Mục Lục
CHƯƠNG 1: Quá trình ngẫu nhiên
1.1Các giá trị trung bình thống kê……………………………….6
1.2Phổ mật độ cơng suất………………………………………...10
1.3Đáp ứng của một hệ thống tuyến tính bất biến theo ………...12
thời gian với một tín hiệu vào ngẫu nhiên

CHƯƠNG 2 : Các lớp khách hàng của lớp quang
2.1Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS)……………………17
2.2Vịng gói phục hồi nhanh (RPR)… … ………………………25
2.3 Mạng vùng lưu trữ (SAN)………………………………..….31

Thuật ngữ viết tắt
1


LTI
MPLS

:
:

Linear Time Invariant
Multiprotocol label switching

T-MPLS

:

Transport Multiprotocol Label Switching

MPLS-TP :

Multiprotocol Label Switching Transport Profile

LSP

:

Label-Switched Path

LSR

:

Label-Switched Router

VPN
QoS

:
:

VIRTUAL PRIVATE NETWORK
Quality of Service

EXP

:

Experimental


TTL

:

Time to live

RSVP

:

Resource Reservation Protocol

RSVP-TE :

Resource Reservation Protocol -Traffic Engineering

LDP

:

Label Distribution Protocol

CR-LDP

: Constrained-based Routing - Label Distribution Protocol

SLA

:


Sevice Level Agreement.

OSPF

:

Open Shortest Path Firs

BGP

:

Border Gateway Protocol

RPR

:

Resilient Packet Ring

B-CIR

:

Committed Information Rate

B-EIR

:


Excess Information Rate

FE

:

Fairness Eligible
2


PTQ

:

Primary transit queue

STQ

: Secondary transit queue

FIFO

: First-in-first-out

SAN

:

Storage-Area Networks


CHƯƠNG 1: Quá trình ngẫu nhiên
3


Có rất nhiều hiện tượng ngẫu nhiên xảy ra trong tự nhiên là các hàm của thời
gian . Ví dụ các hiện tượng trong khí tượng học như các hiện tượng lên xuống ngẫu
nhiên của nhiệt độ và áp suất khơng khí là những hàm theo thời gian . Sự dao động
của điện áp do nhiều nhiệt sinh ra trong những điện trở của một thiết bị điện tử
cũng là một hàm của thời gian . Tương tự , tín hiệu ở đầu ra của một nguồn sinh
thông tin được đặc trưng như một tín hiệu ngẫu nhiên biến đổi theo thời gian . Tín
hiệu truyền trên kênh điện thoại là một ví dụ của loại tín hiệu như vậy . Tất cả
những ví dụ này đều là những quá trình ngẫu nhiên . Trong nghiên cứu của chúng
ta về truyền thông tin số , chúng ta sẽ gặp các q trình ngẫu nhiên khi đặc trưng
hóa và mơ hình hóa các tín hiệu được tạo ra bởi các nguồn thơng tin , trong việc mơ
hình hóa các kênh truyền thông dùng để truyền thông tin , trong việc biểu diễn
nhiễu trong máy thu và trong việc thiết kế các máy thu tối ưu cho các quá trình xử
lý và thu nhận các tín hiệu ngẫu nhiên .
Tại một thời điểm nào đó , giá trị của một q trình ngẫu nhiên là một biến ngẫu
nhiên , ví dụ như giá trị điện áp nhiễu phát sinh bởi một điện trở hay biên độ của tín
hiệu phát ra bởi một nguồn audio . Sau đây chúng ta sẽ xem một quá trình ngẫu
nhiên như là một biến ngẫu nhiên theo tham số thời gian . Chúng ta sẽ ký hiệu các
quá trình như thế là X (t) . Một cách tổng quát , tham số t là liên tục , trong khi X
có thể là liên tục hoặc rời rạc phụ thuộc vào đặc điểm của nguồn phát tạo ra quá
trình ngẫu nhiên .
Điện áp nhiễu sinh ra từ một điện trở hoặc một nguồn thông tin thể hiện cho quá
trình ngẫu nhiên , được gọi là một mẫu của quá trình ngẫu nhiên . Tập hợp tất cả
các mẫu , nghĩa là tập hợp tất cả điện áp nhiễu phát ra từ các điện trở , tạo nên một
quá trình ngẫu nhiên X (t) . Một cách tổng quát , số các mẫu trong tập hợp các mẫu
có thể là vơ hạn , nhưng thường thì hữu hạn .

Tổng quát các biến ngẫu nhiên X(ti) với i=1,2,3..n được đặc trưng bởi hàm mật
độ xác xuất đồng thời p(xt1,xt2,…xtn).
-Quá trính ngẫu nhiên dừng: các biến ngẫu nhiên X(ti) với i=1,2…n thu được từ
quá trình ngẫu nhiên X(t) tại các thời điểm t1>t2>…>t(n) được đặc trưng thống kê
bằng hàm mật độ xác suất đồng thời p(xt1,xt2,…,xtn).chúng ta chú ý tới một tập
hợp gồm n biến ngẫu nhiên khác X(ti+t) ở đây t là độ dịch thời gian tùy ý. Các biến
ngẫu nhiên đươc đặc trưng bởi hàm mật độ xác suất đông thời p(xt1,xt2,…
xt(n).Các hàm mật độ xác suất đồng thời của biến ngẫu nhiên X(ti) và X(ti+t) có
thể giống hoặc khác nhau. Nếu p(xt1,xt2,…,xt(n)) =p (x(t1+t), x(t2+t),… .,x(tn+t))
4


với mọi t và n thì quá trình ngẫu nhiên được gọi là dừng chặt. Điều đó có nghĩa là
tính chất thống kê cảu quá trình ngẫu nhiên dừng là khơng đổi với bất kì sự dịch
chuyển nào của trục thời gian. Mặt khác, khi các hàm mật độ xác suất đồng thời
khơng giống nhau, q trình ngẫu nhiên là khơng dừng.

