Luận Văn Định tuyến trên GMPLS

LỜI MỞ ĐẦU
---š&›---

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế - xã hội, nhu cầu phát triển về thông tin liên lạc ngày càng quan trọng. Hiện tại và tương lai, nhu cầu phát triển các loại hình dịch vụ thoại, các dịch vụ băng rộng là một điều tất yếu. Không giống với lưu lượng thoại truyền thống, nhiều nhu cầu mới dựa trên lưu lượng dữ liệu ngày càng phát triển. Tuy nhiên, nhiều mạng hiện nay được xây dựng chỉ để hỗ trợ hiệu quả cho lưu lượng thoại, không phải là dữ liệu. Chính điều này đã dẫn đến sự phát triển của mạng truyền dẫn quang – với khả năng truyền dẫn dung lượng rất cao, ít bị suy nhiễu.
Một trong những yêu cầu quan trọng cho mạng thế hệ mới là kỹ thuật lưu lượng hiệu quả để quản lý và đáp ứng lưu lượng Internet đang bùng nổ, đồng thời phải bảo đảm chất lượng dịch vụ. Giao thức IP đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, lưu lượng IP tăng rất nhanh và thay thế dần các loại giao thức khác. Cũng nhằm mục đích cung cấp băng thông yêu cầu hiệu quả cho nhiều dịch vụ, mạng quang DWDM được phát triển và triển khai như mạng chuyển mạch xương sống. Cùng với sự phát triển của truyền dẫn quang, công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS ra đời cho phép linh hoạt kết nối hoạt động giữa mạng IP/MPLS và mạng truyền dẫn quang. Bên cạnh đó, GMPLS ra đời như một quy luật tất yếu để tạo ra một mặt phẳng điều khiển chung cho các thiết bị có khả năng chuyển mạch khác nhau (chuyển mạch ghép kênh phân thời gian, chuyển mạch gói, chuyển mạch bước sóng ).
Dung lượng cao, tốc độ nhanh của các dịch vụ hiện tại đòi hỏi phải có những kỹ thuật mới hỗ trợ tốt hơn để mạng có thể thông suốt. Bài toán định tuyến là một bài toán khó, có ý nghĩa rất quan trọng. Chính vì vậy, quyển đồ án “Định tuyến trên GMPLS” này sẽ trình bày và cố gắng làm rõ hơn các giao thức định tuyến, các kỹ thuật lưu lượng, các kỹ thuật định tuyến ràng buộc (ràng buộc trên các thông số lưu lượng: như khoảng cách, băng thông cực đại trên mỗi liên kết ) trên mạng GMPLS.
Nội dung của luận văn bao gồm 4 chương:

• Chương 1: Xu hướng phát triển công nghệ truyền dẫn Quang.
• Chương 2: Công nghệ GMPLS.
• Chương 3: Các giao thức định tuyến trên GMPLS.
• Chương 4: Mô phỏng.

Với phần lý thuyết trình bày ở 3 chương đầu, ta sẽ khái quát được cách thức hoạt động của giao thức định tuyến đã và đang thực hiện trên mạng. Từ đó, sẽ thấy được cách thức mở rộng các giao thức định tuyến sẵn có như OSPF thành OSPF-TE định tuyến lưu lượng và có ràng buộc để phù hợp hơn trong môi trường mạng GMPLS.
Chương 4 là các bài toán mô phỏng giúp ta kiểm định lại thật hiệu quả các giao thức định tuyến, cách hoạt động của một mạng, giả lập các sự cố để từ đó ứng dụng vào thực tiễn.
Quyển luận văn đến nay cơ bản đã hoàn thành. Nhưng với thời gian thực hiện tương đối ngắn, kiến thức hẹn hẹp, sẽ không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Kính mong nhận được những đóng góp quý báu của Thầy Cô và người đọc quyển luận văn này.


