Tìm hiểu phương pháp điều khiển IP trên mạng thông tin quang

Không gian nhãn có giá trị là không xác định khi thực hiện cho mạng MPLS các bộ định tuyến IP hoặc chuyển mạch ATM. Trong mạng OTN, số lượng các nhãn có giá trị trên mỗi WR được xác định là số bước sóng được cung cấp bởi các hệ thống DWDM, không gian nhãn trở nên hữu hạn. Thông thường, một mạng MPLS yêu cầu một nhãn cho một FEC. Đối với một nhà cung cấp mạng tiêu biểu có thể có hơn 60000 tuyến trong bảng định tuyến kết quả dẫn đến có hàng ngàn FEC. Vì vậy, MPLS đơn giản trong OTN sẽ không hoạt động được, bởi vì không gian nhãn cho các mạng DWDM sẽ rất lớn: mỗi cổng phải được cung cấp từ 40 đến 128 nhãn (bước sóng).

Như một hệ quả, MPLS-TE sử dụng trong kiến trúc MPLmS để giảm bớt số lượng các nhãn yêu cầu. Thành phần cơ bản trong kiến trúc MPLS-TE là trung kế lưu lượng (traffic trunk). Một trung kế lưu lượng có thể tập trung các luồng lưu lượng chuyển đến cùng một đích và cùng thuộc một loại lưu lượng. Một trung kế lưu lượng đại diện cho một LSP. Các thuộc tính đặc trưng cho một trung kế lưu lượng là băng thông yêu cầu, độ nhạy, quyền ưu tiên, khả năng phục hồi và loại tài nguyên. Nếu triển khai kiến trúc MPLS-TE trong mạng OTN, một đường dẫn ánh sáng sẽ mang một số LSP có cùng đích đến và có các thuộc tính tương hợp. Vì vậy, từ “trung kế lưu lượng” có thể đồng nghĩa với từ “đường dẫn ánh sáng”.

3.4.2 Mô hình MPLmS

MPLmS sẽ mang lại một mặt phẳng điều khiển đơn lớp truyền tải quang và lớp dịch vụ. Mặt phẳng điều khiển không thay đổi này cơ sở cho MPLS và làm cho cả hai lớp truyền tải quang và lớp dịch vụ không thể còn là những lớp đơn lẻ.

Trong mô hình kiến trúc MPLmS này, các bộ định tuyến IP của lớp dịch vụ và các WR của lớp truyền tải quang duy trì các quan hệ ngang hàng. Bởi vì tất cả các thành phần của mạng là một bộ phận của cùng một phạm vi định tuyến, tô pô của mạng OTN là sẵn sàng cho lớp dịch vụ của mạng.

Các kết nối có thể được cung cấp qua mạng trong suốt mà không có bất kì một tác động nhân công bên ngoài hay chuyển đổi tại biên của mạng OTN. Các yêu cầu khởi tạo LSP được biến đổi hoàn toàn giữa các LSR và WR thành các yêu cầu khởi tạo đường ánh sáng.

3.4.3 Kiến trúc và các phần tử

Tùy theo mô hình kiến trúc, một mạng MPLmS gồm có các đường bao quanh các

LSR.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 75 trang tài liệu này.

OXC-LSR

LSR biên

OXC-LSR

LSR biên

Hình 3.3 OTN với các WR và LSR

Các LSR tại biên của mạng được gọi là LSR biên và nó có hai chức năng:

- Các luồng lưu lượng của lớp dịch vụ mạng được tập trung thành các dòng lưu lượng tốc độ cao, phù hợp cho việc sử dụng hiệu quả số lượng hữu hạn các đường ánh sáng có sẵn.

- Các LSR biên yêu cầu các đường dẫn quang đẳng hướng để khởi tạo các WR qua OTN.

3.4.4 Mặt phẳng điều khiển MPLmS

Các yêu cầu chung đối với mặt phẳng điều khiển OXC là để cung cấp khả năng thiết lập các kênh quang, để cung cấp các chức năng kỹ thuật lưu lượng và tạo các cơ chế bảo vệ và phục hồi.

