CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU MẠNG GMPLS 1. Giới thiệu công nghệ GMPLS 1. Lịch sử phát triển GMPLS Trong những năm gần đây đã có một sự bùng nổ làm gia tăng số lượng lưu lượng truy cập bởi mạng Internet.
Ngày càng có nhiều các yêu cầu sử dụng các dịch vụ trên mạng Internet và khi đó có một sự gia tăng rất lớn trong nhu cầu về băng thông trong mạng lõi. Các công ty viễn thông cung cấp dịch vụ mới nhanh chóng và có thể hưởng lợi từ các nhu cầu của khách hàng ngày càng tăng này. Chuyển mạch nhãn đa giao thức (Multi-Protocol Label Switching - MPLS) bắt đầu được chuẩn hóa bởi Internet Engineering Task Force (IETF) và cung cấp những cách thức mới và được chú ý để quản lý việc phân phối các gói dữ liệu trong Internet. Công nghệ MPLS dựa trên chuyển mạch gói, khung hoặc tế bào, các đơn vị cơ bản của dữ liệu là một gói dữ liệu (thường là một gói tin IP), vấn đề cần đặt ra là chia gói tin đến các thiết bị chuyển mạch và định tuyến, khi đó chúng phải kiểm tra mỗi gói tin để xác định làm thế nào để chuyển tiếp các gói tin này.
Tuy nhiên trong mạng lõi, hệ thống truyền dẫn được xây dựng từ các thiết bị ghép kênh phân chia thời gian (TDM) thì vấn để chuyển mạch liên quan đến các luồng dữ liệu nhiều hơn là các gói dữ liệu riêng biệt. Và một thế hệ mới của các thiết bị đã được phát triển phổ biến để có thể chuyển mạch toàn bộ nội dung của một sợi quang hoặc thậm chí các bước sóng được chia nhỏ riêng lẻ từ một sợi quang và chuyển mạch chúng một cách riêng biệt. Nó chỉ ra rằng những thiết bị truyền dẫn lõi đã được thực thi theo một cách tương tự như chức năng chuyển mạch end-to-end trong một mạng MPLS, chỉ đơn giản hoạt động trên một số lượng chuyển mạch khác nhau (các khoảng cách thời gian TDM, các bước sóng, hoặc sợi quang toàn phần, chứ không phải là các gói tin). Những điều cơ bản của các giao thức điều khiển MPLS có thể áp dụng trong mạng lưới truyền dẫn làm cho chúng phản ứng linh hoạt hơn, kiểm soát đơn giản hơn và dễ dàng tiếp nhận các yêu cầu cung cấp dịch vụ tiên tiến.
Do đó một giải pháp được đưa ra là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS). 12 GMPLS không chỉ bao gồm về các giao thức (các giao thức MPLS hiện tại được tái sử dụng với phần mở rộng tương đối nhỏ) và nó cũng không phải là về bất kỳ công nghệ đặc biệt nào (nó có thể được áp dụng cho bao gồm cả TDM, chuyển mạch lambda và MPLS), GMPLS là tất cả về kiến trúc phần mềm chung của một phần tử mạng và các ứng dụng mạng phía trên của các giao thức. Mục đích của các giao thức chính được sử dụng để cung cấp và quản lý các dịch vụ trên mạng GMPLS và các ứng dụng làm cho các dịch vụ này mạnh mẽ, linh hoạt. Công nghệ GMPLS ra đời với những tính năng vượt trội, trong đó nổi bật là khả năng điều khiển lưu lượng qua mạng giúp cho nhà cung cấp dịch vụ có thể khai thác hiệu quả tài nguyên mạng.
Ưu điểm của GMPLS 1. Kỹ thuật lưu lượng Công ngệ GMPLS với ưu điểm lớn nhất của là khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng (Trafffic Engineering – TE). Nó thực hiện định tuyến để lưu lượng đi qua mạng theo một cách thức tin cậy nhất và hiệu quả nhất. Nhờ có kỹ thuật lưu lượng mà các nhà cung cấp dịch vụ mạng có thể định tuyến lưu lượng để họ có thể cung cấp dịch vụ cho khách hàng một cách tốt nhất ở khía cạnh thông lượng và độ trễ.
Trong kỹ thuật TE, người ta cho phép lưu lượng được phân phối hợp lý trên toàn bộ hạ tầng mạng, nó giúp truyền tải từ những phần quá tải sang những phần còn đang rỗi dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, tải, thời gian,… nhờ đó mà hiệu suất sử dụng mạng được tối ưu hóa. Kỹ thuật lưu lượng là một công nghệ liên quan đến việc tối ưu hóa hiệu suất của các mạng sử dụng. Nói chung, đây là một tập hợp các ứng dụng, cơ chế, công cụ và các nguyên lý khoa học cho phép tính toán, mô hình hóa, mô tả đặc điểm và điều khiển các gói tin dựa trên lưu lượng dữ liệu người dùng để đạt được hiệu suất nhất định. Các mạng cung cấp các dịch vụ đơn giản đến một vài khách hàng và không có quá tải, do đó không cần kỹ thuật lưu lượng.
