Đề tài Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS và Ứng dụng

yêu cầu nhãn, LSR luồng xuống sẽ gửi một nhãn đến các bộ khởi động luồng lên sử dụng cơ cấu ánh xạ nhãn. Hình 1.5: Cơ cấu báo hiệu 1.3.2. Yêu cầu công nghệ MPLS Nhóm làm việc MPLS đó đưa ra các yêu cầu đối với MPLS như sau: MPLS phải có khả năng làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu. MPLS phải thích ứng với các giao thức lớp mạng và các công nghệ IP liên quan. MPLS cần hoạt động độc lập với giao thức định tuyến. MPLS phải hỗ trợ mọi khả năng chuyển tiếp của nhãn bất kì. MPLS phải hỗ trợ chức năng vận hành quản lý và bảo dưỡng. MPLS cần xác định và ngăn chặn chuyển tiếp vùng. MPLS phải hoạt động tốt trong mạng phân cấp. MPLS phải có tính kế thừa. 1.3.3. Thành phần trong công nghệ MPLS Thành phần cơ bản của MPLS là các LSR. LSR Label Swich Route: Là thiết bị bộ định tuyến hoặc chuyển mạch sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Căn cứ vào chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sau: Loại LSR Chức năng thực hiện LSR Chuyển tiếp gói có nhãn LSR biên Nhận gói IP, kiểm tra tại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gửi gói vào mạng LSR.(Ingress) Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra tại lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến nút tiếp theo.(Egress) ATM-LSR Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo. ATM-LSR biên Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn. 1.3.4. Các cơ chế hoạt động của MPLS MPLS có hai chế độ hoạt động dựa trên hai môi trường mạng lõi phổ biến hiện nay là FR và ATM. Chế độ hoạt động khung MPLS (Frame-mode) : - Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường các thiết bị định tuyến thuần nhất, định tuyến các gói in IP (điểm_điểm). Các gói tin gán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2. - Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ hoạt động này được mô tả tronghình. Hình 1.6 Mạng MPLS trong hoạt động chế độ khung Các hoạt động trong mạng số liệu: Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS. Thể hiện qua một số bước: LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho với ngăn xếp nhóm tương ứng FEC đó xác định. Trong trường hợp định tuyến chỉ một địa chỉ đích, FEC tương ứng sẽ là một mạng con đích và việc phân loại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thông. LSR lõi nhận gói tin có nhãn và sử dụng bảng định tuyến chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn nội vùng trong gói đến với nhãn ngoài vùng tương ứng cùng với FEC (trong trường hợp này là mạng con IP). Khi LSR biên lối ra của vùng FEC này nhận được gói có nhãn, nó làm nhiệm vụ bỏ nhãn và thực hiện chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thông. Mào đầu nhãn. Vì phải được chèn trước số liệu đánh nhãn trong chế độ hoạt động khung. Như vậy nhãn MPLS được chèn vào giữa mào đầu lớp 2 và nội dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2 như trong hinh 2.2 Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên bộ định tuyến gửi thông tin phải có phương tiện gì đó thông báo cho Router nhận rằng gói đang được gửi đi không phải là gói IP thuần mà là gói có nhãn (gói MPLS). Hình 1.7 Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2 Trong môi trường LAN, các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 Unicast hay mulicast sử dụng giá trị 8847 H và 8848 H cho dạng Ethernet. Các giá trị này sử dụng trực tiếp trên phương tiện Ethernet. Các gói MPLS truyền giữa một cặp Router qua kênh ảo ATM Forum được bọc với mào đầu SNAP sử dụng giá trị cho dạng Ethernet như trong môi trường LAN. - Chuyển mạch nhãn trong chế khung: Chúng ta xem xét quá trình chuyển đổi nhãn trong mạng MPLS sau khi nhận đuợc một gói IP Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ Router biên số 1, LSR lõi 1 lập tức nhận dạng gói tin nhận dạng gói tin nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao thuế PPP và thực hiện kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LFIB Kết quả cho thấy nhãn vào là 30 được thay thế bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói tin sẽ chuyển tiếp đến LSR lõi 2. Tại đây nhãn được kiểm tra, nhãn số 28 được thay thế bằng nhãn số 37 và nhãn ra được xác định gói tin chuyển đến LSR biên số. Tại LSR biên số 3, nhãn 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 được thực hiện, gói tin được chuyển đến Router ngoài mạng MPLS. Các gói chuyển mạch trên được áp dụng với các gói tin có 1 nhãn hay có nhiều nhãn ( trong trường hợp VPN thông thường một nhãn được gắn cố định cho VPN Server.) Quá trình liên kết nhãn và lan truyền nhãn. Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau qua quá trình khai báo thông tin qua bản tin Hello. Sau khi bản được gửi một phần giao dịch giữa 2 LSR được thực hiện.Thủ tục giao dịch là giao thức LDP. Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhãn) được tạo ra trong LSR nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với trường hợp chúng ta đang xem xét định tuyến dựa trên đích Unicast, FEC tương đương với Frefix trong bảng định tuyến IP và bảng định tuyến chuyển đổi khác trong LIB. Bảng chuyển đổi này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những nội dung mới, nhãn mới được gán cho tuyến mới. Do LSR dán nhãn cho mỗi IP Prefix trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng khi gói tin có nhãn đến LSR đó nên phương pháp và phân phối nhãn này được gọi là gán nhãn độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu. Việc liên kết các nhãn được quảng bá ngay đến tất cả các Router thông qua phiên LDP. Chế độ hoạt động tế bào MPLS (Cell-mode): Khi xem xét triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số trở ngại sau: Hiện tượng không tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói tin IP giữa 2 nút MPLS cận kề qua giao diện ATM phải được thực hiện qua kênh ảo ATM. Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn hay địa chỉ lớp 3. Khả năng duy nhất của tổng đài ATM đó là chuyển đổi từ VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra. Như vậy cần thiết phải xây dựng một số cơ chế đảm bảo việc thực thi MPLS qua ATM như sau: Các gói IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM. một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nút MPLS kế cận để trao đổi gói thông tin điều khiển . Nhãn trên cùng trong ngăn xếp phải được sử dụng cho các giá trị VPI/VCI. Các thủ tục gán và phân phối nhãn phải đảm bảo cho các tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3. - Kết nối trong mạng điều khiển thông qua giao diện LC-ATM. Cấu trúc MPLS đòi hỏi liên kết thuần IP giữa các mảng điều khiển của các LSR lân cận trao đổi liên kết nhãn cũng như các gói điều khiển khác . Như vậy chế độ hoạt động tế bào được hoạt động theo các bước sau: Bước 1: Gửi yêu cầu cho giá trị nhãn X đến nút cận kề. Bước 2: ATM-LSR lõi 1 gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến ATM-LSR lõi 2. Bước 3: ATM-LSR lõi 2 gửi yêu cầu giá trị nhãn X đến ATM-LSR biên 3. Bước 4: LSR biên 3 gán giá trị VPI/VCI và gửi trả lời ATM-LSR lõi 2. Bước5: LSR lõi 2 gán giá trin VPI/VCI nội vùng, chuyển đổi VPI/VCI vào sang VPI/VCI ra và gửi giá trị VPI/VCI mới đến ATM-LSR lõi 1. Bước 6: Giá trị VPI/VCI nội vùng được gán bởi ATM-LSR lõi 1 gửi đến LSR biên 1 trả lời yêu cầu Hình 1.8 : Mạng MPLS trong chế độ hoạt động tế bào . Hình 1.9 : Trao đổi thông tin giữa các LSR cận kề Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR Việc chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua các bước sau: ATM-LSR biên lõi vào nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn, thực hiện việc kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LFIB và tìm ra giá trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhãn lối ra. Các gói có nhãn được phân chia thành các tế bào ATMvà gửi đến ATM-LSR tiếp theo. Giá trị VPI/VCI được gắn vào tiêu đề từng tế bào. Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong tiêu đề của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Cơ chế phân bố và phân phối nhãn phải đảm bảo việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI nội vùng và ngoại vùng là chính xác. ATM-LSR biên lối ra (khỏi miền ATM-LSR) tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo. Việc kiểm tra nhãn dựa trên giá trị VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trong tiêu đề nhãn MPLS do ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM. Lưu ý rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập giá trị bằng 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành các tế bào. 1.3.5. Giao thức cơ bản của MPLS Quá trình hoạt động của mạng MPLS sử dụng các giao thức sau: Giao thức điều khiển gán nhãn (độc lập và theo yêu cầu) Giao thức phát hiện và chống vòng lặp Giao thức phân phối nhãn LDP Giao thức giành trước tài nguyên RSVP Giao thức CR-LDP Giao thức MPLS-BGP 1.3.6 TỔNG KẾT Chúng ta đã tìm hiểu những thành phần chính trong kỹ thuật chuyển mạch đa giao thức MPLS. Chức năng cơ bản nhất của MPSL là phục vụ cho việc chuyển gói dữ liệu bằng thuật toán chuyển mạch trên đường dẫn được xác định bằng kỹ thuật định tuyến dựa vào địa chỉ đích ( destination_based routing). Giao thức phân phối nhãn LDP ( Label Switching Path), trên đường định tuyến này. Giao thức LDP hoạt động trên kết nối TCP và cung cấp nhiều hình thức phân bổ nhãn khác nhau như : xuôi dòng ( downstream) hay xuôi dòng theo yêu cầu ( downstream on demand), điều khiển LSP độc lập( Independent) hay theo thứ tự ( ordered LSP control, tự do (liberal) hay duy trì đàm thoại (converative label retention). Ngoài ra vẫn có nhưng giao thức khác phục vụ cho việc xây dựng LSP như : RVSP, BGP. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ GMPLS 2.1. Giới thiệu chung Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Labed Switching) là bước phát triển theo của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. GMPLS thực chất là sự mở rộng chức năng điều khiển của mạng MPLS, nó cho phép kiến tạo mặt phẳng điểu khiển quản lý thống nhất không chỉ ở lớp mạng mà còn thực hiện đối với các lớp ứng dụng, truyền dẫn và lớp vật lý. Việc kiến tạo một mặt phẳng điều khiển thống nhất đối với các lớp mạng hứa hẹn khả năng tạo ra một mạng đơn giản về điều hành và quản lý, cho phép cung cấp các kết nối từ đầu cuối tới đầu, quản lý tài nguyên mạng một cách hoàn toàn tự động và cung cấp các mức chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau các ứng dụng trên mạng. Công nghệ GMPLS cho phép các nút mạng tự động cung cấp các kết nối theo yêu cầu do vậy giá thành chi phí cung cấp kết nối cũng như giá thành quản lý bảo dưỡng giảm đi rất nhiều, thời gian cung ứng kết nối cung cấp dịch vụ giảm đi rất nhiều so với phương pháp truyền thống (tính theo giờ hoặc phút so với tuần hoặc tháng của phương thức nhân công truyền thống). Các chức năng của GMPLS được mô tả trong bảng 2.1: Bảng 2.1: Chức năng thực hiện trong GMPLS Vùng chuyển mạch Kiểu lưu lượng Lược đồ chuyển tiếp Thiết bị ví dụ Ký hiệu Gói, tế bào IP, ATM Nhãn, kết nối kênh ảo Bộ định tuyến IP, ATM switching Chuyển mạch gói (PSC) Thời gian TDM / SONET Khe thời gian Hệ thống đấu nối chéo(DSC), ADM Chuyển mạch TDM Bước sóng Trong suốt Lambda DWDM Chuyển mạch Lambda(LSC) Vật lý Transparent Fiber, line OXC Chuyển mạch sợi quang(FSC) 2.2. Bộ giao thức GMPLS Sự phát triển MPLS thành GMPLS đã mở rộng giao thức báo hiệu (RSVP-TE, CR-LDP) và giao thức định tuyến (OSPF-TE, IS-IS-TE). Các mở rộng này dùng cho các đặc tính mạng quang và TDM/SONET. Ngoài ra trong GMPLS thêm vào giao thức quản lí liên kết LMP (Link Management Protocol). Giao thức quản lí liên kết là một giao thức mới để quản lí và bảo dưỡng mặt phẳng điểu khiển và mặt phảng dữ liệu giữa hai node lân cận nhau. LMP là giao thức dựa trên IP bao gồm các mở rộng đối với RSVP-TE và CR-LDP. Bảng 2.2 tóm tắt các giao thức và các mở rộng của GMPLS . Bảng 2.2: Các giao thức và các mở rộng của GMPLS Định tuyến OSPF-TE, IS-IS-TE Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tự động về topo mạng, thông báo các tài nguyên khả dụng. Một số tăng cường chính gồm: _ Cho biết loại bảo vệ tuyến (1+1, 1:1, không bảo vệ, lưu lượng phụ thêm). _ Nhận và thông báo các liên kết không có địa chỉ IP-nhận dạng liên kết. _ Nhận dạng giao diện vào và ra. _ Khám phá tuyến khác nhau cho dự phòng. Báo hiệu RSVP-TE, CR-LDP Giao thức báo hiệu dùng cho quá trình thiết lập các LSP mang lưu lượng. Các tăng cường chính: _ Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng không phải chuyển mạch gói. _ Thiết lập các LSP 2 hướng. _ Báo hiệu để thiết lập đường dự phòng. _ Thúc đẩy việc gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất. _ Hỗ trợ chuyển mạch băng tần-tập các bước sóng gần nhau được chuyển mạch với nhau. Quản lý liên kết LMP _ Quản lý kênh điều khiển: được thiết lập bởi các thông số liên kết (ví dụ như tần số gửi bản tin keep-alive) và đảm bảo sự hoạt động tốt cho cả liên kết. _ Kiểm tra việc kết nối liên kết: Đảm bảo kết nối vật lý của liên kết giữa các node lân cận, sử dụng một ping-như bản tin kiểm tra. _ Liên hệ các đặc tính liên kết: Xác định các đặc tính liên kết của các node lân cận. _ Cô lập lỗi: Cô lập các lỗi đơn hoặc lỗi kép trong miền quang 2.3. Hoạt động của GMPLS. 