ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ
PHẦN MỀM “KĨ THUẬT LƯU LƯƠNG
IP/WDM”

CHƯƠNG II KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM

2.6.3 Khởi tạo tái cấu hình
Như được chỉ ra trong hình 2.6 thì tái cấu hình có thể được khởi tạo bởi nhiều
yếu tố khác nhau, ví dụ như:
 Kĩ thuật lưu lượng
 Lỗi
 Bảo vệ/tái lập
 Bảo trì mạng
Bộ khởi tạo lỗi bao gồm khối phát hiện lỗi, khối phân tích nguyên nhân và
khối quản lí lỗi. Mỗi khi một lỗi bị phát hiện và nguyên nhân gây ra nó được xác
định, khối quản lí lỗi sẽ quyết định việc cần làm. Phần mạng bị lỗi có thể bị cách ly
và các kết nối bị ảnh hưởng sẽ được định tuyến lại. Bộ khởi tạo bảo vệ/tái lập có
thể được sử dụng để hỗ trợ tái cấu hình động. Mỗi khi đường đi chính bị hỏng,
thuật toán tái lập sẽ tính toán (hoặc tính toán trước) một đường dự phòng. Khối kết
hợp có nhiệm vụ chuyển mạch đường từ đường chính sang đường dự phòng. Các
cơ chế tái cấu hình cung cấp các tiện ích cho việc thiết lập và huỷ bỏ đường, nghĩa
là một giao thức báo hiệu. Giao thức báo hiệu phân tán đóng một vai trò quan trọng
trong bảo vệ/tái lập. Khối bảo trì mạng liên quan tới việc lập thời gian biểu cho các
hoạt động vận hành và thay thế và có thể thực hiện dễ dàng hơn nhờ sử dụng tái
cấu hình.

Hình 2.6 Tái cấu hình trong mạng IP/WDM
Có ba thành phần chính trong cơ chế tái cấu hình: thiết kế mô hình, dịch
chuyển mô hình và tái cấu hình đường đi ngắn nhất. Bộ phận tái cấu hình đường đi
ngắn nhất lại bao gồm ba khối nhỏ là quản lí giao diện, thuật toán định tuyến
đường đi ngắn nhất và giao thức báo hiệu. Khối cơ chế tái cấu hình sẽ được khởi

trong khi các tải tuyến nối là có sẵn nhưng nó lại không chứa đủ thông tin để ước
lượng một ma trận chấp nhận được.
Giám sát lưu lượng bao gồm các nguyên tắc sau:
 Sử dụng các ma trận tiêu chuẩn
 Đánh giá các đặc tính đơn hướng
 Sử dụng các thiết bị chuyên dụng cho các phép đo chính xác cao
 Đo liên tục
 Cung cấp dữ liệu hiệu năng dài hạn
 Cung cấp truy nhập thời gian thực tới dữ liệu hiệu năng
 Cung cấp các phép đo từ đầu cuối tới đầu cuối
 Các phương pháp và công cụ giám sát lưu lượng
Khả năng giám sát lưu lượng có thể được triển khai tại mức gói hoặc mức
mạng. Dưới đây là một số các công cụ phần mềm đã có trên thị trường cho phép
giám sát lưu lượng.
Giám sát mức gói tin: phương pháp này đòi hòi phải giám sát tất cả các gói
tin, ví dụ như là tại nguồn gói tin. Đặc biệt, mào đầu gói tin có thể được kiểm tra
và các thông tin liên quan có thể được trích ra từ mào đầu. Hai công cụ phần mềm
phổ biến cho việc giám sát ở mức gói tin là:
 ‘tcpdump’
Công cụ này sẽ in ra tất cả các mào đầu của các gói tin trong giao diện
mạng thoả mãn biểu thức boolean. Nó cũng có thể chạy trong chế độ cờ
‘w’, khi đó nó sẽ lưu dữ liệu gói tin vào một tập tin để có thể phân tích sau
này và/hoặc chạy với cờ ‘b’, khi đó nó sẽ đọc nội dung từ một tập tin đã
được lưu thay vì đọc các gói tin trong giao diện mạng. Trong tất cả các
trường hợp, chỉ có các gói tin thoả mãn biểu thức mới được xử lí.
‘tcpdump’ cũng có cờ ‘c’. Nếu không có cờ này, nó sẽ tiếp tục bắt giữ các
gói tin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT hoặc SIGTERM. Khi có
cờ ‘c’, nó sẽ bắt giữ các gói tin cho tới khi nó bị ngắt bởi tín hiệu SIGINT
hoặc SIGTERM hoặc một số lượng gói tin nhất định đã được xử lí. Cuối
cùng, nó sẽ báo cáo số lượng gói tin đã qua bộ đệm và số lượng các gói tin

