Tài liệu Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch mềm trong mạng viễn thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------Lê Việt Hùng NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM TRONG MẠNG VIỄN THÔNG Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Kỹ thuật Điện tử viễn thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. Nguyễn Viết Nguyên Hà Nội – Năm 2011 Công nghệ GMPLS LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của mình. Luận văn được hoàn thành bởi cá nhân dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo, TS Nguyễn Viết Nguyên và các Thầy, Cô giáo của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các tài liệu tham khảo, công thức, sử dụng trong Luận văn đều được ghi nguồn cụ thể, rõ ràng. Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Học viên cao học Lê Việt Hùng Công nghệ GMPLS MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU ........................................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM .. 4 1.1 Khái niệm chuyển mạch mềm ................................................................................. 4 1.2 Tính chất và đặc điểm.............................................................................................. 4 1.3 Các công nghệ chuyển mạch (IP, ATM, MPLS, GMPLS) ..................................... 5 1.3.1 Công nghệ chuyển mạch IP.............................................................................. 5 1.3.2 Công nghệ chuyển mạch ATM......................................................................... 6 1.3.3 Công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS)............................................................ 6 1.3.4 Công nghệ chuyển mạch nhãn tổng quát (GMPLS)......................................... 7 CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC ................ 8 2.1 Định nghĩa MPLS .................................................................................................... 8 2.2 Đặc điểm của MPLS ................................................................................................ 9 2.3 Kiến trúc của MPLS .............................................................................................. 10 2.4 Các khái niệm cơ bản của MPLS........................................................................... 11 2.4.1 FEC-Forwarding Equ4alence Class ............................................................... 11 2.4.2 Nhãn –Label ................................................................................................... 12 2.4.3 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn –LSR(Label Switch Router) .................... 14 2.4.4 Đường chuyển mạch nhãn –LSP (Label Switching Path).............................. 15 2.4.5 Cơ sở dữ liệu nhãn –LIB-Label Information Base ......................................... 16 2.4.6 Cơ sử dữ liệu chuyển tiếp nhãn-LFIB-Label Forwarding Information Base........ 16 2.4.7 Ngăn xếp nhãn................................................................................................ 16 2.5 Các chế độ hoạt động khung trong mạng MPLS ................................................... 16 2.5.1 Các bước hoạt động ........................................................................................ 16 2.5.2 Chức năng Penultimate Hop Popping (PHP) ................................................. 18 2.5.3 Quá trình liên kết và lan truyền nhãn ............................................................. 18 2.6 Giao thức phân phối nhãn-Label Distribution Protocol......................................... 19 Công nghệ GMPLS 2.6.1 Các tính chất cơ bản của giao thức LDP ........................................................ 19 2.6.2 Các bước hoạt động trong LDP...................................................................... 19 CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT (GMPLS)...................................................................................................... 22 3.1 Định nghĩa GMPLS ............................................................................................... 22 3.2 Các khái niệm cơ bản trong GMPLS..................................................................... 23 3.2.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn trong GMPLS(LSR)................................. 23 3.2.2 Giao diện của bộ định tuyến chuyển mạch nhãn............................................ 23 3.2.3 Đường chuyển mạch nhãn trong GMPLS (LSP)............................................ 25 3.3 Ưu điểm của GMPLS ............................................................................................ 25 3.4 Tách biệt lớp điều khiển và lớp dữ liệu ................................................................. 