần trước đó. Giả sử rằng tốc độ phát triển của lưu lượng từ tuần này sang tuần khác được mô hình bởi một hàm có thông số γ. Cũng giả thiết rằng hàm tăng trưởng này là hàm mũ: Trong đó γ là thông số mô hình được ước lượng từ các phép đo lưu lượng. Giả thiết rằng W0 và W1 là tổng lưu lượng đo được trong hai tuần liền trước trong dòng lưu lượng thì có thể xác định γ từ phương trình sau: Nguyên lí thứ hai là dự đoán băng thông lưu lượng trong khoảng thời gian kế tiếp sẽ khác với lưu lượng đã được quan sát thực tế trong cùng một cách mà phép dự đoán trong khoảng thời gian liền trước đó đã thực hiện. Cho A(h-1) là độ lớn lưu lượng thực tế đo được trong khoảng thời gian (h-1). Giả thiết F(h-1) là độ lớn lưu lượng dự đoán cho khoảng thời gian (h-1) thì: là tỉ lệ để xem xét sự khác nhau giữa giá trị dự đoán và giá trị thực tế trong khoảng thời gian liền trước. Do đó: trong đó ρ có thể được chọn bằng cách làm phù hợp với dữ liệu đã đo được trước đó. Ví dụ như người ta có thể chọn giá trị ρ sao cho sai số do tỉ lệ được cho bởi: là nhỏ nhất cho dữ liệu trong quá khứ. Nói cách khác, có thể chọn ρ sao cho tối thiểu hoá giá trị: trong đó E là toán tử dự đoán. Nó sẽ cho kết quả là: Giả thiết rằng một quá trình đến FBM với tốc độ trung bình F2, kích thước bộ định tuyến là B và xác xuất tổn thất gói tin sẽ bị chặn trên bởi thì điều kiện cho dung lượng sẽ được biểu diễn bởi: trong đó Dưới đây, đồ án sẽ trình bày hai phương pháp dùng để ước lượng các thông số a và H từ lưu lượng đo được. Phương pháp đầu tiên giả định rằng đã có các kết quả đo độ lớn lưu lượng cho mỗi một trong N khoảng thời gian mịn liên tiếp t. Biểu thị độ lớn lưu lượng cho mỗi khoảng i là T(i). Khi đó giá trị ước lượng độ lớn lưu lượng trung bình sẽ là: và giá trị ước lượng của phương sai sẽ là: Các giá trị đo có thể được tổng hợp thành k khối không chồng lấn với kích thước mỗi khối là kt và có phương sai là Vkt. Khi cho trước hai giá trị ước lượng phương sai Vt và Vkt thì các giá trị a và H là hoàn toàn có thể xác định được. Trong phương pháp thứ hai, thông số H có thể ước lượng từ các điểm sai khác thời gian như sau. Cho một vệt thời gian Xk, k = 1, 2,…., chúng ta sẽ có một vệt thời gian tổng hợp Xk(m), k = 1, 2,… bằng cách lấy trung bình từ các chuỗi Xk ban đầu nhờ các khối không chồng lấn có độ lớn m. Nghĩa là: Sau đó đối với các quá trình phụ thuộc dải dài thì ta sẽ có: Do đó, nếu chúng ta vẽ theo log(m) thì độ dốc của đồ thị sẽ chính là , trong đó H’ là giá trị ước lượng cho H. Các thông số mô hình Các thông số sau được định nghĩa cho mô hình dự đoán băng thông: Kích thước của thời gian thô: Lược đồ giám sát lưu lượng cho kết quả là dữ liệu dưới dạng ma trận lưu lượng. Nó chứa độ lớn lưu lượng trung bình trong một khoảng thời gian tinh. Độ lớn của thời gian thô chính là thời gian sử dụng để tính trung bình lưu lượng trong một khoảng thời gian thô bằng cách kết hợp các dữ liệu lưu lượng trong khoảng thời gian tinh lại với nhau. Kích thước bộ đệm bộ định tuyến: kích thước bộ đệm bộ định tuyến được dùng trong mô hình để dự đoán độ lớn của một dòng lưu lượng. Giới hạn xác suất mất gói: thông số này được dùng để dự đoán băng thông của một dòng lưu lượng. Thuật toán định tuyến, mô hình mạng: mô hình mạng và thuật toán định tuyến giúp xác định dòng lưu lượng nào được yêu cầu đối với một kết nối dựa trên kết quả của các phép đo dòng lưu lượng từ các bộ định tuyến biên. Thông số lưu lượng đo được chính là ma trận lưu lượng tinh từ bộ định tuyến biên này tới bộ định tuyến biên khác. Từ thông số đo được này có thể rút ra được tất cả các thông số khác. Các thông số sau được tính toán cho mục đích tái cấu hình tại thời điểm bắt đầu của một khoảng thời gian thô: Trung bình thô cho các dòng lưu lượng của mỗi cặp bộ định tuyến biên vào ra: được tính toán dựa trên dữ liệu lưu lượng tinh đã đo được. Độ phức tạp của tính toán trung bình thô là O(N2) trong đó N là số lượng bộ định tuyến biên trong mạng. Các trung bình thô và trung bình tinh của độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi kết nối đơn hướng: độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi tuyến nối có thể tính được cho cả khoảng thời gian thô và tinh dựa trên ma trận lưu lượng từ bộ định tuyến biên này tới bộ định tuyến biên khác, mô hình mạng và thuật toán định tuyến. Độ phức tạp tính toán là O(E2) trong đó E là số lượng kết nối trong mạng. Các thông số dự đoán lưu lượng F1, F2, F3: đối với mỗi dòng lưu lượng, các thông số dự đoán băng thông F1, F2, F3 có thể tính toán từ các phương trình ở trên. Việc tính toán này được thực hiện ở đầu mỗi khoảng thời gian thô. Độ phức tạp của phép tính là O(N2) trong đó N là số lượng bộ định tuyến biên trong mạng. Vì sự tái cấu hình làm thay đổi cấu hình của mạng IP nên một vài thông số sẽ cần phải được tính toán lại sau khi cấu hình. Đặc biệt là trung bình thô và tinh cho các dòng lưu lượng đối với mỗi tuyến nối sẽ cần tính toán lại sau khi xảy ra tái cấu hình. Các thông số điều chỉnh a, H, ρ và α được sử dụng trong mô hình dự đoán lưu lượng và được điều chỉnh phù hợp dựa trên dữ liệu lưu lượng đo được và dữ liệu lưu lượng tính toán. Sự phù hợp cho mỗi một trong số các thông số trên cần phải được tính toán lại mỗi khi có tái cấu hình hoặc theo chu kì (chẳng hạn như một lần một tuần). 2.2 Bảo vệ và tái cấu hình Để đảm bảo tính mềm dẻo của dịch vụ mạng trước các lỗi thì hai xu hướng được xem xét để tìm ra một tuyến mới cho đường đi là: một đường đi bảo vệ thiết lập trước và một đường đi tái cấu hình tính toán động. Các kĩ thuật bảo vệ phụ thuộc vào dung lượng dư thừa trong mạng. Vì một tuyến bảo vệ cho mỗi tuyến đang làm việc được thiết lập trước nên tái định tuyến sử dụng kĩ thuật này thì nhanh hơn (nhỏ hơn 50 ms trong mạng SONET/SDH) và đơn giản hơn tái cấu hình. Các kĩ thuật bảo vệ cũng được phân loại thành bảo vệ tuyến và bảo vệ đường. Sự khác nhau của chúng được chỉ ra trong hình 2.1. Trong hình 2.1(a) thì dòng lưu lượng từ A tới E sử dụng một đường đi A-B-E. Nếu như có lỗi trên kết nối từ A tới B thì một bảo vệ tuyến sẽ tránh tuyến A-B bằng cách sử dụng một đường được thiết kế trước là A-D-C-B và phần còn lại của đường vẫn được sử dụng bình thường như được chỉ ra trong hình 2.1(b). Hình 2.1 Bảo vệ đường và bảo vệ tuyến Ngược lại, một bảo vệ đường sẽ hoàn toàn không sử dụng đường đã có lỗi nữa. Nó sẽ dùng một đường khác hoàn toàn không liên quan tới đường ban đầu. Trong ví dụ ở hình 2.1(c), nó sử dụng đường A-D-C-E thay vì đường A-B-E. Trong khi đó tái cấu hình có thể được sử dụng để hoặc là cung cấp các tuyến nối hiệu quả hơn sau khi bảo vệ hoàn thành hoặc là tăng cường tính mềm dẻo để chống lại các lỗi nặng hơn trước khi lỗi đầu tiên được sửa. Thông thường thì cơ chế tái cấu hình là khá chậm. 2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM Tuỳ thuộc vào mục tiêu của các chức năng điều khiển và báo hiệu trong tầng WDM mà bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM có thể được phân loại thành ba mô hình. Mô hình đầu tiên sử dụng một khối quản lí kết nối quang thông minh và tự quản trị. Chính xác hơn thì một tầng quang có hầu hết các chức năng báo hiệu và điều khiển, ví dụ như quản lí dung lượng và cấu hình, định tuyến, phát hiện mô hình, tái cấu hình và điều khiển ngoại lệ nhờ sử dụng các chức năng báo hiệu và điều khiển hoàn toàn là của nó. Bất lợi lớn nhất của mô hình này là sự dư thừa các chức năng báo hiệu và điều khiển vì các chức năng quản lí mạng như vậy đã có trong tầng IP. Trong mô hình thứ hai, mỗi bộ định tuyến IP được kết nối nhờ sử dụng sợi quang và WDM. Do đó không có khái niệm đường đi ngắn nhất trong mô hình này. Tất cả các báo hiệu và điều khiển đều phụ thuộc vào tầng IP. Mô hình thứ ba có thể gọi là “định tuyến thông minh – quang đơn giản” và là phiên bản trung gian giữa hai mô hình trên. Hiện nay IETF và OIF đang nghiên cứu mô hình này sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS). Với mô hình thứ ba thì vấn đề cấy mô hình IP trên nền mô hình WDM sẽ đóng vai trò quan trọng trong bảo vệ IP/WDM đặc biệt là khi tầng WDM không hỗ trợ bảo vệ đường và bảo vệ tuyến hoặc là tuyến bảo vệ không làm việc bình thường do sự xuất hiện nhiều lỗi cùng lúc. 2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM là kĩ thuật để tận dụng các tài nguyên IP/WDM (ví dụ như các bộ định tuyến IP, các bộ đệm, các chuyển mạch WDM, các sợi quang và các bước sóng) một cách hiệu quả, để truyền dẫn các gói tin và dòng lưu lượng IP. Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM bao gồm kĩ thuật lưu lượng IP/MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM như được chỉ ra trên hình 2.2 Hình 2.2 Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM (TE) Kĩ thuật lưu lượng MPLS giải quyết các vấn đề về phân bổ dòng và thiết kế nhãn đường. Sử dụng kĩ thuật điều khiển đường hiện MPLS, kĩ thuật lưu lượng MPLS cho phép cân bằng tải trên mô hình IP hiện có. Các MPLS LSP làm việc như là các tuyến ảo cùng chia sẻ một mô hình IP cố định. Trong khi đó kĩ thuật lưu lượng WDM lại đưa ra các giả định về một mô hình IP tĩnh trên nền mạng WDM. Kĩ thuật lưu lượng WDM giải quyết các vấn đề về thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất và dịch chuyển mô hình IP. Trong các mạng WDM có khả năng tái cấu hình, kĩ thuật lưu lượng MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM làm việc ở các tầng khác nhau, nghĩa là một ở tầng IP và một ở tầng WDM. Trong các mạng chuyển mạch gói quang, các kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM có thể được dùng theo mô hình chồng lấn hoặc theo mô hình tích hợp. Xu hướng đầu tương tự như IP chồng lấn trên nền các mạng WDM có khả năng tái cấu hình (mặt phẳng dữ liệu), trong khi các MPLS LSP (các đường đi ảo) được ấn định cho các mạch quang WDM cố định. Xu hướng thứ hai xây dựng các đường đi ngắn nhất, ấn định các dòng trên các đường đi ngắn nhất đó và chuyển tiếp lưu lượng theo một mô hình tích hợp. Trong đồ án này các kĩ thuật lưu lượng MPLS và WDM sẽ được trình bày. 2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM Như đã trình bày ở trên kĩ thuật lưu lượng trong các mạng IP/WDM có thể thực hiện theo hai phương pháp: kĩ thuật chồng lấn và kĩ thuật tích hợp. Với kĩ thuật lưu lượng IP/WDM chồng lấn, mỗi tầng IP và WDM có một khối kĩ thuật lưu lượng riêng. Sự hoạt động của mỗi mạng có thể độc lập với mạng còn lại. Các giải pháp kĩ thuật lưu lượng được phát triển cho các mạng IP hoặc các mạng WDM có thể được ứng dụng trực tiếp cho mỗi tầng một cách tương ứng. Về mặt tính chất thì mạng khách-chủ chồng lấn là một ví dụ cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn. Với kĩ thuật lưu lượng tích hợp, sự tối ưu hoá hiệu năng mạng đối với một mục tiêu nhất định đạt được nhờ sự kết hợp giữa cả hai thành phần mạng IP và WDM. Với sự xuất hiện của các phần cứng ngày càng tinh vi cho phép tích hợp chức năng của cả IP và WDM tại mỗi thành phần mạng (NE) nên kĩ thuật lưu lượng tích hợp có thể hoạt động hiệu quả hơn. 2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn Nguyên lí của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là sự tối ưu hoá đạt được ở từng tầng một. Điều này có nghĩa là sự tối ưu hoá trong một không gian nhiều chiều là kết quả của một quá trình tìm kiếm lần lượt theo các chiều khác nhau. Rõ ràng là kết quả tối ưu hoá phụ thuộc vào thứ tự tìm kiếm và không đảm bảo đó là kết quả tối ưu hoá toàn cục. Chiều nào càng xuất hiện sớm trong chuỗi tìm kiếm thì càng đạt được sự tối ưu hoá tốt hơn. Một lợi thế của kĩ thuật lưu lượng chồng lấn là các cơ chế có thể được điều chỉnh để đáp ứng tốt nhất nhu cầu của một tầng cụ thể (IP hoặc WDM) tuỳ theo các mục tiêu được lựa chọn. Hình 2.3 mô tả kĩ thuật lưu lượng chồng lấn. Hình 2.3 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn có thể xây dựng bằng việc kết nối các bộ định tuyến IP với mạng WDM dựa trên OXC thông qua một OADM. Các mạng IP/WDM được xây dựng theo phương pháp này thể hiện một mạng WDM dựa trên OXC, tầng chủ được hỗ trợ bởi mạng vật lí trong đó tầng mạng vật lí này được tạo nên bởi các NE quang và các sợi quang. Mỗi sợi quang mang nhiều bước sóng mà việc định tuyến chúng là có khả năng tái cấu hình một cách mềm dẻo. Tầng khách (nghĩa là mạng ảo) hình thành bởi các bộ định tuyến IP được kết nối bởi các đường đi ngắn nhất dựa trên mạng vật lí đó. Mô hình của một mạng ảo có khả năng tái cấu hình được là nhờ khả năng tái cấu hình các đường đi ngắn nhất trong tầng máy khách. Các giao diện của một bộ định tuyến IP kết nối với OADM là các giao diện có khả năng tái cấu hình được. Điều này có nghĩa là các IP lân cận kết nối với một giao diện có khả năng tái cấu hình như vậy có thể được thay đổi bằng cách cập nhật cấu hình đường đi ngắn nhất cơ sở. Trong các mạng IP/WDM, điều khiển tắc nghẽn không chỉ được thực hiện ở tầng dòng sử dụng cùng một mô hình mà còn có thể được thực hiện ở tầng mô hình nhờ sử dụng tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Do đó, không chỉ một nguồn lưu lượng điều chỉnh dòng các gói tin của nó trước khi gửi nó vào mạng mà chính bản thân mạng cũng có khả năng thích ứng trước một kiểu lưu lượng sau một thời gian tuỳ chọn. Trong tầng IP, điều khiển tắc nghẽn cung cấp nền tảng cho kĩ thuật lưu lượng, nghĩa là làm cách nào để truyền dẫn các dòng bit theo đường đi của chúng một cách nhanh nhất tới đích. Trong tầng WDM, điều khiển ấn định được sử dụng để quản lí các tài nguyên mạng (ví dụ như là bước sóng) và ấn định chúng cho các kết nối IP ảo. Điều khiển ấn định tầng WDM có thể là tĩnh, nghĩa là cố định tại thời điểm bắt đầu của yêu cầu kết nối, hoặc có thể là động và được thay đổi trong thời gian kết nối. Chính sự mềm dẻo này cho phép tầng WDM cung cấp các kết nối cho tầng phía trên với chất lượng dịch vụ khác nhau. 2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp Nguyên lí của kĩ thuật lưu lượng tích hợp là sự tối ưu hoá được thực hiện tại cả hai mạng WDM và IP đồng thời. Điều này có nghĩa là đã tìm kiếm được kết quả tối ưu hoá toàn cục trong một không gian nhiều chiều. Kĩ thuật lưu lượng tích hợp có thể ứng dụng cho các mạng trong đó chức năng của cả IP và WDM được tích hợp tại mỗi NE. Khi chức năng IP và WDM được tích hợp, một mặt phẳng điều khiển tích hợp cho cả hai mạng là khả thi. Điều này lại cung cấp sự phù hợp tự nhiên cho một mô hình kĩ thuật lưu lượng tích hợp. Quản lí lưu lượng IP và quản lí và điều khiển tài nguyên WDM được xem xét cùng nhau. Hình 2.4 chỉ ra kĩ thuật lưu lượng tích hợp Hình 2.4 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp 2.5.3 Nhận xét Sự khác biệt giữa hai xu hướng chồng lấn và tích hợp thể hiện ở mối quan hệ giữa tối ưu hoá hiệu năng và ấn định tài nguyên. Với kĩ thuật lưu lượng chồng lấn, tối ưu hoá hiệu năng, ví dụ như cân bằng tải và định tuyến lưu lượng, có thể được thực hiện ở tầng IP và hoàn toàn tách biệt khỏi ấn định tài nguyên vật lí WDM, được thực hiện ở tầng WDM. Do vậy, tối ưu hoá hiệu năng ở tầng IP có thể sử dụng tái cấu hình và các cơ chế truyền