1.1 Các giá trị tung bình thống kê
-Như chúng ta đã định nghĩa các trị trung bình thống kê cho các biến ngẫu nhiên ,
tương tự chúng ta cũng có thể định nghĩa các trị trung bình thống kê cho một quá
trình ngẫu nhiên . Các trị trung bình này được gọi là các trị trung bình theo tập
hợp . Với X(t) biểu thị một q trình ngẫu nhiên,mơ men cấp n của biến nhẫu nhiên
X(ti) được định nghĩa là :

-Nói chung giá trị của mơ men cấp n phụ thuộc vào thời điểm ti nếu hàm mật độ
phân bố xác suất của X (ti) phụ thuộc vào ti , Khi quá trình là dừng phát p(x(ti)) =
p(x(ti+t) ) với mọi t . Vì vậy hàm mật độ phân bố xác suất và mô men cấp n không
phụ thuộc vào gốc thời gian . Tiếp theo chúng ta quan tâm tới hai biến ngẫu nhiên
X tiX ( ti ) , i = 1 , 2. Tương quan giữa Xt1 và Xt2 được đo bằng mô men đồng
thời :


-Do mô men đồng thời này phụ thuộc vào các thời điểm t1 , t2 , nó được ký hiệu
bằng hàm . Hàm này được gọi là hàm tự tương quan của quá trình ngẫu nhiên . Khi
quá trình X ( t ) là dừng , hàm mật độ xác suất đồng thời của cặp ( X(t1) , X(t2) )
giống với hàm mật độ xác suất đồng thời của cặp ( X(t1+t), X(t2+t) ) với mọi t .
Điều này nói lên rằng hàm tự tương quan của X ( t ) không phụ thuộc vào các thời
điểm riêng biệt t1và t2 , mà chỉ phụ thuộc vào hiệu t1 – t2 . Do đó đối với một q
trình ngẫu nhiên dừng mơ men đồng thời được viết như sau :

ở đây =t1-t2hay t2=t1- . Nếu chúng ta đặt t2 = t1 + ta sẽ có :

-Dễ thấy rằng là hàm chẫn . Chúng ta chú ý rằng = E ( ) biểu thị cơng suất trung
bình của q trình ngẫu nhiên X(t) .
5


-Người ta cũng thấy tồn tại các quá trình ngẫu nhiên khơng dừng với tính chất là
trị trung bình của q trình khơng phụ thuộc thời gian ( là hằng số ) và hàm tự
tương quan thỏa mãn điều kiện . Những quá trình ngẫu nhiên như thế được gọi là
dừng theo nghĩa rộng . Do đó dừng theo nghĩa rộng là một điều kiện kém chặt chẽ
hơn dừng chặt . Về sau , khi nói tới q trình ngẫu nhiên dừng thì ta quy ước hiểu
là quá trình ngẫu nhiên dừng theo nghĩa rộng .
-Tương ứng với hàm tự tương quan là hàm tự hiệp biến của một quá trình định
nghĩa như sau :

- Ở đây m(t1) và m(t2) theo thứ tự là các trị trung bình của Xt1 và Xt2. Khi quá
trình ngẫu nhiên là dừng , hàm tự hợp biến được viết đơn giản thành :
ở đây
-Những mômen đồng thời cấp cao hơn của hai hoặc nhiều biến ngẫu nhiên thu
được từ một quá trình ngẫu nhiên X (t) được định nghĩa tương tự như trên . Ngoại

trừ q trình ngẫu nhiên gaussian , những mơ men cấp cao có thể được biểu diễn
qua các mơ men bậc một và bậc hai , các mômen bậc cao thường rất ít gặp trong
thực nghiệm .
-Trị trung bình của một quá trình gaussian : Giả thiết rằng X (t) là một q trình
ngẫu nhiên gaussian . Do đó tại các thời điểm t = ti , i = 1 , 2 , ...n , các biến ngẫu
nhiên Xti với i= 1 , 2 , ... , n là gaussian với các trị trung bình m (ti) và các hàm tự
hợp biến là :
với i,j=1,2…..n
-Nếu chúng ta biểu thị M là ma trận hiệp biến cỡ n × n với các phần tử là và các
trị trung bình là véc tơ , thì hàm mật độ phân bố xác suất đồng thời của các biến Xi
với i=1,2,…n:

-Nếu quá trình gaussian là dừng thì m (ti) = m mọi t(i) và ( ti , tj ) = ( ti - tj ) .
Chúng ta nhận xét rằng quá trình ngẫu nhiên gaussian được xác định hồn tồn bởi
trị trung bình và các hàm tự hiệp biến . Từ đó nếu quá trình gaussian là dừng theo
6


nghĩa rộng thì nó cũng dừng theo nghĩa hẹp . Tất nhiên điều ngược lại ln đúng
cho mọi q trình ngẫu nhiên .
-Trị trung bình đồng thời của các quá trình ngẫu nhiên . Cho X ( t ) và Y ( t ) biểu
thị hai quá trình ngẫu nhiên và X ti= X (ti ) và Y t j = Y(t j ) , i = 1 , 2 , ... n; j = 1 , 2
, ... , m là các biến ngẫu nhiên tại các thời điểm t1 > t2> …>ti>… > tn , và t1> t2
>..>tj>..> tm . Đặc trưng thống kê của hai quá trình được biểu thị bằng hàm mật độ
xác suất đồng thời :

với mọi t1,t2,…tn, t’1,t’2,….t’m và với mọi số nguyên dương n , m .
-Hàm tương quan chéo giữa X ( t ) và Y ( t ) biểu thị bằng ( t1 , t2 ) , được định
nghĩa như là mô men đồng thời :


và hàm hiệp biến chéo là :

-Khi các quá trình là dừng đồng thời và dừng riêng biệt , chúng ta có
=và =. Trong trường hợp này ta chú ý rằng :

-Các quá trình ngẫu nhiên X(t) và Y(t) được gọi là độc lập thống kê nếu và chỉ
nếu:

Với mọi ti , t’j và mọi số ngun dương n,m. Các q trình được gọi là khơng
tương quan nếu:

Vì vậy
-Quá trình ngẫu nhiên phức Z(t) được định nghĩa :Z(t)=X(t)+jY(t)
+Ở đây X(t) và Y(t) là quá trình ngẫu nhiên.Hàm mật độ phân ố xác suất đồng
thời của các biến ngẫu nhiên Zti=Z(ti),i=1,2…n, được xác định bởi hàm mật độ
7


phân bố xác suất đồng thời của các thành phần (Xti,Yti), i=1,2….n. Như vậy hàm
mật độ xác suất đặc trưng cho Xti là p(,)
+Quá trình ngẫu nhiên phức Z(t) thường gặp trong khi biểu diễn nhiễu băng hẹp
bằng tín hiệu tần số thấp tương đương. Một đặc tính quan trọng của quá trình như
vậy là hàm tự tương quan, được định nghĩa như sau:

