Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS LỜI CẢM ƠN Có thể nói đây là một đề tài rất mới và cũng rất khó. Nhưng với sự nỗ lực của bản thân và trên hết là sự chỉ bảo và tận tình hướng dẫn của PGS, TS Nguyễn Kim Giao em đã hoàn thành luận án này. Vì vậy lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo và hướng dẫn của thầy. Ngoài ra em cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử Viễn Thông - trường Đại học Công Nghệ - Đại học quốc gia Ha Nội đã giảng dạy và tạo môi trường tôt cho em nghiên cứu và học tập. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học cùng khoá K49 những người luôn sát cánh bên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp. Hà Nội, tháng 5 năm 2008 Sinh viên Đinh Mạnh Hải Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 1 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS TÓM TẮT NỘI DUNG Vấn đề RWA hiện nay rất được quan tâm nghiên cứu với một số lượng công trình đáng kể đã được công bố. Với cùng một cấu trúc vật lý, bằng các phương pháp định tuyến và gán bước sóng hợp lý trong cấu trúc mạng quang cho ta truyền được lưu lượng cao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng như chất lượng dịch vụ Luận văn trình bày tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quátGMPLS. Trên cơ sở một số giải pháp điển hình cho bài toán RWA, luận văn đã xây dựng được mô hình mô phỏng các bài toán đã đề xuất bằng OMNET++ cho mạng quang thông minh ION. Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 2 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục Thuật ngữ viết tắt Lời mở đầu 1 Chương 1:Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và GMPLS 3 11. Giới thiệu 3 1.2. Công nghệ IP 4 1.3. Công nghệ ATM 4 1.4. Công nghệ MPLS 6 1.4.1. Các khái niệm cơ bản MPLS 9 1.4.2. Thành phần cơ bản của MPLS 11 1.4.3. Các giao thức sử dụng trong MPLS 11 A. Giao thức phân phối nhãn (LDP) 12 B. Giao thức RSVP 24 C. Giao thức CR – LDP 29 Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS D. Giao thức MPLS – BGP 30 1.5.Công nghệ GMPLS 30 1.5.1.Nhãn tổng quan của GMPLS 31 1.5.2.Bộ giao thức GMPLS 32 Chương 2: Giới thiệu bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang. 33 2.1. Giới thiệu 33 2.2.Các loại bài toán RWA 34 2.2.1. Thiết lập luồng quang tĩnh (SLE) 34 2.2.2. Thiếp lập luồng quang động (DLE) 34 2.3.Các phương pháp giải quyết bài toán 34 2.4.Cơ sở lý thuyết 35 2.4.1. Giới thiệu lý thuyết đồ thị 35 2.4.2. Giải thuật Dijkstra 35 2.5. Bài toán RWA trong thiết lập luồng quang tĩnh (SLE) 36 2.6. Bài toán RWA trong thiết lập luồng quang động (DLE) 37 Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 4 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS 2.6.1. Bài toán định tuyến 38 A. Định tuyến cố định 38 B. Định tuyến thay thế cố định 38 C. Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin tổng thể 39 D. Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin cục bộ 43 2.6.2. Bài toán gán bước sóng 47 A. Thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng 47 B. Thuật toán gán bước sóng ngẫu nhiên 47 C. Thuật toán gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất ít nhất 48 2.6.3. Báo hiệu và đặt trước tài nguyên 48 A. Đặt trước sóng sóng 48 B. Đặt trước theo chặng 49 Chương 3:Phương pháp định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên kỹ thuật GMPLS 50 3.1 MPLS và mạng quang thông minh 50 3.1.1. Tầm bao quát rộng lớn của MPLs 50 Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 5 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS 3.1.2. Các giao thức định tuyến và phân phối nhãn trong nền MPLS 51 3.1.3. Hướng tới ngăn xếp giao thức đơn giản hơn: IP/MPLS qua DWDM 51 3.1.4. Tương quan giữa MPLS và mạng quang 51 3.1.5. Liên kết và quản lý ba mặt phẳng điều khiển 52 3.2 Bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang tổ chức trên kỹ thuật GMPLS 53 3.2.1. Tổng quan về kỹ thuật GMPLS 53 3.2.2.Thiết lập và khôi phục luồng quang 54 3.3. Các điều kiện ràng buộc trong định tuyến quang 54 3.3.1. Điều kiện ràng buộc trong lớp vật lý 55 3.3.2. Các ràng buộc bước sóng 55 3.3 Kiến trúc GMPLS 55 3.4. Bộ định tuyến GMPLS thực tế: Bộ định tuyến Hikari 56 3.5 Kết luận chương 58 Chương 4: Xây dựng mô hình bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang sử dụng kỹ thuật GMPLs 59 Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 6 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS 4.1. Tổng quan về OMNET++ 59 4.1.1. Giới thiệu chung 59 4.1.2. Các thành phần chính của OMNET++ 59 4.1.3. Ứng dụng 60 4.1.4. Mô hình thuật toán trong OMNET++ 60 4.1.5. Lập trình thuật toán 61 4.1.6. Sử dụng OMNET++ 61 4.1.7. Hệ thống file 63 4.2. Phương pháp thực luận nghiệm 65 4.2.1. Các giả thuyết 65 A. Định nghĩa bài toán 65 B. Xem xét thời gian thiết lập yêu cầu 65 C. Yêu cầu đến 66 D. Xem xét kiến trúc của mạng quang thông minh ION 67 E. Các điều kiện ràng buộc vật lý 67 Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 7 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS 4.2.2. Xây dựng hàm mục tiêu 69 4.2.3. Mô tả bài toán RWA 70 A. Giải thuật định tuyến 70 B. Mô tả bài toán định tuyến 72 4.3. Xây dựng mô hình 76 4.3.1 Đường lối thực thi 76 A. Mô hình mạng 76 B. Các tham số hệ thống 78 4.4. Kết quả và so sánh 78 4.4.1. So sánh các bài toán gán bước sóng 78 4.4.2. Tắc nghẽn và trung bình tuyến liên kết sử dụng 79 4.4.3. Nhận xét chung về tắc nghẽn trong mạng ION 80 4.4.4. So sánh giữa các thước đo TAW đơn giản và nâng cao 81 Kết luận 82 Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 8 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ADM Add-Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen rẽ ARIS Aggregate Route-Based IP Chuyển mạch IP theo phương pháp tập hợp tuyến ASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát được khuyếch tán ATM Asynchronous Tranfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ BGP Boder Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền CLNP Connectionless Network Protocol Giao thức mạng phi kết nối CPU Central Processor Unit Bộ xử lý trung tâm CR-LDP Constraint-Based routing Labed Giao thức phân bố nhãn được xác Distribution protocol định tuyến dựa trên ràng buộc CSR Cell Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp lien kết dữ liệu DLE Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang động DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước Muntiplexing sóngmật độ cao (40 hoặc 80 kênh quang trên mộ sợi) FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương FIB Forwarding Information Base Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp trong bộ định tuyến GMPLS Generalized Multi Protocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức Switching tổng quát IETF International Engineering Task Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật Quốc Force tế cho Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 9 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS ILP Integer Linear Program Quy hoạch tuyến tính nguyên IP Internet Protocol Giao thức Internet ISCD Interface Switching Capability Bộ mô tả khả năng chuyển mạch Descriptor giao diện IS-IS Intermediate System to Giao thức định tuyến IS-IS Intermediate System IS-IS-TE Intermediate System to Giao thức định tuyến IS-IS có kỹ Intermediate System – Traffic thuật lưu lượng Engineering LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý kênh LSA Link State Advertisement Bản tin quảng bá trạng thái liên kết 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 NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NP Subset op class NP problems Tập hợp con của lớp các bài toán Complete NP mà nó được xem rất khó giải OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến OSPF OSPF-TE Open Shortest Path First-Traffic Giao thức định tuyến OSPF Engineering có kỹ thuật lưu lượng OXC Optical Cross-Connect Đấu nối chéo quang PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mốt phân cực PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP thời gian thực RSVP Wavelength Resvation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 10 [...]