2.3.1. Định tuyến. Hoạt động và vai trò của thuật toán định tuyến theo đường ngắn nhất có ràng buộc (CSPF-Constrain Short Path First): Khi có một yêu cầu dịch vụ khởi tạo từ một phần mềm quản lí như SNMP đến node đầu vào. Node này tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu TE để tìm ra đường tốt nhất giữa các điểm cuối dịch vụ. Tốt nhất ở đây được hiểu là đường có số liên kết hoặc độ trễ mạng nhỏ nhất trong khi vẫn thoả mãn được các ràng buộc và chính sách yêu cầu của người sử dụng. Các ràng buộc là vấn đề được quan tâm nhất của mặt phẳng điều khiển thông minh. Những ràng buộc cơ bản bao gồm: -Tránh các liên kết và node cụ thể: điều này được sử dụng thường xuyên để nhận được những đường độc lập về lỗi. Node và liên kết có cùng mức rủi ro được tập hợp thành nhóm. 2.3.2. Báo hiệu dịch vụ Việc cấu hình mỗi thành phần có mặt trên đường với mọi tham số cần thiết phải được thực hiện để bắt đầu dịch vụ. Trong mạng GMPLS sử dụng các giao thức báo hiệu RSVP-TE và CR-LDP, đó là mở rộng của các giao RSVP kết hợp với kĩ thuật lưu lượng. Vai trò của RSVP-TE hay CR-LDP trong báo hiệu dịch vụ: Một khi đã lựa chọn được đường, các giao thức báo hiệu như RSVP-TE sẽ được sử dụng để thiết lập mỗi thành phần mạng trên đường đó. 2.3.3. Xử lý lỗi mặt phẳng điều khiển Hai loại chính của lỗi có thể tác động vào mặt phẳng điều khiển. Loại thứ nhất được gọi là lỗi kênh điều khiển, lỗi này liên quan tới việc mất thông tin điều khiển giữa hai node lân cận. Hình 2.1: Một số lỗi xảy ra trong GMPLS Loại thứ hai được gọi là lỗi node, lỗi này liên quan đến các node mất trạng thái điều khiển (sau khi khởi động lại chẳng hạn) nhưng không mất trạng thái chuyển tiếp dữ liệu của nó. Trong các mạng vận chuyển, những loại lỗi mặt phẳng điều khiển như vậy không được gây ra ảnh hưởng đến các kết nối đang tồn tại. Cho nên phải có cơ chế để phát hiện cuộc liên lạc điều khiển bị thất bại và thủ tục khôi phục phải đảm bảo sự kết nối tại hai đầu cuối của kênh điều khiển. 2.4. Kỹ thuật định tuyến trong GMPLS 2.4.1. Định tuyến trong MPLS Cũng như trong mạng IP truyền thống, định tuyến trong mạng MPLS thực hiện hai chức năng sau: _ Quảng bá thông tin về topo mạng: Quảng bá các thông tin về topo qua mạng để tạo thành một tập các tài nguyên mức mạng không đổi giữa các LSR. Tuy nhiên, tập không đổi này không có nghĩa là giống nhau. Vì mạng có thể được chia thành các cấp theo khía cạnh kinh doanh, kĩ thuật hay địa lí, các LSR cần phải được trang bị đủ thông tin để thực hiện việc chọn đường tại các mức khác nhau. Vấn đề mấu chốt của việc truyền thông tin quảng bá topo mạng là trả lời được những câu hỏi “cái gì”, “cho ai ”, và “bằng cách nào ”. Nghĩa là thông tin nào cần được phân phối đến ai và bằng cách nào để truyền thông tin này đi. Quảng bá thông tin về topo mạng Mục đích của việc quảng bá thông tin về topo mạng là để thông báo các thông tin cần thiết, đầy đủ một cách hiệu quả cho các LSR để chúng có khả năng chọn một đường đi tối ưu cho gói tin. Mối quan tâm chính đối với quảng bá thông tin topo là khả năng nâng cấp. Chọn đường Chọn đường có thể thực hiện theo phương thức online hay offline. Việc chọn phương án nào tuỳ thuộc vào độ phức tạp tính toán, thông tin topo có thể của các tình huống cụ thể. Cả hai phương thức chọn đường này đều có thể thực hiện. Chẳng hạn nhà khai thác có thể sử dụng thuật toán online để xử lí tập các quyết định chọn đường và thuật toán offline để xử lí lưu lượng phức tạp. Cải tiến định tuyến trong GMPLS Trong mạng GMPLS giao thức định tuyến phải được cải tiến để phù hợp với cấu trúc của nó, tức là nó phải hỗ trợ cho mạng quang điều khiển, mạng ghép kênh theo thời gian. Mặt khác với tốc độ tăng của lưu lượng hiện nay đòi hỏi số đường cáp cần cung cấp để đấu nối giữa các bộ định tuyến rất lớn. Do đó xuất hiện những vấn đề sau: -Số lượng liên kết trong mạng GMPLS được yêu cầu có thể lớn hơn trong mạng MPLS. -Phát hiện lỗi nhanh và chuyển kênh có lỗi tới kênh thay thế. Để hiểu rõ hơn về các cải tiến định tuyến, ta xét qua các giao thức về trạng thái định tuyến như IS-IS và OSPF. Trong đó ta coi mạng là một lưu đồ và các node là các thành phần mạng và biên mạng là những đường nối (cáp). Những biên trong lưu đồ có các thuộc tính gắn với nó như: địa chỉ IP, chi phí và băng thông dành sẵn. 2.4.2. Kỹ thuật định tuyến hỗ trợ chất lượng dịch vụ MPLS/GMPLS Định tuyến đảm bảo QoS trong MPLS Định tuyến QoS xác định tuyến dựa trên tài nguyên mạng hiện có và yêu cầu của luồng lưu lượng. Kết quả là chất lượng của ứng dụng được đảm bảo và cải tiến so với định tuyến nỗ lực tối đa truyền thống. Nó có các ưu điểm sau: Nếu tải lưu lượng vượt quá giới hạn của tuyến đường đang có thì định tuyến đảm bảo QoS đưa ra nhiều tuyến khác để truyền lưu lượng dư đó. _ Nếu xảy ra lỗi mạng hoặc lỗi nút thì định tuyến đảm bảo QoS sẽ lựa chọn một tuyến đường đi thay thế để nhanh chóng khôi phục lại việc truyền dữ liệu mà không làm giảm nhiều QoS. _ Các loại lưu lượng khác nhau có yêu cầu QoS khác nhau, các tổ hợp lưu lượng có nguồn và đích giống nhau có thể đi các tuyến đường khác nhau. Một số thuật toán định tuyến QoS trong MPLS Các giải pháp định tuyến đảm bảo QoS trong MPLS được cải thiện từ thuật toán tìm đường ngắn nhất và bổ sung một số điều kiện ràng buộc của mạng. Một số thuật toán hỗ trợ định tuyến đảm bảo QoS trong mạng MPLS được trình bày dưới đây. Thuật toán bước nhảy tối thiểu MHA (min Hop Algorithm): Thuật toán bước nhảy tối thiểu là thuật toán đơn giản nhất nhằm tìm ra một đường dẫn với số bước nhảy tối thiểu từ nguồn tới đích, mặc dù thuật toán này có khả năng