Các thuộc tính khác nhau của đường dẫn cần kê khai thành bảng khi thiết lập một đường ánh sáng qua OTN. Tiêu chuẩn chất lượng của một đường ánh sáng được quyết định bởi các tham số của đường dẫn được sử dụng. Vì vậy, cần phải có khả năng hạn chế tuyến do đường ánh sáng tạo ra để bảo đảm các tiêu chuẩn chất lượng yêu cầu. Các cơ chế cần phải kích hoạt và kết thúc kích hoạt các đường ánh sáng có đúng quy định hay không và xác định cho đúng LSP. Điều này tính đến cả các đặc điểm cụ thể của OXC để thiết lập bảng đấu nối chéo cho OXC. Và các đường dẫn dành ra cho mục đích bảo vệ cũng cần được nhận dạng.

Các khối chức năng của mặt phẳng điều khiển MPLmS, giống với mặt phẳng điều khiển MPLS-TE chuẩn. Một trạng thái đường dẫn của IGP (Interior Gateway Protocol), mà nó có thể là OSPF hoặc là IS-IS với các mở rộng phạm vi đặc trưng quang, đảm bảo các thông tin phân phối về tô pô OTN, tính sẵn sàng về tài nguyên và các trạng thái của mạng. Đồng thời các giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập và duy trì các LSP bằng việc trao đổi với bộ chọn tuyến.

CR-LDP

Cơ sở dữ liệu TE

OSPF

IS-IS

RSVP-TE

Hình 3.4: Sơ đồ khối chức năng của MPLmS

Một yếu tố quan trọng cần lưu ý là đường ánh sáng hoặc các LSP được chuyển mạch linh hoạt qua OTN, nhưng được kết thúc tại các LSR biên.

Các OXC cần phải làm tăng các chức năng của MPLmS, như vậy về cơ bản có 2 cách điều khiển MPLmS.

Giao diện

điều khiển LmSC

Bộ định tuyến Bước sóng đơn

OXC Tín hiệu điều khiển Kênh dữ liệu

Hình 3.5: Bộ điều khiển chuyển mạch LmSC có giao diện điều khiển đến OXC và bộ định tuyến bước sóng đơn

- Thứ nhất, bắt một bộ định tuyến ngoài chạy trên MPLmS qua một giao diện điều khiển chuẩn đến mỗi OXC. Các bộ định tuyến này có thể xem là bộ điều khiển báo hiệu LmSC (Lambda Signaling Controller) cung cấp các chức năng như quản lý các tài nguyên quang, cấu hình và quản lý dung lượng, xác định địa chỉ, định tuyến, kỹ thuật lưu lượng, khám phá tô pô và phục hồi.

Một giải pháp của một nhà cung cấp OXC là chuyển đổi các chức năng của giao diện điều khiển chuẩn và các điều khiển độc quyền của OXC.

- Thứ hai là tích hợp chức năng của MPLmS vào OXC.

MPLmS độc lập hoàn toàn việc triển khai OXC ở phía dưới. Một mặt phẳng điều khiển MPLS luôn luôn độc lập với các bộ định tuyến IP.

3.4.5 Cung cấp đường dẫn ánh sáng Định tuyến quang

Các OXC-LSR và các Edge-LSR đều sử dụng một IGP, có thể là OSPF hoặc IS- IS. IGP được sử dụng để quyết định tính kết nối và để thu nhập tài nguyên thông tin cần thiết cho Edge-LSR để tính toán các đường dẫn cho các yêu cầu của LSP. Việc trao đổi thông tin được thực hiện bởi OSPF thông qua việc gửi tràn các bản tin trạng thái đường truyền. Việc trao đổi thông tin này cũng có thể thưc hiện bởi IS-IS thông qua dữ liệu giao thức trạng thái đường truyền. Để tránh nhầm lẫn với đường dẫn chuyển mạch nhãn, cả hai loại bản tin cho OSPF và IS-IS trong trường hợp này được gọi là SLA.

Phạm vi IGP bao gồm tất cả các OXC-LSR và Edge-LSR. Điều quan trọng là các Edge-LSR không phân bố lại bất kỳ thông tin định tuyến IGP vào giao thức định tuyến trong lớp dịch vụ mạng. OTN được tách biệt hoàn toàn khỏi phạm vi định tuyến khác phía sau LSR không thể sử lý các thông tin IGP mở rộng. Chỉ có những LSP được thiết lập thông qua OTN mới được thông báo như một liên kết đến IGP trong lớp dịch vụ mạng.