+Ở đây và là các hàm tự tương quan của X(t), Y(t) và , là các hàm tương quan
chéo, hệ số ½ trong định nghĩa của hàm tự tương quan một q trình ngẫu nhiên
phức có ý nghĩa về mặt chuẩn hóa tốn học.
+Khi các q trình X(t) và Y(t) là dừng độc lập và dừng đồng thời, hàm tự tương
quan của Z(t) trở thành:


Với t2=t1-. Như vậy, hàm liên hợp phức :

Vì vậy
+Bây giờ giả thiết rằng Z(t)=X(t)+jY(t) và W(t)=U(t)+jV(t) là hai quá trình ngẫu
nhiên phức, hàm tự tương quan chéo cảu Z(t) và W(t) được định nghĩa:

+ Khi X(t),Y(t),U(t) và V(t) dừng đồng thời từng cặp, hàm tương quan chéo trở
thành các hàm của thời gina chênh lệch . Tức là:

2.1 Phổ của mật độ cơng suất
-Đặc tính tần số của một tín hiệu là đặc tính cơ bản , nó cho phép phân biệt các tín
hiệu với nhau . Nói chung một tín hiệu có thể được phân loại là có cơng suất trung
bình hữu hạn hay vơ hạn , có năng lượng hữu hạn hay vơ hạn . Đặc tính tần số của
tín hiệu có năng lượng hữu hạn thu được qua phép biến đổi Furiê của biểu diễn tín
hiệu theo thời gian . Nếu tín hiệu là tuần hồn , năng lượng tín hiệu là vơ hạn nên
8


không tồn tại phép biến đổi Furie . Thay vào đó ta dùng chuỗi Furiê và các hệ số
Furiê cho ta biết sự phân bố cơng suất tín hiệu tại các tần số rời rạc .
-Một quá trình ngẫu nhiên dừng có năng lượng vơ hạn và đặc tính phổ của quá
trình ngẫu nhiên dừng được cho bởi phép biến đổi Furiê của hàm tự tương quan .
Sự phân bố cơng suất tín hiệu theo tần số được cho bởi hàm :

+Biến đổi Furiê ngược là :

+Chúng ta nhận xét rằng :

+Do hàm biểu diễn cơng suất trung bình của tín hiệu ngẫu nhiên nên là phân bố
cơng suất của tín hiệu ngẫu nhiên theo tần số . Bởi vậy được gọi là phổ mật độ cơng

suất của q trình ngẫu nhiên .
-Nếu quá trình ngẫu nhiên là thực , là hàm thực và chẵn , hàm cũng thực và chẵn
Mặt khác nếu quá trình là phức , = , vì vậy ta có :

do đó ) là thực
-Định nghĩa của mật độ phổ cơng suất có thể suy rộng ra cho hai quá trình ngẫu
nhiên dừng đồng thời X(t) và Y(t), hai q trình này có hàm tương quan chéo Biến
đổi Furie của được gọi là phổ công suất chéo:

+Nếu chúng ta kết hợp hai vế :

+Nếu X(t) và Y(t) là các q trình ngẫu nhiên thực ta có:

=>Từ hai công thức trên ta thấy mật độ phổ công suất chéo của hai quá trình
thực thỏa mãn điều kiện :
9


1.3 Đáp ứng của 1 hệ thống tuyến tính theo thời gian

- Các đáp ứng xung và đáp ứng tần số là hai thuộc tính rất hữu ích cho việc mơ

tả thời gian bất biến tuyến tính (LTI) hệ thống. Một hệ thống LTI thời gian liên tục
thường được minh họa như sau:

- Hệ thống ánh xạ tín hiệu đầu vào cho tín hiệu đầu ra tương ứng.
- Xét 1 hệ thống tuyến tính bất biến theo thời gian được mô tả bởi đáp ứng xung
h(t) và đáp ứng tần số H(f),ở đây h(t) và H(f) là 1 cặp biến đổi furie,với x(t) là tín
hiệu vào của hệ thống và y(t) là tín hiệu đầu ra.Tín hiệu ra của hệ thống có thể biểu
diễn dưới dạng tích chập :

y (t ) 

�

h( ) x(t   )d
�

�

- Giả thiết rằng x(t) là 1 thể hiện của quá trình ngẫu nhiên dừng X(t) => tín hiệu đầu
ra y(t) là 1 thể hiện của 1 quá trình ngẫu nhiên Y(t).Trị trung bình và hàm tự tương
quan của tín hiệu đầu ra :
+ Do phép toán chập là một phép biến đổi tuyến tính tác động lên tín hiệu
vào x(t),giá trị trung bình của tích phân bằng tích phân của giá trị trung bình => giá
trị trung bình của Y(t) là :

m y  E  Y (t ) 

�

�

�

�

h( )E  X (t   )  d 
�

h( )d  m H (0)

�
x

+ Tại f = 0 hệ thống tuyến tính có đáp ứng tần số H(0).Vì vậy giá trị trung
bình của tín hiệu ra là 1 hằng số.
10


+Hàm tự tương quan của tín hiệu đầu ra là :



yy

(t 1, t 2) 

� �

*
1 �
1
E �y y �
 �
h(  )h* ( ) E �
X (t1   ) X * (t 2   ) �
�
�d d 
�
2 � t 1 t 2 � 2 ��
�


� �

1
h(  )h* ( )xx (t1  t2     ) d d 
�
�
= 2 ��

- Từ đây ta có thể kết luận tích phân kép là 1 hàm hiệu thời gian t 1 t 2 .Nói cách
khác, nếu quá trình đầu vào là dừng thì quá trình ở đầu ra cũng dừng,vì vậy ta có:


� �

1
 yy ( )  �
h(  )h* ( )xx (     ) d d 
2 ��
�

+ Furie hai vế thu được mật độ phổ cơng suất của q trình đầu ra:

 yy ( f ) 

