07 Dinh tuyen mang quang
Các giao thức định tuyến
(2)
Mạng thông 8n quang
•
Mạng cáp quang
–
Fiber op8cs
–
Các nút mạng là các chuyển mạch
–
Các nút được kết nối bằng cáp quang.
–
Sử dụng các sóng ánh sáng để truyền On hiệu giữa các nút thông
qua sợi quang
–
Tốc độ 10‐100 Gbps
•
Mạng quang không dây
–
Free space op8cs
–
Sử dụng các bước sóng xung quanh dải ánh sáng nhìn thấy
được, hồng ngoại, …
–
Chủ yếu sử dụng trong các kết nối point‐to‐point
–
Tốc độ 1 Gbps
(3)
Mạng thông 8n quang
Sử dụng ánh sáng để truyền On hiệu trên đường
truyền
Dùng cáp quang để dẫn ánh sáng
Ưu điểm
Băng thông rộng
Truyền được xa với độ suy hao thấp
Nhược điểm
Xử lý phức tạp vì chưa có bộ nhớ quang học (bộ nhớ hiện
tại lưu On hiệu ở dạng điện)
Đôi khi phải chuyển On hiệu sang dạng điện để xử lý, sau
đó chuyển On hiệu ngược lại dạng quang
(4)
Local Network Local Traffic Blocking Filter Optical Router/ switch Freq. Convert User User User User User User User User Optical Am p User Local Network Local Traffic Blocking Filter Optical Router/ switch Freq. Convert User User User User User User User User Optical Am p User
(5)
Mạng thông 8n quang
•
Cáp quang được khai thác dưới 2 chế độ
Mul8‐mode (cũ)
Truyền nhiều 8a sáng trên 1 sợi quang
Lõi lớn, nguồn sáng rẻ
Nhiễu giữa các chế độ truyền
Sinh lại On hiệu sau mỗi 10km
Tốc độ 32‐140 Mbps
Single‐mode (mới)
Truyền một 8a sáng trên 1 sợi quang
Lõi nhỏ, nguồn sáng đắt 8ền
Loại bỏ nhiễu
Sinh lại On hiệu sau mỗi 40km
(6)
(7)
Công nghệ dồn kênh trên cáp
TDM: Electronic Time Division Mux Đưa xen kẽ các bit của các luồng tốc
độ thấp vào một luồng tốc độ cao
10 Gbps‐40Gbps SONET/SDH
OTDM: Op8cal Time Division Mux
Cùng nguyên tắc với TDM nhưng thực
hiện xen kẽ bit trong miền quang học
250 Gbps
Đang trong thí nghiệm
WDM: Wavelength Division Mux Truyền nhiều bước sóng trên một
cable
Simple WDM: Ít bước sóng với mật độ
thưa
Dense WDM (DWDM) nhiều bước
sóng với mật độ dầy
Sử dụng rộng rãi trong mạng trục, đi
cáp dưới biển và dần đưa vào trong mang đô thị
(8)
Mạng cáp quang thế hệ 1
Tín hiệu sử dụng trên đường truyền là On hiệu quang học
Tỉ lệ lỗi thấp
Dung lượng lớn
Chuyển mạch và các chức năng mạng thông minh được
xử lý trên
miền &n hiệu điện
Tín hiệu được chuyển sang dạng điện trước khi được xử lý
Sử dụng chuyển mạch điện có bộ chuyển đổi OEO
Thường dùng công nghệ dồn kênh TDM trên đường
truyền
Sử dụng rộng rãi trong các mạng viễn thông cũ
(9)
Mạng cáp quang thế hệ 2
Định tuyến, chuyển mạch và các chức năng mạng
thông minh được thực hiện trong
miền &n hiệu
quang
Thường dùng công nghệ dồn kênh WDM trên mỗi sợi
quang
Để tránh việc dùng các thiết bị chuyển đổi OEO, On
hiệu thường được duy trì ở một bước sóng từ đầu
đến cuối
cần có một bước sóng rỗi dọc theo đường truyền
điều
kiện liên tục về bước sóng
Đã được đưa vào sử dụng và thường được gọi là