thống không hề liên quan tới tái cấu hình. Khi không sử dụng tái cấu hình thì điều đó có nghĩa là tối ưu hoá hiệu năng đạt được với một tập các tài nguyên cố định (cho một mô hình IP cố định). Khi sử dụng tái cấu hình, nghĩa là đã sử dụng ấn định tài nguyên động cho một mô hình ảo. Sau đó tối ưu hoá hiệu năng tại tầng IP sẽ lựa chọn dựa trên lượng tài nguyên mà nó muốn để xem xét trạng thái tài nguyên của tầng WDM. Chính tầng WDM là nơi xảy ra ấn định tài nguyên vật lí trong thực tế. Mặt khác, tối ưu hoá hiệu năng và ấn định tài nguyên mạng được kết hợp trong mô hình kĩ thuật lưu lượng tích hợp. Nếu như tối ưu hoá hiệu năng có liên quan tới một tập các tài nguyên mạng biến đổi thì ấn định tài nguyên sẽ tự động điều chỉnh trong quá trình tối ưu hoá. Các mô hình kĩ thuật lưu lượng có thể được triển khai dưới dạng tập trung hay phân tán. Bảng 2.1 thể hiện bốn lựa chọn cho triển khai các mô hình kĩ thuật lưu lượng. Theo trực giác thì xu hướng chồng lấn sẽ thích hợp với dạng tập trung hoặc phân cấp, trong đó có một TE tầng IP và một TE tầng WDM và hai TE này sẽ giao tiếp thông qua UNI ở biên giới WDM hoặc các giao diện giữa IP NMS và WDM NMS. Trong mô hình chồng lấn tập trung, khối quản lí NC&M tầng IP trung tâm và khối quản lí NC&M tầng WDM trung tâm sẽ chia sẻ thông tin trạng thái về tầng của nó. Tuy nhiên xu hướng này không có tính mềm dẻo vì rõ ràng là sẽ xuất hiện các thắt cổ chai ở các bộ quản lí NC&M tại cả tầng IP lẫn tầng WDM. Xu hướng tích hợp phù hợp một cách tự nhiên với mô hình phân tán cho kĩ thuật lưu lượng. Nghĩa là mỗi điểm đều có khả năng khai thác điều khiển tắc nghẽn và thực hiện ấn định tài nguyên dựa trên thông tin trạng thái mạng IP/WDM được lưu trữ cục bộ. Mô hình phân tán của kĩ thuật lưu lượng nâng cao tính sẵn sàng và tính mềm dẻo nhưng lại phải đối mặt với khó khăn là đồng bộ hoá phức tạp gây ra bởi bản chất của quyết định song song được thực hiện tại các địa điểm phân tán. Mô hình chồng lấn Mô hình tích hợp Triển khai tập trung TE chồng lấn tập trung TE tích hợp tập trung Triển khai phân tán TE chồng lấn phân tán TE tích hợp phân tán Bảng 2.1 Các mô hình triển khai TE Tóm lại, xu hướng chồng lấn sẽ không thể thực hiện một cách hiệu quả khi kích cỡ của mạng tăng vì các máy chủ IP và WDM NMS đều trở thành các thắt cổ chai tiềm tàng. Xu hướng tích hợp sẽ gặp phải vấn đề lớn về độ phức tạp của triển khai. Đồng bộ hoá giữa một lượng lớn các node IP/WDM về trạng thái mạng và thông tin cấu hình đòi hỏi một khoảng thời gian dài để hội tụ. Lựa chọn kĩ thuật lưu lượng chồng lấn hay tích hợp và mô hình triển khai tương ứng phụ thuộc vào lưu lượng ứng dụng và mạng vận hành. Mô hình khối chức năng kĩ thuật lưu lượng được trình bày trong đồ án sẽ bao quát cả hai mô hình của hai dạng thức triển khai. Các thành phần trong mô hình khối là chung cho các ứng dụng kĩ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM. 2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM Cơ chế cho phép cơ bản trong mô hình khối kĩ thuật lưu lượng là đường đi ngắn nhất và giám sát đường đi ảo theo nhu cầu. Một đặc tính độc nhất vô nhị trong một mạng WDM là khả năng tái cấu hình đường đi ngắn nhất và mô hình ảo. Điều đó có nghĩa là đối với một mô hình sợi quang vật lí, mạng WDM vật lí có thể hỗ trợ một số mô hình ảo được hình thành từ các đường đi ngắn nhất. Hình 2.5 chỉ ra các thành phần chức năng chính của một mô hình khối kĩ thuật lưu lượng có khả năng tái cấu hình và nó bao gồm các thành phần sau: Khối giám sát lưu lượng: thành phần này có nhiệm vụ thu thập các số liệu thống kê lưu lượng (ở đây là lưu lượng IP) từ các bộ chuyển mạch và định tuyến hay trên các tuyến truyền dẫn. Để hỗ trợ tính năng này, các mạng IP/WDM sẽ giám sát lưu lượng IP. Khối phân tích lưu lượng: thành phần này sẽ đưa ra các quyết định dựa trên các số liệu thống kê thu thập được. Mỗi khi có cập nhật, bộ phận này cũng đưa ra các báo cáo phân tích. Khối dự đoán băng thông: thành phần này được sử dụng để dự đoán nhu cầu băng thông trong tương lai gần dựa trên các đặc tính lưu lượng và các kết quả đo kiểm hiện tại và trong quá khứ. Khối giám sát hiệu năng tín hiệu: thành phần này có nhiệm vụ giám sát QoS tín hiệu quang ứng với mỗi kênh bước sóng. QoS tín hiệu là một tập hợp phức tạp của các yếu tố động liên quan tới định tuyến bước sóng và quản lí lỗi. Quản lí lỗi WDM không phải là nhiệm vụ chính của TE nên QoS tín hiệu chỉ được sử dụng bởi tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Khối khởi tạo tái cấu hình kĩ thuật lưu lượng: thành phần này bao gồm một tập hợp các quy định. Các quy định này sẽ quyết định khi nào sự tái cấu hình ở mức mạng nên được thực hiện. Quyết định này có thể dựa trên các điều kiện lưu lượng, các dự đoán về băng thông và các yếu tố vận hành khác như là giảm thiểu ảnh hưởng của các thông số chuyển tiếp và đảm bảo thời gian hội tụ mạng phù hợp. Hình 2.5 Mô hình khối chức năng kĩ thuật lưu lượng IP/WDM Khối thiết kế mô hình đường đi ngắn nhất: thành phần này sẽ tính toán một mô hình mạng dựa trên các dự đoán và kết quả đo kiểm lưu lượng. Việc này có thể được coi như việc tối ưu hoá một sơ đồ (các bộ định tuyến IP được kết nối bởi các đường đi ngắn nhất trong tầng WDM) cho những mục tiêu nhất định (ví dụ như là cực đại hoá thông lượng), tuỳ theo các điều kiện ràng buộc cụ thể (ví dụ như cấp độ node, dung lượng giao diện), đối với một ma trận nhu cầu cho trước (nghĩa là tải lưu lượng trên mạng). Tìm kiếm một sơ đồ tối ưu yêu cầu lượng tính toán rất lớn. Do việc thay đổi kiểu lưu lượng sẽ khởi tạo tái cấu hình nên một sơ đồ tối ưu hoá có thể sẽ không còn là tối ưu hoá nữa khi sự tái cấu hình của nó hoàn thành trong thực tế. Một xu hướng thực tế hơn là sử dụng các thuật toán kinh nghiệm. Chúng chỉ tập trung vào các mục tiêu cụ thể chẳng hạn như hiệu quả về mặt chi phí, tốc độ hội tụ và/hoặc giảm thiểu ảnh hưởng lên lưu lượng đang truyền thay vì tìm kiếm tối ưu hoá toàn cục. Khối dịch chuyển cấu hình: thành phần này bao gồm các thuật toán để lập thời gian biểu cho việc chuyển đổi cấu hình mạng từ cấu hình cũ sang cấu hình mới. Ngay cả khi các tài nguyên tầng WDM là đủ để hỗ trợ bất cứ dịch chuyển nào kế tiếp (tất cả các kết nối mới đều có thể thêm vào trước khi loại bỏ các kết nối không cần thiết) thì vẫn còn các vấn đề khác liên quan tới sự dịch chuyển. Ví dụ như khi tái cấu hình WDM đối với các kênh có dung lượng lớn (ví dụ như lên tới OC-192 trên một bước sóng) thì việc thay đổi ấn định các tài nguyên đối với các lượng lớn như thế sẽ có ảnh hưởng đáng kể lên một số lượng lớn lưu lượng người sử dụng. Một thủ tục dịch chuyển bao gồm một chuỗi các thiết lập và loại bỏ từng đường đi ngắn nhất WDM riêng rẽ. Các dòng lưu lượng phải thích nghi với các thay đổi về đường đi ngắn nhất trong suốt cũng như sau khi diễn ra mỗi bước dịch chuyển. Khối tái cấu hình đường đi ngắn nhất: thành phần này được sử dụng để tái cấu hình các đường đi ngắn nhất riêng lẻ, nghĩa là thiết lập và huỷ bỏ đường. Nó lại đòi hỏi các khối sau đây: Thuật toán định tuyến đường đi ngắn nhất: dùng để tính toán đường đi ngắn nhất. Khi tuyến đường đi ngắn nhất là chưa xác định, thành phần này sẽ tính toán đường đi định tuyến hiện. Nếu đã có sẵn một giao thức định tuyến (ví dụ như giao thức OSPF với các mở rộng cho quang), đường đi định tuyến có thể lấy ra từ bảng định tuyến cục bộ đó. Cơ chế huỷ bỏ/thiết lập đường: dùng để thiết lập hoặc huỷ bỏ một tuyến và nó có thể là một giáo thức báo hiệu. Quản lí giao diện: có nhiệm vụ giao