�

 yy ( )e j 2 f  d 
�


�

� � �

1
2
h( )h* ( ) xx (     )e  j 2 f  d d d    xx ( f ) H ( f )
�
�
�
2 ���

- Từ công thức trên chúng ta có một kết quả quan trọng là phổ mật độ cơng suất của
1 tín hiệu đầu ra là tích phân của phổ mật độ cơng suất của tín hiệu vào với bình
phương biên độ đáp ứng tần số của hệ thống tuyến tính.
- Khi tính hàm tự tương quan  yy ( ) ,thông thường ta có thể tính phổ cơng suất
 yy ( f )

và sau đó tính biến đổi furie ngược ta có :
 yy ( ) 

�

 yy ( f )e j 2 f  df 
�

�

�


 ( f ) H( f )
�
xx

�

- cơng suất trung bình của tín hiệu đầu ra là:

 yy (0) 

�

 ( f ) H( f )
�
xx

2

df

�

11

2

e j 2 f  df


Do


 yy (0)

=

 

E Yt

�

2

=>

 ( f ) H( f )
�
xx

�

2

df

�0

=>Kết quả cơ bản trong lý thuyết hệ thống LTI là bất kỳ hệ thống LTI nào đều cũng
có thể được miêu tả hoàn toàn bởi một hàm duy nhất được gọi là đáp ứng xung của
hệ thống. Đầu ra của hệ thống chỉ đơn giản là tích chập của đầu vào của hệ thống

với đáp ứng xung của hệ thống. Phương pháp phân tích này thường được gọi là
quan điểm miền thời gian. Kết quả tương tự cũng đúng với các hệ thống thời gian
rời rạc tuyến tính thay đổi bất biến, trong đó các tín hiệu được lấy mẫu theo thời
gian rời rạc, và tích chập được xác định theo trình tự.
+Một cách tương đương, bất kỳ hệ thống LTI nào cũng có thể được miêu tả
trong miền tần số bởi hàm truyền của hệ thống đó, đó là biến đổi Laplace(biến đổi
tích phân của hàm f(t) từ miền thời gian sang miền tần số phức F(s)) của đáp ứng
xung của hệ thống (hoặc biến đổi Z trong trường hợp của các hệ thống thời gian rời
rạc). Do tính chất của các phép biến đổi này, đầu ra của hệ thống trong miền tần số
là tích của hàm truyền và biến đổi của đầu vào hệ thống đó. Nói cách khác, tích
chập trong miền thời gian là tương đương với phép nhân trong miền tần số.
- Một số ví dụ :
VD1:

Giả thiết rằng mạch lọc thơng thấp ở hình trên được kích bởi 1 tín hiệu ngẫu nhiên
x(t) có mật độ phổ cơng suất :
xx ( f ) 

1
N0
2
với mọi f

q trình ngẫu nhiên có phổ mật độ công suất đồng đều (phẳng) gọi là nhiễu
trắng.Chúng ta xác định mật độ phỏ cơng suất của q trình ngẫu nhiên đầu ra.
12


- Hàm truyền đạt của mạch này là:


H( f ) 

2

R
1

j
R  j 2 fL 1  2 fL
R

H( f ) 

=>

1
2 L 2 2
1 (
) f
R

- Phổ mật độ cơng suất của q trình ra là :
 yy ( f ) 

N0
1
.
2 1  ( 2 L ) 2 f 2
R


 yy ( f )

Hình 1: Phổ mật độ cơng suất tín hiệu mạch lọc thơng thấp khi tín hiệu vào là
nhiễu trắng
- Biến đổi furie ngược ta thu được hàm tự tương quan :
 yy ( ) 

�

N0

�2

�

RN 0  ( R / L ) 
1
e j 2 f  df 
e
2 L 2 2
4
L
1 (
) f
R

 yy ( )

13



Hình 2: hàm tự tương quan của tín hiệu ra của mạch lọc thơng thấp khi tín
tín hiệu và là nhiễu trắng
- Ta có nhận xét rằng mơmen bâc 2 của quá trình Y(t) là

 yy (0) 

RN 0
4L .

- Tương quan chéo giữa y(t) tín hiệu đầu ra và x(t) là tín hiệu đầu vào của hệ thống
tuyến tính:



yx

(t 1, t 2) 

�

1 �
1
*
E Y X � �
h( ) E �
X (t1   ) X * (t2 ) �
d
�
�

t
t
�
1
2
�
2
2 �
�

1
h( )  t 1  t 2    d   (t 1  t 2)
�
xx
yx
2
= �

=> quá trình ngẫu nhiên X(t) và Y(t) là quá trình đồng thời với



yx

( ) 

t t
1

2


=

�

1
h( )      d
�
xx
2 �

Tích phân này là 1 tích chập ,do đó biểu diễn ở miền tần số sẽ trở thành :



yx

( f ) 

xx

 f  H( f )

CHƯƠNG 2 : Các lớp khách hàng của lớp quang
2.1 Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS)

14


- Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là một cơng nghệ hướng kết nối đến các

gói IP chuyển cổng. Nó có rất nhiều ứng dụng. Ngày nay MPLS hoạt động với các
mạng chuyển mạch gói khác, mang lại những lợi ích tương tự như đối với IP. Tuy
nhiên, để đơn giản hơn, ta sẽ tập trung phân tích về cách nó hoạt động với IP.