... v chuyn tip gúi cú nhón hoc khụng nhón 1.4.3 CC GIAO THC S DNG MPLS Tham gia vo quỏ trỡnh truyn thụng tin trong mng MPLS cú mt s giao thc nh LDP, RSVP, CR-LDP, MPLS-BGP Cỏc giao thc nh RIP, OSPF s dng trong mng router nh tuyn cỏc gúi IP s khụng c cp n phn ny inh Mnh Hi - Lp K49B 22 Chuyn mch nhón a giao thc tng quỏt GMPLS A Giao thc phõn phi nhón LDP Giao thc phõn phi nhón c nhúm nghiờn cu MPLS ca... c cụng b nm 2001 a ra nhng nh ngha v nguyờn tc hot ng ca giao thc LDP Giao thc phõn phi nhón c s dng trong quỏ trỡnh gỏn nhón cho cỏc gúi thụng tin V trớ ca giao thc LDP v cỏc mi liờn kt chc nng c bn ca LDP vi cỏc giao thc khỏc th hin trờn hỡnh 2.6 Giao thc LDP l giao thc iu khin tỏch bit c cỏc LSR s dng trao i v iu phi quỏ trỡnh gỏn nhón/FEC Giao thc ny l mt tp hp cỏc th tc trao i cỏc bn tin cho phộp... nhng ng dng khỏc nhau + Duy trỡ s c lp ca cỏc giao thc lp 2 v 3 + Cung cp phng phỏp ỏnh x a ch IP vi cỏc nhón n gin, cú di c nh c s dng bi cỏc cụng ngh chuyn tip gúi v chuyn mch gúi khỏc nhau + Giao din vi cỏc giao thc nh tuyn hin cú nh giao thc t trc ti nguyờn RSVP (Resource Reservation Protocol) v giao thc m ng ngn nht u tiờn (OSPF) + H tr IP, ATM v giao thc lp 2 Frame Relay Trong MPLS vic truyn... mch) Cụng ngh chuyn mch nhón a giao thc MPLS (Multi Protocol Label Switching) l kt qu phỏt trin ca nhiu cụng ngh chuyn mch Ip s dng c ch hoỏn i nhón nh ca ATM tng tc truyn gúi tin m khụng cn thay i cỏc giao thc nh tuyn ca IP Nhng inh Mnh Hi - Lp K49B 12 Chuyn mch nhón a giao thc tng quỏt GMPLS gn õy nn cụng nghip vin thụng li b hỳt v chuyn mch nhón a giao thc tng quỏt GMPLS (Generalized MPLS) do gii... quỏt GMPLS Chng 4: Tp trung vo vic xõy dng mụ hỡnh bi toỏn nh tuyn v gỏn bc súng trong mng quang da trờn k thut chuyn mch nhón a giao thc tng quỏt GMPLS inh Mnh Hi - Lp K49B 13 Chuyn mch nhón a giao thc tng quỏt GMPLS CHNG 1 TNG QUAN V CễNG NGH CHUYN MCH NHN A GIAO THC MPLS V GMPLS 1.1 GII THIU Trong nhng nm gn õy cựng vi s bựng n ca Internet trờn ton cu thỡ cỏc dch v thoi v a phng tin cng ngy cng phỏt... khp mi ni, mng Internet ton cu chỳng ta hin nay cng ang s dng giao thc IP Bờn cnh nhng u im tuyt vi ca giao thc IP (nh kh nng nh tuyn), nú cng cú khụng ớt nhng nhc im (nh kh nng qun lý cht lng dch v), cỏc nh cung cp mng trong quỏ trỡnh phỏt trin ó liờn tc b sung cỏc giao thc, thut toỏn mi (chng hn cỏc giao thc QoS nh: RSVP, IntServ, DiffServ; giao thc IPSec, RTP/RTCP hay cỏc thut toỏn tng tc tỡm kim... Chong 1: Gii thiu tng quan v cụng ngh chuyn mch nhón a giao thc (MPLS) v chuyn mch nhón a giao thc tng quỏt (GMPLS) Chng 2: Gii thiu v vn nh tuyn v gỏn bc súng trong mng quang (RWA) v cỏch thc chung gii quyt bi toỏn ny Chng 3: Tp trung trỡnh by v phng phỏp nh tuyn v gỏn bc súng trong mng quang da trờn k thut chuyn mch nhón a giao thc tng quỏt GMPLS Chng 4: Tp trung vo vic xõy dng mụ hỡnh bi toỏn nh... phng thc nh tuyn n gin, trỏnh phi s dng cỏc giao thc bỏo hiu phc tp s phự hp hn 1.4 CễNG NGH MPLS Chuyn mch nhón a giao thc (MPLS) l kt qu ca quỏ trỡnh phỏt trin nhiu gii phỏp chuyn mch IP, c chun hoỏ bi IETF Tờn gi ca nú bt ngun t thc t ú l hoỏn i nhón c s dng nh l k thut chuyn tip nm bờn di S dng t a giao thc trong tờn ca nú cú ngha l nú cú th h tr nhiu giao thc lp mng, khụng ch riờng IP Ngoi ra... mch nhón a giao thc tng quỏt GMPLS RSVP-TE Wavelength Resvation Protocol- Giao thc t trc ti nguyờn cú Traffic Engineering RWA k thut lu lng Routing and Wavelength nh tuyn v gỏn bc súng Assignment SDH Synchronous Digital Hierarchy Phõn cp truyn dn s ng b SLE Static Lightpath Establishment Thit lp lung quang tnh Sonet Synchronous Optical Network Mng quang ng b TCP Transport Control Protocol Giao thc iu... gúi ca FEC no ú s dng c ch chuyn i nhón LSPs c thit lp trc khi truyn d liu (kớch thớch iu khin) Cỏc nhón (tờn nhn dng chớnh xỏc giao thc) c phõn b bng vic s dng giao thc phõn b nhón LDP (Label Ditribution Protocol) hoc RSVP hoc c i lờn (piggybacked) cỏc giao thc nh tuyn nh giao thc nh tuyn cng min (BGP) v OSPF Mi gúi d liu bc v mang cỏc nhón trong sut hnh trỡnh ca chỳng t ngun ti ớch Bi vỡ cỏc nhón . nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 13 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS VÀ GMPLS 1.1 GIỚI. Các giao thức sử dụng trong MPLS 11 A. Giao thức phân phối nhãn (LDP) 12 B. Giao thức RSVP 24 C. Giao thức CR – LDP 29 Đinh Mạnh Hải - Lớp K49ĐB 3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS D K49ĐB 2 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục Thuật ngữ viết tắt Lời mở đầu 1 Chương 1 :Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và GMPLS