Luận án thạc sỹ: Cơ chế khắc phục lỗi kênh khi kết nối Multicast trong mạng MPLS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG ------------------------------------------------- NGUYỄN VIỆT CƯỜNG CƠ CHẾ KHẮC PHỤC LỖI KÊNH KHI KẾT NỐI MULTICAST TRONG MẠNG MPLS Chuyên ngành:...................... Mã số:................................... LUẬN ÁN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN KIM LAN Hà nội 07-2003 --ii-- TÓM TẮT Lỗi kênh là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra hiện tượng gián đoạn dịch vụ trong mạng viễn thông. Khi một kênh trong mạng bị lỗi thì tất cả các dịch vụ truyền thông sử dụng kênh lỗi đó sẽ bị gián đoạn tạm thời. Phương pháp thường được sử dụng để hạn chế hậu quả của lỗi phần cứng trong mạng là định tuyến lại lưu lượng đang truyền trên kênh lỗi sang kênh khác. Khi được thực hiện tại các lớp thấp thì việc định tuyến lại diễn ra nhanh tuy nhiên nó đòi hỏi phải đầu tư bổ sung phần cứng dự phòng. Việc định tuyến lại cũng có thể được thực hiện tại các lớp cao hơn dựa trên cơ chế điều khiển phần mềm, tuy nhiên giải pháp này chậm. Hơn nữa hầu hết các cơ chế định tuyến lại không được tối ưu cho các ứng dụng kết nối Multicast chẳng hạn như hội nghị từ xa trong đó một phía gửi phải gửi thông tin cho nhiều phía nhận. Internet là mạng chuyển mạch gói Datagram trong đó dữ liệu được tải trong các gói tin IP. Gần đây chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được đưa vào sử dụng để tải các gói IP trên các kênh ảo, MPLS đã kết hợp được các ưu điểm của chuyển mạch gói Datagram và chuyển mạch kênh ảo. Trong luận văn này, chúng tôi đi vào nghiên cứu giải pháp bảo vệ các kết nối Multicast trong mạng MPLS khi xảy ra hiện tượng lỗi kênh. Luận văn cũng đưa ra thuật toán lựa chọn kênh dự phòng trong một cây định tuyến Multicast đang tải lưu lượng Multicast. Tuyến dự phòng phải chọn sao cho số lượng nút nhận bị tách rời khỏi một kết nối Multicast là nhỏ nhất khi một kênh trong cây bị lỗi. Luận văn cũng đưa ra thuật toán định tuyến lại nhanh đối với kết nối Multicast trong mạng MPLS, đây là một cơ chế mạng MPLS sử dụng để định tuyến lại luồng lưu lượng sang tuyến dự phòng khi có lỗi một kênh trong kết nối Multicast. --iii-- MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ ................................................................................................................................V DANH SÁCH BẢNG...................................................................................................................................VII TỪ VIẾT TẮT ............................................................................................................................................VIII CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU.....................................................................................................................1 I.1. Các công nghệ chuyển mạch............................................................................................................2 I.1.1. Chuyển mạch kênh...................................................................................................................2 I.1.2. Chuyển mạch gói Datagram....................................................................................................4 I.1.3. Chuyển mạch gói kênh ảo........................................................................................................5 I.1.4. MPLS .......................................................................................................................................8 I.2. Multicast..........................................................................................................................................13 I.2.1. Cấu trúc cây định tuyến Multicast.........................................................................................14 I.2.2. Multicast trong mạng IP........................................................................................................16 I.2.3. Multicast trên nền ATM.........................................................................................................18 I.2.4. Multicast trên nền MPLS .......................................................................................................19 I.3. Đóng góp của luận văn...................................................................................................................20 CHƯƠNG II. TÍNH “ĐÀN HồI” VÀ BẢO VỆ TRONG MẠNG.......................................................23 II.1. Tổng quan về định tuyến lại.....................................................................................................24 II.2. Bảo vệ tại lớp MAC và lớp vật lý - vòng Ring tự hồi phục....................................................26 II.3. Bảo vệ tại lớp mạng...................................................................................................................29 II.4. Định tuyến lại nhanh kết nối Unicast trong mạng MPLS......................................................30 II.5. Hồi phục khi lỗi kết nối Multicast............................................................................................32 CHƯƠNG III. THUẬT TOÁN SỬA LỖI CÂY ĐỊNH TUYẾN MULTICAST...................................35 III.1. Mô hình hoá vấn đề...................................................................................................................36 III.2. Cực đại độ “đàn hồi” của cây với một đường dự phòng........................................................44 III.2.1. III.2.2. Thuật toán chính...............................................................................................................44 Phiên bản mở rộng............................................................................................................48 III.3. Tính toán các đại lượng............................................................................................................51 CHƯƠNG IV. ĐỊINH TUYẾN LẠI NHANH MPLS MULTICAST....................................................54 IV.1. Tổng quan..................................................................................................................................54 IV.2. Phát hiện lỗi kênh và hồi