Xem mẫu
- Chương 7: Giám sát hiệu năng tín hiệu
quang
Một mô hình khối kĩ thuật lưu lượng tinh vi sẽ thiết kế mạng
và mô hình dựa theo các nhu cầu lưu lượng và tận dụng các tài
nguyên mạng tuỳ theo độ khả dụng tài nguyên và các điều kiện
ràng buộc QoS tín hiệu. Trong một chừng mực nào đó các đặc tính
tầng quang ảnh hưởng tới việc quyết định ở mức mạng. Chẳng hạn
như QoS tín hiệu có thể giới hạn số lượng các kênh bước sóng
được hỗ trợ bởi một tuyến nối quang và hơn thế nữa là tốc độ dữ
liệu được hỗ trợ bởi mỗi bước sóng. Hơn thế, QoS tín hiệu quang
chứa đựng các yếu tố động không thể có trong các tín hiệu điện
truyền thống. Nếu không xem xét các đặc tính tầng WDM thì chỉ
có thể hi vọng rằng tầng WDM không có một điều kiện ràng buộc
tài nguyên nào. Một khi mô hình IP ảo (dựa trên nhu cầu lưu
lượng) đã được tạo ra, giả sử rằng mô hình đó luôn được hỗ trợ
bằng việc sử dụng các kênh quang. Khi muốn tính toán nhiều
tuyến đi ngắn nhất đồng thời đạt được tối ưu hoá thì quá trình sẽ
trở nên phức tạp hơn nhiều. Trong một nền tảng IP/WDM tích hợp,
các đặc tính WDM quang như vậy cần phải được liên kết với các
giao thức điều khiển IP thích ứng. Một mạng WDM có thể có hệ
thống quản lí lỗi của riêng nó nhưng nó nên được tích hợp chặt chẽ
với điều khiển IP. Như thế mạng IP/WDM tích hợp vẫn chứa đựng
những đặc tính chính của IP là độ mềm dẻo và khả năng thích ứng.
Giám sát hiệu năng trong các mạng toàn quang là quá trình tốn
kém, đòi hỏi việc chia tín hiệu quang nhờ sử dụng các thiết bị đặc
biệt hoặc tại NE. Tuy nhiên, sau khi chia tách, tín hiệu quang ban
- đầu bị giảm chất lượng và do đó khoảng cách truyền dẫn bị giảm
nếu không có tái tạo tín hiệu. Hiện nay sự tái tạo tín hiệu miền
quang (chẳng hạn như sử dụng các bộ thu phát quang) là chưa chín
muồi và rất tốn kém. Vì vậy trong thực tế hiện nay, giám sát hiệu
năng cho các mạng toàn quang theo một mô hình mềm dẻo vẫn là
một vấn đề mở. Trong các mạng quang O-E-O, QoS tín hiệu trở
nên đơn giản hơn vì tại mỗi hop các tín hiệu quang lại được tái tạo
lại.
2.7 Kĩ thuật lưu lượng MPLS
IP cung cấp một giải pháp biến đổi tương đối đơn giản trong
đó các gói tin được chuyển tiếp trên từng đoạn dựa trên thông tin
đích ở phần tiêu đề gói tin và bảng định tuyến cục bộ. Mục đích
của kĩ thuật lưu lượng MPLS là tối ưu hoá sự tận dụng tài nguyên
mạng bằng cách điều khiển một cách chính xác các dòng lưu lượng
trong miền định tuyến của nó. Để lựa chọn đường đi, kĩ thuật lưu
lượng MPLS có thể được sử dụng cho hai mục đích là cân bằng tải
và giám sát mạng:
Cân bằng tải: được sử dụng để cân bằng các dòng lưu lượng
trên mạng giúp tránh nghẽn, các điểm nóng và các thắt cổ chai. Nó
được thiết kế một cách đặc biệt để tránh các tình huống trong đó
một vài thành phần của mạng bị sử dụng quá mức trong khi các
thành phần khác lại không được sử dụng hết công suất.
Giám sát mạng: được sử dụng để giám sát mạng một cách toàn
cục.
- 2.7.1 Cân bằng tải
Trong một mạng IP, nằm giữa các node có thể hình thành đa
đường cùng chi phí. Nếu không có sự hỗ trợ của định tuyến hiện
hoặc cân bằng tải thì một đường sẽ được chọn một cách ngẫu
nhiên. Hình 2.7 chỉ ra một hiện tượng rất phổ biến trong đó tất cả
lưu lượng được chuyển tiếp dọc theo một đường. Kết quả là đường
đó bị nghẽn trong khi các đường khác có cùng chi phí lại vẫn rỗi.