29 3.5 Định tuyến trong GMPLS...................................................................................... 29 3.5.1 Giao thức OSPF mở rộng ............................................................................... 29 3.5.2 Các khái niệm trong định tuyến GMPLS ....................................................... 34 3.6 Báo hiệu trong GMPLS ..................................................................................... 39 3.6.1 Giao thức RSVP-TE mở rộng cho GMPLS.................................................... 39 3.6.2 Yêu cầu nhãn (General Label Request) .......................................................... 48 3.6.3 Báo hiệu đường 2 hướng................................................................................. 52 3.6.4 Thiết lập nhãn ................................................................................................. 53 3.6.5 Kiến trúc báo hiệu........................................................................................... 56 3.7 Giao thức quản lý kết nối LMP (Link Management Protocol).......................... 58 3.7.1 Tại sao phải có LMP....................................................................................... 58 3.7.2 Loại liên kết dữ liệu ........................................................................................ 59 3.7.3 Các chức năng của giao thức LMP ................................................................. 60 3.8 Điều khiển lưu lượng trong mạng GMPLS ...................................................... 67 3.8.1 Điều khiển lưu lượng ...................................................................................... 67 3.8.2 Giao thức điều khiển lưu lượng trong GMPLS .............................................. 69 3.8.3 Bó liên kết điều khiển lưu lượng .................................................................... 70 3.8.4 Vùng điều khiển lưu lượng và các lớp chuyển mạch...................................... 71 3.9 Mô hình dịch vụ của GMPLS ................................................................................ 73 3.9.1 Mô hình ngang hàng (Peer Model) ................................................................. 73 3.9.2 Mô hình chồng lấn (Overlay Model) .............................................................. 75 3.9.3 Mô hình lai ghép (Hybird Model)................................................................... 76 3.10 Ứng dụng GMPLS trong mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)............... 76 CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM BẢN TIN BÁO HIỆU RSVPTE/GMPLS ............................................................................................................... 79 Công nghệ GMPLS 4.1 Phần mềm DRAGON ............................................................................................ 79 4.2 Xây dựng mô hình thử nghiệm .............................................................................. 80 4.2.1 Mô hình mạng................................................................................................. 80 4.2.2 Cài đặt phần mềm ........................................................................................... 80 4.2.3 Khai báo và cấu hình các tham số................................................................... 81 4.2.4 Kết quả............................................................................................................ 85 4.2.5 Đánh giá.......................................................................................................... 92 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO Công nghệ GMPLS DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ Viết Tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ATM Asynchronus Transfer Mode Truyền không đông bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức địng tuyến biên DRAGON Dynamic Resource Allocation via Phần mềm GMPLS GMPLS Optical Network DWDM Dense Wavelength D4ision Ghép kênh phân chia theo bước Multiplexing sóng FEC Forwarding Equ4alence Class Lớp các nhãn tương ứng FSC Fiber Switch Capable Khả năng chuyển mạch sợi quang GMPLS Generalized Multi-Protocol Label Chuyển mạch nhãn tổng quát đa Switching giao thức IETF Internet Engineering Task Force IGP Internal Gateway Protocol Giao thức định tuyến vùng IP Internet Protocol Giao thức internet LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LIB Label Information Base Cơ sở dữ liệu nhãn LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết LSA Link-State Advertisement Quảng bá trạng thái liên kết LSC Lamda Switch Capable Khả năng chuyển mạch bước sóng LSP Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dữ liệu OSPF Open Shortest Path First Tìm đường ngắn nhất Công