(10)
(11)
Thiết bị chuyển đổi bước sóng
Chuyển dữ liệu từ một bước sóng đầu vào thành một bước
sóng đầu ra
Giải phóng ràng buộc liên tục về bước sóng
Tăng khả năng tận dụng các bước sóng rỗi
Chuyển đổi Optoelectronic
Chuyển On hiệu sang dạng điện
Sinh lại On hiệu và truyền trên một bước sóng khác
1R: khuyếch đại, không điều chế lại
2R: khuyếch đại, khôi phục lại dạng xung On hiệu
3R: khuyếch đại, khôi phục lại dạng xung và độ rộng xung
Thường dùng hiện nay
Chuyển đổi trong miền quang
Op8cal ga8ng, interferometric, wave mixing
(12)
Công nghệ chuyển mạch
Chuyển mạch kênh
–
Thông thường các mạng cáp quang dùng
công nghệ chuyển mạch kênh
–
Định tuyến cần được xác định trước cho từng
–
Sử dụng trong SONET/SDH, WDM
Chuyển mạch gói → OPS
(13)
Mạng WDM
WACA1
CA2
UT
CO
TX
NE IL
MI
NY
NJ PA
MD
(14)
Mạng WDM
Lightpath:
Một kết nối bằng 1 bước sóng
giữa 2 điểm
Lightpath có thể trải dài qua
nhiều cáp nhờ các OADM
Lightpath Topology
Xác định các lightpath của tầng
WDM để thỏa mãn ma trận thông lượng
Topo vật lý
Topo của các cáp
(15)
Định tuyến –nh trong mạng quang
Cho trước topo vật lý của mạng cáp quang
Cho trước ma trận thông lượng yêu cầu (giữa các chuyển
mạch)
Yêu cầu
Tìm các lightpath cần thiết lập để tải ma trận thông lượng, chưa
quan tâm đến đường đi cụ thể của các lightpath
Lightpath Topology Design (LTD)
Xác định đường đi của các lightpath này trên các cáp quang đã có
và xác định bước sóng cho chúng
Rou8ng and Wavelength Assignement (RWA)
Tài nguyên được phân phối đồng thời cho tất cả các
(16)
Ví dụ: Mạng
CA1
NY WA
CA2
UT
CO
TX
NE IL
MI
NJ PA
MD
(17)
(18)
Định tuyến động cho mạng cáp quang
Phát biểu bài toán
Cho trước một mạng đang có tải
Có thêm 1 yêu cầu kết nối mới từ s d với băng thông w
Định tuyến cho yêu cầu kết nối này
Ràng buộc
Không thay đổi các kết nối đang tồn tại trong mạng
Có nhiều 8êu chí định tuyến khác nhau
Tiết kiệm tài nguyên nhất
Dành nhiều khả năng chấp nhận các yêu cầu khác trong tương lai nhất
…
Định tuyến động khó phân bố tài nguyên toàn cục một cách
tối ưu như định tuyến –nh
Cũng được chia thành các bước định tuyến và gán bước sóng
(19)
Rou8ng and Wavelength Assignment
Cho trước các lightpath và topo các cáp, vị trí các chuyển
mạch quang
Yêu cầu
Xác định đường đi các lightpath trên topo các cáp Rou8ng
Gán bước sóng cho từng lightpath Wavelength Assignment
Mục 8êu
Có thể có mục 8êu khác nhau tùy bài toán. VD:Dùng ít bước sóng nhất
Ràng buộc
Hai lightpath không thể cùng dùng 1 bước sóng trên một sợi quang
Nếu không dùng bộ chuyển đổi bước sóng thì một lightpath phải dùng
cùng một bước sóng dọc theo đường đi của nó.
Dùng hay không các bộ chuyển đổi bước sóng? Số lượng bao
nhiêu?
(20)
RWA
Giải tổng thể bài toán RWA sẽ đem lại kết quả tối ưu,
nhưng đây là bài toán NP‐đầy đủ nên không có giải thuật
chính xác trong thời gian đa thức.