Để giải quyết điều này, OSPF giới thiệu một kĩ thuật là đa đường
đồng chi phí (ECMP). Kĩ thuật này sẽ phân bố tải trên đa đường.
Có ba phương pháp đã được đề xuất để phân chia tải lên đa đường
đồng chi phí:
Chuyển tiếp gói tin theo vòng tròn: phương pháp này
thực hiện chuyển tiếp các gói tin theo một vòng kín giữa
đa đường. Chuyển tiếp vòng tròn loại bỏ sự kết hợp dữ
liệu hay sự hình thành chuỗi gói tin và do đó loại bỏ hiệu
năng thấp TCP. Phương pháp này chỉ áp dụng được nếu
như các trễ trong đa đường là xấp xỉ nhau.
Phân chia các tiền tố đích giữa các hop kế tiếp sẵn sàng:
đây là một phương pháp thô giúp tránh kết hợp lưu
lượng bằng cách chia lưu lượng dựa trên tiền tố trong địa
chỉ đích của gói tin. Phương pháp này có thể áp dụng với
một WAN tốc độ cao nhưng các tiền tố ngắn là một vấn
đề khó khăn vì khi đó thì phần lớn các gói tin sẽ được
định tuyến tới một tiền tố duy nhất.
Băm đối với một cặp nguồn – đích: phương pháp này sử
dụng một hàm băm, chẳng hạn như CRC-16. Nó được áp
dụng đối với địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong gói tin.
- Không gian băm được phân chia đều giữa các đường sẵn
sàng bằng việc thiết lập các ngưỡng hay thực hiện một
thuật toán modun. Như vậy, lưu lượng giữa cặp nguồn và
đích luôn ở trong cùng một đường. Phương pháp này có
thể áp dụng cho các WAN tốc độ cao.
Hình 2.7 Hiện tượng trên mạng khi không có cân bằng tải
Kĩ thuật lưu lượng MPLS phức tạp hơn ECMP ở ít nhất hai
khía cạnh. Thứ nhất, MPLS cung cấp lựa chọn đường tối ưu. Về
mặt toàn cục, ECMP chỉ cố gắng chia đều tài trên các đường đồng
chi phí mà không cố gắng ấn định các dòng một cách tối ưu cho đa
đường cũng như không có hiểu biết về độ sẵn sàng và các điều
kiện tải động của đa đường. Kĩ thuật lưu lượng MPLS, thông qua
cơ chế tràn lụt LSA mờ OSPF, xây dựng và duy trì một cơ sở dữ
liệu kĩ thuật lưu lượng. Cơ sở dữ liệu này chứa thông tin kĩ thuật
lưu lượng liên quan tới mỗi tuyến nối về băng thông tổng, băng
thông sẵn sàng, băng thông đã đặt trước và băng thông có thể đặt
trước. Dựa trên cơ sở dữ liệu kĩ thuật lưu lượng, kĩ thuật lưu lượng
MPLS có khả năng thực hiện ấn định dòng tối ưu trong một môi
trường mạng động. Rõ ràng là một phân chia tải đồng đều cho đa
đường chưa hẳn luôn luôn là tối ưu. Ví dụ như, một phần của một
- đường đồng chi phí bị quá tải trầm trọng trong khi các đường khác
chỉ quá tải nhẹ hoặc thậm chí là rỗi. Một cơ chế cân bằng tải tối ưu
nên gán các dòng lưu lượng cho các đường theo tỉ lệ ngược với lưu
lượng đã được sử dụng trong đường đó. IETF OSPF-OMP (đa
đường tối ưu) đã khuyến nghị triển khai các LSA mờ
LSA_OMP_LINK_LOAD và LSA_OMP_PATH_LOAD. LSA
mờ LSA_OMP_LINK_LOAD bao gồm các thông tin sau:
Tải tuyến trong mỗi hướng được đo bằng một phần của
dung lượng tuyến.
Tốc độ mất gói tin phụ thuộc vào tràn dòng hàng đợi
trong mỗi hướng.
Dung lượng tuyến được thể hiện dưới dạng kB/s.
LSA mờ LSA_OMP_PATH_LOAD bao gồm các thông tin
sau:
Tải lớn nhất trong một hướng từ nguồn tới đích được
biểu diễn như là một phần của dung lượng tuyến. Cần
chú ý rằng tuyến có tải cao nhất chưa chắc đã là tuyến có
dung lượng sẵn sàng thấp nhất.