nghệ GMPLS OXC Optical Corss Connect Kết nối chéo quang PSC Packet Switch Capable Khả năng chuyển mạch gói QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RSVP Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên RSVP-TE Reservation Protocol Traffic Giao thức dành sẵn tài nguyên- Engineering điều khiển lưu lượng SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ TDM Time D4ision Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TLV Time-Length-Variable Thời gian-Chiều dài-Biến VLSR Virtual Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ảo BGP Border Gateway Protocol Giao thức địng tuyến biên WDM Wavelenght D4ision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng Công nghệ GMPLS DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng.3.1 Bảng miêu tả loại đơn vị TLV ................................................................................. 37 Bảng.3.2 Các bản tin của giao thức RSVP-TE ....................................................................... 41 Bảng.3.3 Miêu tả các trường của Common Message Header ............................................... 42 Bảng.3.4 Miêu tả các trường của Object ................................................................................. 43 Bảng.3.5 Bảng định nghĩa các loại dữ liệu .............................................................................. 50 Công nghệ GMPLS DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình.2.1 Kiến trúc nút mạng MPLS ....................................................................................... 10 Hình.2.2 Trao đổi thông tin giữa các nút MPLS .................................................................... 11 Hình.2.3 Trường MPLS Header được chèn ........................................................................... 12 Hình.2.4 Các thành phần trong mào đầu MPLS .................................................................... 13 Hình.2.5 Bộ định tuyến MPLS ................................................................................................ 14 Hình.2.6 Quá trình chuyển gói IP trong mạng ....................................................................... 17 Hình.2.7 Minh họa hoạt động của MPLS ............................................................................... 20 Hình.3.1 Kiến trúc phân lớp của mạng ................................................................................... 23 Hình.3.2 Khái niệm nhãn trong GMPLS ................................................................................ 24 Hình.3.3 Đường chuyển mạch nhãn phân cấp(LSP) ............................................................. 25 Hình.3.4 Cơ chế điều khiển trong IP/MPLS ........................................................................... 26 Hình.3.5 Cơ chế điều khiển trong GMPLS ............................................................................ 27 Hình.3.6 Cơ chế điều khiển tích hợp và phân tán trong GMPLS ......................................... 27 Hình.3.7 Kiến trúc của giao thức GMPLS ............................................................................. 28 Hình.3.8 Mô hình lớp các giao thức GMPLS ........................................................................ 28 Hình.3.9 Tách biệt về mặt logic của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu trong kiến trúc GMPLS ............................................................................................................... 29 Hình.3.10 Giao thức định tuyến link state ................................................................................. 30 Hình.3.11 Khái niệm trạng thái liên kết và “flooding” ............................................................ 30 Hình.3.12 Ví dụ tìm đường dựa trên băng thông-độ trễ .......................................................... 33 Hình.3.13 Khái niệm liên kết TE ............................................................................................... 34 Hình.3.14 Bản tin “opaque” LSA .............................................................................................. 36 Hình.3.15 Mô hình giao thức RSVP-TE ................................................................................... 40 Hình.3.16 Đóng gói bản tin RSVP-TE ...................................................................................... 42 Hình.3.17 Khuôn dạng Common Message Header ................................................................. 42 Hình.3.17 Khuôn dạng của Object ............................................................................................ 43 Hình.3.18 Quá trình xử lý bản tin PATH .................................................................................. 44 Công nghệ GMPLS Hình.3.19 Quá trình xử lý bản tin RESV .................................................................................. 