- MPLS có thể được coi như một lớp được kẹp giữa lớp IP và lớp liên kết dữ liệu.
MPLS cung cấp một đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) giữa các nút trong mạng.
Một bộ định tuyến triển khai MPLS được gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
(LSR). Mỗi gói tin mang một nhãn được liên kết với một đường dẫn chuyển mạch
nhãn. Mỗi LSR duy trì một bảng chuyển tiếp nhãn, bảng này chỉ định liên kết gửi
đi và nhãn gửi đi cho mỗi nhãn đến. Khi một LSR nhận được một gói, nó sẽ trích
xuất nhãn, sử dụng nó để lập mục trong bảng chuyển tiếp, thay thế nhãn đến bằng
nhãn gửi đi và chuyển tiếp gói đến liên kết được chỉ định trong bảng chuyển tiếp.
- Một số ứng dụng của mơ hình MPLS đơn giản này là :
1. Phân chia các vùng điều khiển và dữ liệu: Một trong những thiết kế cơ bản
philoso-phies trong MPLS là quá trình chuyển đổi nhãn và chuyển tiếp gói
tại mỗi tuyến đường được tách rời hoàn toàn khỏi cách LSP được thiết lập và
gỡ xuống trong mạng. Chúng ta có thể nghĩ về nó như một chức năng điều
khiển mạng, trước tiên quyết định LSP nào để thiết lập hoặc gỡ xuống và sau
đó thực sự thiết lập chúng và gỡ chúng xuống.Sự phân chia đơn giản này cho
phép ta xây dựng phần cứng được tối ưu hóa để chuyển tiếp gói, độc lập với
các cơ chế điều khiển mạng và cho phép các LSP được thiết lập và gỡ xuống
dựa trên các giao dịch khác nhau và sử dụng các giao thức khác nhau.
2. Xử lý chuyển tiếp gói: 1 LSR thực hiện chuyển tiếp nhãn có khả năng xử lý
số lượng gói lớn hơn nhiều mỗi giây so với một bộ định tuyến thơng thường
vì q trình chuyển đổi và chuyển tiếp nhãn đơn giản hơn nhiều so với định
tuyến IP cổ điển và có thể được thực hiện gần như hoàn toàn trong phần
cứng. Trong khi các chức năng của định tuyến IP cổ điển được thảo luận
15



trong phần trước canalso được thực hiện trong phần cứng, có một khớp nối
chặt chẽ giữa chức năng định tuyến và chức năng điều khiển trong IP. Bất kỳ
thay đổi nào đối với khung điều khiển đều bị mất trong hành vi định tuyến.
Do đó, phần cứng hiện tại sẽ khơng tiếp tục được tối ưu hóa để định tuyến
nếu khung điều khiển thay đổi. Ngược lại, trong MPLS, chúng ta có thể tối
ưu hóa phần cứng chuyển tiếp trong LSRs, độc lập với các đường dẫn
chuyển đổi nhãn được thiết lập hoặc gỡ xuống.
3. Định hướng kết nối:Chuyển tiếp gói IP dựa trên địa chỉ đích của các gói,
nghĩa là định tuyến khơng kết nối. Điều này có nghĩa là các gói tại một nút
có cùng đích sẽ được chuyển tiếp ra khỏi một liên kết chung. Không quan
trọng là các gói này có yêu cầu dịch vụ khác nhau hay khơng. Ngồi ra, loại
chuyển tiếp này có thể gây ra tác dụng không mong muốn vể lưu lượng truy
cập chuyển gói đến một số liên kết nhất định và làm quá tải chúng.
+ MPLS là định hướng kết nối. Các gói của nó được tổ chức thành các
luồng gói được gọi là forward equivalence classes (các lớp tương đương
chuyển tiếp) và mỗi lớp tương đương chuyển tiếp có một LSP. Điều này có
một số hàm ý. Đầu tiên, các gói với các yêu cầu dịch vụ khác nhau có thể
được tách thành các lớp tương đương chuyển tiếp khác nhau và các LSP của
chúng có thể thực hiện các tuyến khác nhau ngay cả khi chúng có cùng nút
nguồn và nút đích. Thứ hai, lưu lượng truy cập cho cùng một đích có thể
được phân chia để cải thiện hiệu suất mạng, ví dụ: cân bằng tải lưu lượng
giữa các liên kết để giảm bớt tắc nghẽn liên kết. Đây được gọi là traffic
engineering(kĩ thuật lưu lượng). Nó có thể được thực hiện bằng cách chia lưu
lượng gói thành các lớp tương đương chuyển tiếp và định tuyến các LSP của
chúng để tránh tắc nghẽn. Cuối cùng, MPLS có thể được sử dụng để hỗ trợ
nhiều mạng riêng ảo (VPN) trên một mạng IP. Mỗi VPN có thể được thực
hiện qua một tập hợp LSP riêng biệt, cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung
cấp QoS, bảo mật và các biện pháp chính sách khác trên cơ sở VPN cụ thể.

16



4. Định tuyến tìm đường ngắn nhất : Định tuyến IP đi theo các đường ngắn nhất
đến các nút đích. Mặc dù điều này có thể hiệu quả trong việc sử dụng tài
nguyên mạng, nhưng nó cũng có hạn chế nhất định.
+ MPLS cho phép định tuyến nguồn. Các LSP có thể được định tuyến rõ
ràng để đảm bảo rằng thông tin đi qua các liên kết cung cấp các bảo đảm
QoS nhất định cho các gói . Chúng có thể được định tuyến dọc theo các liên
kết có đủ băng thông dự trữ để cho phép đảm bảo QoS. Explicit routing (định
tuyến nguồn tường minh)có thể được sử dụng để triển khai kỹ thuật lưu lượng
và tránh tình trạng nghẽn mạng. Nó có thể được sử dụng để triển khai dịch vụ
VPN. Một ứng dụng quan trọng khác là khả năng duy trì sau sự cố mạng, nơi
LSP đường dẫn dự phịng được sử dụng nếu LSP chính bị lỗi. Thơng thường,
một LSP dự phịng khơng thể là một con đường ngắn nhất.
-Quyết định thiết lập LSP nào trong mạng có thể là một q trình phức tạp, tùy thuộc
vào mục tiêu và ứng dụng.Như ta đã chỉ ra trước đó, chức năng này được tách hồn
tồn khỏi cơ chế chuyển đổi nhãn trong LSR.
Ví dụ: nếu mục tiêu chỉ đơn giản là giảm độ trễ gói, chúng ta có thể thiết lập LSP giữa
các cặp nút có nhiều lưu lượng giữa chúng. Nếu mục tiêu là cung cấp đảm bảo QoS,
chúng tôi sẽ thiết lập LSP dựa trên khả năng cung cấp băng thông trong mạng.

a. Labels and Forwarding (nhãn và chuyển tiếp)
- Hình 6.22 (a) minh họa các khái niệm về nhãn và chuyển tiếp. Một gói IP được
chuyển tiếp trên LSP X có nhãn X1 trên đường vào LSP. Trong khi tuân theo LSP,
17


nhãn của gói có thể thay đổi từ liên kết này sang liên kết khác. Điều này được gọi là
hoán đổi hoặc chuyển đổi nhãn. Lưu ý rằng tại nút trước nút cuối cùng của LSP, nhãn
bị xóa hoặc bật ra. Nó thực sự khơng cần thiết vì nó đang ra khỏi LSP. Điều này được

gọi là penultimate-hop-popping và được thực hiện để nút cuối cùng của LSP ít xử lý
hơn. Đối với LSRs A và B, LSP X hoạt động như một điểm tới điểm, liên kết ảo. Đây
thường được gọi là tunnel vì nó đi qua bên dưới lớp định tuyến IP thế hệ cũ và đây là
lý do tại sao MPLS được xem như một lớp ở giữa lớp IP và lớp liên kết.