Các mạng cung cấp các loại dịch vụ khác nhau ngày càng nhiều hơn sẽ phát triển không ngừng và kèm theo nhiều mức độ phức tạp, thì kỹ thuật lưu lượng đóng vai trò rất quan trọng bởi vì nó có thể mang lại sự tiết kiệm đáng kể về chi phí cung cấp và hoạt động, bên cạnh đó cũng cần có sự cung cấp các yêu cầu dịch vụ bảo mật và phục hồi. 13 Kỹ thuật lưu lượng là một chức năng quan trọng của mặt phẳng điều khiển mạng, được đưa ra để khắc phục sự cố tắc nghẽn trên các liên kết quá tải gây ra bởi giao thức định tuyến của nó (đường đi ngắn nhất). Lưu lượng được ánh xạ lên trên các đường đi sử dụng các liên kết quá tải bất chấp một hoặc nhiều đường đi thay thế có sẵn trong mạng có thể cung cấp lưu lượng truy cập này. Loại tắc nghẽn này xảy ra bởi vì các giao thức định tuyến được sử dụng để xác định đường đi mà không xác định được băng thông sử dụng trên các liên kết mạng.
Sự quá tải loại này có thể được giảm bớt bằng kỹ thuật lưu lượng. Kỹ thuật lưu lượng rất hữu ích khi một đường truyền dịch vụ được tính toán một cách tự động và có nhiều đường truyền sẵn có cung cấp lưu lượng truy cập dịch vụ. Kỹ thuật lưu lượng là sự nghiên cứu tất cả về những gì các nguồn tài nguyên sẵn có trên mạng, xác định các đường truyền khả thi và lựa chọn tối ưu. Điều khiển phân tán và tích hợp đa lớp GMPLS có thể điều khiển mạng phân tán bằng cách mở rộng MPLS lớp TDM và lớp λ, các chức năng được thực hiện bởi một đơn vị điều khiển trung tâm và được phân phối cho từng nút và được điều khiển phân tán, làm cải thiện khả năng mở rộng của mạng.
Trong một mạng GMPLS có thể điều khiển mạng tích hợp đa lớp phân tán, mặt khác có thể thích ứng với các cấu trúc liên kết hoặc định tuyến của mỗi lớp với những thay đổi trong yêu cầu lưu lượng, kỹ thuật lưu lượng đa lớp tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng. Thực hiện kỹ thuật lưu lượng đa lớp GMPLS hiện được tiêu chuẩn hóa bởi Internet Engineering Task Force (IETF), cho phép chúng ta điều khiển tất cả các mạng khác nhau với giao thức phổ biến. GMPLS phát triển từ các phần mở rộng của MPLS được sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng phân tán trong mạng lớp gói IP. GMPLS điều khiển các mạng đa lớp, bao gồm tất cả các mạng quang, mạng lambda, mạng ghép kênh phân chia thời gian (TDM) và mạng gói.
Thực hiện kỹ thuật lưu lượng đa lớp sử dụng tốt các tài nguyên mạng, trong đó bao gồm băng thông, bước sóng có sẵn,… có thể được giảm một cách hiệu quả bằng kỹ thuật lưu lượng đa lớp này. Công nghệ chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn là công nghệ chuyển mạch mà trong đó một “nhãn” được gắn với gói tin và đặt trong tiêu đề của gói tin với mục đích thay thế cho địa chỉ và nhãn được sử dụng để chuyển các gói tin tới đích. Chuyển mạch nhãn khác với chuyển mạch trong mạng internet truyền thống. Các gói tin được chuyển đi dựa vào các địa chỉ đích, địa chỉ đích là yếu tố xác định đường đi mà gói tin được chuyển qua các bộ định tuyến.
Công nghệ chuyển mạch nhãn ban đầu ra đời nhằm cải thiện hiệu năng chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phân phối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau. Một số vấn đề đang được quan tâm hiện nay đối với công nghệ mạng nói chung và đối với công nghệ chuyển mạch nhãn nói riêng đó là: điều khiển định tuyến, tài nguyên mạng, tính đơn giản, khả năng hệ thống, tốc độ và độ trễ. Tốc độ và độ trễ: Trễ trong quá trình chuyển tiếp gói tin chủ yếu là do quá trình xử lý định tuyến gói tin. Mặc dù đã có nhiều cải tiến trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn luôn lớn hơn khả năng xử lý và dẫn đến kết quả là mất lưu lượng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toàn mạng.
Chuyển mạch nhãn với cơ chế chuyển tiếp gói tin khác so với cách chuyển tiếp gói tin truyền thống sẽ giúp giải quyết được các vấn đề trên. Chuyển mạch nhãn thực hiện gán nhãn cho tiêu đề của gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vào bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến như là một chỉ số của bảng. Quá trình này không đòi hỏi quá nhiều bước tìm kiếm như thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống mà nó chỉ thực hiện duy nhất một truy nhập tới bảng. Kết quả là hoạt động này hiệu quả hơn và vì vậy lưu lượng người sử dụng trong gói tin được gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển tải lưu lượng thông tin giữa các người sử dụng với nhau.
Các hiệu ứng trễ luôn luôn tồn tại trong các mạng máy tính, vì các gói tin phải đi qua rất nhiều nút mạng khác nhau và do đó để các gói tin đến được đích thì các hiệu ứng trễ và biến động trễ sẽ xảy ra. Sự tích lũy trễ ở các cung đoạn khác nhau sẽ dẫn đến trễ tổng thể giữa các thiết bị đầu cuối. 15 Mỗi gói tin khi phải đi qua các nút mạng khác nhau và khi qua mỗi nút mạng, địa chỉ đích trong gói tin được xác minh và được tra cứu trong bảng định tuyến để các bộ định tuyến tìm ra đường đi phù hợp cho gói tin. Vì vậy, tùy thuộc vào kích thước gói tin nhỏ hay lớn, khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng như lưu lượng gói tin mà trễ xảy ra nhiều hay ít.
Và với cơ chế chuyển tiếp gói tin nhanh thì chuyển mạch nhãn sẽ giải quyết được vấn đề này.