phục.................................................................................................58 --iv-- IV.3. Thông báo lỗi và hồi phục.........................................................................................................62 IV.4. Switchover và Switchback..........................................................................................................64 CHƯƠNG V. TRIỂN KHAI ĐỊNH TUYẾN MULTICAST TRONG MPLS.....................................69 V.1. Multicast MPLS-Linux..............................................................................................................69 V.1.1. Triển khai MPLS-Linux Unicast............................................................................................69 V.1.2. Triển khai MPLS-Linux Multicast..........................................................................................74 V.1.3. Giao diện lập trình ứng dụng (API) quản lý FIB...................................................................77 V.2. Giao thức MulTreeLDP............................................................................................................79 V.2.1. Định tuyến hiện Multicast......................................................................................................81 V.2.2. Phát hiện kênh lỗi và kênh phục hồi ......................................................................................87 V.2.3. Thông báo kênh lỗi và kênh hồi phục.....................................................................................87 V.2.4. Switchover và switchback ......................................................................................................90 CHƯƠNG VI. CHƯƠNG VII. THỬ NGHIỆM ...............................................................................................................92 KẾT LUẬN......................................................................................................................93 VII.1. Các đóng góp của luận văn.......................................................................................................94 VII.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai..................................................................................95 --v-- DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình I-1. Đặc điểm chuyển mạch kênh..............................................................................................................2 Hình I-2. Đặc điểm chuyển mạch gói Datagram...............................................................................................5 Hình I-3. Đặc điểm chuyển mạch gói kênh ảo...................................................................................................6 Hình I-4. Vị trí của ngăn xếp mào đầu MPLS...................................................................................................8 Hình I-5. Chuyển tiếp các gói tin MPLS ...........................................................................................................9 Hình I-6. Xếp chồng các miền MPLS..............................................................................................................11 Hình I-7. Các chế độ phân phối nhãn trên Downstream..................................................................................12 Hình I-8. Thực hiện kết nối Multicast thông qua các kết nối Unicast.............................................................13 Hình I-9. Cây đường ngắn nhất. ......................................................................................................................15 Hình I-10. Cây nút cơ sở..................................................................................................................................16 Hình I-11. Đường dự phòng định trước trong cây định tuyến Multicast.........................................................16 Hình I-12. Cây định tuyến MPLS Multicast....................................................................................................22 Hình II-1. Khái niệm định tuyến lại.................................................................................................................25 Hình II-2. Vòng Ring chuyển mạch một hướng (UPSR).................................................................................27 Hình II-3. Vòng Ring chuyển mạch hai hướng (BLSR)..................................................................................28 Hình II-4. Chuyển mạch bảo vệ thông minh trong RPR..................................................................................29 Hình II-5. Cơ chế định tuyến lại nhanh MPLS Unicast...................................................................................32 Hình III-1. Mạng và mô hình nhóm Multicast.................................................................................................35 Hình III-2. Trọng số tốc độ lỗi kênh................................................................................................................38 Hình III-3. Bảo vệ cây định tuyến bằng một đường dự phòng khi lỗi một kênh.............................................41 Hình III-4 Giá trị w, tdrop và adrop của các kênh của một cây.......................................................................42 Hình III-5. Chứng minh thuật toán..................................................................................................................47 Hình III-6. Sự thay đổi cấu trúc cây khi một nút “lá” rời bỏ hoặc gia nhập nhóm.........................................48 Hình III-7. Tính đại lượng Rd(A;B)..................................................................................................................52 Hình IV-1. Ví dụ đường chuyển mạch nhãn (LSP) Multicast. ........................................................................56 Hình IV-2. Định tuyến lại nhanh MPLS Multicast..........................................................................................57 Hình IV-3. Cơ chế phát hiện lỗi kênh..............................................................................................................60 Hình IV-4. Hám mật độ xác suất của thời gian phát hiện kênh lỗi..................................................................60 ... - tailieumienphi.vn