Hình 6.22: (a) LSP X đơn giản and (b)1 tunnel LSP Y cho một LSP X

- MPLS mở rộng khái niệm về tunnel bằng cách cho phép các LSP có tunnels LSP
của riêng chúng, như thể hiện trong Hình 6.22 (b). Hình vẽ lại xem xét LSP X nhưng
thay vì các LSR C và D được kết nối bằng một liên kết vật lý, chúng được kết nối bởi
một LSP Y. Do đó, LSP Y là một tunnel cho LSP X. Một gói IP sẽ đi qua LSP X
bằng cách sử dụng một nhãn cho X. Tuy nhiên, khi nó đã đến LSR C, LSR sẽ chèn
một nhãn cho LSP Y và chuyển tiếp nó dọc theo LSP. Khi nó đến cuối LSP Y, nhãn
cho Y sẽ bị xóa bằng cách sử dụng penultimate hop popping (gỡ nhãn ở chặng áp
chót). Tại LSR D, gói tiếp tục trên LSP X. Lưu ý rằng các nhãn được thêm vào và xóa
khỏi gói giống như một ngăn xếp. Một đặc tính tốt về tổ chức ngăn xếp là để chuyển
tiếp một gói tin qua mạng, chỉ có phần trên cùng của ngăn xếp nhãn được kiểm tra.
Lưu ý rằng nhiều LSP có thể sử dụng một tunnel LSP chung làm liên kết ảo.

18


- Gói MPLS có tiêu đề MPLS 4 byte: trường nhãn 20 bit, trường thử nghiệm 3 bit
(EXP), cờ cuối ngăn xếp và thời gian tồn tại 8 bit (TTL ), như trong Hình 6.23 (a).
TTL là chỉ báo cho biết gói đã ở trong mạng bao lâu; khi hết hạn, gói tin sẽ bị loại bỏ.
Điều này giúp loại bỏ các gói đang được định tuyến sai và đang tồn tại trong mạng.
Một ứng dụng khả thi của trường thử nghiệm 3 bit là thực hiện đánh giá chất lượng
dịch vụ, như đã thảo luận trong Phần 6.6.2.

- Các tiêu đề MPLS này được xếp chồng lên nhau ở phía trước của gói IP như trong

Hình 6.23 (b). Để chuyển tiếp các gói, các LSR phải có khả năng xử lý phần trên
cùng của ngăn xếp bằng cách đẩy tiêu đề, bật tiêu đề hoặc hốn đổi nhãn.

Hình 6.23 (a) nhãn MPLS (b) chồng nhãn LSP được thêm trước vào một gói IP

- Mơ hình nhãn MPLS có thể đơn giản hóa hoạt động và giảm độ phức tạp, dẫn đến
khả năng mở rộng tốt hơn cho các mạng lớn. Ta thấy rằng chồng nhãn yêu cầu phần
ngọn của chúng phải được xử lý. Ngoài ra, việc sử dụng một tunnel LSP chung để
mang nhiều LSP cấu thành có thể giảm độ phức tạp vì một LSR trung gian chỉ xử lý
với tunnel duy nhất chứ không phải các LSP cấu thành. Ngoài ra, các mạng được tổ
chức phân cấp có thể sử dụng các tunnel LSP để đơn giản hóa hoạt động của chúng.
Ví dụ, hãy xem xét một mạng N có mạng con đường trục B. Giả sử đường trục B có
các tunnel MPLS giữa các LSR cạnh của nó để đi qua nó và giả sử mạng N có LSP
giữa các LSR cạnh của nó. Lưu ý rằng LSP của N có thể sử dụng tunnel của B. Để
thiết lập và vận hành các LSP của N và các tunnel của B, các LSR bên ngoài B có thể
khơng biết về các LSR ở lõi của B và ngược lại
19


b. Quality of Service (chất lượng dịch vụ)
- MPLS hỗ trợ chất lượng dịch vụ. Đầu tiên, mỗi tiêu đề MPLS có một trường EXP 3
bit có thể được sử dụng để chứa các giá trị ưu tiên hoặc giá trị lớp dịch vụ. LSR có
thể xử lý và chuyển tiếp các gói theo các giá trị này. Ví dụ, các gói có mức ưu tiên cao
có thể được truyền trước các gói có mức ưu tiên thấp. Thứ hai, các gói có yêu cầu
chất lượng dịch vụ chung có thể được nhóm lại với nhau như một lớp tương đương
chuyển tiếp. Sau đó, một LSP và nhãn MPLS của nó tương ứng với một lớp dịch vụ.
Để đáp ứng các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, LSP có thể được định tuyến trước để
có đủ tài nguyên dọc theo tuyến. Ngồi ra, LSR có thể xử lý và chuyển tiếp các gói
của LSP để đáp ứng các yêu cầu


- Một loại chất lượng dịch vụ là sự đảm bảo mang chắc chắn, chẳng hạn như độ rộng
băng tần tối thiểu, độ trễ tối đa, tỷ lệ suy hao tối đa và độ chập chờn tối đa. Các dịch
vụ tích hợp (Int - Serv) hỗ trợ các đảm bảo mang tính chắc chắn chi tiết. Tuy nhiên,
nó địi hỏi một lượng lớn thông tin trạng thái tại các bộ định tuyến. Diff - Serv,có ít
u cầu về thơng tin trạng thái hơn nhiều và có thể đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng
dụng

c. Signaling and Routing (báo hiệu và định tuyến)

- Các giao thức báo hiệu ban đầu cho MPLS là Resource Reservation Protocol(giao
thức bảo lưu tài nguyên (RSVP) )và Label Distribution Protocol (giao thức phân
phối nhãn (LDP)). Theo các giao thức này, khi một LSR đi vào có một LSP để thiết
lập, nó sẽ gửi một thơng báo yêu cầu đến LSR đầu ra. LSR đầu ra sẽ gửi một thông
báo trả lời dọc theo đường dẫn ngược lại để thiết lập các bảng chuyển tiếp nhãn dọc
theo đường dẫn. Các thông báo yêu cầu và trả lời đi theo các đường dẫn được giới
hạn trong các tuyến đường dẫn ngắn nhất của IP, vì vậy các LSP nằm dọc theo các
tuyến đường dẫn ngắn nhất.

