HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Lê Đức Lâm ĐỊNH TUYẾN GMPLS TRONG MẠNG LÕI Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI- 2012 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học.: TS Đỗ Vũ Anh Phản biện 1: ………….…………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 MỞ ĐẦU Hiện trạng mạng viễn thông của các nhà khai thác trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng là sự trộn lẫn giữa các mạng hiện đang hoạt động trên cơ sở các công nghệ khác nhau tại các phân lớp mạng, do đó việc xây dựng cơ sở hạ tầng mạng tương lai cần phải tính đến việc tận dụng cơ sở hạ tầng mạng đã có. Xét về khía cạnh này, công nghệ GMPLS có thể thỏa mãn được những yêu cầu đặt ra nói trên. GMPLS cho phép người sử dụng có thể tự mình kiến tạo các dịch vụ một cách linh hoạt, theo yêu cầu và không hạn chế về khả năng như đối với mạng hiện tại. GMPLS nhằm hiện đại hoá việc định tuyến qua mạng thông tin quang bằng việc tạo ra một mặt phẳng chung giữa các lớp quản lý dịch vụ IP và các lớp thông tin quang, đặc biệt cho phép chúng phản ứng rất linh hoạt với các yêu cầu thay đổi băng thông, cho phép thiết lập các dịch vụ thông tin quang năng động hơn. Với những ưu điểm nói trên và hơn nữa GMPLS là công nghệ mới, là xu thế tất yếu của công nghệ mạng lõi trong tương lai. Do vậy, tôi chọn đề tài nghiên cứu về: “ Định tuyến GMPLS trong mạng lõi”. Luận văn tập trung chủ yếu đến một số nội dung cơ bản sau: Chương 1: Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát. Chương này trình bày tổng quan bản chất của 2 chuyển mạch nhãn đa giao thức, sự phát triển từ MPLS lên GMPLS và báo hiệu trong GMPLS. Chương 2: Các ứng dụng của GMPLS. Chương này nêu lên các ứng dụng của GMPLS vào mạng riêng ảo và mạng ASON. Chương 3: Định tuyến GMPLS. Chương này tập trung phân tích, đánh giá các kỹ thuật định tuyến GMPLS, cách thức tính toán đường định tuyến trong GMPLS để chọn được đường chuyển mạch tối ưu. 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT - GMPLS Giới thiệu chương MPLS là một công nghệ chuyển tiếp dữ liệu sử dụng trong các mạng gói được phát triển bởi Internet Engineering Task Force (IETF) xây dựng trên một số công nghệ được phát minh bởi các công ty khác nhau. Nó dựa vào việc gắn nhãn cho mỗi gói dữ liệu với một định danh (hay nhãn) ngắn duy nhất, mỗi router có thể sử dụng để xác định bước kế tiếp cho các gói dữ liệu. Đồng thời, có rất nhiều các giao thức (dùng để thiết lập các quy tắc chuyển tiếp tại các bộ định tuyến MPLS) được mở rộng để cung cấp trình điều khiển chuyển tiếp dữ liệu trong các mạng không đóng gói. Do đó, nguyên tắc cơ bản của MPLS là một nền tảng quan trọng cho MPLS tổng quát (GMPLS). Chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn dựa vào liên kết một nhãn nhỏ định dạng cố định với mỗi gói dữ liệu để nó có thể được chuyển tiếp trong mạng. Điều này có nghĩa rằng mỗi gói, khung, hoặc tế bào phải mang một số nhận dạng thông báo cho các nút mạng biết làm thế nào để chuyển tiếp nó. Tại mỗi đoạn trên mạng gói tin được chuyển tiếp dựa trên giá trị của nhãn vào và gửi đi với một giá trị nhãn mới. Nhãn bị hoán đổi và dữ liệu được chuyển đi dựa trên giá trị mới của nhãn, dẫn đến hai khái niệm: hoán 4 đổi nhãn và chuyển mạch nhãn. Trong một mạng MPLS, các gói được dán nhãn bằng cách chèn một phần bổ sung các thông tin được gọi là mào đầu chèn. Nó được đặt giữa các mào đầu mạng và mào đầu IP. Các mào đầu chèn MPLS mang một nhãn 20-bit, nó được dùng để xác định đường