diện và cập nhật các thông tin liên quan tới nó. Sự tái cấu hình đường đi ngắn nhất có thể gán lại các giao diện khách WDM cho một đường đi ngắn nhất khác. Điều đó sẽ ảnh hưởng tới giao diện giữa WDM và mạng IP. Định tuyến IP đòi hỏi các địa chỉ IP và chỉ cho phép gói tin được chuyển tiếp trong một mạng con IP. Vì thế một mô hình IP mới có thể đòi hỏi các thay đổi địa chỉ giao diện IP. 2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM Một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng là cần thiết để điều khiển và quản lí mạng IP/WDM. Dựa trên mô hình kĩ thuật lưu lượng và xu hướng triển khai nó mà cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng (bao gồm cả TE) sẽ được xây dựng và duy trì tương ứng. Ví dụ như, trong xu hướng tích hợp thì một cơ sở dữ liệu IP/WDM tích hợp toàn bộ sẽ phải được lưu trữ ở tất cả các điểm và sự đồng bộ giữa các cơ sở dữ liệu đó sẽ do một giao thức phân tán đảm nhiệm; còn trong xu hướng chồng lấn cơ sở dữ liệu IP được lưu trữ riêng rẽ với cơ sở dữ liệu WDM. Thông tin trạng thái mạng mà kĩ thuật lưu lượng quan tâm bao gồm hai mặt: các tài nguyên và cách sử dụng chúng. Cách biểu diễn truyền thống các tài nguyên mạng dùng cho mục đích định tuyến gói tin chỉ đơn giản là thông tin mô hình. Tuy nhiên, kĩ thuật lưu lượng đòi hỏi nhiều thông tin hơn thế, ví dụ như băng thông tổng cộng và sự sử dụng của mỗi kết nối hiện thời. Tồn tại hai tầng định tuyến trong mạng IP/WDM chồng lấn. Một thực hiện định tuyến các đường đi ngắn nhất qua mạng vật lí, trong khi tầng còn lại thực hiện định tuyến dữ liệu trên các đường đi ngắn nhất ấy. Có thể thực hiện kĩ thuật lưu lượng trên cả hai tầng đó. Kĩ thuật lưu lượng WDM không chỉ quan tâm tới sự tận dụng các tài nguyên mạng mà còn cả tới các đặc tính quang của các kết nối quang WDM và chất lượng của tín hiệu. Khi sử dụng kĩ thuật lưu lượng chồng lấn, các chức năng mục tiêu ở các tầng khác nhau có thể khác nhau. Còn trong trường hợp của kĩ thuật lưu lượng tích hợp, điều khiển lưu lượng và ấn định tài nguyên được xem xét đồng thời do đó các mục tiêu tối ưu hoá mang tính kết hợp. Mặc dù các mô hình kĩ thuật lưu lượng khác nhau đòi hỏi thiết kế và triển khai cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng khác nhau, nhưng có một số thuộc tính chung cho cả hai trường hợp. Trong xu hướng chồng lấn, cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng của tầng IP bao gồm các thông tin sau: Mô hình ảo IP: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu diễn các bộ định tuyến IP và các cạnh biểu diễn đường đi ngắn nhất. Nó giống với các đòi hỏi của một giao thức định tuyến trạng thái tuyến nối tiêu chuẩn. Trong đó cũng bao gồm tốc độ dữ liệu và các khuôn dạng tín hiệu mà mỗi giao diện IP có thể hỗ trợ. Mô hình này rất hữu ích cho việc thực hiện cấu hình động. Trạng thái tuyến nối IP: bao gồm dung lượng tuyến nối và sự tận dụng nó (tính theo phần trăm). Nó cũng có thể bao gồm một số kết quả đo khác (ví dụ như số lượng gói tin bị mất tại giao diện bộ định tuyến) cần thiết cho các thuật toán kĩ thuật lưu lượng. Tại tầng WDM, thực thể được quản lí là mạng vật lí, trong đó tải được thể hiện bởi các vết đường đi ngắn nhất. Tại tầng này hoạt động của kĩ thuật lưu lượng được thực hiện thông qua việc gắn mô hình ảo IP vào mạng vật lí. Các hoạt động quản lí mạng là gán bước sóng và định tuyến. Nếu tính liên tục bước sóng là cần thiết dọc theo một vết thì chỉ được gán một bước sóng duy nhất; nếu một WDM NE có khả năng chuyển đổi bước sóng, các hop khác nhau sẽ có thể sử dụng các bước sóng khác nhau. Do vậy, một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng tại tầng WDM sẽ bao gồm các thành phần sau: Mô hình vật lí: là một sơ đồ có hướng trong đó các đỉnh biểu thị các WDM NE và các cạnh biểu thị các sợi quang. Các đặc tính NE: biểu thị khả năng chuyển mạch và độ sẵn sàng của cổng. Một NE có thể thực hiện chuyển mạch sợi (nghĩa là kết nối tất cả các bước sóng trong một sợi đầu vào tới một sợi đầu ra sử dụng cùng bước sóng) hoặc chuyển mạch bước sóng (nghĩa là kết nối một bước sóng cụ thể trong sợi quang đến tới cùng một bước sóng trong một hoặc nhiều sợi ra). Hơn thế, một tín hiệu có thể được chuyển đổi thành một bước sóng khác thông qua chuyển đổi bước sóng. Một NE có số lượng cổng xen/tách hữu hạn do đó có thể có sự tranh chấp giữa các tín hiệu xen/tách tại ma trận chuyển mạch. Trạng thái sợi: bao gồm số lượng bước sóng, hướng, loại bảo vệ tuyến và chất lượng tín hiệu quang ví dụ như tổng công suất bước sóng của sợi đó, đăng kí bước sóng, công suất mỗi bước sóng riêng rẽ, SNR quang của mỗi bước sóng. Trạng thái đường đi ngắn nhất: bao gồm NE ID nguồn, ID cổng xen, NE ID trong tuyến, ID cổng tách, ID bước sóng (cho mỗi hop sợi) và hướng của nó, tốc độ bit, SNR quang từ đầu cuối tới đầu cuối, các ID SRLG (nhóm tuyến nối chia sẻ nguy hiểm). Ngoài ra còn có thể tuỳ chọn độ ưu tiên đường đi ngắn nhất hay mức độ làm rỗng đường đi ngắn nhất. Trong kĩ thuật lưu lượng tích hợp, mô hình bước sóng và mô hình sợi được kết hợp làm một. Tối ưu hoá được thực hiện dựa trên định tuyến bước sóng theo các điều kiện ràng buộc sợi quang. Do vậy, nội dung của cơ sở dữ liệu tầng IP và cơ sở dữ liệu tầng WDM trong mô hình chồng lấn ở trên sẽ được ghép làm một cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM duy nhất. 2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM Điều khiển một cách hiệu quả các giao diện giữa IP và WDM là vấn đề thiết yếu để thực hiện kĩ thuật lưu lượng phù hợp trên các mạng IP/WDM. Xu hướng là phải lợi dụng các đặc tính phần cứng mà vẫn duy trì được tính mềm dẻo và khả năng mở rộng vì hiện nay phần cứng mạng đang xuất hiện mới rất nhiều. Hiện tại, một giao diện IP duy nhất chỉ có thể kết hợp với một đường đi ngắn nhất. Điều này làm cho một mạng IP/WDM không có gì đặc biệt hơn một mạng IP trên nền bất cứ một mạng truyền dẫn kênh ảo nào. Kĩ thuật lưu lượng nói riêng hay quản lí và điều khiển mạng nói chung, đối với các mạng IP/WDM kiểu này, là mở đối với tất cả các kĩ thuật hiện đang tồn tại, phát triển. Trong miền phần mềm, IP/WDM đòi hỏi phần mềm tương ứng để quản lí giao diện phần cứng giữa IP với WDM và chuyển đổi giữa lược đồ địa chỉ IP và địa chỉ WDM (khi cần thiết). Trong xu hướng chồng lấn cần có một lược đồ chuyển đổi địa chỉ để duy trì ánh xạ giữa hai tầng. Chú ý rằng tầng WDM cũng có thể sử dụng các địa chỉ IP thay vì các địa chỉ vật lí nhưng vẫn cần lược đồ chuyển đổi địa chỉ vì tầng IP và tầng WDM sử dụng hai không gian địa chỉ khác nhau và các ví dụ định tuyến khác nhau. Một lợi ích của xu hướng chồng lấn là việc lợi dụng các cơ chế điều khiển sẵn có cho mạng IP và mạng WDM. Trong xu hướng tích hợp, mỗi giao diện IP/WDM NE được đánh địa chỉ IP. Do đó, chỉ có một lược đồ địa chỉ được sử dụng mà ở đây là địa chỉ IP, và chỉ có một khả năng định tuyến mà thôi. Tuy nhiên, các giao thức IP truyền thống như là OSPF cần phải được mở rộng để bao gồm các vấn đề về kết mạng IP/WDM. 2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình Như được chỉ ra trong hình 2.6 thì tái cấu hình có thể được khởi tạo bởi nhiều yếu tố khác nhau, ví dụ như: Kĩ thuật lưu lượng Lỗi Bảo vệ/tái lập Bảo trì mạng Bộ khởi tạo lỗi bao gồm khối phát hiện lỗi, khối phân tích nguyên nhân và khối quản lí lỗi. Mỗi khi một lỗi bị phát._.trường tương ứng của bản tin yêu cầu) mà có các thuộc tính sau: ID chủ nhân đường đi ngắn nhất Số thứ tự yêu cầu ID bộ định tuyến điểm đầu A ID giao diện điểm đầu A Địa chỉ điểm