MỤC LỤC
------

I – XU HƯỚNG PHÁT TRIỀN CN TRUYỀN DẪN QUANG 1
I.1 – Khái quát 1
I.2 – Truyền dẫn bằng cáp quang 2
I.2.1 – Lịch sử phát triển 2
I.2.2 – Sơ lược về cáp quang 2
I.2.3 – Ưu và nhược điểm của cáp quang 3
I.3 – Tìm hiểu công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang WDM 4
I.3.1 – Tổng quan 4
I.3.2 – Định nghĩa WDM 5
I.3.3 – Mục đích WDM 6
I.3.4 – Đặc điểm chính của WDM 7
I.3.5 – Một số công nghệ WDM 7
I.3.6 – Phát triển lên DWDM 8
I.3.7 – Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống WDM 8
I.3.8 – Các hình thức truyền cơ bản 9
I.3.8.a – Truyền dẫn đơn hướng: (một chiều hai sợi) 10
I.3.8.b – Truyền dẫn song hướng: (hai chiều một sợi) 10
I.3.9 – Sự phát triển của WDM trong thời gian qua 11
I.3.10 – Ưu điểm của công nghệ WDM 12
I.3.11 – Nhược điểm của công nghệ WDM 12
I.4 – Phát triển lên thành mạng toàn quang trong suốt (Transparency and All-Optical Networks) 12
I.5 – Kết luận 13
II – CÔNG NGHỆ GMPLS 14
II.1 – MPLS 14
II.1.1 – Khái quát 14
II.1.2 – Định nghĩa MPLS 14
II.1.2.a – Công nghệ IP 15
II.1.2.b – Công nghệ ATM: 15
II.1.4 – Công nghệ MPLS 16
II.1.5 – Các khái niệm cơ bản của MPLS 18
II.1.5.a – Nhãn 18
II.1.5.b – Ngăn xếp nhãn (Label stack) 19
II.1.5.c – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label switching Router) 19
II.1.6 – Thành phần cơ bản của MPLS: 19
II.2 – GMPLS 20
II.2.1 – Tổng quan về kỹ thuật GMPLS 20
II.2.1.a – Cách thực hiện GMPLS 21
II.2.1.b – Nhãn tổng quan của GMPLS 21
II.2.1.c – Bộ giao thức GMPLS 22
II.2.2 – Từ MPLS phát triển thành MPλS/GMPLS 22
II.2.3 – Những giao diện chuyển mạch trong GMPLS 24
II.2.3.a – PSC 24
II.2.3.b – TDM 24
II.2.3.c – LSC 25
II.2.3.d –FSC 25
II.2.4 – Sự phân chia mặt bằng dữ liệu từ mặt bằng điều khiển 28
II.3 – Kết luận về GMPLS 28
III – CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN GMPLS 29
III.1 – Khái quát 29
III.2 – Các bài toán RWA 30
III.2.1 – Thiết lập lưồng quang tĩnh (SLE) 30
III.2.2 – Thiết lập lưồng quang động (DLE) 30
III.3 – Các phương pháp giải quyết bài toán 30
III.4 – Cơ sở lý thuyết 30
III.4.1 – Giới thiệu lý thuyết đồ thị 30
III.4.2 – Giải thuật DIJKSTRA 31
III.4.3 – Giải thuật BELLMAN-FORD 31
III.5 – Phương pháp định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên kỹ thuật GMPLS 33
III.5.1 – Bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang tổ chức trên kỹ thuật GMPLS. 33
III.5.2 – Các điều kiện ràng buộc trong định tuyến quang 33
III.5.2.a – Điều kiện ràng buộc trong lớp vật lý 34
III.5.2.b – Các ràng buộc bước sóng 34
III.6 – Tìm hiểu các giao thức định tuyến 34
III.6.1 – Định tuyến IP cổ điển 34
III.6.1.a – Giao thức định tuyến vector 35
III.6.1.b – Giao thức định tuyến Link-State 35
III.6.2 – Giao thức định tuyến OSPF 35
III.6.2.a – Đặc điểm của OSPF 35
III.6.2.b – Các khái niệm trong OSPF 35
III.6.2.c – Các ưu điểm của OSPF 38
III.6.3 – Giao thức IS-IS: 38
III.6.3.a – Mô tả 38
III.6.3.b – So sánh với OSPF 38
III.6.3.c – Cách thức hoạt động của IS-IS 42
III.6.3.d – Bốn loại đơn vị dữ liệu giao thức PDU (Protocol Data Units) của IS-IS 43
III.6.3.e – Những tiêu chuẩn để bầu chọn nên một DIS trong IS-IS 44
III.6.3.f – Địa chỉ SNPA là gì, và cách sử dụng? 44
III.6.3.g – Các loại môi trường trong IS-IS 44
III.6.3.h – Hello trong IS-IS 45
III.6.4 – Định tuyến dựa trên các ràng buộc (Constraint-Based Routing) 45
III.6.5 – Mở rộng OSPF cho kỹ thuật lưu lượng 48
