intTypePromotion=1

Khoá luận tốt nghiệp: IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

Chia sẻ: Phat Tran | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:120

0
118
lượt xem
22
download

Khoá luận tốt nghiệp: IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khoá luận tốt nghiệp 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

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Khoá luận tốt nghiệp: IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

  1. Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục MỤC LỤC  MỤC LỤC                                                                                                                          ......................................................................................................................     I  THUẬT NGỮ VIẾT TẮT                                                                                               ...........................................................................................       IV  LỜI NÓI ĐẦU                                                                                                                  ..............................................................................................................      1  CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM                                                                        ....................................................................      4  1.1 Khái niệm mạng IP/WDM                                                                                      ..................................................................................      4  1.2 Lí do chọn IP/WDM                                                                                                ............................................................................................      8  CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM                                                       ...................................................       11  2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông                                                                       ...................................................................       11  2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển                                                ............................................       11  2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết                                                      ..................................................       13  2.1.3 Một mô hình tham chiếu băng thông                                                             .........................................................       13  2.2 Bảo vệ và tái cấu hình                                                                                          ......................................................................................       20  2.3 Các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM                                  ..............................       21  2.4 Khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM                                                               ...........................................................       22  2.5 Mô hình hoá kĩ thuật lưu lượng IP/WDM                                                            ........................................................       23  2.5.1 Kĩ thuật lưu lượng chồng lấn                                                                       ...................................................................       23  2.5.2 Kĩ thuật lưu lượng tích hợp                                                                          ......................................................................       25  2.5.3 Nhận xét                                                                                                        ....................................................................................................       26  2.6 Mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM                                          ......................................       27  2.6.1 Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM                                       ...................................       30  2.6.2 Quản lí giao diện IP với WDM                                                                     .................................................................       32  2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình                                                                                     .................................................................................       32  2.6.4 Đo kiểm và giám sát lưu lượng                                                                     .................................................................       34  2.6.5 Giám sát hiệu năng tín hiệu quang                                                                ...........................................................       41  2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS                                                                                     .................................................................................       42  2.7.1 Cân bằng tải                                                                                                  ..............................................................................................       42  2.7.2 Giám sát mạng                                                                                               ...........................................................................................       47  CHƯƠNG III TÁI CẤU HÌNH TRONG KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM            49 .......       3.1 Tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất                                                     .................................................       49  3.1.1 Mô hình ảo có quy tắc và bất quy tắc                                                          ......................................................       51 Nguyễn Thế Cương, D2001VT i
  2. Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục  3.1.2 Thiết kế mô hình                                                                                           .......................................................................................       52  3.1.3 Một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm                                                      ..................................................       53  3.1.4 Dịch chuyển mô hình ảo                                                                               ...........................................................................       59  3.2 Tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói                                           .......................................       63  3.2.1 Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói                                    ................................       63  3.2.2 Các điều kiện tái cấu hình                                                                            ........................................................................       66  3.2.3 Một trường hợp thực tế                                                                                ............................................................................       67  3.2.4 Mô tả thuật toán dựa trên kinh nghiệm                                                        ....................................................       68  3.2.5 Thảo luận về thuật toán                                                                                ............................................................................       76  3.2.6 Dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất.                                            ........................................       76  CHƯƠNG IV PHẦN MỀM XỬ LÍ LƯU LƯỢNG IP/WDM                                      ..................................       79  4.1 Phần mềm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM                                                              ..........................................................       79  4.2 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng chồng lấn                                     .................................       79  4.3 Kiến trúc phần mềm cho kĩ thuật lưu lượng tích hợp                                         .....................................       82  4.4 Kĩ thuật lưu lượng IP ­ giao thức điều khiển mạng (IP TECP)                          ......................       