44 Hình.3.20 Quá trình xử lý bản tin PathTear .............................................................................. 45 Hình.3.21 Quá trình xử lý bản tin ResvTear ............................................................................. 45 Hình.3.22 Thiết lập đường chuyển mạch nhãn(LSP) .............................................................. 46 Hình.3.23 Ví dụ thiết lập LSP bằng RSVP-TE ........................................................................ 47 Hình.3.24 Khuôn dạng của đối tượng yêu cầu nhãn (Label-request object) ......................... 49 Hình.3.25 Nhãn hướng vào (upstream label) ............................................................................ 52 Hình.3.26 Thiết lập nhãn ............................................................................................................. 54 Hình.3.27 Phân cấp đường chuyển mạch nhãn ........................................................................ 57 Hình.3.28 Các loại liên kết dữ liệu ............................................................................................. 59 Hình.3.29 Giao thức quản lý liên kết ......................................................................................... 61 Hình.3.30 Các thành phần mạng ................................................................................................ 71 Hình.3.31 Các mạng riêng lẻ TDM, bước sóng ....................................................................... 72 Hình.3.32 Mô hình ngang hàng ................................................................................................. 74 Hình.3.33 Mô hình chồng lấn ..................................................................................................... 75 Hình.3.34 Ứng dụng GMPLS trong mạng ASON .................................................................. 77 Hình.4.1 Mô hình test mạng GMPLS ..................................................................................... 80 Công nghệ GMPLS MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Công nghệ thông tin, viễn thông thay đổi từng ngày góp phần đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao hơn của người dùng. Một trong những xu thế đó là sự ra đời của các công nghệ chuyển mạch mới (chuyển mạch mềm) nhằm thay thế cho các công nghệ chuyển mạch cũ (chuyển mạch kênh). Với mục đích tận dụng được các lợi thế sẵn có của mạng internet nhiều chuyên gia và các tổ chức nghiên cứu đã tập trung tiềm lực vào việc nghiên cứu công nghệ chuyển mạch mềm nói chung và công nghệ chuyển mạch trên mạng IP nói riêng. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là một công nghệ được phát triển nằm trong xu thế đó: một đường chuyển mạch nhãn LSP được tạo ra để từ đó dữ liệu được truyền tải từ điểm đầu tới điểm cuối với tốc độ cao. Nhưng một bất cập với thực tế là giao thức MPLS chỉ chạy được trên nền tảng mạng IP, các thiết bị hoạt động trong mạng MPLS phải có giao diện vật lý xử lý được các gói tin IP, điều này làm hạn chế khả năng ứng dụng của công nghệ. Thực tế cần thiết phải ra đời một công nghệ chuyển mạch khắc phục được nhược điểm trên. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) ra đời đã mở rộng được khả năng ứng dụng trên các thiết bị có các giao diện vật lý xử lý gói IP, TDM, optical.. trong khi vẫn bao hàm được tất cả các tính năng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Với mục đích tìm muốn tìm hiểu và nắm bắt được công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS), em đã chọn lĩnh vực này để làm luận văn của mình. Lịch sử nghiên cứu Công nghệ GMPLS được nghiên cứu từ khá sớm, những năm 2006, 2007 nhiều tác giả như Adrian Farrel, Igor Bryskin hay Naoaki Yamanaka đã xuất bản các cuốn sách của mình viết chi tiết về công nghệ này. Cũng trong khoảng thời gian đó một số sinh viên của các trường đại học ở Hà Lan, Mỹ cũng xây dựng các mô 1 Công nghệ GMPLS hình mạng GMPLS để thực hiện các bài test phục vụ cho các mục đích nghiên cứu của họ. Mục đích nghiên cứu Nắm bắt và hiểu được bản chất tính ưu việt của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) để từ đó xây dựng được mô hình mạng GMPLS nhằm phục vụ cho việc phân tích các giao thức định tuyến OPSP-TE hay giao thức báo hiệu RSVP-TE là mục tiêu chính của đề tài. Để làm được điều đó ta cần tìm hiểu và cài đặt thực tế một mạng GMPLS để từ đó có thể thực hiện thiết lập, quản lý các đường chuyển mạch nhãn LSP, đồng thời quan sát được nguyên lý hoạt động của giao thức báo hiệu RSVP-TE thông qua việc bắt các bản tin của giao thức RSVP. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) trong đó tập trung vào tìm hiểu giao thức báo hiệu RSVP-TE Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tìm hiểu lý thuyết rồi từ đó làm nền tảng xây dựng mô hình mạng GMPLS. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiều và khai thác các nguồn tài liệu từ bên ngoài như internet, bài báo, tạp trí khoa học công nghệ. Sử dụng các công cụ mô phỏng với mã nguồn mở, dùng các phần mềm mã nguồn mở để mô phỏng và xây dựng mô hình mạng. Cấu trúc của luận văn Ngoài lời mở đầu, mục lục, tài liệu tham khảo, luận văn được chia làm 4 chương. Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ chuyển mạch mềm. Chương 2: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức. Chương 3: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát. Chương 4: Xây dựng mô hình thử nghiệm bản tin báo hiệu RSVP-TE/GMPLS. 2 Công nghệ GMPLS Do những hạn chế về thời gian, về tài liệu, về điều kiện thí nghiệm và khả năng của người viết, nội dung của luận văn khó tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết. Tác giả rất mong nhận được sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô cũng như những góp ý của đông đảo bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn! 3 Công nghệ GMPLS CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM 1.1 Khái niệm chuyển mạch mềm Hiện nay có nhiều định nghĩa về chuyển mạch mềm tham khảo 2 định nghĩa dưới đây. Theo Nortel : “chuyển mạch mềm là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính mở và có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống. Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và Video, nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau, ví dụ như giữa mạng tuyến và mạng cáp. Chuyển mạch mềm cũng cho phép triển khai các dịch vụ VoIP mang lại lợi nhuận. Một chuyển mạch mềm kết hợp tính năng của các chuyển mạch thoại lớp 4 và lớp 5 với các cổng VoIP, trong khi vẫn hoạt động trên môi trường máy tính mở chuẩn.” Còn theo Alcatel, chuyển mạch mềm là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng ra khỏi phần mềm mạng. Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau. 1.2 Tính chất và đặc điểm Nhìn chung ngoài khả năng cung cấp các chức năng giống như các chức năng của hệ thống chuyển mạch kênh, chuyển mạch mềm được sinh ra với mục tiêu phục vụ chủ yếu cho các mạng chuyển mạch gói, chuyển mạch lamda, và có khả năng liên kết với mạng PSTN. Các tính chất khác biệt của một hệ thống chuyển mạch mềm bao gồm: • Là hệ thống có khả năng lập trình để xử lý cuộc gọi, luồng dữ liệu và hỗ trợ các giao thức của mạng PSTN, ATM, và IP, MPLS, GMPLS. • Mềm dẻo trong việc vận hành và quản lý. 4 Công nghệ GMPLS • Kết hợp và tận dụng được ưu điểm lớn của hạ tầng mạng IP trong quá trình truyền tải dữ liệu. • Mềm dẻo trong quá trình điều khiển lưu lượng. • Mềm dẻo và có khả năng phản ứng lại với các sự cố bất thường của mạng. 1.3 Các công nghệ chuyển mạch (IP, ATM, MPLS, GMPLS) Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay công nghệ chuyển mạch thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) đang dần được thay thế hoàn toàn bằng công nghệ thế hệ mới (chuyển mạch gói), điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong các công ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác thế hệ mới khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng. 1.3.1 Công nghệ chuyển mạch IP IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ. 5 Công nghệ GMPLS Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. 1.3.2 Công nghệ chuyển mạch ATM Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn, trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng: • Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. • Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. 1.3.3 Công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS) Chuyển mạch nhãn đa giao thức kết hợp giữa lợi ích của chuyển mạch gói dựa trên chuyển mạch lớp 2 với định tuyến lớp 3. Tương tự như các mạng lớp 2 (Frame 6 Công nghệ GMPLS relay hay ATM), MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng cách gán nhãn cho các gói IP, tế bào ATM hoặc frame lớp 2. Cơ chế chuyển tiếp qua mạng như thế được gọi là đổi nhãn (label swapping), trong đó các đơn vị dữ liệu (ví dụ như gói hoặc tế bào) mang một nhãn ngắn có chiều dài cố định để tại các node các gói được xử lý và chuyển tiếp. 1.3.4 Công nghệ chuyển mạch nhãn tổng quát (GMPLS) Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) là sự mở rộng của công nghệ MPLS, nó hỗ trợ nhiều loại chuyển mạch: TDM (chuyển mạch khe thời gian) lamda (bước sóng), sợi quang (cổng), kiến trúc GMPLS yêu cầu phân tách lớp điều khiển và lớp dữ liệu, vì thế các giao thức báo hiệu và định tuyến dựa trên nền tảng MPLS được cải tiến giúp nó không chỉ phù hợp với các chuyển mạch gói mà còn đáp ứng được với các mạng chuyển mạch khác cũng như bổ sung thêm được các tính năng về quản lý và điều khiển lưu lượng. 