Tổng quan về tích hợp Ip/quang

Tổng quan về tích hợp Ip/quang

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍCH HỢP IP/QUANG

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Giao thức IP

IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu không liên kết Phương thức này cho phép bên gửi và bên nhận không cần phải thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu, và do đó khi không truyền dữ liệu, không cần giải phóng kết nối

1.1.1.1 Cấu trúc của IP datagram trong IPv4

Hình 1.1 là cấu trúc của một datagram trong phiên bản IPv4 Việc xử lý datagram xảy ra trong phần mềm, nội dung và định dạng của nó không bị ràng buộc bởi bất kỳ phần cứng nào Vì vậy, nó đáp ứng được yêu cầu của mạng Internet là hoàn toàn độc lập các lớp thấp hơn

Hình1.1 : Định dạng datagram của IPv4

Ý nghĩa của các trường như sau:

 Ver (4 bit): chứa giá trị của phiên bản giao thức IP đã dùng để tạo datagram Nó đảm bảo cho máy gửi, máy nhận và các bộ định tuyến cùng thống nhất với nhau về định dạng gói datagram Với IPv4 thì giá trị là (0100)

0 3 7 15 18 23 31

Source IP Address

Destination IP Address

Data

 HL – Header Length (4 bit): cung cấp thông tin về độ dài vùng tiêu

đề của datagram, được tính theo các từ 32 bit

 TOS – Type of Service (8 bit): xác định cách các datagram được xử

lý nhờ vùng Identification của datagram đó như sau:

0 2 3 4 5 6 7

Precedence D T R 0 0 + Precedence (3 bit): xác định độ ưu tiên của datagram, cho phép nơi gửi xác định độ quan trọng của mỗi datagram Nó cung cấp cơ chế cho phép điều khiển thông tin, nghĩa là khi mạng có hiện tượng tắc nghẽn hay quá tải xảy ra thì những datagram có độ ưu tiên cao sẽ được ưu tiên phục vụ 000 là độ ưu tiên thấp nhất, 111 là độ ưu tiên mức điều khiển mạng

+ D – Delay (1 bit): D = 0 độ trễ thông thường

D = 1 độ trễ thấp

+ T – Throughput (1 bit): T = 0 lưu lượng thông thường

T = 1 lưu lượng cao

+ R – Reliability (1 bit): R = 0 độ tin cậy thông thường

R = 1 độ tin cậy cao

+ Hai bit cuối cùng dùng để dự trữ, chưa sử dụng

Các giao thức định tuyến mới như OSPF và IS – IS sẽ đưa ra các quyết định định tuyến dựa trên cơ sở trường này

 Total Length (16 bit): cho biết độ dài của IP datagram tính theo octet bao gồm cả phần tiêu đề và phần dữ liệu Kích thước của trường dữ liệu được tính bằng cách lấy Total Length trừ đi HL Trường này có 16 bit nên cho phép độ dài của datagram có thể lên đến 65535 octet Tuy nhiên, các tầng liên kết sẽ phân mảnh chúng vì hầu hết các host chỉ có thể làm việc với các datagram có độ dài tối đa

là 576 byte

 Identification (16 bit): chứa một số nguyên duy nhất xác định datagram do máy gửi gán cho datagram đó Giá trị này hỗ trợ trong việc ghép nối các fragment của một datagram Khi một bộ định tuyến phân đoạn một datagram, nó sẽ sao chép hầu hết các vùng tiêu đề của

datagram vào mỗi fragment trong đó có cả Identification Nhờ đó, máy đích sẽ biết được fragment đến thuộc vào datagram nào Để thực hiện gán giá trị trường Identification, một kỹ thuật được sử dụng trong phần mềm IP là lưu giữ một bộ đếm trong bộ nhớ, tăng

nó lên mỗi khi có một datagram mới được tạo ra và gán kết quả cho vùng Identification của datagram đó

 Flags (3 bit): tạo các cờ điều khiển khác nhau như sau:

Bit 0: dự trữ, được gán giá trị 0

Bit 1: DF → DF = 0: có thể phân mảnh

→ DF = 1: không phân mảnh

Bit 2: MF → MF = 0: fragment cuối cùng

→ MF = 1: vẫn còn fragment

 Fragment Offset (13 bit): trường này chỉ vị trí fragment trong

datagram Nó tính theo đơn vị 8 octet một (64 bit) Như vậy, độ dài của các Fragment phải là bội số của 8 octet trừ Fragment cuối cùng