tìm được đường dẫn đáp ứng được yêu cầu băng thông và có ưu điểm là tính toán nhanh, nhưng MHA gây ra hiện tượng nghẽn cổ chai tại liên kết tải lớn trong mạng. Thuật toán tìm đường ngắn nhất và rộng nhất WSPA (Widest Sortest Path Algorithm): Thuật toán tìm đường ngắn nhất và rộng nhất (WSPA) là một thuật toán cải tiến từ thuật toán bước nhảy tối thiểu nhằm cân bằng tải lưu lượng mạng. Thuật toán định tuyến nhiễu tối thiểu MIRA (Minimum Inteference Routing Algorithm): Mục tiêu của thuật toán này là cung cấp đường dẫn có nhiễu ít nhất với các yêu cầu kết nối đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP trong tương lai giữa các cặp nguồn – đích khác. Thuật toán này giả thiết có một số nhận định về tiềm năng của các cặp nguồn- đích. 2.4.3. Định tuyến gán bước sóng trong GMPLS Do GMPLS gắn trực tiếp tới điều khiển luồng quang nên bài toán định tuyến trong GMPLS phải tìm được các bước sóng được lựa chọn bằng cách tối thiểu tắc nghẽn cho chuỗi các kết nối. Dưới đây là một số thuật toán điển hình. Thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng. Một ví dụ về thuật toán gán bước sóng đơn giản nhưng hiệu quả là gán bước sóng theo thứ tự bước sóng. Trong thuật toán này, các bước sóng được đánh chỉ số và luồng quang sẽ cố gắng lựa chọn bước sóng với chỉ số thấp nhất trước khi lựa chọn bước sóng với một chỉ số cao hơn. Thuật toán gán bước sóng ngẫu nhiên. Phưong pháp khác để lựa chọn các bước sóng khác nhau là lựa chọn đơn giản một trong các bước sóng ngẫu nhiên. Nói chung, thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng sẽ làm tốt hơn gán bước sóng ngẫu nhiên khi thông tin đầy đủ về trạng thái mạng có thể sử dụng. Thuật toán gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất và ít nhất. Thuật toán gán bước sóng đơn giản khác bao gồm thuật toán gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất và ít nhất. Đặt trước song song. Bài toán dựa trên định tuyến trạng thái liên kết cho rằng mỗi nút duy trì thông tin tổng thể về cấu hình mạng và trạng thaí hiện tại của mạng bao gồm thông tin về các bước sóng đang được sử dụng trên mỗi tuyến liên kết. Dựa trên thông tin tổng thể này nút có thể tính toán tuyến tối ưu tới đích với bước sóng nhất định. Đặt trước theo chặng. Khác với đặt trước song song là đặt trước theo chặng trong đó bản tin điều khiển được gửi dọc theo tuyến đã lựa chọn từng chặng kế tiếp nhau. Ở mỗi nút trung gian, bản tin điều khiển được xử lý trước khi chuyển tiếp tới nút tiếp theo. Khi bản tin điều khiển tiến tới đích, nó được xử lý và gửi lại nút nguồn. 2.5. Kết luận chương II Trong chương II đã giới thiệu về công nghệ chuyển mạch GPMLS. Nó được ứng dụng trong mạng điều khiển, thực hiện quản lý kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh (như TDM, chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch quang). Trong chương này cũng trình bày đầy đủ bộ giao thức GMPLS, hoạt động, kỹ thuật định tuyến của công nghệ GMPLS. Qua đó ta có thể hiểu được những vấn đề liên quan tới giải pháp và công nghệ trong GMPLS cũng như nắm được những vấn đề cơ bản của công nghệ GMPLS. CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MPLS/GMPLS 3.1 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ MPLS 3.1.1 MẠNG RIÊNNG ẢO VPN (Virtual Private Network – VPN ). Mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) là một trong những ứng dụng rất quan trọng trong mạng MPLS. Các công ty, doanh nghiệp đặc biệt các công ty đa quốc gia có nhu cầu rất lớn về loại hình dịch vụ này. Với VPN họ hoàn toàn có thể sử dụng các dịch vụ viễn thông, truyền số liệu nội bộ với chi phí thấp, an ninh bảo đảm. Nhờ có cơ chế bảo mật và cung cấp lớp dịch vụ (QoS) theo yêu cầu mà MPLS là một công nghệ rất phù hợp cho mạng riêng ảo VPN. Ở phần này chúng ta sẽ tìm hiểu về mô hình mạng riêng ảo trên mạng MPLS. Đây là một ứng dụng rất quan trọng đáp ứng các yêu cầu của các mạng riêng sử dụng hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia với những yêu cầu khác nhau về độ an toàn, bảo mật và chất lượng dịch vụ. An ninh mạng không chỉ quan trọng đối với các nhà cung cấp dịch vụ ISP mà còn có ý nghĩa quyết định đối với các cơ quan chính phủ và các doanh nghiệp. Các giải pháp cho hệ thống WAN như sử dụng đường dây thuê riêng, Frame-relay không có sự mềm dẻo linh hoạt về mặt kết nối, mở rộng mạng cũng như an toàn thông tin, hơn nữa chi phí lại cao. 3.1.1.1 Sự phát triển của VPN. Ban đầu các mạng máy tính được triển khai với hai công nghệ chính: leased-lines cho các kết nối lâu dài và dial-up lines cho các kết nối không liên tục, chỉ khi có yêu cầu. Hình 3. 1: Mạng máy tính điển hình cách đây 16 năm Ban đầu mạng máy tính được triển khai cho khách hàng với tính bảo mật khá tốt, nhưng giá cả lại khá cao bởi hai lý do sau: Lưu lượng trao đổi giữa hai vùng trong mạng thay đổi theo từng thời điểm trong ngày, từng ngày trong tháng, thậm chí là theo mùa (ví dụ, lưu lượng trong đợt có sự kiện quan trọng tăng lên đáng kể). Người sử dụng đầu cuối luôn luôn yêu cầu được đáp ứng nhanh, kết quả là yêu cầu băng thông cao giữa các site, nhưng băng thông thuê đó chỉ được sử dụng trong một khoảng thời gian khi các users ở trạng thái active. Hai lý do trên đã thúc đẩy các nhà cung cấp dịch vụ phát triển và triển khai một công nghệ cung cấp cho khách hàng với chất lượng dịch vụ tương đương với đường leased lines. Hình 3. 2: Mạng Frame-relay đặc trưng 3.1.1.2 Phân loại VPN Có 3 loại mạng riêng ảo, đó là: Intranet VPN: VPN kết nối hai mạng với nhau (site-to-site). Được sử dụng để kết nối các văn phòng, chi nhánh trong một công ty. Extranet VPN: Được sử dụng khi có nhu cầu trao đổi thông tin giữa mạng của công ty với mạng của các đối tác bên ngoài. Hình 3. 