20


- RSVP-Traffic Engineering (RSVP-TE) và LDP định tuyến dựa trên ràng buộc
Constrained-based Routing (CR-LDP) là những nâng cấp cho RSVP và LDP, để các
tuyến LSP có thể được xác định rõ ràng bởi các LSR đi vào. Bây giờ một LSR đi vào
có thể tính tốn một đường dẫn cho một LSP mới và lưu trữ thông tin đường dẫn
trong một thông báo yêu cầu. Thông báo yêu cầu đi theo đường dẫn sử dụng thơng tin
mà nó đang mang. Thư trả lời theo đường dẫn ngược lại, thiết lập các bảng chuyển
tiếp nhãn dọc theo đường dẫn.
- Để tính toán các tuyến LSP, các LSR đi vào thu thập cấu trúc liên kết mạng và thông
tin tài nguyên về mỗi liên kết, ví dụ: sử dụng cùng một cơ chế được sử dụng để thu

thập thông tin cấu trúc liên kết cho định tuyến IP. Các đường dẫn có thể được tính
tốn để tránh các liên kết khơng thể hỗ trợ mức dịch vụ của LSP, chẳng hạn như các
liên kết không đủ băng thông.
d. Carrier Transport (vận chuyển)

- Cơng nghệ MPLS có thể được sử dụng bởi các nhà cung cấp dịch vụ để thực hiện
các dịch vụ kết nối, đặc biệt là các dịch vụ vận chuyển gói, cho khách hàng. Một ví
dụ về dịch vụ khách hàng là kết nối Ethernet.
- Đối với nhà khai thác mạng, MPLS đã sử dụng rộng rãi các giao thức báo hiệu
như LDP và RSVP-TE, cũng như các hoạt động và chức năng quản lý khác. Quá
trình xử lý nhãn của nó làm cho nó có thể mở rộng cho các mạng lớn. Nó hỗ trợ
chất lượng dịch vụ để đảm bảo các thỏa thuận mức dịch vụ (SLA) và kỹ thuật lưu
lượng để tối ưu hóa việc sử dụng tài ngun mạng. Ngồi ra, nó cịn có các khả
năng duy trì ở cấp độ nhà cung cấp dịch vụ .Do đó, dịch vụ vận chuyển có thể được
hỗ trợ.
- MPLS có thể được thực hiện để cung cấp các dịch vụ kết nối cho một loạt các
giao thức sử dụng công nghệ pseudowire. Pseudowire là một dịch vụ kết nối qua
mạng chuyển mạch gói, trong nhiều trường hợp là MPLS.
Ví dụ: có một ethernet ảo trên MPLS, có kết nối MPLS giống như kết nối Ethernet
và hỗ trợ lưu lượng Ethernet là rất quan trọng . Khách hàng doanh nghiệp sử dụng
nó để kết nối văn phịng tại các trang web khác nhau và Ethernet được sử dụng để
mang video kỹ thuật số.
- Transport MPLS (T-MPLS) là một công nghệ mạng khác hỗ trợ dịch vụ cung cấp
phương tiện vận chuyển cho lưu lượng gói. T-MPLS và MPLS khơng phải là các
21


mạng ngang hàng, vì vậy các gói IP / MPLS phải được đóng gói để được vận
chuyển trong kết nối T-MPLS. T-MPLS sử dụng lại kiến trúc của MPLS và đơn giản
hóa nó để vận chuyển. Nó bổ sung thêm các tính năng để hỗ trợ kết nối hai chiều, vì

MPLS là cơng nghệ một chiều. Vì các kết nối T-MPLS dự kiến sẽ có tuổi thọ rất cao,
nên T-MPLS có chức năng chuyển mạch bảo vệ và các hoạt động và quản lý khơng
có trong MPLS thơng thường . Do những lo ngại về khả năng tương thích của vận
chuyển MPLS với MPLS, việc phát triển T-MPLS đã bị tạm dừng và công việc trên
một MPLS mới đã được bắt đầu, được gọi là MPLS-Transport Profile (MPLS-TP).
Sự phát triển mới này có thể sẽ kết hợp một số khía cạnh của T-MPLS.
e. Đặc tính MPLS
- Các lợi ích của MPLS:
+ Giá vận hành thấp
+ Chuyển mạch MPLS là ít phức tạp hơn IP
+ Dễ dàng mở rộng hơn ATM
+ Nâng cấp và tận dụng lại các chuyển mạch ATM có sẵn.
- Hổ trợ QoS tiên tiến:
+ Với khả năng xử lý và phân biệt lưu lượng theo luồng, các nhà cung cấp
dịch vụ có thể cấp phát đủ tài nguyên mạng cho các luồng đặc biệt dựa vào các
dạng ứng dụng khác nhau
+Cung cấp QoS theo đề nghị mức dịch vụ SLA của khách hàng

- Kỹ thuật lưu lượng mở rộng:
+ Lưu lượng trong MPLS có thể được ghép hay tách tại nhiều mực khác nhau
+ Lưu lượng có thể được phân phối trên nhiều LSP hay tái định tuyến sang
các link khác để đảm bảo cân bằng tải.
22


- Tạo ra các dịch vụ mới một cách mềm dẻo:
+ Cung cấp dịch vụ VPN MPLS thông qua phương pháp xếp chồng nhãn. Lúc
đó một gói có thể có nhiều nhãn, nhãn dành để chuyển mạch và nhãn dùng để phân
biệt các mạng riêng ảo khác nhau
f. Kết Luận