Để giảm độ phức tạp Định tuyến và Gán bước sóng
thường được giải trong 2 bước riêng biệt
Định tuyến: có thể sử dụng các giải thuật cơ bản
Fixed path rou8ng,
Fixed Alternate‐path rou8ng,
adap8ve rou8ng
randomized rou8ng
Gán bước sóng
First Fit and Random Fit,
Least Used,
Most Used,
(21)
Fixed path rou8ng
•
Với mỗi cặp nguồn đích xác định một tuyến
đường cố định
•
Mọi yêu cầu kết nối giữa cặp nguồn đích đều đi
theo tuyến đường trên
•
Tuyến đường được Onh toán trước,
–
có thể sử dụng giải thuật như đường đi ngắn nhất.
•
Hiệu quả không cao
–
Sau một khi định tuyến cho một số yêu cầu, tuyến
đường có thể hết tài nguyên nhưng mọi thông lượng
vẫn giữa 2 điểm đầu, cuối của tuyến đường vẫn đi
theo con đường đã định
(22)
Fixed alterna8ve path rou8ng
•
Một mở rộng của fixed path rou8ng
•
Với mỗi cặp nguồn đích sẽ có một số tuyến
đường được Ÿm sẵn
•
Khi có yêu cầu kết nối giữa 1 cặp nút, mọi
tuyến đường giữa cặp nút đó sẽ được thử
xem có thể có lightpath rỗi trên đó không
•
Nếu có nhiều lightpath rỗi
chọn 1
•
Nếu không
không định tuyến được
(23)
Adap8ve rou8ng
•
Fixed path rou8ng và Fixed alterna8ve path
rou8ng không Onh đến trạng thái mạng vào
thời điểm định tuyến
•
Adap8ve rou8ng Onh đến trạng thái mạng
–
Định tuyến tránh các vùng tắc nghẽn (hết bước
sóng rỗi)
–
Định tuyến tránh những vùng có chất lượng On
hiệu kém
(24)
Gán bước sóng: First Fit
•
Sau khi định tuyến, mỗi kết nối đã có 1 tuyến
đường
lightpath
•
Cần gán cho lightpath này một bước sóng để
hoạt động
•
Lightpath cần dùng 1 bước sóng duy nhất dọc
đường đi của nó
•
First fit:
(25)
Gán bước sóng: Random fit, least
used, most used
•
Random fit:
–
Lấy bước sóng bất kỳ còn rỗi để gán cho lightpath
•
Least used:
–
Lấy bước sóng nào ít được dùng nhất
•
Most used
–
Lấy bước sóng nào hay được dùng nhất
(26)
Bài tập
•
Thử thực hiện định tuyến bằng thuật toán đường đi
ngắn nhất và gán bước sóng băng Least Used
•
Mỗi link có 8 bước sóng.
Thông lượng:
•
WA‐UI:1
•
CA1‐IL:1
•
CA1‐TX:1
•
…
WA CA2 UT CO TXNE IL
MI NJ PA MD GA CA1
(27)
(28)
Dự phòng và khôi phục
Khái ni
ệ
m c
ơ
b
ả
n
Tính sẵn sàng
Các loại lỗi
Dự phòng vs khôi phục
D
ự
phòng dành riêng
(29)
Khái niệm cơ bản
Các sự cố trên mạng làm gián
đoạn hoạt động của mạng
Đứt cáp
Hỏng thiết bị
Thời gian gián đoạn càng nhỏ
càng tốt
Mean Time to Repare: MTR
Tính sẵn sàng của mạng càng cao
càng tốt
Mean Time between Failures:
MTF
Khả năng duy trì dịch vụ khi xảy ra
lỗi Survivability
(30)
Ảnh hưởng của việc gián đoạn
Impact
50
msec
0
200
msec
2
sec
10
sec
5
min
30
min
"Hit" Trigger Change- over of CCS Links FCC Reportable Packet (X.25) Disconnect Call- Dropping Private Line Disconnect May Drop Voiceband CallsAP
S
1st
Range
2nd
Range
3rd
Range
4th
Range
5th
Range
6th
Range
Social/ Business Impacts(31)
Yếu tố thị trường của Survivability
■
Quan hệ với khách hàng
■
Lợi thế cạnh tranh
■
Lợi nhuận
Bất lợi – Phải tăng chi phí để mạng có Onh tự phục