đi mà gói tin phải tuân theo. Các giao thức báo hiệu Mỗi LSP có một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn- LFIB. IETF đã cân nhắc kỹ nhằm tránh ủy quyền cho một giao thức phân phối nhãn đơn lẻ để sử dụng cho MPLS. Điều này cho phép các giao thức khác nhau được sử dụng để phù hợp với các yêu cầu của các môi trường hoạt động khác nhau. Một số giao thức phân phối nhãn đã được chuẩn hóa bởi IETF, nhưng chúng ta chỉ cần quan tâm đến giao thức được phát triển cho kỹ thuật lưu lượng bởi vì kỹ thuật này liên quan chặt chẽ với các yêu cầu của các mạng truyền tải kết nối theo định hướng. Trong giao thức này (RSVP-TE) nhãn được cấp phát bởi các LSR hạ nguồn (đối với các dòng dữ liệu) và được thông báo cho LSR thượng nguồn. Sự phát triển từ MPLS đến GMPLS Xuất phát từ yêu cầu đưa ra một giải pháp mặt phẳng điều khiển cho mạng truyền tải, một trong những phương pháp để giải quyết vấn đề này là phát triển một tập các giao thức mới 5 ngay từ đầu cho tất cả kiểu mạng truyền tải. Ưu điểm nổi bật của phương pháp tiếp cận này là mỗi mặt phẳng điều khiển được thiết kế rất hiệu quả cho mỗi tiêu chí mạng. Nhược điểm dễ nhận thấy của các mặt phẳng điều khiển được thiết kế riêng đó là mất rất nhiều công sức để phát triển rất nhiều tập mới cho báo hiệu, định tuyến, các giao thức và ứng dụng kỹ thuật lưu lượng. Một nhược điểm nữa là thực tế các dịch vụ có xu hướng phân tách mạng thành các kiểu khác nhau: một số phần được xây dựng từ các router và switch IP lớp 2, một phần khác được xây dựng từ các thiết bị chuyển mạch SONET / SDH, trong khi các mạng lõi có thể liên kết các bộ tách-ghép quang và kết nối chéo. Người ta nhận thấy rằng các hoạt động chuyển mạch cơ bản trong mạng WDM rất giồng về mặt logic với hoạt động chuyển mạch trong thiết bị MPLS. Đó là, chuyển mạch được yêu cầu phải chuyển đổi một bước sóng đầu vào trên một giao diện đến thành một bước sóng đầu ra trên một giao diện ra, điều này tương tự như ánh xạ MPLS (nhãn đầu vào, giao diện đến) thành (nhãn đầu ra, giao diện đi). Từ những quan sát ban đầu này, chuyển mạch lambda đa giao thức (MPS) được hình thành. MPS đã được mở rộng ra trở thành không chỉ có chuyển mạch lambda, mà còn có các công nghệ chuyển mạch sợi quang, TDM, chuyển mạch lớp 2, và chuyển mạch 6 gói/khung/tế bào. Các khái niệm đã thực sự được tổng quát hoá và hình thành nên MPLS tổng quát – GMLPS. Báo hiệu trong GMPLS Báo hiệu là quá trình trao đổi các bản tin trong mặt phẳng điều khiển để thiết lập, duy trì, sửa đổi, và kết thúc các đường dữ liệu trong mặt phẳng dữ liệu. Trong GMPLS, các đường dữ liệu này chính là các LSP. Việc tập hợp các bản tin báo hiệu và các quy tắc xử lý được gọi là các giao thức báo hiệu. Các bản tin báo hiệu được trao đổi giữa các thành phần phần mềm được gọi là các bộ điều khiển toàn mạng. Mỗi bộ điều khiển báo hiệu chịu trách nhiệm quản lý các thành phần dữ liệu của một hoặc một số thiết bị chuyển mạch dữ liệu. Trong GMPLS các thiết bị chuyển mạch dữ liệu được gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và nó thường là một bộ điều khiển báo hiệu hiện hữu trên LSR thế nên nó có dạng là một thành phần đơn nhất trong mạng. Kết luận chương Chương 1 đã đề cập tổng quát về về chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát, sự phát triển từ MPLS lên GMPLS, các giao thức báo hiệu, thiết lập duy trì LSP, kiểm soát và cấp phá nhãn, chuyển tiếp đa miền. Từ đây, luận án hướng tới nghiên cứu sâu hơn về định tuyến GMPLS ở chương 3. 