84  4.5 Giao diện người sử dụng ­ mạng IP/WDM (UNI)                                              ..........................................       90  4.6 Kĩ thuật lưu lượng WDM ­ giao thức điều khiển mạng (WDM TECP)             .........       98  4.7 Kĩ thuật lưu lượng phản hồi vòng kín.                                                              ..........................................................       107  4.7.1 Quá trình triển khai mô hình mạng                                                             .........................................................       107  4.7.2 Hội tụ mạng                                                                                                ............................................................................................       109  KẾT LUẬN                                                                                                                    ................................................................................................................       110  TÀI LIỆU THAM KHẢO                                                                                              ..........................................................................................       113 Nguyễn Thế Cương, D2001VT ii
  3. Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục Nguyễn Thế Cương, D2001VT iii
  4. Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ANSI American National Standard  Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì Institute ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng  bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CSPF Constraint­based Shortest  Định tuyến đường đi ngắn nhất  Path First Routing trước tiên dựa trên ràng buộc DCN Data Communication  Mạng truyền thông dữ liệu Network DHCP Dynamic Host Configuration  Giao thức cấu hình host động Protocol DHP Demand Hop­count Product  Thuật toán dựa trên kinh nghiệm  heuristic algorithm 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  Chuyển mạch nhãn đa giao thức  Label Switching tổng quát GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ HTDA Heuristic Topology Design  Thuật toán thiết kế mô hình dựa  Algorithm trên kinh nghiệm HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ICMP Internet Control Message  Giao thức bản tin điều khiển  Protocol Internet ID Identifier Bộ nhận dạng IETF Internet Engineering Task  Nhóm kĩ sư Internet Force 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  Loại bỏ tuyến nối thông qua lược  Matching Scheme 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  Cơ sở thông tin quản lí Base MLDA Minimum­delay Logical  Thuật toán thiết kế mô hình logic  Nguyễn Thế Cương, D2001VT iv
  5. Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt Topology Design Algorithm tối thiểu hoá trễ MPLS Multiprotocol Label  Chuyển mạch nhãn đa giao thức Switching MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa NC&M Network Control and  Quản lí và điều khiển mạng Management 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,  Hoạt động, quản trị, bảo trì và  Maintenance and Provisioning giám sát OC­12 Optical Carrier Level 12  Mức mang quang 12            (622,08 Mb/s) (622,08 Mb/s) OC­3 Optical Carrier Level 3  Mức mang quang 3           (155,52Mb/s) (155,52Mb/s) OC­48 Optical Carrier Level 48  Mức mang quang 48          (2448,32 Mb/s) (2448,32 Mb/s)   OC­192 Optical Carrier Level 192  Mức mang quang 192            (9953,28 Mb/s) (9953,28 Mb/s) OHTMS LP­based One­Hop Traffic  Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng  Maximisation Scheme đơn hop dựa trên LP OIF Optical Internetworking  Diễn đàng liên mạng Internet  Forum quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu OSCP Optical Switch Control  Giao thức điều khiển chuyển  Protocol mạch quang OSPF Open Shortest Path First  Giao thức đường đi ngắn nhất  Protocol 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  Giao thức phân giải địa chỉ ngược Protocol RD Residual Demand heuristic  Thuật toán dựa trên kinh nghiệm  algolrithm nhu cầu dư thừa RDHP Residual Demand Hop­count  Thuật toán dựa trên kinh nghiệm  Product heuristic algolrithm tích đếm hop nhu cầu dư thừa  RSVP Resource Reservation  Giao thức đặt trước tài nguyên Nguyễn Thế Cương, D2001VT v
  6. Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt Protocol SCSI Small Computer Systems  Giao diện các hệ thống máy tính  Interface nhỏ SDH Synchronous Digital  Phân cấp số đồng bộ Hierarchy SNMP Simple Network Management  Giao thức quản lí mạng đơn giản Protocol SNR Signal­to­Noise 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  Giao thức điều khiển truyền dẫn Protocol TE Terminal Equipment, Traffic  Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu  Engineering lượng TECP Traffic Engineering to Control  Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức  Protocol điều khiển  TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa TILDA Traffic Independent Logical  Thuật toán thiết kế mô hình logic  Topology Design Algorithm độc lập lưu lượng TMN Telecommunications  Mạng quản lí viễn thông Management Network 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 dụng­mạng VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo WADM Wavelength Add/Drop  Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng Multiplexer WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng WSXC Wavelength Selective Cross  Khối đấu chéo lựa chọn bước  Connect sóng Nguyễn Thế Cương, D2001VT vi
  7. Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt Nguyễn Thế Cương, D2001VT vii
  8. Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu 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 điểm­điểm, 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   Nguyễn Thế Cương, D2001VT 1
  9. Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu 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 Nguyễn Thế Cương, D2001VT 2
  10. Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu Nguyễn Thế Cương, D2001VT 3
  11. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM 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. KHỐI ĐIỀU KHIỂN Sợi quang Các kênh bước Bộ phát đáp sóng MUX MUX Ma trận chuyển mạch Gigabit, Ethernet SONET Các cổng đầu ra tín hiệu Các cổng đầu vào tín hiệu (Giao diện khách) (Giao diện khách) IP IP SONET/SDH IP IP SONET/SDH Lưu lượng vào ra 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 điện­quang (O­E­O). Hình cũng chỉ  ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ  như  Gigabit  Nguyễn Thế Cương, D2001VT 4
  12. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM 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. Nguyễn Thế Cương, D2001VT 5
  13. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM 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: Nguyễn Thế Cương, D2001VT 6
  14. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM 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 OC­n. 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 OC­1 với tốc độ  là   51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS­3 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 Nguyễn Thế Cương, D2001VT 7
  15. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM Lưu lượng dữ liệu Báo hiệu ngoài băng (a) Mạng WDM Lưu lượng dữ liệu và điều khiển Báo hiệu trong băng (b) Mạng IP truyền thống 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,   Nguyễn Thế Cương, D2001VT 8
  16. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM 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 inter­WDM 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   Nguyễn Thế Cương, D2001VT 9
  17. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về IP/WDM 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. Nguyễn Thế Cương, D2001VT 10
  18. Đồ án tốt nghiệp đại học             Chương II. Kĩ thuật lưu lượng  IP/WDM 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: xh 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  Nguyễn Thế Cương, D2001VT 11
  19. Đồ án tốt nghiệp đại học             Chương II. Kĩ thuật lưu lượng  IP/WDM 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: n n! Bc = Erlang (n,α) =  i n i 0 i! 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: .L   R 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: 1,  L R ( 1) Pz Wait(R, , L, z) L R exp ­ z , L R( 1) R L Nguyễn Thế Cương, D2001VT 12
  20. Đồ án tốt nghiệp đại học             Chương II. Kĩ thuật lưu lượng  IP/WDM 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  Log­normal, 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  Nguyễn Thế Cương, D2001VT 13
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2