Fragment đầu tiên có trường này bằng 0

 TTL - Time to Live (8 bit): trường này xác định thời gian tối đa mà

datagram được tồn tại trong mạng tính theo đơn vị thời gian là giây

Công nghệ hiện nay gán giá trị cho trường Time to Live là số router lớn

nhất mà các datagram phải truyền qua khi đi từ nguồn tới đích Mỗi khi datagram

đi qua một router thì giá trị của trường này sẽ giảm đi một Và khi giá trị của

trường này bằng 0 thì datagram bị huỷ

 Protocol (8 bit): giá trị trường này xác định giao thức cấp cao nào

(TCP, UDP hay ICMP) được sử dụng để tạo thông điệp để truyền tải trong phần data của IP datagram Về thực chất, giá trị của trường này đặc tả định dạng của trường Data

 Header Checksum (16 bit): trường này chỉ dùng để kiểm soát lỗi cho

tiêu đề IP datagram Trong quá trình truyền, tại các router sẽ xử lý tiêu đề nên có một số trường bị thay đổi (như Time to Live) vì thế nó

sẽ kiểm tra và tính toán lại tại mỗi điểm này

 Source IP Address (32 bit): xác định địa chỉ IP nguồn của IP datagram Nó không thay đổi trong suốt quá trình datagram được truyền

 Destination IP Address (32 bit): xác định địa chỉ IP đích của IP datagram Nó không thay đổi trong suốt quá trình datagram được truyền

 Options (độ dài thay đổi): trường này chứa danh sách các thông tin được lựa chọn cho datagram Nó có thể có hoặc không có, chứa một lựa chọn hoặc nhiều lựa chọn

 Padding (độ dài thay đổi): trường này được sử dụng để đảm bảo cho tiêu đề của IP datagram luôn là bội của 32 bit (bù cho trường option

có độ dài thay đổi) Nhờ đó đơn giản cho phần cứng trong xử lý tiêu

1.1.1.2 Phân mảnh và tái hợp

a) Phân mảnh

Các IP datagram có độ dài tối đa là 65535 byte Nhưng trong thực tế, frame của các liên kết truyền dẫn có các kích thước vùng dữ liệu bị giới hạn Giá trị giới hạn này gọi là đơn vị truyền dẫn lớn nhất MTU của liên kết

Mặt khác, các datagram lại phải qua nhiều liên kết khác nhau trước khi đến đích nên MTU cũng thay đổi theo từng liên kết MTU có giá trị nhỏ nhất trong các MTU của các liên kết tạo nên đường truyền dẫn được gọi là path MTU (MTU của đường truyền) Các datagram có thể định tuyến theo các con đường khác nhau nên path MTU giữa hai host không phải là một hằng số Nó sẽ phụ thuộc vào tuyến được lựa chọn định tuyến tại thời gian đang sử dụng Path MTU hướng thuận khác với path MTU hướng ngược

Để các datagram có thể đóng gói vào các frame của tầng liên kết thì IP phải

có khả năng phân mảnh datagram thành các fragment có kích thước phù hợp Việc phân mảnh có thể ở ngay nguồn hay ở các bộ định tuyến mà tại đó datagram có kích thước lớn hơn kích thước vùng dữ liệu của frame Các fragment đầu sẽ có kích thước tối đa sao cho vừa với vùng dữ liệu của frame, riêng fragment cuối cùng sẽ là phần dữ liệu còn lại (nhỏ hơn hoặc bằng vùng dữ liệu của frame) Quá trình phân mảnh được thực hiện nhờ các trường Flag, Fragment Offset và làm thay đổi các trường Total Length, Header Checksum

b) Tái hợp

Các Fragment được truyền như những datagram độc lập cho đến máy đích mới được tái hợp lại Thực hiện tái hợp sẽ nhờ vào trường Flag để biết được Fragment cuối cùng cũng như sử dụng Identification để biết được fragment thuộc vào datagram nào Như vậy, các fragment có giá trị bốn trường Identification, Source Address, Destination Address và Protocol giống nhau thì sẽ thuộc cùng vào một datagram để truyền lên lớp cao

Chỉ khi phía thu nhận đủ fragment thì mới thực hiện quá trình tái hợp Vì vậy, cần có các bộ đệm, một bảng theo bit chỉ các khối fragment đã nhận được, một bộ đếm thời gian tái hợp Dữ liệu của fragment được đặt vào một bộ đệm dữ liệu và vị trí của nó phụ thuộc vào Fragment Offset, bit trong bảng tương ứng với Fragment nhận được sẽ được lập Nếu nhận được fragment đầu tiên có Fragment Offset bằng 0 tiêu đề của nó được đặt vào bộ đệm tiêu đề Nếu nhận được fragment cuối cùng (có MF của trường Fragment bằng 0) thì độ dài tổng sẽ được tính Khi đã nhận đủ các fragment (biết được bằng cách kiểm tra các bit trong bảng bit khối Fragment) thì sau đó datagram được gửi lên tầng trên Mặt khác, bộ đếm thời gian tái hợp nhận giá trị lớn nhất là giá trị của bộ đếm thời gian tái hợp hiện thời hoặc giá trị của trường Time to Live trong Fragment