7 CHƯƠNG II: CÁC ỨNG DỤNG CỦA GMPLS Giới thiệu chương Một VPNL1 cũng có thể định nghĩa như một VPN mà mặt phẳng dữ liệu hoạt động tại lớp 1. Một kết nối giữa các CE được đặt trong các trạm khác nhau của một VPNL1 được gọi là một kết nối VPN lớp 1. Các mô hình triển khai VPN lớp một Ý nghĩa của mô hình triển khai này là có thể xem như có một độ tin cậy hoàn toàn giữa các phần (tất cả các thành phần đều thuộc một tổ chức). Điều này nghĩa là, lượng thông tin về các tài nguyên bên trong của lõi lớp 1 (được thông báo tới các phần còn lại của mạng) là chỉ bị giới hạn bởi khả năng mở rộng và các chính sách bên trong. Ví dụ, các đối tượng sẽ được tổ chức theo cách mà bất kỳ node mạng của nhà cung cấp nào bên ngoài lõi lớp 1 thì sẽ biết được mọi tài nguyên của lõi lớp 1. Có một số lý do giải thích tại sao phương pháp VPNL1 bên trong là tốt hơn: Lý do đầu tiên là khả năng kết nối mặt phẳng điều khiển. Lý do thứ hai là sự mềm dẻo khi sử dụng các VPNL1 bên trong và chúng cung cấp các chính sách áp dụng khác nhau trên từng VPN. Lý do thứ ba là dịch vụ VPNL1 bên trong loại bỏ mọi yêu cầu về sự đồng nhất của mặt phẳng điều khiển thực hiện quản lý trong các mạng khác nhau. 8 Mô hình truyền tải cho truyền tải Chúng ta xem xét trường hợp một nhà mạng cung cấp dịch vụ lớp 2 hoặc 3 có các trạm (tách rời nhau về mặt địa lý) được kết nối thông qua các dịch vụ lớp một từ một nhà cung cấp dịch vụ lớp một độc lập khác, nghĩa là cả hai nhà cung cấp hoạt động theo sự quản trị và điều khiển riêng. Sự khác nhau căn bản của mô hình này với mô hình trước đó là độ tin cậy giữa nhà cung cấp dịch vụ lớp một và khác hàng. Các dịch vụ lớp 1 bao gồm các kết nối trên mặt phẳng điều khiển, trên mặt phẳng dữ liệu giữa các trạm được kết nối với nhau, tuy nhiên nhà cung cấp dịch vụ lớp 1 không đưa ra cấu hình mạng bên trong cũng như không đưa ra thông tin về các tài nguyên hiện có trong mạng của họ. Nhưng cũng chú ý rằng nhà cung cấp dịch vụ lớp 1 có thể thông báo một số thông tin về trạng thái mạng của họ, các thông tin này có thể được tiết lộ cho phía mạng khách hàng trong trường hợp các liên kết ảo liên kết một cặp PE dựa trên VPN và cũng có thể được sử dụng trong tính toán đường đa hướng. Mô hình kinh doanh tài nguyên lớp 1 Trong mô hình này các nhà cung cấp dịch vụ lớp một phải “mở” hơn ở mô hình truyền tải cho truyền tải. Cụ thể, chúng cần tiết lộ cho khách hàng ở một mức nào đó thông tin [...]... quyết định sẽ triển khai cái gì Kết luận chương Chương 2 đã đề cập đến hai ứng dụng cơ bản của GMPLS trong mạng riêng ảo lớp một và mạng ASON Luận văn đã nêu được khái quát mạng riêng ảo lớp một và mạng ASON, các một số mô hình triển khai của VPN lớp một và cung cấp VPN lớp một dựa trên GMPLS, kiến trúc mạng ASON và mối liên hệ với GMPLS 13 CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN GMPLS Giới thiệu chương Các mạng GMPLS. .. rộng giao thức định tuyến OSPF là giao thức định tuyến dạng trạng thái liên kết dựa trên chuẩn mở được phát triển để thay thế phương thức Distance Vector (RIP) RIP là một giao thức định tuyến được chấp nhận trong những ngày đầu của mạng và Internet, nhưng do phụ thuộc vào số lượng hop mà router có thể đi được chỉ là 15 nên RIP nhanh chóng không thể chấp nhận được trong các mạng lớn hơn Các mạng lớn hơn... loại đường khác, giống như chiều dài toàn tuyến, hoặc trễ điểm cuối – điểm cuối Kết luận chương Chương 3 đã trình bày về kỹ thuật định tuyến GMPLS bao gồm đề cập các kỹ thuật định tuyến cơ bản như OSPF và IS-IS, khái niệm về quản