hồi sau lỗi
Ưu điểm – Tạo các dịch vụ cao cấp đem lại lợi
nhuận lớn
Dịch vụ dành cho doanh nghiệp
Dịch vụ cho các tổ chức y tế
Dịch vụ dành cho các tổ chức chính phủ
(32)
Network Survivability
Tính sẵn sàng
99.999% (5 con 9) => dưới 5 phút gián đoạn/năm
Cần có kế hoạch đối phó với lỗi
Thêm tài nguyên thay thế, phát hiện lỗi và tự động định hướng các
luồng dữ liệu vòng qua lỗi
Khôi phục:
Chỉ bổ sung băng thông, thiết bị thay thế khi sự cố đã xảy ra
Tiết kiệm tài nguyên
Chậm thời gian gián đoạn lớn
Dự phòng: fast 8me‐scale:
Chuẩn bị sẵn tài nguyên dự phòng để thay thế tài nguyên chính khi xảy
ra sự cố
Chuyển luồng dữ liệu từ đường truyền bị lỗi sang đường dự phòng khi
có sự cố xảy ra
(33)
Sự cố
Các loại sự cố
Sự cố thành phần: trên link, nút, kênh WDM, phần
mềm…
Sự cố hệ thống: Thảm họa có thể hủy hoại toàn bộ
trung tâm kết nối
Lỗi đơn vs. nhiều lỗi đồng thời
4.39 cáp đứt/năm/1000 dặm cáp ( thống kê năm 94)
Thông thường giả thiết mạng chỉ có lỗi đơn
Dự phòng và khôi phục có thể thực hiện ở nhiều
mức
(34)
Tính s
ẵ
n sàng
Availability là xác su
ấ
t thi
ế
t b
ị
ho
ạ
t
độ
ng bình
th
ườ
ng
Reliability
Reliability + Recovery
Availability
=
(35)
Định lượng Onh sẵn sàng
Tính sẵn sàng tương ứng với thời gian mạng
không hoạt động.
•
99% 2‐Nines 5,000 Min/Yr
•
99.9% 3‐Nines 500 Min/Yr
•
99.99% 4‐Nines 50 Min/Yr
•
99.999% 5‐Nines 5 Min/Yr
•
99.9999% 6‐Nines 0.5 Min/Yr
(36)
Ví dụ mạng PSTN
Mỗi thành phần của mạng có tính sẵn sàng 99.99%
Facility
Entrance Facility Entrance AN
0.01 %
0.005 % 0.005 %
0.02 %
0.005 % 0.005 %
LE
NI
LE
NI
LD
AN 0.01 %PSTN End-2-End Availability 99.94%
NI : Network Interface LE : Local Exchange LD : Long Distance AN : Access Network
(37)
Các phương pháp bảo vệ mạng
Network Survivability Architectures
Restoration Protection
Protection Switching Self-healing
Network
Re-Configurable Network
Mesh Restoration Architectures
Linear Protection Architectures
Ring Protection Architectures
(38)
Phân loại các phương pháp dự phòng
Theo topo
Vòng
Tuyến Onh: link, đoạn, đường
Theo sử dụng tài nguyên
Dự phòng dành riêng
Dự phòng chia sẻ
(39)
Các nút được nối với nhau qua các link tạo
thành vòng tròn
Dữ liệu được truyền theo chiều ngược lại khi có sự
cố
Topo dự phòng ‐
vòng
E W
W
E W E
W
E D
L L
(40)
Topo dự phòng–
Tuyến -nh
D
ự
phòng theo link
D
ự
phòng theo
đườ
ng
(41)
Dự phòng dành riêng vs. chia sẻ
Dự phòng dành riêng
Một tài nguyên dự phòng chỉ dùng để bảo vệ một đường
truyền chính
Dự phòng chia sẻ
Một tài nguyên dự phòng có thể được dùng trong nhiều
đường dự phòng để bảo vệ nhiều đường truyền chính
Dự phòng chia sẻ có tốc độ khôi phục chậm hơn dự
phòng dành riêng
Mất thời gian thành lập đường dự phòng từ các tài nguyên
dự phòng khi sự cố xảy ra
(42)
Dự phòng dành riêng vs. chia sẻ
(43)
P‐cycle
Mạng mesh không có
topo hình vòng
Tạo các vòng trong mạng
p‐cycle
Sử dụng cơ chế bảo vệ
theo topo vòng
Các link trên p‐cycle và
các đoạn cắt p‐cycle