có thể thu thập các kết quả đo tích cực nhờ các bản tin ICMP (tiếng
vọng yêu cầu/phản hồi). Các công cụ này gồm có ba phần:
 Khối giám sát vị trí: Khối này được cài đặt và cấu hình ở tại vị trí
cần giám sát. Dữ liệu Ping thu thập được sẽ luôn sẵn sàng cho các
máy chủ nhờ HTTP. Cũng có các công cụ PingER có khả năng
giám sát vị trí mà cung cấp các phân tích trong thời gian gần và báo
cáo các dữ liệu mà nó có trong các bộ nhớ cache cục bộ.
 Khối giám sát vị trí ở xa: Khối này được cài đặt tại máy chủ ở xa
thụ động. Nó gắn với ít nhất một vị trí giám sát cụ thể.
 Khối nhận và phân tích vị trí: Khối này có thể được đặt ở một vị trí
duy nhất hoặc thậm chí một máy chủ dành riêng hoặc cũng có thể
được đặt tách riêng nhau. Vị trí lưu trữ sẽ thu thập thông tin nhờ sử
dụng HTTP từ các vị trí giám sát theo chu kì thời gian nhất định.
Nó cung cấp các dữ liệu thu thập được cho các vị trí phân tích, và
sau đó cung cấp các bản báo cáo đang có thông qua Web.
 Dò đường: công cụ này in ra tất cả các hop trung gian giữa một cặp
node nguồn và node đích và đo thời gian hành trình giữa node
nguồn đó và mỗi hop. Dò đường sử dụng trường IPv4 TTL hoặc
trường IPv6 hop limit và hai bản tin ICMP (nghĩa là ‘thời gian trội
khi truyền dẫn’ và ‘cổng không thể tiếp cận’). Nó bắt đầu gửi một
bản tin UDP tới đích với một TTL (hay là hop limit) bằng 1. Điều
này sẽ bắt bộ định tuyến ở hop đầu tiên sẽ trả lại một ICMP có ‘thời
gian trội trong truyền dẫn’ mang giá trị lỗi. Nó tiếp tục gửi một bản
tin UDP tới node đích nhưng có giá trị TTL tăng dần 1 đơn vị. Cuối
cùng, node đích sẽ nhận được bản tin UDP thăm dò và trả lại một
ICMP ‘cổng không tiếp cận được’ khi bản tin UDP đó được đánh
địa chỉ tới một cổng không sử dụng. Trong thiết lập mặc định, nó sẽ
gửi ba bản tin UDP thăm dò cho mỗt thiết lập TTL. Do đó thời gian
hành trình cho mỗi hop có thể được ước lượng bằng trung bình
cộng của ba khoảng thời gian được đo đó.