7 Công nghệ GMPLS CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS là công nghệ được phát triển mỏ rộng và kế thừa các tính năng của công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS. Chính vì thế muốn nắm bắt và vận dụng được công nghệ GMPLS trước hết ta tìm hiểu về công nghệ MPLS 2.1 Định nghĩa MPLS Internet đang rất phát triển, lưu lượng tăng một cách đột biến và trở thành một phần tất yếu trong yêu cầu phát triển của cơ sở hạ tầng thông tin hiện nay. Đặc điểm chính của Internet hiện nay là lưu lượng luôn luôn được chuyển đi theo phương thức “best – effort“, sử dụng bộ giao thức TCP/IP. Trên thực tế, các yêu cầu mức dịch vụ thường đạt được bằng cách cung cấp các kết nối nhanh hơn và nhiều hơn, liên kết với số lượng lớn các bộ định tuyến và chuyển mạch phức tạp trong khi vẫn đảm bảo việc sử dụng mạng là không quá cao. Các đòi hỏi mới về các dịch vụ khác nhau với các mức yêu cầu khác nhau đã tác động nhanh chóng tới các nhà cung cấp mạng và dịch vụ Internet, thúc đẩy việc nghiên cứu, thực hiện các công nghệ mới, các thiết bị nhanh hơn và tiên tiến hơn. Trong tương lai chất lượng dịch vụ QoS sẽ là tiêu trí hàng đầu để người dùng đánh giá và sử dụng dịch vụ đó. MPLS là công nghệ hứa hẹn cung cấp QoS và rất nhiều các ứng dụng, thích hợp với mạng Internet “best –effort“ hiện tại. Định nghĩa của MPLS như sau: MPLS là một tập các công nghệ Internet mở, dựa trên trên chuẩn. MPLS tổ hợp định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 để chuyển gói sử dụng các nhãn ngắn, chiều dài cố định. Bằng việc sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet đang tồn tại và mở rộng, MPLS cung cấp chuyển mạch liên kết có định hướng ảo qua các tuyến Internet nhờ sự cung cấp các 8 Công nghệ GMPLS nhãn và mẫu trao đổi nhãn. MPLS bao gồm sự thực hiện các đường chuyển mạch nhãn LSP qua hầu hết công nghệ mức liên kết phổ biến. 2.2 Đặc điểm của MPLS Sau cuộc họp BOF tháng 12/1996 ,MPLS WG triệu tập đầu năm 1997 và xác định bốn vấn đề chính đối với mạng Internet là: • Khả năng mở rộng định tuyến của lớp mạng . • Hiệu năng chuyển gói . • Tổ hợp các công nghệ dựa trên tế bào . • Tăng khả năng định tuyến phục vụ chuyển mạch mềm dẻo . Đó là các thách thức lớn đối với mạng Internet hiện nay. Chúng bao gồm sự tổ hợp các công nghệ khác nhau để cùng tồn tại, phát triển và mở rộng ra tăng lưu lượng, thiết bị mới, cung cấp chức năng mới, các ứng dụng và dịch vụ Internet mới .Sự ra đời của công nghệ MPLS đã giải quyết các vấn đề trên: • MPLS có thể tăng khả năng mở rộng của định tuyến IP lớp mạng bằng việc tránh được số lượng lớn các kết nối giữa các router trong trung tâm Internet • Hiệu năng chuyển gói cũng được tăng lên rất nhiều bằng việc tra cứu bảng định tuyến cho các nhãn ngắn, độ dài cố định là nhanh hơn nhiều việc tra cứu bằng địa chỉ IP đích rất dài trong định tuyến IP truyền thống. • MPLS chuyển mạch theo các nhãn và thiết lập một đường chuyển mạch riêng tương tự như công nghệ ATM, nên nó hoàn toàn có khả năng hỗ trợ các mạng backbone dựa trên ATM. • Trong định tuyến truyền thông, sự tra cứu phải được thực hiện tại mỗi router để xác định chặng tiếp theo cho gói và sự phân tích đầy đủ các Header phải được thực hiện đầy đủ mỗi chặng.Trong MPLS đường chuyển gói được thiết lập trước tiên, không có sự đòi hỏi phân tích thêm Header lớp mạng ở các nút trung gian, chỉ có việc trao đổi các nhãn trong quá trình chuyển dữ liệu.Việc quyết định đường chuyển gói nào mà một gói sẽ sử dụng là một trong những ưu điểm so với định tuyến IP truyền thống trong sự định tuyến mềm dẻo . 9 Công nghệ GMPLS • Tăng cường khả năng điều khiển lưu lượng và khả năng hoạt động của mạng: Tại thời điểm nhãn được đưa vào, các tham số kỹ thuật về lưu lượng được xác định trước có thể lập trình đưa vào phần cứng nhằm đảm bảo mức băng thông lưu lượng, điều khiển tắc nghẽn …. 2.3 Kiến trúc của MPLS Kiến trúc của MPLS bao gồm hai thành phần: Thành phần chuyển gói tin (data plane) và Thành phần điều khiển (control plane). • Thành phần chuyển gói tin (data plane): sử dụng một bảng chuyển nhãn (được xây dựng bởi thành phần điều khiển với các giao thức IP) để tráo đổi nhãn với gói IP vào router. Các router nhận gói tin, đọc nhãn của gói tin sử dụng bảng chuyển nhãn để gán một nhãn mới cho gói tin. • Thành phần điều khiển: sử dụng các giao thức định tuyến IP và giao thức phân phối nhãn để trao đổi thông tin định tuyến và liên kết nhãn với router khác. Qua đó xây dựng lên bảng chuyển nhãn. Giao thức định t ế IP Trao đổi thông tin định tuyến với Router khác Bảng định tuyến Giao thức trao đổi và liên kết nhãn Trao đổi và liên kết nhãn với Router khác Lớp điều khiển Gói tin vào Bảng tráo đổi nhãn Gói tin ra Lớp chuyển gói tin Hình.2.1 Kiến trúc nút mạng MPLS 10