III.7 – Đi sâu vào các giải thuật định tuyến trong GMPLS 50
III.7.1 – Tổng quan các giao thức mở rộng đặc trưng 50
III.7.1.a – OSPF 50
III.7.1.b – IS-IS 51
III.7.2 – Các cải tiến trong giao thức định tuyến sang miền GMPLS 51
III.7.2.a – Hỗ trợ các liên kết (lưu lượng và thành phần) không được đánh số 51
III.7.2.b – Quảng bá thông tin về kiểu bảo vệ cho liên kết lưu lượng 51
III.7.2.c – Quảng bá thông tin về nhóm liên kết có cùng mức độ rủi ro SRLG 52
III.7.2.d – Quảng bá thông tin về khả năng chuyển mạch giao diện ISC (Interface Switching Capability) 52
III.7.3 – Giao thức định tuyến OSPF mở rộng 54
III.7.3.a – Các điểm đặt trưng của OSPF mở rộng 55
III.7.3.b – Trao đổi thông tin các đường liên kết lưu lượng nội vùng 58
III.7.4 – Giao thức định tuyến IS-IS mở rộng 59
III.7.4.a – Bộ định danh đường liên kết trong vùng / Ngoài vùng 59
III.7.4.b – Loại bảo vệ liên kết 60
III.7.4.c – Bộ miêu tả khả năng chuyển mạch giao diện 60
III.7.4.d – Nhóm liên kết chia sẻ nguy cơ (SRLG-Shared Rick Link Group) 60
III.7.3.e – Những giao diện không đánh số xác định đường kết nối 61
III.8 – Bộ định tuyến GMPLS thực tế: Bộ định tuyến HIKARI 61
III.9 – Kết luận chương 62
IV – MÔ PHỎNG 63
IV.1 – Giới thiệu công cụ mô phỏng 63
IV.1.1 – Một số công cụ mô phỏng mạng 63
IV.1.1.a – J-Sim 63
IV.1.1.b – OPNET 63
IV.1.1.c – OMNeT++ 63
IV.1.1.d – NS 63
IV.1.3 – Tổng quan công cụ mô phỏng PACKET TRACER 63
IV.1.4 – Tổng quan công cụ mô phỏng GLASS 63
IV.1.5 – Kiến trúc thiết kế của công cụ mô phỏng GLASS 65
IV.1.5.a – Các thành phần trong topo 66
IV.1.5.b – Các thành phần logic 67
IV.1.6 – Giao thức 68
IV.1.7 – Khả năng mô phỏng sự kiện của GLASS 68
IV.1.8 – Khả năng hỗ trợ GMPLS trên miền quang WDM của GLASS 69
IV.2 – Bài toán mô phỏng thứ 1 70
IV.2.1 – Mô phỏng giao thức Định tuyến OSPF 70
IV.2.1.a – Mục tiêu của bài toán mô phỏng 70
IV.2.1.b – Mô hình mạng: 70
IV.2.2 – Một số thông tin cấu hình mô phỏng 71
IV.2.2.a – Sơ đồ port, các thông số cost của các Router 71
IV.2.2.b – Bảng địa chỉ IP address của các Router và PC0 71
Bảng IV.1 – Địa chỉ IP của từng port trong mạng 71
IV.2.2.c – Cơ sở lý thuyết 71
Bảng IV.2 – Các tuyến đường đi có tổng Cost sắp thứ tự từ nhỏ đến lớn 72
IV.2.3 – Dùng GLASS mô phỏng sự kiện trong giải thuật SPF 72
IV.2.3.a – Mô hình mạng trên GLASS-TSC 72
IV.2.3.b – Các sự kiện trong quá trình chạy mô phỏng 72
Bảng IV.2 – Bảng các sự kiện 72
IV.2.3.c – Quá trình chạy mô phỏng 73
IV.2.4 – Dùng Packet Tracer để hiển thị các bảng định tuyến trong OSPF 74
IV.2.4.a – Mô hình mạng trên Paket Tracer 74
IV.2.4.b – Quá trình mô phỏng 75
IV.2.4.c – Các bước thực hiện để thấy được quá trình cập nhật và tính toán tuyến 75
IV.3 – Bài toán mô phỏng thứ 2 78
IV.3.1 – Mô phỏng kỹ thuật lưu lượng trên miền GMPLS 78
IV.3.1.a – Mục tiêu của bài toán mô phỏng 78
IV.3.1.b – Mô hình mạng 78
IV.3.2 – Một số thông tin cấu hình mô phỏng 79
IV.3.2.a – Thời gian và thời điểm mô phỏng 79
IV.3.2.b – Cấu hình đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP 79
IV.3.3 – Mô phỏng quá trình định tuyến ràng buộc GMPLS OSPF-TE 80
IV.3.3.a – Định tuyến ràng buộc để thiết lập LSP 11 giữa LSR 666 và LSR 111 80
IV.3.3.b – Định tuyến ràng buộc để thiết lập LSP 13 giữa LSR 888 và LSR 222 81
IV.3.3.c – Định tuyến ràng buộc để thiết lập LSP 15 giữa LSR 2222 và LSR 1111 82
IV.3.5 – Quan sát thông lượng trên các LSP trong miền quang 83
IV.4 – Kết luận chương 84