là luôn luôn đối xứng.
 Các điểm cuối dòng: Điểm mấu chốt cho các chỉ định dòng là các điểm
cuối của dòng. Chúng mô tả các thực thể truyền thông. Các dòng có thể
được coi là lưu lượng giữa:
 Các ứng dụng: được nhận dạng bởi <ID giao thức, cổng nguồn, địa
chỉ IP nguồn, cổng đích, địa chỉ IP đích>.
 Các máy chủ: được nhận dạng bởi <địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP
đích>.
 Các mạng: được nhận dạng bởi <tiền IP nguồn, tiền IP đích>.
 Lưu lượng chia sẻ một đường chung trên mạng: được nhận dạng bởi
<giao diện bộ định tuyến lối vào, giao diện bộ định tuyến lối ra>.
 Tính phân mảnh dòng: Mỗi dòng gắn với một độ phân mảnh mà cơ sở
của nó là kích thước của dòng.
Tính phân mảnh mẫu hoá giám sát lưu lượng.
Sự hiệu quả của giám sát lưu lượng liên quan tới tính phân mảnh giám sát lưu
lượng. Đặc tính này có thể được chỉ định trong thuật ngữ tính phân mảnh mẫu hoá
và tính phân mảnh đo đạc. Khi giám sát một mạng, tồn tại một sự thoả hiệp giữa độ
chính xác của việc giám sát và phần mào đầu được giới thiệu.
Có hai xu hướng giám sát lưu lượng trong một mạng. Việc giám sát có thể
chính là một phần trong các chức năng của phần tử mạng được giám sát, hoặc việc
giám sát được thực hiện bởi một thiết bị dành riêng. Dù trong trường hợp nào thì
công suất xử lí cho phép cũng có thể không đủ để thực hiện toàn bộ nhiệm vụ giám
sát. Thay vào đó, việc giám sát phải được thực hiện theo một phương thức mẫu
hoá. Nếu điều này xảy ra, người ta có thể cần các luật để điều khiển việc mẫu hoá
chẳng hạn như: “Độ lớn lưu lượng cơ sở có thể được ước lượng từ các mẫu thu
thập được tại một tốc độ nhỏ„
Trong khi một số thiết bị đo hoặc phần cứng chuyển mạch/định tuyến đầu
cuối tốc độ cao có khả năng liên tục giám sát các dòng lưu lượng thì các ứng dụng
chẳng hạn như lập kế hoạch dung lượng, lại không cần mức độ chi tiết như thế.
Trong miền NSFNET, viện truyền thông ANS đã thực hiện các thực nghiệm trong

Tính phân mảnh đo và ma trận lưu lượng
Cùng với tính phân mảnh mẫu hoá, còn có vấn đề về tính phân mảnh đo. Mục
đích của giám sát là một ma trận lưu lượng mạng mà nhờ đó có thể dự đoán được
nhu cầu lưu lượng cho tương lai gần. Một dòng IP dành cho mục đích tái cấu hình
mức mạng bao gồm dòng lưu lượng đến một bộ định tuyến biên được định tuyến
tới một bộ định tuyến biên khác. Dòng có đặc trưng là vết thời gian của các
byte/giây đến dòng đó. Các cơ chế để nhận được vết thời gian của một dòng lưu
lượng sẽ được trình bày ở phần dưới đây. Vết thời gian của dòng lưu lượng có thể
bao gồm tốc độ byte trung bình trong dòng lưu lượng trên một khoảng thời gian
cho trước.
Thông số đo chính cần quan tâm cho tái cấu hình mức mạng là ma trận độ lớn
lưu lượng giữa các bộ định tuyến biên trong mạng IP/WDM. Như vậy việc cần làm
là xác định V
T
P
(i,j). Nó biểu diễn độ lớn lưu lượng loại P đang di chuyển từ bộ
định tuyến biên i tới bộ định tuyến biên j trong một khoảng thời gian trung bình T.
Do vậy, các phép đo này cung cấp một vết thời gian của độ lớn lưu lượng giữa một
cặp bộ định tuyến biên cho mỗi kiểu lưu lượng. T là thông số phân mảnh đo. Nó
biểu diễn sự phân tích thời gian của các vết lưu lượng. Cho trước V
T
P
(i,j), mô hình
mạng IP, và thuật toán định tuyến được sử dụng, độ lớn lưu lượng yêu cầu cho mỗi
tuyến nối IP trong một khoảng thời gian có thể hoàn toàn được xác định.
Chẳng hạn như, dòng lưu lượng có thể được biểu diễn bởi một vết thời gian
bao gồm trung bình trong 5 phút số byte/giây quan sát được trên dòng. Phân mảnh
thời gian trung bình (thông số T) chính là khoảng thời gian phép tính trung bình
xảy ra. Trung bình mịn (trong khoảng thời gian cỡ giây) là tốt hơn nhưng do phải
thoả hiệp với khả năng đo và mào đầu (thời gian xử lí bộ định tuyến và không gian

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

R
Ỗ
I

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.

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

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:











kk
kk
kk
j
k
ji
tsi
tiF
siF

,
là các số dương biểu diễn dung lượng tổng của tuyến (i,j) và dung
lượng tổng của kết quả k và F
k
biểu diễn dòng tổng qua mạng cho kết quả k. Mục
tiêu của bài toán đa kết quả là tối ưu hoá

k
k
f
.
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.