đầu A Ngoài ra bản tin trả lời tạo đường đi ngắn nhất sử dụng một tập các thông số tuỳ chọn (các giá trị có thể được thiết lập bởi bộ khởi tạo bản tin) và có các thuộc tính sau: Bước sóng ưa thích Khuôn dạng tín hiệu Băng thông được hỗ trợ. Tập các thông số trên là bắt buộc nếu như các thông số đó đã được chỉ định trong bản tin LCReq tương ứng. Cần chú ý rằng tất cả các thông số điểm cuối Z trong tập thông số được đặt ‘0’ nếu như nỗ lực tạo đường đi ngắn nhất được yêu cầu bị thất bại. Sau đó, các giá trị của tất cả các thông số trong tập được sao chép và tập tuỳ chọn sẽ trở nên không còn ý nghĩa. Yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất Bản tin yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất được gửi từ một thực thể IP tới một thực thể WDM thông qua kênh điều khiển (trong băng hoặc ngoài băng). Một thực thể IP trong ngữ cảnh này có thể là một bộ định tuyến IP có ít nhất một giao diện được kết nối trực tiếp tới một thiết bị biên WDM, hoặc một bên thứ ba được trao quyền trong tầng IP giống như khối kĩ thuật lưu lượng. Tương tự như vậy, một thực thể WDM có thể là một thiết bị Biên WDM như là WADM hoặc một thiết bị điều khiển trong tầng WDM giống như bộ tính toán tuyến đường đi ngắn nhất. Một bản tin yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất có một tập thông số xác định bao gồm các thuộc tính sau: Phiên bản Loại bản tin UNI ID bộ khởi tạo Số thứ tự yêu cầu ID bộ định tuyến điểm đầu A ID giao diện điểm đầu A Địa chỉ IP điểm đầu A ID bộ định tuyến điểm cuối Z ID giao diện điểm cuối Z Địa chỉ IP điểm cuối Z Bản tin yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất cũng có tập các thông số tuỳ chọn gồm có các thuộc tính sau: ID chủ nhân đường đi ngắn nhất Địa chỉ điểm truy nhập WDM điểm đầu A Địa chỉ điểm truy nhập WDM điểm cuối Z Cần chú ý rằng bộ khởi tạo bản tin LDReq có thể không biết chủ nhân đường đi ngắn nhất mà nó muốn xoá. Sau đó, nó tuỳ thuộc vào chính sách để xem một yêu cầu như vậy có được xử lí hay không. Tồn tại một cấu hình là khối kĩ thuật lưu lượng có thể xoá bất cứ đường đi ngắn nhất nào nhưng một bộ định tuyến IP chỉ có thể xoá các đường đi ngắn nhất mà nó sở hữu. Trả lời xoá đường đi ngắn nhất Một thiết bị biên WDM tạo ra một bản tin trả lời xoá đường đi ngắn nhất tương ứng với kết quả xử lí cho mỗi bản tin yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất. Bản tin trả lời xoá đường đi ngắn nhất được gửi tới bộ tính toán tuyến đường đi ngắn nhất và bộ khởi tạo bản tin yêu cầu đường đi ngắn nhất. Một bản tin trả lời xoá đường đi ngắn nhất có một tập các thông số xác định gồm: Phiên bản Loại bản tin UNI ID bộ khởi tạo Bản tin trả lời xoá đường đi ngắn nhất cũng cần bao gồm một tập các thông số sao chép bao gồm các thuộc tính sau: ID bộ định tuyến điểm đầu A ID giao diện điểm đầu A Địa chỉ IP điểm đầu A ID bộ định tuyến điểm cuối Z ID giao diện điểm cuối Z Địa chỉ IP điểm cuối Z Tập các thông số tuỳ chọn của nó bao gồm các thuộc tính sau: ID chủ nhân đường đi ngắn nhất Địa chỉ điểm truy nhập WDM điểm đầu A Địa chỉ điểm truy nhập WDM điểm cuối Z Tập các thông số này là bắt buộc nếu các thông số đó đã được chỉ định trong bản tin LDReq tương ứng. Cần chú ý rằng tất cả các thông số điểm đầu A và điểm cuối Z trong tập thông số sao chép sẽ được thiết lập giá trị ‘0’ nếu như nỗ lực xoá đường đi ngắn nhất được yêu cầu đó thất bại. Các giá trị của các thông số trong tập tuỳ chọn sẽ không có ý nghĩa. Bản tin bẫy (trap) Một bản tin bẫy cho phép một thiết bị biên WDM báo cho tất cả các thực thể thích hợp các sự kiện đáng chú ý xảy ra đối với một đường đi ngắn nhất. Một bản tin bẫy luôn được gửi tới một thực thể IP điểm đầu A, và khối kĩ thuật lưu lượng IP và/hoặc bộ định tuyến đường đi ngắn nhất, bất cứ khi nào thích hợp. Một bản tin bẫy có một tập thông số xác định bao gồm: Phiên bản Loại bản tin UNI ID bộ khởi tạo ID chủ nhân đường đi ngắn nhất Số thứ tự yêu cầu ID giao diện điểm đầu A Địa chỉ IP điểm đầu A Địa chỉ điểm truy nhập WDM điểm đầu A ID giao diện điểm cuối Z Địa chỉ IP điểm cuối Z Địa chỉ điểm truy nhập WDM điểm cuối Z Tập các thông số tuỳ chọn của nó bao gồm: ID bộ định tuyến điểm đầu A ID bộ định tuyến điểm đầu A Bước sóng ưa thích Khuôn dạng tín hiệu Băng thông hỗ trợ Mỗi thực thể mạng (khởi tạo một bản tin bẫy) duy trì một bộ đếm riêng rẽ để đánh dấu trường số thự tự yêu cầu của mỗi bản tin bẫy. Phía nhận có thể phân xử các bản tin bẫy xung đột từ cùng bộ khởi tạo dựa trên giá trị trường này. 4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM - giao thức điều khiển mạng (WDM TECP) Trong tầng WDM, hoạt động của kĩ thuật lưu lượng là định tuyến dựa trên các điều khiển ràng buộc theo một nghĩa chung. Các ràng buộc chung và bắt buộc trong mạng WDM là độ khả dụng bước sóng và khả năng chuyển đổi bước sóng. Tính toán tuyến đường đi ngắn nhất có thể được triển khai theo phương pháp tập trung hoặc phân tán. Phương pháp tập trung có nghĩa là tính toán tuyến được thực hiện tại một vị trí do đó các lệnh điều khiển định tuyến cũng được xuất phát từ một vị trí. Trong định tuyến phân tán, các tính toán và điều khiển tuyến được thực hiện tại mỗi node mạng. Các phương pháp tập trung và phân tán có các nhược và ưu điểm của riêng chúng. Một phương pháp tập trung cho phép điều khiển đơn giản nhưng có nhiều khả năng sẽ trở thành nghẽn cổ chai. Ngược lại, phương pháp phân tán có tính thể mở rộng về mặt độ sẵn sàng nhưng lại chịu mất trạng thái đồng bộ. Các mạng WDM yêu cầu truy nhập độc quyền và đặt trước trạng thái cứng bước sóng. Một đặc tính khác của mạng WDM là độ phức tạp của phần tử chuyển mạch mạng và QoS của tín hiệu vật lí quang. Tất cả chúng đều làm trầm trọng thêm sự thiếu khả năng điều hành của nhà khai thác. Điều khiển mạng WDM trung tâm IP phù hợp với cơ cấu IETF GMPLS. Tính toán tuyến đường đi ngắn nhất phân tán dựa trên điều kiện ràng buộc là một thực thể riêng rẽ (mặc dù nó có thể được tích hợp vào định tuyến OSPF truyền thống). Thông tin tính toán tuyến được chuyển cho mỗi node WDM thông qua OSPF với các mở rộng cho quang. Các LSA mờ có thể được sử dụng để mạng thông tin trạng thái chi tiết WDM. Giao thức báo hiệu MPLS cũng có thể được sử dụng để thiết lập và loại bỏ đường đi ngắn nhất. Truyền thông giữa khối tính toán tuyến đường đi ngắn nhất (khối kĩ thuật lưu lượng WDM) và khối báo hiệu được hỗ trợ bởi các khuôn dạng bản tin được xác định trong phần này. WDM TECP sử dụng mào đầu TECP chung như được vẽ trên 4.4. Như trong phần kiến trúc đã trình bày, TECP cung cấp giao diện giữa điều khiển mạng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Trong mô hình chồng lấn, TECP được trình bày trong hai nhóm bản tin, IP TECP và WDM TECP, vì tồn tại kĩ thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM riêng rẽ tại tầng IP và tầng WDM. Trong mô hình chồng lấn, chỉ có một TECP vì kĩ thuật lưu lượng tích hợp chịu trách nhiệm mạng IP/WDM tích hợp. Các loại bản tin WDM TECP WDM TECP xác định hai lớp bản tin: các bản tin quản lí vệt và bản tin thông báo sự kiện. Mỗi lớp lại chứa một số loại bản tin khác nhau. Các bản tin quản lí vệt có thể phân chia như sau: Yêu cầu tạo và cập nhật dấu vết Yêu cầu vệt tuyến hiện Trả lời vệt Các bản tin thông báo sự kiện có thể phân chia như sau: Sự kiện bước sóng Sự kiện cổng Sự kiện NE Sự kiện sợi Các bản tin quản lí vệt được sử dụng bởi WDM TE để yêu cầu các hoạt động liên quan tới đường đi ngắn nhất. WDM TECP đã xác định các hoạt động này: tạo, xoá, truy vấn, bảo vệ và tái định tuyến. Hệ thống WDM cũng chấp nhận các tuyến được định tuyến hiện trong đó đường đi ngắn nhất toàn bộ được chỉ định trong bản tin yêu cầu. Khi kích thước của bản tin này lớn hơn kích thước MTU nhiều phần bản tin sẽ được gửi với cùng ID giao dịch. Tất cả các bản tin yêu cầu và trả lời liên quan đều phải có cùng ID giao dịch. Khi việc gắn vào một đoạn thông tin (ví dụ như một đấu chéo) làm cho kích thước bản tin lớn hơn kích thước MTU, đoạn thông tin đó và phần thông tin còn lại sẽ được truyền dẫn trên một bản tin khác. Các bản tin yêu cầu vệt có thể được phân nhóm lại thành ba loại sau: Yêu cầu tạo và cập nhật vệt Yêu cầu vệt tuyến hiện Bản tin trả lời vệt Bản tin yêu cầu tạo và cập nhật vệt (TReq) Mã của loại bản tin yêu cầu tạo và cập nhật vệt là TReq. Các bản tin loại này có thể được sử dụng để yêu cầu các thiết bị biên WDM thiết lập các vệt mới hoặc cập nhật các vệt đang tồn tại. Xoá vệt được xem là một hành động đặc biệt của cập nhật vệt. Khuôn dạng bản tin cho các bản tin yêu cầu tạo và cập nhật vệt được vẽ trên hình 4.10. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 ID vệt Hoạt động Địa chỉ NE điểm đầu A Địa chỉ NE điểm cuối Z ID cổng vào ID cổng ra Loại tín hiệu Lược đồ bảo vệ Hình 4.10 Khuôn dạng bản tin cho các bản tin yêu cầu tạo và cập nhật vệt Các trường trong bản tin như sau: ID vệt: trường này chỉ ra ID vệt khi nó được yêu cầu. Nó có thể được sử dụng khi cập nhật vệt hoặc truy vấn chi tiết về tuyến vệt. ID vệt là độc nhất đối với mỗi thiết bị biên WDM. Nó được sử dụng chung với địa chỉ NE điểm đầu A để chỉ định duy nhất một vệt trong toàn bộ miền WDM. Trường này sử dụng hai octet. Hoạt động: trường này được mã hoá để chỉ định một trong các hoạt đông được định nghĩa sau: Tạo vệt: hoạt động này yêu cầu thiết lập vệt. Để thiết lập một vệt, phía yêu cầu phải chỉ rõ địa chỉ NE điểm đầu A và ID của cổng vào và địa chỉ NE điểm cuối Z và trường ID cổng ra và tuỳ chọn chỉ rõ loại tín hiệu và các trường lược đồ bảo vệ. Trường ID vệt là không xác định. Giá trị của nó sẽ được xác định khi thiết lập là thành công. Xoá vệt: hoạt động này sẽ xoá một vệt đang tồn tại. Vệt bị xoá được xác định bởi ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn. Bảo vệ vệt: hoạt động này bảo vệ một vệt đang tồn tại mà hiện nay chưa được bảo vệ hoặc thay đổi mức bảo vệ của một vệt đang được bảo vệ. Một vệt được bảo vệ có nghĩa là nó sẽ có ít nhất một đường dự phòng. Do đó trong trường hợp đường chính bị hỏng hay chất lượng tín hiệu giảm, các tín hiệu có thể được truyền dẫn nhờ sử dụng đường thay thế. Vệt sẽ được bảo vệ được xác định bởi ID vệt. Trường lược đồ bảo vệ sẽ chỉ ra cấp bảo vệ mong muốn hoặc cần cập nhật. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn. Tái định tuyến vệt: hoạt động này sẽ thực hiện tái định tuyến một vệt đang tồn tại. Vệt cần tái định tuyến được xác định bởi ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn. Nếu như tái định tuyến thất bại, tuyến hiện tại sẽ không bị thay đổi. Chi tiết định tuyến vệt: hoạt động này được sử dụng để truy vấn các chi tiết của một vệt đang tồn tại. Vệt được truy vấn được xác định bởi ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn. Địa chỉ NE điểm đầu A: đây là địa chỉ của NE nguồn. Trường này sử dụng bốn octet. Địa chỉ NE điểm cuối Z: đây là địa chỉ của NE đích. Trường này sử dụng bốn octet. ID cổng vào: đây là số cổng, nghĩa là cổng vào tín hiệu WADM của NE nguồn. Nó gồm hai octet. ID cổng ra: đây là số cổng, nghĩa là cổng ra tín hiệu WADM của NE đích. Nó gồm hai octet. Loại tín hiệu: trường này chỉ được sử dụng khi yêu cầu thiết lập một vệt. Một loại tín hiệu ưa thích ví dụ như OC-48 chẳng hạn sẽ được chỉ định. Trường này chỉ sử dụng một octet. Lược đồ bảo vệ: trường này sử dụng khi yêu cầu một vệt hoặc yêu cầu bảo vệ cho một vệt đang tồn tại. Trường này sử dụng một octet. Có các lược đồ bảo vệ sau đã được định nghĩa cho WDM TECP: Loại 0: không quan tâm Loại 1: 1:1 bảo vệ dành riêng Loại 2: 1+1 bảo vệ dành riêng Loại 3: bảo vệ chia sẻ Loại 4: đa đường bảo vệ Loại 5: không bảo vệ Bản tin yêu cầu vệt định tuyến hiện Mã của loại bản tin này là ETReq. TE có thông tin đầy đủ về trạng thái tuyến và mô hình trong mạng WDM. Do đó, nó có sự lựa chọn và khả năng để thiết lập một vệt định tuyến hiện. Khuôn dạng cho loại bản tin này được vẽ trên hình 4.11. Khuôn dạng này được tạo thành từ một phần của TReq và danh sách tuyến hiện. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 ID vệt Hoạt động Địa chỉ NE điểm đầu A Địa chỉ NE điểm cuối Z ID cổng vào ID cổng ra Loại tín hiệu Lược đồ bảo vệ Địa chỉ cổng NE tuyến người sử dụng 1 Lambda tuyến người sử dụng 1… Địa chỉ cổng NE tuyến người sử dụng 2 Lambda tuyến người sử dụng 2… Hình 4.11 Khuôn dạng bản tin cho các bản tin yêu cầu vệt định tuyến hiện Các trường của bản tin bao gồm: Hoạt động: trường này được mã hoá để chỉ ra một trong hai hoạt động có thể xảy ra: Định tuyến vệt người sử dụng: hoạt động này đòi hỏi thiết lập một vệt hiện. Nó đòi hỏi một danh sách các phần đấu chéo bước sóng từ nguồn tới đích. Đối với mỗi phần như vậy, trường địa chỉ NE tuyến người sử dụng cần phải được xác định. Việc bổ sung ID cổng tuyến người sử dụng và lambda tuyến người sử dụng là tuỳ chọn. Khi xuất hiện các điều kiện ràng buộc tính liên tục bước sóng thì ID lambda phải giống nhau cho tất cả các phần kết nối từ nguồn tới đích. Trong trường hợp này, người ta có thể giả định rằng lựa chọn bước sóng được thực hiện hoặc sẽ được thực hiện tại NE điểm đầu A. Khi ID lambda không được lựa chọn và có nhiều kênh bước sóng sẵn sàng thì nhiệm vụ của chuyển mạch cục bộ là lựa chọn một bước sóng. Nếu một vài trường không xác định thì chúng sẽ được xác định tại mỗi NE trung gian dựa trên độ khả dụng tài nguyên. Tái định tuyến vệt người sử dụng: hoạt động này tái định tuyến vệt đang tồn tại được xác định bởi ID vệt. Các trường khác trong bản tin là tuỳ chọn. Nếu như tái định tuyến thất bại, vệt hiện thời sẽ không bị thay đổi. Địa chỉ cổng NE định tuyến người sử dụng i: đây là địa chỉ cổng vào của NE của hop thứ i trong vệt hiện. Giống như các địa chỉ cổng NE thông thường trường này sử dụng 4 octet. Lambda định tuyến người sử dụng i: khi thiết lập một vệt hiện, một bước sóng hoặc một tập các bước sóng có thể được chỉ định cho mỗi hop. Trường này sử dụng một biểu diễn sắp xếp theo bit cho các bước sóng được chọn. Nếu một bước sóng được chọn cho vệt hiện đó thì bit thể hiện bước sóng đó sẽ được gán giá trị 1 còn các bit tương ứng với các bước sóng không được chọn sẽ được gán giá trị 0. Trường này sử dụng 16 octet nên nó có thể làm việc với mật độ WDM lên tới 128 bước sóng trên một sợi quang. Bảng tin trả lời vệt (TResp) Mã của loại bản tin này là Tresp. Khuôn dạng của một bản tin được vẽ trên hình 4.12. Bản tin trả lời vệt sử dụng ID giao dịch và ID bản tin giống như của bản tin yêu cầu vệt. Tất cả các trường khác trong bản tin phải được điền tương ứng với thiết lập thực tế của vệt. Đặc biệt nếu hoạt động của bản tin yêu cầu được xác định để tạo vệt, bảo vệ vệt, tái định tuyến vệt, tuyến người sử dụng vệt hoặc tái định tuyến người sử dụng vệt thì trường ID vệt phải được bổ sung với các giá trị thích hợp để thể hiện vệt mới được tạo ra. Nếu một bản tin yêu cầu mà các hoạt động của nó là xóa vệt hoặc các chi tiết tuyến vệt thì trường ID vệt phải được sao chép lại từ bản tin yêu cầu. Giá trị của trường hoạt động phải được thiết lập giống như trường bản tin mà nó trả lời. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 ID vệt Hoạt động Địa chỉ NE điểm đầu A Địa chỉ NE điểm cuối Z ID cổng vào ID cổng ra Loại tín hiệu Lược đồ bảo vệ Địa chỉ cổng NE 1 Lambda 1… Địa chỉ cổng NE 2 Lambda 2… Hình 4.12 Khuôn dạng bản tin cho các bản tin trả lời vệt Các trường bản tin bao gồm: Địa chỉ cổng NE thứ i: đây là địa chỉ cổng đến NE của hop thứ i trong vệt được xác định bởi ID vệt. Trường này có 4 octet. Lambda i: trường này sử dụng một biểu diễn bản đồ bit của bước sóng được chọn. Nó sử dụng 16 octet nên có thể làm việc với mật độ WDM lên tới 128 bước sóng trên một sợi quang. Nhưng đối với một bản tin trả lời vệt hợp lệ thì một và chỉ một bit trong trường này được gán giá trị 1. Bản tin thông báo sự kiện (EN) 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Loại sự kiện ID cổng ID lambda ID NE (tiếp tục) Tình trạng Tính nghiêm trọng Sự kiện Mô tả sự kiện (Tiếp tục) Hình 4.13 Khuôn dạng bản tin cho các bản tin thông báo sự kiện Các bản tin thông báo sự kiện thông báo cho khối kĩ thuật lưu lượng các điều kiện khác thường nhất định trong mạng WDM. Các bản tin thông báo sự kiện không được công nhận. Các bản tin sự kiện cũng không được gửi trong quá trình khởi tạo. Tất cả các bản tin báo hiệu sự kiện đều có cùng khuôn dạng như được vẽ trên hình 4.13. Mã của loại bản tin này là EN. Các trường của bản tin này bao gồm: Loại sự kiện: trường này (gồm 2 octet) có thể được mã hoá để chỉ định một trong các loại sau: Sự kiện lambda: loại sự kiện này chỉ ra rằng sự kiện đó liên quan tới một bước sóng hoặc một kênh bước sóng nhất định ví dụ như các sự kiện QoS tín hiệu. Sự kiện sợi quang: loại sự kiện này sử dụng để chỉ ra các sự kiện liên quan tới tuyến nối sợi quang, ví dụ như đứt sợi. Sự kiện cổng: loại sự kiện này chỉ ra sự kiện liên quan tới cổng chuyển mạch nhất định ví dụ như cổng hoặc mạch tương ứng bị hỏng. Sự kiện NE: loại sự kiện này chỉ ra là thông báo sự kiện đó là về một NE nhất định, ví dụ như NE hỏng. ID lambda: trường này phải được xác định nếu và chỉ nếu loại sự kiện là sự kiện lambda. Trường này sử dụng hai octet. ID cổng: trường này phải được xác định nếu và chỉ nếu loại sự kiện là sự kiện cổng. Nó gồm hai octet. ID NE: trường này phải được xác định nếu và chỉ nếu loại sự kiện là sự kiện NE. Nó gồm bốn octet. Trạng thái: trường này chỉ ra trạng thái của thông báo. Trường này sử dụng một octet. Nó bao gồm các trạng thái sau: Loại 0: Tốt Loại 1: Được xoá Loại 2: Cảnh báo Tính nghiêm trọng: trường này chỉ ra tính chất nghiêm trọng của sự kiện và gồm một octet. Có các mức độ nghiêm trọng sau đã được xác định: Loại 0: Chú ý Loại 1: Cảnh báo Loại 2: Nhỏ Loại 3: Quan trọng Loại 4: Nghiêm trọng Sự kiện: trường này chỉ ra điều gì đã xảy ra đối với thành phần được chỉ ra bởi trường ID (ID lambda, ID cổng, ID NE). Trường này gồm hai octet và gồm các sự kiện sau: Loại 0: đang chạy Loại 1: sẵn sàng cho dịch vụ Loại 2: Hỏng Loại 3: Hỏng do thay đổi trạng thái của thành phần lân cận Mô tả sự kiện: trường này chỉ rõ hơn sự kiện đang xảy ra và nó gồm sáu octet. Phân giải địa chỉ IP/WDM Các bộ định tuyến IP truy nhập mạng WDM thông qua các thiết bị biên WDM (WADM). Kết nối vật lí giữa một giao diện định tuyến IP và một cặp cổng vào/ra WDM sẽ không thay đổi trong suốt quá trình tái cấu hình mức WDM. Lân cận IP được xác định bởi phương pháp các đường đi ngắn nhất được thiết lập giữa các điểm truy nhập. Hai bộ định tuyến IP là lân cận nhau nếu và chỉ nếu một đường đi ngắn nhất được thiết lập giữa bộ định tuyến và điểm truy nhập WDM (các cổng vào/ra) của hai bộ định tuyến đó. Một đường đi ngắn nhất định tuyến hiện được xác định bởi khối tính toán tuyến đường đi ngắn nhất trong thiết bị biên WDM tương ứng với hai đầu yêu cầu của tầng khách từ cổng sợi quang truyền dẫn lối ra của WADM lối vào tới cổng truyền dẫn sợi lối vào của WADM lối ra. Mỗi node điều khiển cạnh WDM chịu trách nhiệm thiết lập một bảng ánh xạ trung gian. Bảng này liên kết mỗi cổng vào/ra với các địa chỉ IP của giao diện bộ định tuyến được gắn vào để đấu chéo điểm cuối đường đi ngắn nhất với cổng vào/ra chính xác. Một mạng WDM được điều khiển GMPLS có địa chỉ IP gán với mỗi WDM NE, hoặc mỗi giao diện của NE để tính toán tuyến cho các đường đi ngắn nhất. Mặc dù định tuyến trong đối với một tầng là không thể nhìn thấy đối với tầng khác nhưng mỗi thiết bị biên WDM phải biết được bộ định tuyến nào kết nối với WADM nào. Để làm được điều này, chúng ta phải có một số thay đổi. Đầu tiên, chúng ta phải chạy một BGP giữa các thiết bị biên WDM hoặc xác định một bản tin LSA mờ mới để lợi dụng ưu điểm của OSPF đang chạy trong tầng WDM. Xu hướng này về cơ bản là một tiếp cận IP bằng cách mở rộng các giao thức điều khiển IP. Tiếp theo chúng ta có thể xây dựng một máy chủ tập trung hoặc một khối quản lí cho chuyển đổi địa chỉ IP/WDM. Xu hướng này tương tự như ARP và RARP. Hơn nữa, chúng ta có thể sử dụng cấu hình bằng tay hoặc cố định. Các xu hướng như vậy đòi hỏi việc xây dựng và duy trì một bảng ánh xạ địa chỉ IP/WDM bên trong. 4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín. Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín là quá trình kĩ thuật lưu lượng tự động trong các mạng IP/WDM đang hoạt động để điều khiển thích ứng mạng sao cho các tài nguyên mạng có thể được tận dụng một cách tối đa. Quá trình này bao gồm hai chức năng đồng thời: Đầu tiên nó điều khiển quá trình được điều khiển Kế đến nó tự điều chỉnh chính nó so với quá trình đó và các thay đổi để có thể cho phép một quá trình điều khiển tốt hơn. Điều khiển thích ứng trong kĩ thuật điều khiển là sự tổng quát hoá của điều khiển phản hồi được thực hiện bằng tay cổ điển trong các hệ thống mà bộ điều khiển dùng một luật điều khiển chẳng hạn như luật điều khiển tuyến tính. Trong điều khiển tuyến tính cổ điển, các hệ số của luật điều khiển tuyến tính là các hằng số theo thời gian và đã được ấn định trước. Trong điều khiển thích ứng, một vài hoặc là tất cả các hệ số thay đổi một cách tự động theo các kết quả đo trực tiếp của các quá trình hoặc các biến đổi nhiễu loạn. Kĩ thuật lưu lượng vòng kín trong các mạng IP/WDM có thể dựa trên các kết quả thống kê lưu lượng và các dự đoán băng thông. Bộ điều khiển bao gồm các công cụ dự đoán băng thông, các thuật toán thiết kế mô hình, và các chính sách lập thời gian biểu dịch chuyển. Mỗi khi bộ điều khiển cho ra một mô hình mới, quá trình được điều khiển ví dụ như là mạng chẳng hạn sẽ triển khai mô hình này. Trước khi một sự thay đổi mô hình khác được triển khai, mạng phải triển khai vào thực tế mô hình mới sau đó thông báo trạng thái tuyến nối cho toàn mạng. Vì thế sự triển khai mô hình mạng và hội tụ mạng là rất quan trọng trong việc đảm bảo độ ổn định của mạng. 4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng Trong mạng IP/WDM chồng lấn, có hai nhiệm vụ đi cùng với tái cấu hình mô hình IP là tái cấu hình WDM và tái cấu hình IP. Tái cấu hình WDM chỉ thị cho OXC và OADM thiết lập mô hình đường đi ngắn nhất mà nó mong muốn và có các thành phần sau: Định tuyến đường đi ngắn nhất tlr: nếu như các hop chi tiết của một đường đi ngắn nhất là không cho trước trong bộ khởi tạo tái cấu hình thì tuyến từ đầu cuối tới đầu cuối phải tính toán động. Một xu hướng ví dụ cho định tuyến và gán bước sóng là sử dụng thuật toán SPF Dijkstra tuỳ theo các điều kiện ràng buộc. Các ràng buộc này phải được xem xét gồm độ khả dụng bước sóng và tính liên tục bước sóng. Thiết lập mô hình đường đi ngắn nhất tsetup: nó báo gồm thủ tục báo hiệu phân tán và thiết lập