CHƯƠNG 1: MẠNG THÔNG TIN QUANG VỚI CÔNG NGHỆ GMPLS 1.1Giới 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.
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.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. 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). 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.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. 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 14 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. 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.
’ Tài nguyên sử dụng: kỹ thuật sử dụng để thiết lập nhãn không chiếm nhiều tài nguyên mạng, các cơ chế thiết lập định tuyến chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người dùng đơn giản là những tiêu chí đặt ra của việc thiết kế mạng chuyển mạch nhãn. Ở phần sau, vấn đề này sẽ được làm rõ hơn. ’ Tăng khả năng hệ thống: ngoài khả năng chuyển các gói tin một cách nhanh chóng thì chuyển mạch nhãn còn cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để tăng khả năng xử lý lưu lượng người dùng trong mạng. Khi mà số lượng địa chỉ IP tăng lên nhanh chóng theo từng ngày thì kích thước của các bảng định tuyến của các bộ định tuyến cũng ngày một tăng lên và nó làm chậm đi quá trình xử lý gói tin của bảng định tuyến, trong khi đó chuyển mạch nhãn có cơ chế cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, việc này đã làm giảm kích thước của bảng địa chỉ và các bộ định tuyến có thể hỗ trợ được nhiều người dùng hơn.
Khái niệm và hoạt động cơ bản trong GMPLS 1. Khái niệm chung Kiến trúc MPLS đã được xác định để hỗ trợ truyền tải dữ liệu dựa trên nhãn. Trong RFC 3031, một LSR (Label Switching Router) được định nghĩa như là một nút có một mặt phẳng truyền tải dữ liệu có thể xác định ranh giới của một gói tin IP hoặc tế bào (gói IP với một nhãn đính kèm) và thực hiện tác vụ truyền tải dữ liệu theo tiêu đề của gói tin IP hoặc tiêu đề tế bào. Trong GMPLS, một LSR không chỉ bao gồm nút để thực hiện tác vụ truyền tải dữ liệu theo tiêu đề của gói tin IP hoặc 15 tiêu đề tế bào, mà còn thực hiện truyền tải dữ liệu theo thông tin của khe thời gian, bước sóng và cổng vật lý của mạng sợi quang.
Giao diện LSR (Label Switching Router) trong GMPLS được phân ra thành bốn loại tùy thuộc vào khả năng chuyển mạch của nó: PSC (khả năng chuyển mạch gói), TDM (khả năng ghép kênh phân chia theo thời gian), LSC (khả năng chuyển mạch lambda) và FSC (khả năng chuyển mạch quang) hình 1. Liên kết Gói IP Nhãn …… a) Packet Liên kết Khe thời gian …… …… b) TDM Liên kết Bước sóng c) λ Liên kết Fiber .1 Khái niệm nhãn[1]. PSC - Packet Switch Capable: Giao diện PSC có thể xác định ranh giới của một gói tin IP hoặc tế bào và thực hiện tác vụ truyền dẫn dữ liệu theo các nội dung của tiêu đề gói tin IP hoặc tiêu đề tế bào. Trong lớp gói, một nhãn được xác định duy nhất cho mỗi liên kết được gắn với các gói tin IP để tạo thành các LSP.
Liên kết trong hình 1.1 (a) cho thấy liên kết được xác định giữa hai LSR để chuyển gói tin IP. Trong trường hợp các gói tin IP được chuyển qua SDH/ SONET, liên kết này được gọi là một đường truyền SDH/ SONET và trong trường hợp các gói tin IP được chuyển thông qua Ethernet, liên kết này được gọi là một đường truyền Ethernet. TDM - Time Division Multiplex Capable: Giao diện TDM được lặp đi lặp lại theo chu kỳ và thực hiện các tác vụ truyền dẫn dữ liệu theo một khe thời gian. 16 Trong lớp TDM của hình 1.1 (b), nhãn tương ứng với một khe thời gian.
Một ví dụ về một giao diện TDM, có một giao diện DXC trong đó đường đi TDM hoặc đường đi SDH/ SONET được hình thành bằng cách kết nối các khe thời gian được gán vào phía đầu vào và gán cho phía đầu ra. Liên kết có thể tương ứng với đường đi của bước sóng hoặc chỉ đơn giản là với sợi quang. LSC - Lambda Switch Capable: Giao diện LSC thực hiện các tác vụ truyền dẫn dữ liệu theo bước sóng bên trong các sợi quang thông qua đó dữ liệu được truyền tải. Trong lớp λ của hình 1.1 (c), các nhãn tương ứng với bước sóng.
Một ví dụ về giao diện TDM, có một giao diện OXC trong đó các đường đi-λ được hình thành bằng cách kết nối các bước sóng gán cho phía đầu vào và một gán cho phía đầu ra. Giao diện OXC với LSC thực hiện chuyển mạch theo đơn vị bước sóng. FSC - Fiber Switch Capable: Giao diện FSC thực hiện các tác vụ truyền dẫn dữ liệu theo vị trí của các cổng vật lý thực tế của các sợi quang thông qua đó dữ liệu được truyền tải. Trong lớp quang hình 1.1 (d), nhãn tương ứng với sợi quang chính nó.
Một ví dụ về giao diện FSC, có một giao diện OXC trong đó đường quang được hình thành bằng cách kết nối các sợi quang bên đầu vào sợi quang bên đầu ra đến mỗi sợi khác. Lớp gói Lớp gói Lớp TDM Lớp gói Lớp TDM Lớp λ Lớp λ Lớp quang Lớp quang Lớp quang a) b) c) Hình 1.2 Cấu trúc lớp mạng [1].3 Sự phân cấp của LSP [1].