Tổng gói tin bị mất trong mỗi hướng từ nguồn tới đích
phụ thuộc tràn dòng hàng đợi. Nó có thể tính theo công
thức sau:
L path 1 1 Llink
links
trong đó Lpath là tốc độ mất gói cho đường và Llink là tốc độ
mất gói cho mỗi tuyến trên đường.
- Dung lượng tuyến nhỏ nhất trên đường trong mỗi hướng
từ nguồn tới đích.
Để điều chỉnh tải đường cân bằng một cách chính xác, OSPF-
OMP cũng định nghĩa tải tương đương và phần được tải quan
trọng. Tải tương đương xuất phát từ việc sử dụng tải phân mảnh
thực tế được ghép kênh bởi một thông số ước lượng dựa trên mức
độ tổn thất nhất định theo đó TCP được hi vọng là giảm xuống để
tránh tắc nghẽn. Đối với mọi tập đa đường, phần của đường có tải
tương đương cao nhất được coi là phần tải quan trọng. Hơn nữa,
mỗi đường trong một cấu trúc hop kế tiếp nắm giữ ba biến sau:
chia sẻ lưu lượng, số gia bước và đếm bước. Cơ chế OSPF-OMP
điều chỉnh tải của mỗi đường theo cách sau:
Số gia bước của đường sẽ không đổi nếu đường chứa
phần tải quan trọng
Nếu đường không chứa phần tải quan trọng nhưng phần
tải quan trọng đã thay đổi thì đường đó sẽ chứa các phần
tải quan trọng trước đó. Đường đó sẽ được điều chỉnh
như sau:
Số gia bước được thiết lập giá trị thấp nhất trong số
các đường chứa phần tải quan trọng.
Thiết lập số gia bước bằng một nửa giá trị ban đầu.
Nếu đường đó không chứa phần tải quan trọng và
đường đó không chứa phần tải quan trọng trước đó
cũng như phần tải quan trọng chưa thay đổi thì số gia
bước sẽ được tăng.
- Hình 2.8 miêu tả một ví dụ cân bằng tải sử dụng OSPF-OMP,
trong đó tại bộ định tuyến d, lưu lượng đến bộ định tuyến các được
chia ra hai đường sẵn sàng. Bằng cách áp dụng một hàm băm đối
với cặp nguồn và đích tại bộ định tuyến d, lưu lượng từ a tới c
được chuyển tiếp trên một đường trong khi lưu lượng từ b tới c
được gán cho một đường khác.
Hình 2.8 OSPF-OMP
So với ECMP, kĩ thuật lưu lượng MPLS cung cấp khả năng
định tuyến đường hiện. Kết quả là, kĩ thuật lưu lượng MPLS có
khả năng tính toán và thiết lập các LSP. Chúng có thể thay đổi
hoàn toàn tính chất của chuyển tiếp liền kề. Trong trường hợp các
mạng chưa tận dụng hết tài nguyên thì các quyết định định tuyến
sẽ được quyết định chủ yếu bởi việc giảm thiểu trễ. Trong các
mạng tận dụng hết tài nguyên thì các quyết định định tuyến phải
xem xét tới các tuyến nối dung lượng nhỏ và các tuyến nối chịu tải
trọng lớn. Nhờ có cân bằng tải sự tận dụng mạng sẽ được tối ưu.
Tuy nhiên, khi sự tận dụng phát triển hơn, việc cân bằng tải bằng
cách điều chỉnh chi phí tuyến nối sẽ không còn phù hợp nữa vì khi
đó mạng đã đạt hoặc gần đạt dung lượng tối đa của nó. MPLS-
OMP sử dụng cùng một cơ chế cân bằng tải như trong OSPF-LMP.
Sự khác biệt giữa hai cơ chế này nằm ở khả năng của MPLS trong
- việc thiết lập/loại bỏ LSP. Bằng cách tăng các kênh để đáp ứng sự
phát triển lưu lượng, kĩ thuật lưu lượng MPLS hi vọng sẽ tránh
được các điểm nóng hay nghẽn để cực đại hoá sự tận dụng hay
thông lượng mạng. Từ quan điểm lối vào, mỗi khi một LSP được
thiết lập, LSP đó tiếp cận được lối ra trở thành một láng giềng ảo
và tình trạng tải của nó được thiết lập một cách tương ứng. Nếu có
đa đường giữa hai node đó (lối vào và lối ra), tải được chia ra các
đường đó. Như thế các đường chưa được tận dụng có thể bị xoá
khỏi chuyển tiếp liền kề.