Chức năng dò tìm cấu trúc

Chức năng dò tìm cấu trúc là chức năng quan trọng đối với tất cả các nút mạng, bao gồm các OXC-LSR và Edge-LSR để nhận biết cấu trúc của toàn bộ hệ thống. Trước khi Edge-LSR và OXC-LSR có thể trao đổi thông tin cấu trúc, quá trình dò tìm liên kết đến nút kế cận được tiến hành. Sau khi quá trình dò tìm nút lân cận kết thúc, mỗi nút xác định được kênh nào của cổng địa phương kết nối với kênh nào thuộc cổng phía thu đầu xa của nút mạng lân cận.

Việc thiết lập cấu hình thông qua nhân công cũng có thể được sử dụng để thay thế cho thủ tục dò tìm liên kết, tuy nhiên phương thức có tính mềm dẻo và thích hợp hơn là sử dụng một thủ tục chào hỏi để các nút lân cận và thông tin kết nối giữa các kênh. Các gói dữ liệu mang bản tin “chào hỏi” được gửi đi tuần hoàn, mỗi gói chứa thông tin cổng ra trên mỗi kênh bao gồm LSR-ID và thông tin tổ hợp của cổng/kênh. Giống như LSR-ID, địa chỉ IP của một giao diện loopback vật lý có thể được sử dụng. LSR ở phía thu nhận được các gói tin này nếu các kênh của các cổng truy nhập thích hợp. Tại mỗi kênh nhận được bản tin mang thông tin chào hỏi tuần hoàn sẽ lưu và cơ sở dữ liệu trạng thái cổng. Cơ sở dữ liệu trạng thái cổng gồm các thông tin về tất cả

các kênh được kích hoạt giữa hai nút kề cận, do đó nó biểu thị các nguồn tài nguyên sẵn có.

3.4.6 Sử dụng MPLmS trong mô hình xếp chồng

Một ưu thế của MPLmS là lớp truyền tải quang và lớp dịch vụ quang có thể ghép chung lại thành một lớp thông qua thiết lập chung một lớp điều khiển, hướng tiếp cận này có tính chất rõ ràng nhìn từ góc độ kỹ thuật nhưng không tường minh nếu nhìn từ góc độ quản lý.

Một số nhà cung cấp dịch vụ không muốn xây dựng hạ tầng mạng IP và bán các dịch vụ IP, điển hình như các mạng truyền tải tổng đài nội hạt có thể muốn tập trung vào việc bán các đường truyền băng thông cao hơn thông qua mạng OTN, để tối ưu và đơn giản mạng của họ, họ cần sử dụng định tuyến bước sóng. Để sử dụng giải pháp cơ bản, họ có thể muốn sử dụng MPLmS mà không muốn có sự thiết lập thiết bị độc quyền nào. Trong trường hợp này, mặt phẳng điều khển của mạng quang nhà cung cấp dịch vụ tổng đài nội hạt và mạng IP của khách hàng của họ hoạt động độc lập với nhau. Khách hàng sử dụng MPLS trong mạng IP của họ nhưng kết nối liên thông giữa các mặt phẳng điều khiển được thực hiện thông qua cấu hình tĩnh hoặc một số thủ tục động.

3.4.7 Phục hồi

Phục hồi trong các mạng MPLmS tương tự như các nút mạng định tuyến bước sóng. Điều khác biệt chủ yếu là cơ chế MPLS tiêu chuẩn và không cơ chế nảo vệ độc quyền nào sử dụng. Thông thường cơ chế bảo vệ 1:1 và 1: N được kết hợp chặt chẽ thông qua các chức năng của MPLmS. Cơ bản về công nghệ mạng quang cơ chế bảo vệ có thể áp dụng cho tuyến hoặc nút. Để thực hiện điều này, các LSP quang (O-LSP) được xác định trước và thiết lập sẵn xung quanh các nút hoặc tuyến có khả năng gặp sự cố, không cần thiết lập báo hiệu đầu cuối-đến-đầu cuối để khôi phục lưu lượng bị ảnh hưởng bởi sự cố. Nút mạng bị sự cố chỉ thực hiện thao tác đơn giản là chuyển toàn bộ các LSP sang OLSP dự phòng. Để tối ưu hóa các tính năng mạng, cơ chế bảo vệ đường dẫn được sử dụng. Sử dụng bảo vệ đường dẫn yêu cầu báo hiệu giữa các điểm cuối của một OLSP trong trường hợp sự cố. Cơ chế này yêu cầu thời gian hồi phục lâu hơn.