3: Mô hình mạng Extranet Remote acces VPN (VPN truy cập từ xa): Được dùng cho những người làm việc di động, cần phải truy cập an toàn với mạng tới mạng riêng của công ty từ bất kỳ vị trí địa lý nào thông qua một môi trường chia sẻ (như mạng điện thoại công cộng). Một số văn phòng nhỏ cũng có thể sử dụng kiểu truy cập này để nối với mạng riêng của công ty mình. Thực tế, người dùng từ xa sẽ kết nối tới nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và ISP sẽ thiết lập kết nối tới mạng riêng của công ty. Sau khi đã tạo được kết nối giữa hai máy tính của người dùng ở xa với mạng riêng của công ty, một đường hầm sẽ được thiết lập giữa hai đầu cuối và dữ liệu được trao đổi qua đường hầm đó. 3.1.1.3 Chức năng của VPN VPN có các chức năng cơ bản sau: Sự tin cậy: Người gửi có thể mã hóa các gói dữ liệu trước khi chúng được truyền qua mạng. Bằng cách này thì người khác không thể truy cập thông tin mà không được sự cho phép. Nếu có lấy được thì cũng không đọc được Tính toàn vẹn: Người nhận có thể kiểm tra rằng dữ liệu đã được truyền qua mạng Internet mà không có sự thay đổi nào Xác thực nguồn gốc: Người nhận có thể xác thực nguồn gốc của gói dữ liệu, đảm bảo và xác thực nguồn thông tin. 3.1.2 Truyền Tải( NGN) 3.1.2.1 Mở đầu Xác định được xu hướng tất yếu của thị trường viễn thông thế giới, cũng như nhu cầu thông tin, viễn thông trong nước, hội đồng quản trị Tổng công ty bưu chính viễn thông Việt Nam đã đưa ra quyết định số 393 QĐ/VT/HĐQT ngày 16/11 năm 2001 về việc phê duyệt định hướng tổ chức mạng viễn thông đến năm 2010. Trong đó xác định việc xây dựng mạng thế hệ kế tiếp NGN cho Tổng công ty BCVT. Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ kế tiếp (NGN) phải đảm bảo được các yêu cầu sau: Cung cấp các dịch vụ thoại và truyền số liệu băng rộng bao gồm: thoại, fax, di động, ATM, IP, IP-VPN, FR, X25, xDSL, IN,…trên cơ sở hạ tầng thông tin thống nhất. Mạng có cấu trúc đơn giản, giảm tối thiểu cấp chuyển mạch nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ và hạ thấp giá thành dịch vụ. Cấu trúc phải có tính mở, có độ linh hoạt và tính sẵn sàng cung cấp dịch vụ cao. Mạng tuân thủ theo các tiêu chuẩn quốc tế được Tổng cục Bưu điện lựa chọn áp dụng cho mạng viễn thông Việt Nam đảm bảo tính tương thích kết nối với các mạng khác, các nhà khai thác khác. Cấu trúc phải đảm bảo tính an toàn cao nhằm duy trì dịch vụ và đáp ứng nhu cầu phục vụ an ninh quốc phòng. Bảo toàn vốn đầu tư của VNPT đối với mạng hiện tại. Cấu trúc mạng được tổ chức không phụ thuộc vào địa giới hành chính. Hệ thống quản lý mạng, quản lý dịch vụ có độ tập trung cao, bảo đảm việc cung cấp dịch vụ đến tận các thuê bao thuộc các vùng hành chính khác nhau. 3.1.2.2 Cấu trúc phân lớp chức năng NGN Các hãng cung cấp thiết bị và các nhà khai thác trên thế giới đã đưa ra một nguyên tắc tổ chức mới cho mạng viễn thông trong giai đoạn tới gọi là mạng thế hệ kế tiếp NGN. Cấu trúc mạng thế hệ kế tiếp được phân chia làm 4 lớp, đó là: Lớp ứng dụng dịch vụ Lớp điều khiển kết nối Lớp truyền tải Lớp truy nhập Lớp quản lý được coi như một mặt theo phương thẳng đứng quản lý các lớp chức năng trên. Việc tổ chức phân lớp chức năng của mạng này đảm bảo cho khả năng triển khai công nghệ và thiết bị một cách tối ưu tại nhiều địa điểm, trong từng lớp và trong từng thời điểm hợp lý. 3.1.2.3 Nguyên tắc tổ chức mạng Nguyên tắc tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà tổ chức theo phân vùng lưu lượng. Phân cấp mạng. Mạng mục tiêu của VNPT sẽ được phân thành 2 cấp, đó là: Cấp đường trục: gồm toàn bộ các node chuyển mạch, định tuyến, truyền dẫn đường trục trên mạng của VTN và VTI được tổ chức thành hai mặt bằng kết nối chéo đảm bảo độ an toàn cao nhất. Không có tổ chức cấp chuyển mạch quốc tế, các kết nối quốc tế sẽ do các node đường trục đảm nhận thông qua các MG. Các kênh kết nối sẽ là các kênh trung kế tốc độ cao (tối thiểu là STM-1). Cấp truy nhập: gồm toàn bộ các nút truy nhập của các khu vực trên toàn quốc. Không phân chia nút truy nhập theo địa bàn hành chính. Các nút truy nhập của các vùng lưu lượng chỉ được kết nối đến nút đường trục của vùng đó mà không được kết nối đến vùng khác. Phân vùng lưu lượng. Căn cứ vào kết quả dự báo nhu cầu dịch vụ và lưu lượng đến năm 2010, mạng mục tiêu 2010 của VNPT được phân thành 5 vùng lưu lượng. Phân vùng điều khiển. Tương ứng với phân vùng lưu lượng sẽ có 5 vùng điều khiển . 3.1.2.4 Tổ chức các lớp chức năng trong NGN Lớp ứng dụng và dịch vụ được tổ chức thành một cấp duy nhất cho toàn mạng nhằm đảm bảo cung cấp dịch vụ đến tận nhà thuê bao một cách thống nhất và đồng bộ. Số lượng node ứng dụng và dịch vụ phụ thuộc vào dịch vụ cũng như số lượng và loại hình dịch vụ được tổ chức phân tán theo dịch vụ đảm bảo tính an toàn của hệ thống. Tổ chức lớp điều khiển Lớp điều khiển được tổ chức thành 1 cấp thay vì 4 cấp như hiện nay nhằm giảm tối đa cấp mạng và tận dụng năng lực xử lý cuộc gọi rất lớn của thiết bị điều khiển thiết bị thế hệ mới, giảm chi phí đầu tư trên mạng. Lớp điều khiển có chức năng điều khiển lớp truyền tải và lớp truy nhập mạng NGN bao gồm nhiều môđun như mô đun điều khiển kết nối ATM, MPLS, điều khiển định tuyến IP, điều khiển kết nối thoại, báo hiệu số 7,… Các nút điều khiển được tổ chức thành cặp và kết nối trực tiếp với 1 cặp nút chuyển mạch đa dịch vụ đường trục. Tổ chức lớp truyền tải Lớp truyền tải phải có khả năng truyền tải các loại lưu lượng như ATM, IP,… được tổ chức thành hai cấp: đường trục quốc gia và vùng thay vì 4 cấp như hiện nay. Cấp đường trục quốc gia: gồm toàn bộ các nút chuyển mạch đa dịch vụ và các tuyến truyền dẫn được tổ chức thành 2 mặt A&B kết nối chéo giữa các nút đường trục với tốc độ tối thiểu 2,5Gbit/s. Cấp vùng: Gồm toàn bộ các nút chuyển mạch đa dịch vụ, các bộ tập trung lưu lượng nội vùng đảm bảo chuyển mạch cuộc gọi nội vùng sang các vùng khác. Các nút chuyển mạch này được đặt tại trung tâm các vùng và kết nối trực tiếp với nhau bằng Ring qua các cổng quang của nút chuyển mạch đa dịch vụ. Tổ chức lớp truy nhập Lớp truy nhập gồm toàn bộ các nút truy nhập được tổ chức không phụ thuộc theo địa giới hành chính. Các nút truy nhập của các vùng lưu lượng chỉ được kết nối đến chuyển mạch đường trục của vùng tương ứng qua nút chuyển mạch vùng Các PoP được kết nối vào mạng NGN theo BRAS tại các nút chuyển mạch đa dịch vụ nội vùng thông qua giao tiếp mức LAN với tốc độ tùy thuộc quy mô của PoP. Cấu trúc phân cấp mạng và kết nối với mạng hiện tại theo quy định hướng phát triển mạng viễn thông của VNPT đến năm 2010 được thể hiện như hình 3.1. Hình 3.4 Định hướng tổ chức mạng thế hệ kế tiếp NGN của Tổng công ty BCVT Việt Nam 3.1.3 Truyền tải MAN - E 3.1.3.1 Cấu trúc mạng E-MAN Kiến trúc mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể mô tả như hình 1-1. Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơ quan, toà nhà, ...) trong khu vực của mạng Metro. Mô hình điển hình thường được xây dựng xung quanh các vòng Ring quang với mỗi vòng Ring truy nhập Metro gồm từ 5 đến 10 node. Hình 3.5 Cấu trúc mạng MAN – E điển hình Những vòng Ring này mang lưu lượng từ các khách hàng khác nhau đến các điểm POP mà các điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lõi Metro. Một mạng lõi Metro điển hình sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp. 3.1.3.2 Các đặc tính của E-MAN Khách hàng được kết nối đến E-MAN sử dụng các giao diện thích hợp với Ethernet thay vì phải qua nhiều giai đoạn biến đổi từ lưu lượng ATM, SONET/SDH và ngược lại. Bằng cách này không chỉ loại bỏ được sự phức tạp mà còn làm cho quá trình cung cấp đơn giản đi rất nhiều. Mô hình Metro hình thành từ qúa trình cung cấp các ống băng thông giữa các node và khách hàng đầu cuối để cung cấp các mạng LAN ảo (VLAN) và các mạng riêng ảo (VPN) dựa trên mức thoả thuận dịch vụ SLA. Bằng việc mở rộng mạng LAN vào mạng MAN sử dụng kết nối có băng tần lớn hơn, sẽ không còn sự khác biệt giữa các server của mạng với các router được đặt tại thiết bị của khách hàng và tại các điểm POP của nhà cung cấp mạng nữa. Một công ty khác cung cấp các dịch vụ nguồn cho các doanh nghiệp này bây giờ có thể thực hiện từ một vị trí trung tâm cùng với điểm POP. Đồng thời cũng không cần phải duy trì các router, các server và các firewall tại mỗi vị trí khách hàng. Kết quả là các mô hình dựa trên thành viên thứ ba này giờ có tính kinh tế hơn rất nhiều. Không những các thiết bị mạng được chia sẽ giữa nhiều khách hàng với nhau mà cũng không cần phải duy trì đội bảo dưỡng thường xuyên tại phía khách hàng nữa. 3.2 ỨNG DỤNG CỦA GMPLS 3.2.1 Ứng dụng trong mạng quang GMPLS được phát triển để hỗ trợ các hoạt động MPLS trong mạng quang và có thể dùng được những công nghệ khác như phân thời gian (SONET, ADM), bước sóng, chuyển mạch không gian ( cổng vào hay sợi quang vào đến cổng ra hay sợi quang ra ). MPLS cho rằng các giao thức chuyển tiếp của LRS chỉ có khả năng xử lí và định tuyến cho các tín hiệu có ranh giới, khung, tế bào (tức là các thiết bị OEO). Ngược lại, GMPLS cho rằng các LSR là các thiết bị O/O/O không thể nhận biết được ranh giới của các gói hay tế bào. Do đó, quyết định chuyển tiếp dựa vào khe thời gian, bước sóng hay các cổng vật lý. Các thông điệp MPLS được dùng trong mạng quang mang các thông tin được gửi đến LSR quang bằng nhiều giao thức khác nhau (như RSVP, LSP) Đề nghị nhãn cho bước sóng GMPLS có thể được dùng để cấu hình cho phần cứng PXC. Một phương pháp là “nhãn đề nghị” được dùng trong một bước sóng hay một tập các bước sóng. Nó định nghĩa cách dùng một tập các nhãn để hạn chế việc chọn các nhãn thực hiện giữa các nút GMPLS kế cận. Các tập nhãn hữu dụng khi một nút quang bị hạn chế bởi một số các bước sóng nào đó, do không phải nút quang nào cũng có khả năng và một số nút quang có khả năng OEO trong khi một số nút khác lại có khả năng OOO. Các con đường chuyển mạch nhãn hai chiều trong mạng quang GMPLS định nghĩa con đường chuyển mạch nhãn song hướng có cùng yêu cầu về kỹ thuật lưu lượng cho mỗi hướng. Để thiết lập một con đường chuyển mạch nhãn LSP bằng RSVP – TE hay CR – LDP, hai LSP đơn hướng được thiết lập một cách độc lập. Do đó điều bất lợi đầu tiên là rất tốn thời gian, thứ hai là phải trao đổi nhiều thông điệp hơn, thứ ba là các loại LSP độc lập nhau có thể dẫn đến các tuyến khác nhau cho hai LSP. LSP kế cận chuyển tiếp FA – LSP FA – LSP ( Forwawding Adjacency LSP) là một LSP dựa trên GMPLS để mang các LSP khác. Một FA – LSP được thiết lập hai nút GMPLS được xem như một liên kết ảo có các đặc tính TE riêng, và được quảng bá cho OSPF/IS-IS như là một liên kết vật lý bình thường. FA – LSP tham gia vào cơ sở dữ liệu trang thái liên kết và được dùng trong việc tính toán con đường và mang các LSP khác. Nó giúp giảm kích thước cơ sở dữ liệu và thời gian tìm kiếm trong bảng này. FA – LSP có thể được đánh số hoặc không đánh số và có thể được gộp với cac liên kết khác. LSP phân tầng Khi một luồng đầu cuối – đầu cuối được thiết lập cho ứng dụng cần dùng lượng 10 M trong các liên kết vật lý giữa hai mạng là 100M nên sẽ lãng phí và không hiệu quả nếu ta dùng liên kết này cho các ứng dụng. Sẽ tốt hơn nếu ta kết hợp các luồng tốc độ cao hơn. Nó tạo thành kiến trúc LSP phân tầng. Trong một kiến trúc phân tầng tự nhiên, một nhóm các PSC – LSP được lồng trong các TDM – LSP và sau đó được lồng trong mọt LSC trong nhóm các LSC trong một FSC. Tính tin cậy Một đặc tính quan trọng của tập hợp các giao thức GMPLS là khả năng quản lí lỗi một cách tự động. Lỗi trong loại mạng phải được cô lập và giải quyết độc lập với các mạng khá. Đây là một đặc điểm quan trọng cho các LSP đầu cuối – đầu cuối được xuyên hầm trong các LSP khác. Mặt phẳng điều khiển chung của các mạng khác nhau này phải có khả năng quản lí mức tin cậy trong mỗi mạng. Sử dụng tài nguyên hiệu quả Việc quản lí tài nguyên trong TDM và mạng quang thông qua mặt phẳng điều khiển dựa trên IP đòi hỏi phải sử dụng tài nguyên hiệu quả như gộp các liên kết và sử dụng các liên kết không địa chỉ. Gộp các liên kết Một mạng quang có hàng nghìn sợi quang song song, mỗi sợi quang lại mang hàng trăm nghìn bước sóng giữa hai nút. Để giảm kích thước cơ sở dữ liệu liên kết và dễ mở rộng. GMPLS đưa ra khái niệm gộp các liên kết (link bundling). Gộp liên kết cho phép ánh xạ nhiều liên kết thành một và quảng bá cho OSPF hay IS – IS. Mặc dù càng giản lược thì có một số thông tin bị mất nhưng gộp liên kết giúp giảm đáng kể kích thước cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết và số liên kết phải quảng bá. Một bó các liên kết chỉ cần một kênh điều khiển nên giảm được số lượng thông điệp phải trao đổi cho các giao thức báo hiệu và định tuyến. Các liên kết không địa chỉ IP (Unnumbered link) Thay vì gán các địa chỉ IP khác nhau cho mỗi TDM hay các liên kết mạng, GMPLS dùng liên kết không địa chỉ để theo dõi các loại liên kết này. Điều này là cần thiết vì số lượng kênh TDM, bước sóng và sợi quang tăng nhanh trong khi việc quản lí mỗi địa chỉ IP tốn nhiều thời gian và tài nguyên địa chỉ là hữu hạn.Liên kết này không có địa chỉ IP, thay vào đó nó dùng tổ hợp router ID duy nhất, và số liên kết để biểu diễn. Các liên kết này được xác định trong mặt phẳng báo