Hình 2.9 MPLS-OMP
Hình 2.9 miêu tả một ví dụ của cân bằng tải sử dụng MPLS-
OMP, trong đó bộ định tuyến d là một bộ định tuyến lối vào MPLS
và khởi tạo một LSP từ bộ định tuyến d tới bộ định tuyến c. Một
khi LSP đó được thiết lập, chuyển tiếp liền kề (nghĩa là cấu trúc
hop kế tiếp) sẽ được cập nhật tại bộ định tuyến d sao cho bộ định
tuyến c trở thành bộ định tuyến ảo liền kề với nó. Bằng cách thu
thập tải đường LSP, LSP này được cấu hình để không chỉ mang
lưu lượng xuất phát từ node b. Theo cách này, lưu lượng được
- phân bố dựa trên độ sẵn sàng và dung lượng của tài nguyên. Chú ý
rằng ví dụ này không có ý định chỉ ra sự nhất thiết bổ sung một
LSP. Nó chỉ thể hiện ấn định dòng theo phương pháp MPLS-OMP.
Giám sát mạng
Kĩ thuật lưu lượng MPLS cũng có thể được sử dụng để giám sát
mạng bằng cách sử dụng lập kế hoạch mạng dài hạn hoặc tương
đối ngắn hạn. Thông qua thiết lập/huỷ bỏ LSP động, kĩ thuật lưu
lượng MPLS có thể hỗ trợ rất nhiều loại ứng dụng khác nhau từ
VPN tĩnh và VPN động tới LAN ảo. Các LSP ảo có thể được cài
đặt hoặc loại bỏ dựa trên sự phân bố lưu lượng đo được. Hai nhiệm
vụ của kĩ thuật lưu lượng MPLS (cho việc giám sát mạng) là thiết
kế LSP và ấn định dòng. Thiết kế LSP xác định đường định tuyến
và khoảng thời gian sống của LSP đó, trong khi ấn định dòng sẽ
ánh xạ các dòng trong mạng lên các tài nguyên có sẵn bao gồm cả
các LSP. Cả hai nhiệm vụ đều có các vấn đề về tối ưu hoá toán học
cổ điển. Thiết kế LSP có thể coi như một bài toán tìm đường tối
ưu. Dựa trên ma trận và mục tiêu tối ưu hoá, các bài toán tìm
đường tối ưu có thể phân loại thành bài toán tìm đường ngắn nhất,
bài toán tìm đường dung lượng tối đa, bài toán tìm đường phân
mảnh, hay bài toán tìm đường nhanh nhất. Ấn định dòng có thể coi
là bài toán trong đó mỗi dòng lưu lượng có một nhu cầu nhất định
và một cặp nguồn đích tương ứng. Đối với lược đồ đơn hướng G,
một node đặc biệt s, được gọi là nguồn và một node t được gọi là
đích, bài toán này có thể được biểu diễn như là một chương trình
tuyến tính có dạng như sau:
- Fk , i s k
f k
i, j Fk , i t k
j 0, i s , t
k k
0 f i ,kj u ik, j ,0 f i ,kj u i , j , (i, j ) A
Trong biểu thức này, k biểu diễn kết quả, f i ,kj thể hiện k dòng
trên tuyến (i,j) và ui,j và uik, j là các số dương biểu diễn dung lượng
tổng của tuyến (i,j) và dung lượng tổng của kết quả k và Fk biểu
diễn dòng tổng qua mạng cho kết quả k. Mục tiêu của bài toán đa
kết quả là tối ưu hoá f k .
k
Vì đây là một bài toán tuyến tính (hàm kết quả và các hằng số
là các hàm tuyến tính của các biến) nên nó có thể được giải nhờ sử
dụng các phương pháp LP. Khó khăn ở đây chính là làm thế nào để
tương tác hai nhiệm vụ này với nhau. Ví dụ như khi nào thì khởi
động một thiết lập LSP? Xu hướng tối ưu hoá toàn cục cố gắng
tích hợp thiết kế LSP và ấn định dòng nhưng lại gặp phải khó khăn
vì độ phức tạp rất lớn. Xu hướng tối ưu hoá cục bộ chia các nhiệm
vụ thành các giai đoạn khác nhau. Trong mỗi giai đoạn, phương
pháp tối ưu hoá có thể được triển khai một cách độc lập nhau.
nguon tai.lieu . vn