được bảo vệ
(44)
Bài toán định tuyến có dự phòng
Tìm kiếm đường đi chính và đường đi dự phòng cho mỗi kết
nối
Ràng buộc
Trong trường hợp chỉ có tối đa một lỗi đơn trong mạng thì đường đi
chính và đường đi dự phòng phải không bị ảnh hưởng đồng thời lỗi
Hai đường đi không dùng chung 1 cáp
Hai đường đi không dùng chung một thiết bị
Tốc độ khôi phục chấp nhận được
Đường đi dự phòng không quá dài làm ảnh hưởng độ trễ
Tiêu chí
Tiết kiệm tài nguyên tổng cộng
Có 2 dạng –nh và động tương ứng với bài toán định tuyến
thông thường
(45)
Bài toán định tuyến có dự phòng
Hướng 8ếp cận
Tách thành 2 bước định tuyến:
Định tuyến cho đường chính trước sau đó Ÿm đường
dự phòng
Định tuyến đồng thời cho cả đường chính và dự
phòng
(46)
Định tuyến có dự phòng dành riêng
•
Mỗi đường làm việc và dự phòng sử dụng tài nguyên riêng
•
Thuật toán Ÿm 2 đường đi phân biệt
–
Surballe
–
Sử dụng đường đi ngắn nhất
• Với mỗi cặp nguồn đích (s,d) Ÿm 1 đường đi chính là đường đi ngắn
nhất
• Loại bỏ các cạnh của đường đi chính khỏi đồ thị
• Tìm đường đi dự phòng là đường đi ngắn nhất giữa s và d
•
Gán bước sóng cho đường làm việc và dự phòng bằng các
thuật toán thông thường.
•
Có thể thực hiện định tuyến trước cho tất cả các đường
(47)
Định tuyến có dự phòng chia sẻ
•
Các đường dự phòng có thể dùng chung tài
nguyên với điều kiện đường làm việc của
chúng không cùng gặp sự cố.
•
Định tuyến sao cho các đường dự phòng có
thể chia sẻ nhau nhiều tài nguyên (bước sóng)
chung nhất với nhau
(1)
Dự phòng dành riêng vs. chia sẻ
(2)
P‐cycle
Mạng mesh không có
topo hình vòng
Tạo các vòng trong mạng
p‐cycle
Sử dụng cơ chế bảo vệ
theo topo vòng
Các link trên p‐cycle và
các đoạn cắt p‐cycle được bảo vệ
(3)
Bài toán định tuyến có dự phòng
Tìm kiếm đường đi chính và đường đi dự phòng cho mỗi kết
nối
Ràng buộc
Trong trường hợp chỉ có tối đa một lỗi đơn trong mạng thì đường đi
chính và đường đi dự phòng phải không bị ảnh hưởng đồng thời lỗi
Hai đường đi không dùng chung 1 cáp
Hai đường đi không dùng chung một thiết bị
Tốc độ khôi phục chấp nhận được
Đường đi dự phòng không quá dài làm ảnh hưởng độ trễ
Tiêu chí
Tiết kiệm tài nguyên tổng cộng
Có 2 dạng –nh và động tương ứng với bài toán định tuyến
thông thường
(4)
Bài toán định tuyến có dự phòng
Hướng 8ếp cận
Tách thành 2 bước định tuyến:
Định tuyến cho đường chính trước sau đó Ÿm đường
dự phòng
Định tuyến đồng thời cho cả đường chính và dự
phòng
(5)
Định tuyến có dự phòng dành riêng
• Mỗi đường làm việc và dự phòng sử dụng tài nguyên riêng • Thuật toán Ÿm 2 đường đi phân biệt– Surballe
– Sử dụng đường đi ngắn nhất
• Với mỗi cặp nguồn đích (s,d) Ÿm 1 đường đi chính là đường đi ngắn
nhất
• Loại bỏ các cạnh của đường đi chính khỏi đồ thị
• Tìm đường đi dự phòng là đường đi ngắn nhất giữa s và d
• Gán bước sóng cho đường làm việc và dự phòng bằng các
thuật toán thông thường.
• Có thể thực hiện định tuyến trước cho tất cả các đường
(6)