Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM

MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ANSI American National Standard Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kì ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CSPF Constraint-based Shortest Path First Routing Định tuyến đường đi ngắn nhất trước tiên dựa trên ràng buộc DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DHP Demand Hop-count Product heuristic algorithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu ECMP Equal Cost Multiple Path Đa đường đồng chi phí FBM Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh Brownian FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GMPLS Generalized Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GUI Graphical User Interface Giao diện người sử dụng đồ hoạ HTDA Heuristic Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình dựa trên kinh nghiệm HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet ID Identifier Bộ nhận dạng IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kĩ sư Internet Ifmanager Interface manager Khối quản lí giao diện IP Internet Protocol Giao thức Internet LAN Local Area Network Mạng cục bộ LEMS Link Elimination via Matching Scheme Loại bỏ tuyến nối thông qua lược đồ ghép LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí MLDA Minimum-delay Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic tối thiểu hoá trễ MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa NC&M Network Control and Management Quản lí và điều khiển mạng NE Network Element Phần tử mạng NGI Next Generation Internet Internet thế hệ kế tiếp NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng NSFNET OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang OAM Operation and Maintenance Hoạt động và bảo trì OAM&P Operation, Administration, Maintenance and Provisioning Hoạt động, quản trị, bảo trì và giám sát OC-12 Optical Carrier Level 12 (622,08 Mb/s) Mức mang quang 12 (622,08 Mb/s) OC-3 Optical Carrier Level 3 (155,52Mb/s) Mức mang quang 3 (155,52Mb/s) OC-48 Optical Carrier Level 48 (2448,32 Mb/s) Mức mang quang 48 (2448,32 Mb/s) OC-192 Optical Carrier Level 192 (9953,28 Mb/s) Mức mang quang 192 (9953,28 Mb/s) OHTMS LP-based One-Hop Traffic Maximisation Scheme Lược đồ tối ưu hoá lưu lượng đơn hop dựa trên LP OIF Optical Internetworking Forum Diễn đàng liên mạng Internet quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMP Optimized Multi Path Đa đường tối ưu OSCP Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển mạch quang OSPF Open Shortest Path First Protocol Giao thức đường đi ngắn nhất trước tiên mở OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang PC Personal Computer Máy tính cá nhân QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược RD Residual Demand heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm nhu cầu dư thừa RDHP Residual Demand Hop-count Product heuristic algolrithm Thuật toán dựa trên kinh nghiệm tích đếm hop nhu cầu dư thừa RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên SCSI Small Computer Systems Interface Giao diện các hệ thống máy tính nhỏ SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lí mạng đơn giản SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất trước tiên SRLG Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TE Terminal Equipment, Traffic Engineering Thiết bị đầu cuối, kĩ thuật lưu lượng TECP Traffic Engineering to Control Protocol Kĩ thuật lưu lượng cho giao thức điều khiển TELNET Remote Telminal protocol Giao thức đầu cuối ở xa TILDA Traffic Independent Logical Topology Design Algorithm Thuật toán thiết kế mô hình logic độc lập lưu lượng TMN Telecommunications Management Network Mạng quản lí viễn thông TTL Time To Live Thời gian sống UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người sử dụng UNI User to Network Interface Giao diện người sử dụng-mạng VPC Virtual Path Connection Kết nối đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo WADM Wavelength Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/tách bước sóng WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng WSXC Wavelength Selective Cross Connect Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng LỜI NÓI ĐẦU Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra vấn đề là các hoạt động thực tiễn kĩ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho IP. Mặt khác, quang sợi, như một công nghệ phân tán, đang cách mạng hoá ngành công nghiệp viễn thông và công nghiệp mạng nhờ dung lượng mạng cực lớn mà nó cho phép, qua đó cho phép sự phát triển của mạng Internet thế hệ sau. Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM dựa trên nền mạng hiện tại sẽ có thể cho phép nâng cao đáng kể băng thông mà vẫn duy trì được hiện trạng hoạt động của mạng. Nó cũng đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả về mặt chi phí cho các mạng đường dài. Khi sự phát triển trên toàn thế giới của sợi quang và các công nghệ WDM, ví dụ như các hệ thống điều khiển và linh kiện WDM trở nên chín muồi, thì các mạng quang dựa trên WDM sẽ không chỉ được triển khai tại các đường trục mà còn trong các mạng nội thị, mạng vùng và mạng truy nhập. Các mạng quang WDM sẽ không chỉ còn là các các đường dẫn điểm-điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật lí nữa mà sẽ biến đổi lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu lượng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một nhiệm vụ cấp thiết. Khoá luận tốt nghiệp của em sẽ xem xét về IP trên nền các mạng quang WDM đặc biệt sẽ tập trung vào kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Khoá luận sẽ tập trung trình bày về các cơ chế cơ bản và kiến trúc phần cứng cũng như phần mềm để triển khai các mạng quang WDM cho phép truyền dẫn lưu lượng IP và sẽ gồm có bốn chương: Chương I: Tổng quan về IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các ưu nhược điểm của từng xu hướng. Lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là giải pháp cho tương lai cũng sẽ được chỉ ra trong chương I Chương II: Kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương II sẽ trình bày một số vấn đề chung trong kĩ thuật lưu lượng, khái niệm kĩ thuật lưu lượng IP/WDM, hai phương pháp triển khai, mô hình chức năng của kĩ thuật lưu lượng IP/WDM và kĩ thuật lưu lượng MPLS áp dụng cho IP/WDM. Chương III: Tái cấu hình trong kĩ thuật lưu lượng IP/WDM. Chương này sẽ tập trung đi sâu vào các vấn đề: tái cấu hình mô hình ảo đường đi ngắn nhất, tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói, mô tả và thảo luận về một thuật toán cụ thể và cuối cùng là dịch chuyển tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Chương IV: Phần mềm xử lí lưu lượng IP/WDM. Trong chương IV, các kiến trúc phần mềm cho các xu hướng kĩ thuật lưu lượng, chi tiết về giao diện giữa điều khiển mạng và kĩ thuật lưu lượng, và giữa kĩ thuật lưu lượng IP và kĩ thuật lưu lượng WDM trong trường hợp kĩ thuật lưu lượng chồng lấn sẽ được trình bày. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song do thời gian và trình độ có hạn nên khoá luận này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn. Nhân đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo T.S Lê Ngọc Giao đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện đồ án. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Viễn Thông I đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân - những người đã luôn giúp đỡ, cổ vũ và kịp thời động viên tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Sinh viên Nguyễn Thế Cương CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 1.1 Khái niệm mạng IP/WDM Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp: Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet) Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC) Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ) Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí. Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn quang và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp quang-điện-quang (O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH. Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền dữ liệu. Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình 1.2). Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng ATM, các loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể được mang trên cùng một sợi quang. IP ATM IP/MPLS SONET/SDH SONET/SDH IP/MPLS WDM WDM WDM Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu) Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các mạng tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật MPLS trong tầng IP. Các đặc tính chính của MPLS như sau: Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định dòng/tuyến. Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được vận chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp. Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các mào đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS và sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vì phải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói). MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập bởi MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường tương đương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class). Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các gói tin được kết hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào FEC được thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc địa chỉ đích trong phần mào đầu của gói tin. Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ chế này được triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện chỉnh các dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP hiện tại, kĩ thuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì chuyển đổi hướng lưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực tiếp là không hiệu quả và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn ở đâu đó trong mạng. MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp và tập trung chủ yếu vào chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra MPLS cũng cung cấp các công cụ cho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật đường ngầm, kĩ thuật tránh và phòng vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng. Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM. SONET/SDH cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này: SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn qua đó các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao. SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn. Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối với các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP. Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể là: 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn. 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ. Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên, SONET mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức khác nhau. Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu tuyến (LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các bộ ghép kênh OC-n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các thành phần mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736 Mbps. Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến. Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyền dẫn. Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một vài công ty đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các chức năng tương tự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kích thước khung vào kích thước gói tin. Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10-Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt. Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng không cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để truyền dẫn. Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo hiệu và điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến. Một mạng quang WDM có một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển. Như vậy nó sử dụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3 Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện có, nhà quản trị và chủ sở hữu mạng. 1.2 Lí do chọn IP/WDM IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định tuyến qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau. Phía trên tầng IP tồn tại rất nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó phía dưới lớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn hứa hẹn nhất, cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát triển của Internet. Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của các hệ thống WDM giảm đi. Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để chuyển đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết lập đường truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng ứng dụng và lưu lượng người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ liệu là đệm và chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển và do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến để phân biệt các bản tin điều khiển và các gói tin dữ liệu. Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều khiển riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các bản tin điều khiển. Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được triển khai theo cấu trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này dùng một phân cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển đồng bộ. IP/WDM cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các mạng quang intra- và inter-WDM và các mạng IP. Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm: Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang phát triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi quang. Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP. IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao thức điều khiển IP cho phép. IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không những giảm thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài nguyên động và giám sát dịch vụ theo nhu cầu. Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa chỉ được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE. Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và có khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà khai thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được triển khai rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp. Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ thuật lưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng điều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng. Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa các nhà khai thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong suốt đòi hỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH ở các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở đây là IP. IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ chế điều khiển phân tán được dùng trong mạng. Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế, chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng IP. Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích hợp mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo. Ví dụ như, IP trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa chỉ ATM. Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả, làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang. CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM 2.1 Mô hình hoá lưu lượng viễn thông Kĩ thuật lưu lượng phải được thực hiện trên một mô hình cụ thể mà ở đây là mô hình mạng viễn thông hoặc mạng máy tính. Do đó, không thể không xem xét các phương pháp mô hình hoá mạng. Để mô hình hoá mạng viễn thông hay mạng máy tính cần hai bước là mô hình hoá lưu lượng và mô hình hoá hệ thống. Mô hình hoá lưu lượng được sử dụng để mô tả luồng lưu lượng đến hệ thống ví dụ như tốc độ đến, phân bố lưu lượng và tận dụng tuyến nối trong khi mô hình hệ thống được sử dụng để mô tả chính bản thân hệ thống kết mạng của nó ví dụ như cấu hình và mô hình hàng đợi. Kiểu hệ thống hoàn toàn tổn thất có thể được sử dụng để làm mô hình cho các mạng chuyển mạch kênh vì trong đó không có vị trí đợi. Vì thế, khi hệ thống đã đầy thì nếu như khi đó có một khách hàng mới, anh/chị ta sẽ không được phục vụ. Hệ thống có tổn thất dựa trên việc giám sát để chỉ ra nhu cầu của khách hàng. Còn hệ thống đợi hoàn toàn được sử dụng để mô hình hoá các mạng chuyển mạch gói với giả thiết rằng hàng đợi là vô hạn. Khi đó nếu tất cả các máy chủ đều đang bận thì một khách hàng đến vào thời điểm đó sẽ chiếm một vị trí trong hàng đợi. Ở đây không có tổn thất nhưng khách hàng phải đợi một khoảng thời gian nhất định trước khi được phục vụ. Lúc này mối quan tâm sẽ chuyển sang kích thước của bộ đệm và chính sách được sử dụng trong hàng đợi. Ở đây, đồ án sẽ chỉ xem xét vấn đề mô hình hoá lưu lượng còn mô hình hoá hệ thống phải dựa trên các hệ thống cụ thể. Báo cáo sẽ tìm hiểu các nguyên lí dự đoán lưu lượng được sử dụng trong mô hình hoá lưu lượng cũng như các thông số để thực hiện mô hình hoá. 2.1.1 Mô hình lưu lượng dữ liệu và thoại cổ điển a) Mô hình lưu lượng thoại Lưu lượng thoại có thể được mô hình hoá nhờ sử dụng mô hình Erlang. Đây là mô hình tổn thất hoàn toàn. Giả thiết rằng tổng lưu lượng là α thì: trong đó λ biểu thị tốc độ cuộc gọi đến và h biểu thị thời gian chiếm (gọi) trung bình (thời gian dịch vụ). Đơn vị của cường độ lưu lượng là Erlang (erl). Lưu lượng một erlang có nghĩa rằng trung bình thì kênh luôn bị chiếm. Nghẽn trong mô hình Erlang xảy ra khi cuộc gọi bị tổn thất. Có hai đại lượng nghẽn là nghẽn cuộc gọi và nghẽn thời gian. Nghẽn cuộc gọi là xác suất một cuộc gọi (một khách hàng) thực hiện cuộc gọi khi tất cả các kênh đều đã bị chiếm. Nghẽn thời gian là xác suất mà tất cả các kênh bị chiếm trong một khoảng thời gian bất kì. Rõ ràng là nghẽn cuộc gọi, Bc, thể hiện QoS tốt hơn từ quan điểm của khách hàng. Giả sử có một hệ thống tổn thất M/G/n/n, trong đó n là số kênh trên một tuyến nối, cuộc gọi đến tuân theo quá trình Poisson với tốc độ λ và các thời gian chiếm cuộc gọi là phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố h thì mối quan hệ giữa nghẽn cuộc gọi, mức độ tập trung lưu lượng và thời gian chiếm trung bình được cho bởi biểu thức nghẽn Erlang như sau: Bc = Erlang (n,α) = b) Mô hình lưu lượng dữ liệu Lưu lượng dữ liệu có thể được mô tả nhờ sử dụng các mô hình hàng đợi. Lưu lượng dữ liệu được biểu diễn bởi tốc độ đến của gói tin λ, chiều dài gói tin trung bình L, và thời gian truyền dẫn gói tin 1/μ. Giả sử rằng R hệ thống biểu diễn tốc độ tuyến nối hay nói cách khác là số đơn vị dữ liệu trong một đơn vị thời gian thì thời gian truyền dẫn gói tin sẽ là L/R. Khi đó tổng số lưu lượng sẽ được thể hiện bởi tải lưu lượng ρ: Từ quan điểm của người sử dụng thì đặc tính quan trọng là QoS. QoS được biểu diễn bởi Pz, là xác suất một gói tin phải đợi lâu hơn một giá trị tham chiếu z. Giả thiết một hệ thống hàng đợi M/M/1, có các gói tin đến tuân theo quá trình Poisson với tốc độ λ và chiều dài gói tin phân bố độc lập và bằng nhau theo phân bố luỹ thừa L thì mối quan hệ giữa khả năng tải lưu lượng hệ thống, QoS được cho bởi công thức sau: 2.1.2 Các mô hình lưu lượng dữ liệu lí thuyết Lưu lượng LAN Ethernet đã được nghiên cứu một cách chính xác dựa trên hàng trăm triệu gói tin Ethernet bao gồm cả thời gian đến và chiều dài của chúng. Các nghiên cứu đó đã chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet dường như biến đổi rất nhiều do sự xuất hiện của tính bùng nổ trong các dải thời gian từ micro giây tới miligiây, giây, phút, giờ và ngày. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng lưu lượng Ethernet có tính tự tương quan thống kê. Điều này có nghĩa là lưu lượng sẽ trông giống nhau trong tất cả các dải thời gian và có thể sử dụng một tham số duy nhất là tham số Hurst để miêu tả đặc tính phân mảnh. Các đặc tính lưu lượng Ethernet này không thể diễn tả nếu sử dụng các mô hình lưu lượng cổ điển như là mô hình Poisson. Lưu lượng WAN Internet cũng đã được nghiên cứu ở cả hai mức đo là mức gói tin và mức kết nối. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng tại mức gói tin, phân bố thời gian đến giữa các gói tin TELNET là không tăng nhanh theo hàm luỹ thừa như các mô hình cổ điển. Còn tại mức kết nối đối với các phiên TELNET tích cực thì tốc độ đến kết nối tuân theo quá trình Poisson (với tốc độ cố định theo từng tiếng đồng hồ). Tuy nhiên, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng tại mức kết nối, đối với các kết nối tro