Chú ý: Trong quá trình tái hợp, nếu bộ đếm thời gian tái hợp đã hết thì các tài nguyên phục vụ cho quá trình tái hợp (các bộ đệm, một bảng theo bit chỉ các khối fragment đã nhận được) sẽ bị giải phóng, các fragment đã nhận được sẽ bị huỷ mà không xử lý gì datagram Khi tái hợp, giá trị khởi đầu của bộ đếm thời gian tái hợp thường thấp hơn giới hạn thời gian thực hiện tái hợp Đó là vì thời gian thực hiện tái hợp sẽ tăng lên nếu Time to Live trong fragment nhận được lớn hơn giá trị hiện thời của bộ đếm thời gian tái hợp nhưng nó lại không giảm nếu nhỏ hơn

Đối với các datagram có kích thước nhỏ, trong quá trình truyền không phải phân mảnh (có trường Fragment Offset và vùng MF của trường Flag bằng 0) thì phía thu không cần thực hiện tái hợp mà datagram được gửi luôn lên tầng trên

Việc chỉ tái hợp các fragment ở đích cuối cùng có những hạn chế sau: sau khi phân mảnh các fragment có thể đi qua mạng có MTU lớn hơn, do đó không tận dụng được hiệu quả truyền dẫn Ngoài ra, như ta đã biết các fragment chỉ được tái hợp lại khi đã nhận đủ Với số lượng fragment lớn thì xác suất mất fragment cao hơn, khi đó kéo theo xác suất mất datagram cũng cao vì chỉ cần một fragment không về đến đích trước khi bộ đếm thời gian bằng 0 thì toàn bộ datagram sẽ mất

Nhưng việc kết hợp các gói tin tại đích sẽ giúp cho chức năng của các router đơn giản hơn, xử lý nhanh hơn và tránh được tình trạng tái hợp rồi lại phân mảnh Vì thế, cơ cấu này vẫn được sử dụng trong IP

1.1.1.3 Định tuyến

Định tuyến là một trong các chức năng quan trọng của IP Datagram sẽ được định tuyến bởi host tạo ra nó và có thể còn có một số host khác (có chức năng như các router) Sau đây, sẽ tìm hiểu về định tuyến trong IP

Định tuyến IP có thể được chia thành hai loại:

+ Tìm xem có host nào có địa chỉ phù hợp với địa chỉ đích không (trùng hợp cả vùng net ID và vùng host ID) Khi này, có thể truyền trực tiếp datagram tới đích

+ Tìm xem có host nào có địa chỉ phù hợp với địa chỉ đích không (trùng hợp vùng net ID) Khi này, datagram được gửi tới router (được xác định tại cột

next hop address) hay giao diện kết nối trực tiếp (được xác định tại cột interface) với mạng trên

+ Tìm kiếm một đầu ra mặc định (đầu ra mặc định trong bảng định tuyến thường được xác định là một địa chỉ mạng) Datagram được gửi ra theo next hop router được xác định tương ứng với dòng này

Nếu không bước nào thực hiện được thì datagram sẽ không được chuyển đi Nếu datagram đang trên host tạo ra nó thì lỗi “host unreachable”, hay “network unreachable” được gửi về ứng dụng đã tạo ra datagram này

b, Định tuyến động

Định tuyến động là công nghệ tối ưu bởi nó thích ứng với những điều kiện thay đổi của mạng Các router sử dụng các giao thức định tuyến động để trao đổi các thông tin cần thiết cho nhau Quá trình trao đổi thông tin này sẽ thực hiện cập nhật bảng định tuyến cho các router Và việc định tuyến sau đó lại dựa vào thông tin của bảng định tuyến

Bộ định tuyến sử dụng các số liệu được đánh giá theo một chỉ tiêu nào đó

để xây dựng đường dẫn tối ưu giữa hai host Các chỉ tiêu có thể là: khoảng cách ngắn nhất, giá thành rẻ nhất…Khi đó, nếu có nhiều tuyến để đi đến đích thì thông tin về đường đi tốt nhất sẽ được cập nhật vào bảng Đặc biệt khi có một liên kết trên tuyến bị lỗi, tuyến đó sẽ được bỏ đi và thay thế bằng một tuyến khác nên đã khắc phục được lỗi

Có nhiều giao thức định tuyến khác nhau sử dụng các thuật toán khác nhau

để xác định đường đi tối ưu tới đích Các thuật toán đó là: thuật toán véc tơ khoảng cách DVA và thuật toán trạng thái liên kết LSA Trong đó, các giao thức sử dụng thuật toán DVA thường chỉ dùng cho các mạng có phạm vi nhỏ