lý liên kết và các giao thức quản lý Bên cạnh đó, chương 3 tập trung nghiên cứu về các thuật toán tính toán đường định tuyến trong GMPLS như thuật toán K đường đi ngắn nhất,... đường tách rời về vật lý Việc nghiên cứu đường định tuyến trong GMPLS giúp ta truyền được lưu lượng cao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng như chất lượng dịch vụ 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Với cùng một cấu trúc vật lý, bằng các bài toán tính toán đường định tuyến hợp lý với từng điều kiện và mục đích sử dụng trong cấu trúc mạng quang dựa trên công nghệ GMPLS cho ta truyền được lưu lượng cao và mang... quản lý lỗi, quản lý cấu hình và quản lý bảo mật GMPLS và mạng ASON Các giao thức GMPLS cung cấp một tập các khối được xây dựng kỹ lưỡng cho mặt phẳng điều khiển của các mạng truyền tải, vì thế GMPLS tạo ra một hướng đi mới cho cấu trúc mạng ASON Từ quan điểm của các nhà sản xuất thiết bị và các nhà vận hành mạng rằng sẽ có lợi khi phát triển song song GMPLS và ASON thế nên việc phát triển đơn lẻ mặc... cần 1 giải pháp định tuyến mạnh mẽ hơn OSPF là 1 giao thức định tuyến classless mà sử dụng khái niệm vùng cho khả năng mở rộng Nó sử dụng thông 14 số cost để tính đường đi tốt nhất OSPF sử dụng băng thông như là thước đo chi phí IS-IS là một giao thức định tuyến nội (IGP) được phát triển năm 1980 bởi Digital Equipment Sau đó ISIS được công nhận bởi tổ chức ISO như là một giao thức định tuyến chuẩn Mục... giao thức tổng quát GMPLS, các phương pháp định tuyến mạng lõi với những thuật toán tìm đường và các ứng dụng của công nghệ GMPLS Vì vậy, hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ là quản lý đường chuyển mạch nhãn điều khiển lưu lượng GMPLS để tối ưu lưu lượng đường truyền Để hoàn thành luận văn này, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Đỗ Vũ Anh, người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, định hướng và giúp đỡ... hơn một kênh điều khiển để cung cấp ở mức độ thô Trong LMP, node ID thường lấy từ IGP đang chạy trên mạng Trong bất kỳ trường hợp nào nó cũng phải là duy nhất và phải đủ rõ ràng để cho phép bất kỳ một node được phân biệt với các node khác Nhận dạng kênh điều khiển (CCID) được yêu cầu là duy nhất trên mỗi một node 16 Tính toán đường định tuyến trong GMPLS Thuật toán Bellman-Ford Thuật toán Bellman-Ford... ơn chân thành tới TS Đỗ Vũ Anh, người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, định hướng và giúp đỡ hết mực tận tình trong suốt thời gian qua Do có sự hạn chế về thời gian nên bản luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự góp ý của các thầy để kiến thức về định tuyến GMPLS trong mạng lõi có thể phong phú hơn Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các bạn đã giúp đỡ em rất nhiều... thuyết phục của các giao thức định tuyến khác vào ISIS Kết quả là ISIS là một giao thức khá phức tạp Phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) dùng ISIS từ những năm ISIS được tạo ra Điều này là do ISIS là một giao thức độc lập, có khả năng mở rộng và đặc biệt nhất là có khả năng định nghĩa “kiểu dịch vụ” trong quá trình routing (ToS routing) Quản lý liên kết Các node mạng GMPLS có thể được kết nối . mạng ASON. Chương 3: Định tuyến GMPLS. Chương này tập trung phân tích, đánh giá các kỹ thuật định tuyến GMPLS, cách thức tính toán đường định tuyến. trên GMPLS, kiến trúc mạng ASON và mối liên hệ với GMPLS. 13 CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN GMPLS Giới thiệu chương Các mạng GMPLS là