3.5. Kết luận chương

Các nội dung trình bày trong chương này đã khái quát ba bước đột phá trong công nghệ mạng quang, từ mạng OTN truyền thống đến mạng OTN tối ưu cho IP và mạng quang thế hệ sau. Bước đầu tiên loại bỏ các phần mào đầu không cần thiết và độ phức tạp của mạng bằng cách loại bỏ các lóp mạng ATM và SONET/SDH. Các bộ định tuyến IP kết nối trực tiếp với các hệ thống DWDM cung cấp băng thông lên đến terabit trên một kết nối được cấp phát tĩnh. Giải pháp này được gọi là mặt phẳng điều khiển xếp chồng IP/quang tĩnh.

Bước tiếp theo đến sự tính kém hiệu quả của việc cung cấp kết nối tĩnh giữa các bộ định tuyến IP. Lớp lõi của mạng quang được tạo thành bởi mạng mesh của hệ thống DWDM kết nối liên thông thông qua các WR. Các WR này tạo điều kiện thuận lợi cho việc cấp phát động các kết nối qua lớp lõi mạng truyền tải bằng cách sử dụng giao thức định tuyến quang. Các chức năng bảo vệ mạng mesh quang cao cấp cũng được trang bị thông qua việc tải thiết lập tuyến trong trường hợp các kết nối quang bị hỏng.

Bằng việc sử dụng chức năng bảo vệ cấu hình mesh theo nhu cầu thay thế cho chức năng bảo vệ mạng vòng ring với băng thông được dành riêng từ trước, dung lượng truyền tải tổng cộng của toàn bộ mạng truyền tải có thể được tối ưu hóa. Do cấu trúc mạng truyền tải quang động này tách biệt hoàn toàn so với mạng IP xếp chồng trên nên bước này được tham chiếu như là mặt phẳng điều khiển xếp chồng IP/quang động.

Bước thứ ba trong quá trình phát triển của OTN tập trung vào việc tích hợp lớp truyền tải quang và lớp IP. Một mặt phẳng điều khiển chung cho cả hai lớp truyền tải quang và lớp IP đang được tieu chuẩn hóa nhằm mục đích cho ghép OTN có thể được nhìn nhận trực tiếp từ lớp mạng IP và để tích hợp các quá trình cấp phát tài nguyên của cả hai lớp mạng. Một trong số hướng tiếp cận để xây dựng mặt phẳng điều khiển chung này là MPLmS. MPLmS về cơ bản đáp ứng được các nội dung của cấu trúc MPLS-TE đối với miền truyền dẫn quang. Hướng tiếp cận này cho phép những người điều hành mạng sở hữu cả hai truyền tải quang và IP của mạng để tạo một mạng theo mô hình mặt phẳng điều khiển đồng đẳng tích hợp IP quang.

KẾT LUẬN

Luận văn đã trình bày được các giải pháp tổ chức mạng viễn thông và giao thức thống nhất của mạng truyền tải đó là IP. Công nghệ IP có nhiều ưu điểm vượt trội nhwcho phép truyền tải lưu lượng với hiệu suất cao, tận dụng băng thông, tiết kiệm dung lượng kênh truyền; phần lớn các phần mềm ứng dụng đều chạy được trên nền IP; trao đổi dữ liệu một cách linh hoạt, tích hợp đa dịch vụ.

Một số công nghệ truyền dẫn quang như công nghệ truyền dẫn NG- SONET/SDH, công nghệ GMPLS và công nghệ ghép kênh theo bước sóng.

Các phương pháp điều khiển trong mạng quang trong mạng thông tin quang thế hệ sau bao gồm ba phương pháp:

- Phương pháp điều khiển IP trên quang tĩnh

- Phương pháp điều khiển IP trên quang động

- Phương pháp điều khiển tích hợp IP trên quang

Với điều kiện của Việt Nam, giải pháp tổ chức mạng phân tán là giải pháp tổ chức mạng đơn giản, hiệu quả kinh tế cao, chất lượng dịch vụ cao hơn so với giải pháp tích hợp các dịch vụ cũng như các mạng viễn thông. Trong đó tiêu điểm là mạng đường trục và mạng truyền tải của các vùng cũng như một số thành phố lớn của Việt Nam theo giải pháp phân tán hỗn hợp.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TS. Hoàng Văn Võ, “Mạng thông tin thế hệ sau”, Nhà xuất bản Bưu điện, 2008.

[2] Vũ Văn San, “Hệ thống thông tin quang”, Nhà xuất bản Bưu điện, 2003.

[3] TS. Đỗ Mạnh Quyết, Bài giảng “Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS”, 2007.

Xem toàn bộ nội dung bài viết ᛨ