hiệu như một liên kết bình thường có địa chỉ IP. 3.2.2 Mô hình tổ chức mạng GMPLS trong mạng Metro Cấu trúc phân lớp mạng Metro tổ chức thành hai phân lớp mạng : Phân lớp mạng lõi ( Metro Core) và phân lớp mạng truy nhập ( Access Metro). Trong mỗi một phân lớp mạng có các thành phần mạng chủ yếu đó là các phần tử thuộc mạng định tuyến/chuyển mạch (Router/Switch) và các phần tử thuộc mạng truyền tải quang (TDM/OXC). Lớp truyền tải mạng truy nhập chủ yếu sử dụng các phần tử truyền tải dựa trên công nghệ TDM (các thiết bị SDH-NG hoặc các thiết bị MSTP) và một số hình thức truy nhập khác. Lớp mạng truyền tải mạng lõi có thể sử dụng các thiết bị OXC nếu như kích thước mạng lớn hoặc sử dụng hỗn hợp các thiết bị TDM và OXC hay chỉ dùng các thiết bị TDM với mạng kích cỡ trung bình hoặc nhỏ. Tương tự như đối với mạng đường trục, việc triển khai GMPLS trong mạng Metro cũng có thể theo ba phương án tổ chức mạng khác nhau: mô hình chồng lấn, mô hình ngang hàng và mô hình lai ghép. 3.2.2.1 Phương án triển khai mạng GMPLS Metro theo mô hình chồng lấn ( Overlay Model) Mạng Metro tổ chức theo mô hình chông lán về cấu trúc phân lớp mạng vẫn gồm 2 lớp mạng : Lớp mạng lõi và lớp mạng truy nhập như hình 4. Mạng truyền tải quang của phân lớp mạng lõi Metro và mạng truy nhập Metro bao gồm các phần tử SDH – NG / MSTP hoặc các phần tử OXC kết nối với nhau thong qua các giao diện I – NNI. Ranh giới giữa hai lớp mạng này được kết nối với nhau thông qua các giao diện E-NNI. Và như vậy, mặt phẳng điều khiển quản lý của mạng truyền tải quang và các Router biên là một mặt phẳng thống nhất theo công nghệ GMPLS. Các giao diện vật lý kết nối thuộc mạng truyền tải có thể là các giao diện STM-n, FE (100 Mbit/s), GE (1/10 Gbit/s) hoặc cũng có thể là các giao diện với tốc độ luồng VC-n đơn lẻ hay chuỗi liên kết luồng (VC Concatenation) để cung cấp các kênh truyền tải với nhiều tốc độ khác nhau. Hình 3.6 Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình chồng lấn Ưu điểm: - Tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối các phần tử mạng hoặc mạng cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau có các hệ thống điều khiển và quản lý bằng hệ thống có sẵn. - Phù hợp cho thực hiện kết nối mạng định tuyến Router với mạng truyền tải quang có hệ thống định tuyến, điều khiển báo hiệu riêng rẽ. - Cho phép triển khai mở rộng quản lý mạng truyền tải quang mà không ảnh hưởng tới mạng định tuyến Router hiện có. Nhược điểm: - Hạn chế hiệu quả sử dụng tài nguyên chung của mạng do thông tin về định tuyến và tình trạng tài nguyên chỉ có ý nghĩa trong phạm vi mạng GMPLS, cụ thể là lớp định tuyến Router chỉ thực hiện yêu cầu kết nối dịch vụ với lớp truyền tải quang qua các giao thức báo hiệu mà không có quyền nhận và xử lý thông tin về tài nguyên trên mạng. - Cơ chế thực hiện quản lý và điều khiển các sự cố hư hỏng mạng có thể rất phức tạp - Không phù hợp với mạng có cấu trúc kết nối Mesh đầy đủ - Không thực hiện chức năng thống nhất điều khiển, quản lý (GMPLS) trên phạm vi toàn mạng. 3.2.2.2 Phương án triển khai mạng GMPLS Metro theo mô hình ngang hang ( Peer Model) Về cơ bản cấu trúc kết nối của mô hình mạng ngang hàng trong mạng GMPLS Metro tương tự như mô hình mạng ngang hàng áp dụng cho đường trục như hình 5. Phương án triển khai mạng ngang hàng cho mạng GMPLS Metro cho phép tạo mặt phẳng điều khiển quản lý thống nhất theo bộ giao thức GMPLS của IETF và mô hình kiến trúc mạng ASON/ G.8080 do ITU-T đề xuất. Ưu điểm: - Tối ưu hóa việc chọn lựa các tuyến kết nối qua các Router và các SDH- NG/MSTP/OXC, không phát sinh hiện tượng chồng lấn về cấu trúc tô-pô giữa mạng truyền tải quang và mạng định tuyến Router. - Cho phép sử dụng tài nguyên mạng một cách hiệu quả trong môi trường không đồng nhất các thiết bị mạng truyền tải quang và thiết bị định tuyến Router. - Sử dụng một mặt điều khiển và quản lý thống nhất cho các phần tử mạng khác nhau trong phân lớp truyền tải quang và định tuyến Router. - Dễ dàng hơn trong việc phát hiện và điều khiển các sự cố trên mạng hỗn hợp IP và quang. - Linh hoạt hơn, mềm dẻo hơn và nhanh chóng hơn trong việc tiếp cận với khách hàng để cung cấp và kiến tạo dịch vụ. Hình 3.7 : Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình ngang hàng Nhược điểm - Không hỗ trợ trong môi trường mạng bao gồm nhiều nhà khai thác mạng khác nhau do bản thân các nhà khai thác mạng không muốn các nhà khai thác mạng khác biết thông tin về mạng nội bộ của mình. 3.2.2.3 Phương án triển khai mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép (Augmented Model) Triển khai mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép cũng tương tự như triển khai mạng GMPLS đường trục theo mô hình lai ghép. Điểm khác biệt ở đây là phạm vi mạng GMPLS bao gồm các phần tử mạng truyền tải quang của cả hai phân lớp mạng truy nhập và mạng lõi Metro tới các Router biên đóng vai trò cổng liên kết với mạng định tuyến IP/MPLS (Hình 6). Các Router biên thực hiện hai chức năng: đối với phạm vi mạng GMPLS nó hoạt động như một phần tử mạng GMPLS kết nối với các phần tử mạng GMPLS khác thông qua giao diện NNI (I-NNI hoặc E-NNI) thực hiện các chức năng quản lý, điều khiển và định tuyến trong mạng GMPLS. Hình 3.8: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép Ưu điểm: - Tận dụng được ưu điểm mạng ngang hàng xét về khía cạnh quản lý điều khiển mạng theo phạm vi mạng. - Cơ chế quản lý và điều khiển lỗi mạng đơn giản vì được phân biệt rõ tại ranh giới giữa mạng IP/MPLS và mạng quang - Tạo thuận lợi trong việc mở rộng mạng quang từ mạng hiện tại sang tạo mặt phẳng điều khiển quản lý thống nhất. - Vẫn tồn tại hai mặt phẳng điều khiển quản lý: Quang và mạng định tuyến IP/MPLS - Phương án này không phù hợp với mạng có cấu trúc tô-pô tương đồng giữa mạng truyền tải quang và mạng định tuyến Router IP/MPLS. 3.2.3 Kết hợp ASON (Automatically Switched Optical Network) ASON là viết tắt của cụm từ Automatically Switched Optical Network, là mạng quang thế hệ mới có khả năng duy trì dịch vụ trong trường hợp cả đường làm việc và đường bảo vệ bị gián đoạn bằng cách tự động tìm và thiết lập kênh truyền dẫn mớ. Nói chung, một mạng gọi là ASON khi nó có khả năng tự động phát hiện gãy link, tự động cấu hình lại topology của mạng. Về cơ bản, ASON là mạng truyền dẫn ( SDH,xWDM,…) được bổ sung mặt phẳng điều khiển GMPLS với chức năng định tuyến, báo hiệu, điều khiển chuyển mạch, ASON có thể được nâng cấp lên từ mạng truyền dẫn hiện tại bằng cách bổ sung mặt phẳng điều khiển ASON/GMPLS. Khi mạng được nâng cấp, các node mạng có khả năng giao tiếp với nhau để tự động nhận biết hiện trạng mạng, định tuyến và điều khiển kết nối chéo tại các node mạng chuyển mạch dịch vụ sang đường mới. Các chức năng chính của ASON So với mạng SDH truyền thống, ASON có các chức năng chính như: Tự động cấu hình dịch vụ đầu cuối end – to – end. Tự động phát hiện sợi quang và dịch vụ. Cung cấp tính năng kết nối mạng hình lưới. Cung cấp nhiều kiểu dịch vụ với chất lượng và mức độ bảo vệ khác nhau. Cung cấp kiểm soát lưu lượng với các ưu cấu hình mạng. Sự kết hợp cấu trúc ASON và bộ giao thức GMPLS Công nghệ ASON ra đời trên nền tảng mặt phẳng điều khiển ASON/MPLS.Việc tiêu chuẩn hóa mặt phẳng điều khiển có hai lợi ích: Cho phép các mạng quang tự động có thể được xây dựng từ các thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau. Chỉ rõ một tập tối thiếu các tính năng mà thiết bị phù hợp theo tiêu chuẩn sẽ phải hỗ trợ. Các lợi ích này sẽ giảm giá thành phát triển và khai thác mạng cho khách hang là các nhà điều hành mạng và cung cấp dịch vụ. Việc định nghĩa các tiêu chuẩn cho mặt phẳng điều khiển được thực hiện độc lập bởi hai tổ chức tiêu chuẩn: Hiệp hội viễn thông quốc tế (International Telecomunication Union ITU – T), phát triển kiến trúc của các mạng quang chuyển mạch tự đông Automatically Switched Optical Network (ASON ). Lực lượng chuyên trách Internet (Internet Engineering Task Force – IETF ), phát triển chuyển mạch đa giao thức tổng quát hóa ( Generalized Multi – Protocol Label Switching (or GMPLS). ITU đưa ra các yêu cầu và kiến trúc dựa trên yêu cầu các thành viên. Một mục đích thấy rõ là để tránh việc phát triển các giao thức mới trong mạng khi các giao thức cũ đang tồn tại vẫn đảm bảo được. Sự phát triển của GMPLS trong IETF GMPLS được phát triển từ MPLS, một công nghệ mạch gói được thiết kế để cải thiện hiệu quả của các mạng số liệu. Đó là một sự bổ xung của MPLS, còn được gọi là MPLS – TE, hỗ trợ việc cung cấp kết nối end – to – end sử dụng báo hiệu với định tuyến trên cơ sở cưỡng bức. Đó là sự phát triển tự nhiên để tổng quát hóa và mở rộng nhằm thích ứng với các công nghệ chuyển mạch quang định hướng ( circuit – oriented ) như ghép kênh phân chia theo bước sóng và thời gian (TDM và DWDM). Thuật ngữ, GMPLS thường được sử dụng để chỉ một tập giao thức hoạt động cùng nhau để cùng cung cấp một sự cộng tác từ đầu cuối tới đầu cuối trong cùng một mạng quang. Các giao thức bao gồm : Generalized RSVP – TE dùng cho báo hiệu Generalized CR – LDP cũng dùng cho báo hiệu. OSPF với phần mở rộng TE cho định tuyến nội vùng. ISIS với phần mở rộng TE cũng định tuyến nội vùng. LMP và LMP – WDM cho các chức năng phát hiện và quản lý các lien kết hỗn hợp. RSVP – TE và CR – LDP là các giao thức khác nhau nhưng hoạt động với cùng mục đích. Hai giao thức này được kế thừa từ MPLS – TE Sự phát triển của ASON trong ITU ASON được phát triển bởi nhóm nghiên cứu 15 của ITU – T. Dự án này thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu của các thành viên ITU tạo ra một định nghĩa đầy đủ về hoạt động của các mạng truyền dẫn chuyển mạch tự động bao gồm mặt phẳng số liệu, điều khiển, quản lý. ASON không phải là một giao thức hay một tập giao thức. Đó là một cấu trúc, trong đó định nghĩa các thành phàn trong một mặt phẳng điều khiển quang và tương tác giữa chúng. ASON còn chỉ ra các tương tác này tại vùng giáp danh giữa các nhà cung cấp khác nhau và vì thế các giao thức yêu cầu phải được chuẩn hóa để các nhà cung cấp hay các nhà khai thác mạng tự đưa ra (value add). Các tiêu chuẩn căn bản liên quan đến ASON bao gồm: Cấu trúc của các mạng quang chuyển mạch tự động – Architecture for Automatically Switched Optical Networks ( G.8080 trước đây là G.ason) Điều khiển kết nối và cuộc gọi phân bố - Distributed Call and Connection Control (G.7713, trước đây là G.dccm), bao gồm cả phần báo hiệu. Cấu trúc và yêu cầu đối với định tuyến trong các mạng quang chuyển mạch tự động – Architecture and Requirements for Routing in the Automatic Switched Optical Networks (G.7715, trước đây là G.rtg). Các kỹ thuật nhận biết tự động tổng quát – Generalized Automated Discovery Techniques (G.7714, trước đây là G.disc) Hình 3.9 Các khuyến nghị của ITU – T về ASON. KẾT LUẬN Sau một thời gian tìm hiểu về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và tìm hiểu ứng dụng của MPLS VPN, nhóm sinh viên thực hiện chúng em đã thu được những kết quả như sau Hiểu được những khó khăn và tồn tại hiện có của các công nghệ chuyển mạch truyền thống và sự cần thiết phải ra đời công nghệ MPLS. Hiểu được kiến trúc một mạng MPLS, quá trình chuyển mạch nhãn, tạo nhãn. Các chế độ hoạt động khác nhau của MPLS Các mode hoạt động khác nhau của MPLS, các ứng dụng của chuyển mạch nhãn đa giao thức, trong đó nổi bật là ứng dụng VPN trong MPLS. Hiểu về công nghệ VPN, các giao thức dung trong VPN, tìm hiểu IP Sec, các bước hoạt động của IP Sec. Hiểu được mô hình mạng MPLS VPN, mô hình MPLS VPN lớp 2 và MPLS VPN lớp 3, ưu điểm cũng như những tồn tại của chúng. Nắm bắt được vấn đề bảo mật trong MPLS VPN và chất lượng dịch vụ, những nguy cơ mà một mô hình MPLS VPN gặp phải. Cơ hội và xu hướng của nhà cung cấp dịch vụ khi triển khai MPLS VPN Nhận thấy, MPLS VPN là một công nghệ có nhiều ưu điểm và chắc chắn sẽ càng ngày có nhiều doanh nghiệp lựa chọn để triển khai, MPLS VPN sẽ có một thị trường rộng lớn.   Tuy nhiên, đây là một đề tài lớn, đòi hỏi sự hiểu biết sâu rộng, cũng như thời gian tìm hiểu lâu dài. Do đó chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót trong khuân khổ luận văn này, rất mong được sự góp ý từ phía các thầy cô và bạn bè.  Xin chân thành cám ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS –TS.Trần Công Hùng –NXB Bưu Điện 2008 [2] – Cisco System, Inc – Advanced MPLS VPN Solution – 2000 [3] – Chuck Semeria – RFC 2547 bis: BGP/MPLS VPN Fundamentals – Jupiter Networks, Inc. [4] – Jim, Guichard, Ivan - MPLS and VPN Architectures – Cisco Press, 2000. [5] – Michael H.Behringer, Monique J. Morrow – MPLS VPN Security- Cisco Press, June 08 2005