Giải pháp chuyển mạch nhãn đa giao thức là một kỹ thuật mạng mới với mục tiêu
kết hợp tính mềm dẻo của công nghệ IP và ATM.
- MPLS bao gồm 3 thành phần chính:
+Giao thức định tuyến IP như OSPF, BGP tại biên mạng và lõi mạng để tìm
kiếm các bộ định tuyến MPLS.
+Chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP tại biên mạng.
+Gán nhãn và phân bố nhãn trong mạng lõi để gửi gói nhanh và hiệu quả nhất.
- Phương pháp định tuyến trong MPLS hỗ trợ 2 dạng hop-by-hop(định tuyến từng
bước) và explicit(định tuyến nguồn).
- Phương pháp định tuyến nguồn có tính động lớn hơn trên cơ sở u cầu QoS và
các chính sách khác.
- Q trình phân phối nhãn là độc lập với quá trình truyền tin và thơng qua giao
thức phân phối nhãn. Q trình gán nhãn và phân phối nhãn phụ thuộc rất nhiều
vào topo mạng, lưu lượng điều khiển và lưu lượng số liệu.
-

2.2 Vịng gói phục hồi nhanh (RPR)
- Vịng gói phục hồi (RPR) là một mạng vịng chuyển mạch gói để vận chuyển các gói dữ
liệu như gói IP. Nó có ứng dụng như một mạng lưới khu vực đô thị hoặc khu vực rộng
lớn. RPR cung cấp các dịch vụ khác nhau. Nó có băng thơng được đảm bảo để mơ phỏng
dịch vụ tốc độ bit không đổi, độ trễ thấp và nó có quyền truy cập hợp lý cho dịch vụ nỗ
lực nhất.
- Cấu trúc liên kết mạng vịng có khả năng phục hồi đối với các lỗi và đặc biệt là nó vẫn
được kết nối sau các lỗi liên kết đơn hoặc nút đơn. Vịng gói có khả năng phục hồi (RPRs)
có hai cơ chế bảo vệ:

23


Hình 1: Bảo vệ vịng gói đàn hồi: (a) steering và (b) wapping

+ Cơ chế bảo vệ steeting:
Trong hình (a), nút A có một gói tin mới để truyền đến nút B. Thơng thường, nút A sẽ
chèn gói tin vào ringlet 0. Tuy nhiên, vì đã xảy ra lỗi giữa các nút X và Y nên nút A sẽ
chèn gói tin vào ringlet 1. Cơ chế này được gọi là cơ cấu lái và là bắt buộc. Các nút biết
khi nào cần chỉ đạo vì chúng duy trì thơng tin cấu trúc liên kết hiện tại bằng cách trao đổi
thông tin cấu trúc liên kết trong các thông báo điều khiển. Thông tin cấu trúc liên kết
được trao đổi theo chu kỳ và bất cứ khi nào có sự thay đổi cấu trúc liên kết chẳng hạn như
lỗi liên kết.
 Có thể có sự chậm trễ đáng kể trước khi lái được gọi bởi một nút do sự chậm trễ
trong việc chuyển các thơng báo điều khiển. Trong khi đó, một số lượng lớn các
gói tin có thể bị mất.
+ Cơ chế bảo vệ wapping:
Một cơ chế bảo vệ khác có thời gian chuyển mạch nhanh hơn được thể hiện trong Hình 1
(b). Tại đây, một gói tin được gửi đến nút B trên ringlet 0 gặp lỗi liên kết giữa các nút X
và Y. Nó được chuyển trở lại trên ringlet 1 khác và tiếp tục cho đến khi nó đến đầu kia của
liên kết bị lỗi. Sau đó, nó tiếp tục trên ringlet ban đầu của nó 0. Cơ chế này được gọi là
gói và là tùy chọn. Lưu ý rằng trong khi theo dõi vịng 1, gói đi ngang qua nhưng khơng
bị rơi ở nút đích B. Nó chỉ bị rơi ở nút đích B khi đang ở trên vòng 0. Điều này giúp tránh
sắp xếp sai các gói ngay sau khi xảy ra lỗi. Tính năng bọc giúp chuyển đổi bảo vệ nhanh
hơn vì nó chỉ sử dụng thông tin tại các liên kết liền kề để xác định thời điểm chuyển đổi.
Mặt khác, nó sử dụng nhiều băng thông hơn chỉ đạo. Lưu ý rằng gói định tuyến lại lưu
lượng tương tự như cách mạng SONET / SDH BLSR định tuyến lại lưu lượng khi có sự
cố.

24


- Có hai chế độ để xử lý các gói tin: nghiêm ngặt và thoải mái.
+ Chế độ nghiêm ngặt: các gói phải được phân phối theo thứ tự và gói khơng được sử
dụng. Trong chế độ này, khi phát hiện lỗi, tất cả các nút ngừng thêm gói và loại bỏ gói

chuyển tiếp. Các nút đợi cho đến khi hình ảnh cấu trúc liên kết của chúng trở nên ổn định,
nghĩa là khơng thay đổi, sau đó chúng tiếp tục thêm và chuyển tiếp các gói cũng như điều
hướng các gói ở bất cứ nơi nào thích hợp. Chế độ nghiêm ngặt là chế độ mặc định.
+ Chế độ thư giãn: các gói tin có thể được phân phối không theo thứ tự. Điều này được sử
dụng nếu cả bọc và lái đều được sử dụng
- Được thiết kế để có thời gian khơi phục là 50 mili giây.
RPR ở lớp liên kết giống như Ethernet. Nó có các khung riêng, được mơ tả trong
[DYGU04]. Nó có thể được ánh xạ vào lớp vật lý Gigabit Ethernet, lớp vật lý 10-Gigabit
Ethernet hoặc các khung SONET / SDH..
Mạng vòng được hình thành hai chiều bởi hai vịng xoay ngược chiều gọi là Ringlet 0 và
1, như trong Hình 2, trong đó các liên kết có cùng dung lượng. Một nút nguồn sẽ gửi một
khung RPR đến đích của nó bằng cách chèn nó vào một trong các vịng trịn. Sau đó,
khung được chuyển tiếp bởi các nút trung gian cho đến khi nó đến nút đích, nơi nó được
chuyển ra khỏi vịng trịn. Lưu ý rằng có hai loại khung:
+ transit frames: đã truy nhập vào 1 ringlet
+ingress frames: là các khung mới đang chờ được thêm vào một vòng nhỏ.

Hình 2: Ringlet 0 và 1 của một RPR

25