chuyển mạch. Tuỳ theo sự triển khai mà báo hiệu có thể chịu trách nhiệm lựa chọn lambda cục bộ như là trong MPLS. Thiết lập chuyển mạch có thể yêu cầu một hoạt động reset trước khi bổ sung một kết nối mới cho sợi quang. Hội tụ định tuyến twdm-các: nó thể hiện thời gian cho cơ sở thông tin định tuyến WDM tái đồng bộ sau khi cập nhật. Nếu một giao thức trạng thái tuyến nối được sử dụng trong định tuyến bước sóng thì đây là khoảng thời gian cho cơ sở dữ liệu trạng thái tuyến nối hội tụ. Nếu mạng WDM sử dụng một bộ quản lí kết nối tập trung duy nhất để tính toán đường đi ngắn nhất thì nó thể hiện thời gian cập nhật cơ sở dữ liệu kết nối mỗi khi có thay đổi xảy ra. Thời gian tái cấu hình WDM Twdm sẽ được xác định như sau: (tlr + tsetup + twdm-c) – β x twdm-c, trong đó β thể hiện thông số chồng lấn giữa tính toán đường đi ngắn nhất và thời gian thiết lập và thời gian hội tụ WDM. Tái cấu hình IP làm thay đổi trạng thái và địa chỉ giao diện IP nếu cần thiết và sau đó chờ đợi cho giao thức định tuyến hội tụ. Từ đây trở đi chúng ta sử dụng OSPF như là giao thức định tuyến IP vì giao thức trạng thái tuyến nối không chỉ hỗ trợ nhiều ma trận mà còn hứa hẹn thời gian hội tụ nhỏ hơn. Tái cấu hình IP, Tip, bao gồm các thành phần sau: Tái cấu hình giao diện tif: nó gồm thời gian để thay đổi các giao diện IP khi chỉ định trong mô hình mới. Hội tụ giao thức định tuyến tip-c: là thời gian hội tụ OSPF. Nó bao gồm thời gian để phát hiện, truyền và tính toán lại SPF. Số lượng các tính toán phải thực hiện với n gói tin trạng thái tuyến là tỉ lệ với nlogn theo kiểu thuật toán SPF hiện đại. Thời gian hội tụ OSPF có liên quan tới kích thước và loại mạng chẳng hạn như số lượng các bộ định tuyến trong mỗi vùng, số lượng node lân cận cho mỗi bộ định tuyến bất kì, số lượng các vùng được hỗ trợ bởi một bộ định tuyến bất kì và sự lựa chọn bộ định tuyến thiết lập. Tip có thể được tính như sau: (tif + tip-c) – γ x tip-c, trong đó γ thể hiện hệ số chồng lấn giữa tái cấu hình giao diện và hội tụ OSPF. 4.7.2 Hội tụ mạng Khi mô hình mạng IP thay đổi thì lưu lượng IP phải định tuyến lại một cách nhanh chóng dựa trên mô hình đường đi ngắn nhất mới. Thời gian hội tụ IP chỉ ra khoảng thời gian để một bộ định tuyến IP bắt đầu sử dụng một tuyến mới sau khi mô hình thay đổi. Hội tụ tái cấu hình đề cập tới khoảng thời gian mà một tái cấu hình IP/WDM hoàn thành và mạng IP và WDM đã hội tụ. Nghĩa là sau khi một khoảng thời gian tái cấu hình, mạng IP/WDM mới đã sẵn sàng cho một tái cấu hình khác. Thời gian hội tụ tái cấu hình Tr có thể được viết như sau: Tip + (1-α)Twdm, Trong đó α thể hiện thông số chồng lấn giữa tái cấu hình IP và tái cấu hình WDM. Để giảm Tr thì tái cấu hình IP và tái cấu hình WDM nên được thực hiện song song. Tuy nhiên lập thời gian biểu dịch chuyển có thể đòi hỏi tính nối tiếp giữa các quá trình tái cấu hình IP và WDM nhất định để giảm tính không ổn định và/hoặc tránh tổn thất lưu lượng. Ảnh hưởng tới ứng dụng do tái cấu hình trong mạng IP/WDM chồng lấn chỉ xảy ra trong khoảng thời gian Tr - twdm-c vì các ứng dụng không đòi hỏi hội tụ mạng WDM. KẾT LUẬN Như vậy, sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án “Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM”. Đồ án đã trình bày được các nội dung sau: Chương I: chương này đã trình bày khái niệm mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các ưu nhược điểm của từng xu hướng và lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là giải pháp cho tương lai. Chương II: chương II bắt đầu bằng việc trình bày một số phương pháp mô hình hoá lưu lượng viễn thông trong các mạng thoại cũng như mạng dữ liệu, các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM. Tiếp theo là khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM – kĩ thuật để tối ưu hoá sự tận dụng tài nguyên mạng. Tiếp theo, hai mô hình cho kĩ thuật lưu lượng IP/WDM là mô hình chồng lấn và mô hình tích hợp cũng như ưu, nhược điểm của từng mô hình đã được giới thiệu. Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM gồm có kĩ thuật lưu lượng IP/MPLS và kĩ thuật lưu lượng WDM. Kĩ thuật lưu lượng IP/MPLS được ứng dụng để cân bằng tải giữa các thành phần mạng và giám sát mạng còn kĩ thuật lưu lượng WDM sẽ được trình bày trong chương III. Chương III: kĩ thuật lưu lượng WDM lợi dụng đặc điểm một mạng WDM vật lí có thể hỗ trợ nhiều mô hình ảo đường đi ngắn nhất khác nhau. Do đó, nó sẽ được dùng để tái cấu hình các đường đi ngắn nhất sao cho có khả năng thích nghi với các kiểu lưu lượng và tuỳ theo các điều kiện ràng buộc mạng WDM vật lí. Mỗi mô hình ảo IP trên nền các mạng WDM là một mô hình IP. Để thiết kế mô hình ảo, một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm cũng đã được trình bày. Phương pháp dịch chuyển mô hình ảo sao cho giảm thiểu ảnh hưởng lên lưu lượng người sử dụng cũng đã được nêu ra. Chương này tập trung đi sâu về tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói. Trong khi tái cấu hình trong IP trên nền WDM có khả năng tái cấu hình chủ yếu dựa trên giám sát mức mạng (đối với một mô hình đường đi ngắn nhất ảo nhất định), và do đó, dễ dàng triển khai và tin cậy hơn thì tái cấu hình cho WDM chuyển mạch gói đòi hỏi quyết định song song động (nghĩa là sẽ đòi hỏi tính đồng bộ giữa các bộ quyết định) nên nó phức tạp và ít tối ưu hơn. Tuy nhiên, nó lại có tính mềm dẻo và ở mức độ nào đó lại có tính động hơn vì mạng này thường xảy ra tái cấu hình đường đi ngắn nhất hơn. Chương IV: Trong chương IV, các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng chồng lấn đã được trình bày. Các giao diện này đã chỉ rõ các thông số cần thiết trong quá trình truyền thông. IP/WDM nói chung và kĩ thuật lưu lượng IP/WDM nói riêng là những vấn đề mới và rộng, đặc biệt là tại Việt Nam. Chính vì thế còn rất nhiều vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn như: Các thuật toán dựa trên kinh nghiệm khác, mới cho các kiểu lưu lượng và tình trạng nghẽn mạch khác nhau trong các mạng IP/WDM cũng như ảnh hưởng của chúng lên hiệu năng mạng. Kiểu lưu lượng, xu hướng lưu lượng và tình trạng cụ thể của mạng viễn thông Việt Nam. Từ đó có thể hoặc chuẩn bị để ứng dụng các kĩ thuật lưu lượng một cách phù hợp. TÀI LIỆU THAM KHẢO Kevin H. Liu, IP over WDM, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2002. Chunming Qiao, Labeled optical burst switching for IP over WDM integration -Optical networking solutions for next generation Internet networks, IEEE Communication Magazine, Sept, 2000. Chunming Qiao, Myoungki Jeong, Amit Guha, Xijun Zhang_ and John Wei, WDM Multicasting in IP over WDM Networks, 1999. Arjan Durresi, Raj Jain, Nikhil Chandhok, Ramesh Jagannathan, Srinivasan Seetharaman, and Kulathumani Vinodkrishnan, IP over All-Optical Networks- Issues, IEEE, 2001. Malathi Veeraraghavan (Polytechnic University, 6 Metrotech Center, Brooklyn, NY 11201, mv@poly.edu), Mark Karol (Lucent Technologies,101 Crawfords Corner Road, Holmdel, NJ 07733, mk@bell-labs.com), Using WDM technology to carry IP traffic. Hwajung Lee, Hongsik Choi, and Hyeong-Ah Choi (Department of Computer Science, The George Washington University, Washington, DC 20052 {hjlee,hongsik,choi}@seas.gwu.edu), Restoration in IP over WDM Optical Networks. Sudhir Dixit, IP Over WDM Building the Next Generation Optical Internet, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2003. Hà Trần Đức, Phạm Minh Toàn, Nguyễn Hoàng Hải, Công nghệ IP trên nền DWDM, Tạp chí Bưu chính Viễn thông, kì 1, 5-2004. ._.