Các mạng của cùng một nhà cung cấp sử dụng chung giao thức định tuyến

để trao đổi thông tin giữa các router Các giao thức này được gọi là giao thức trong cổng IGP Các loại giao thức IGP bao gồm: giao thức RIP dựa trên thuật toán DVA, giao thức OSPF, IS – IS là những giao thức IGP được sử dụng thay thế cho giao thức RIP và dựa trên thuật toán LSA

Để trao đổi thông tin giữa các router thuộc các nhà cung cấp khác nhau người ta sử dụng các giao thức định tuyến gọi chung là giao thức định tuyến ngoài cổng EGP hoặc hiện nay sử dụng phổ biến là giao thức cổng biên BGP

IP phát triển rất nhanh chóng và cung cấp dịch vụ rất đa dạng Chuyển mạch gói IP được xem là cơ sở của mạng thế hệ sau, chính nhờ sự đơn giản trong

sử dụng mà giao thức IP đã trở thành một giao thức chuẩn cho các dịch vụ mạng mới, dần dần sẽ thay thế các dạng giao thức khác

1.1.2 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM

Công nghệ DWDM được coi là công nghệ then chốt trong mạng lõi Với dung lượng truyền dẫn lớn và khả năng cấu hình mềm dẻo của các bộ kết nối chéo quang đã cho phép xây dựng mạng quang động hơn, nhờ đó các kết nối băng tần lớn có thể được thiết lập theo yêu cầu Wavelength Division Multiplexing (WDM)

là công nghệ cho phép ghép nhiều kênh có bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang để tận dụng tối đa băng tần của sợi, Hơn nữa, mỗi bước sóng quang có thể mang các tải trọng ở các tốc độ số khác nhau( OC-3c, OC-12c, OC-48c, OC-192c…)với các định dạng khác nhau (SONET,Ethernet, ATM…).Ví dụ, có rất nhiều mạng WDM được hỗ trợ một bộ trộn tín hiệu SONET vận hành ở tốc độ xấp

xỉ 2,5Gbps và 10Gbps qua một sợi quang đơn, tạo ra sự nhảy vọt trong cấu trúc hạ tầng mạng viễn thông đa dịch vụ được tối ưu cho truyền số liệu bởi nó tận dụng được ưu thế băng thông lớn, tốc độ cao, không ảnh hưởng bởi sóng điện từ của sợi quang Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) được phát triển từ WDM với khoảng cách giữa các kênh ghép sát nhau, sẽ trở thành phương tiện truyền dẫn chính trong các mạng ngày nay Nếu khoảng kênh ( khoảng cách giữa hai bước sóng kề nhau, được xác định bằng băng tần hoạt động của bộ khuếch đại quang và dung lượng của máy thu) bằng hay nhỏ hơn 200Ghz được gọi là DWDM

Hiện nay, các công nghệ mạng quang đang có sự phát triển nhảy vọt cả về chức năng và năng lực Mạng IP/quang và mối liên kết giữa hai miền quang - điện ngày càng nhận đợc sự tập trung chú ý của các nhà cung cấp dịch vụ, thiết bị viễn thông cũng như các tổ chức tiêu chuẩn Trong đồ án này thuật ngữ "optical network" được sử dụng để chỉ cả mạng truyền tải trên cơ sở SONET/SDH và mạng toàn quang

1.1.3 Các khái niệm liên quan đến mạng quang

Một bộ OXC là một bộ chuyển mạch phân chia theo không gian, có thể chuyển tín hiệu quang từ một cổng đầu vào đến một cổng đầu ra Có thể thực hiện chuyển đổi quang điện ở đầu vào và chuyển đổi điện quang ở đầu ra, cũng có khi không cần xử lý tín hiệu điện, tín hiệu đều là quang Loại thứ nhất gọi là OXC

không trong suốt, loại thứ hai là OXC trong suốt Cấu tạo của OXC có 3 thành phần chính:

♦ Bộ tách kênh chia bước sóng quang ở đầu vào: thực hiện tách các kênh quang theo các bước sóng khác nhau từ các sợi quang vào khác nhau

♦ Ma trận chuyển mạch: thực hiện đấu nối chéo từ một kênh quang đầu vào tới một kênh quang đầu ra Trường chuyển mạch có thể là chuyển mạch chia thời gian hoặc chuyển mạch chia bước sóng được trình bày ở mục sau

♦ Bộ ghép kênh chia bước sóng quang ở đầu ra: thực hiện ghép các kênh quang từ các đầu ra tương ứng của trường chuyển mạch để truyền dẫn trên một sợi quang

Khái niệm mạng truyền tải quang dùng ở đây là chỉ mạng gồm các OXC mà

hỗ trợ các đường kênh quang end –to-end cung cấp chức năng như định tuyến, giám sát, cấp nhóm lưu lượng, bảo vệ phuc hồi các kênh quang Các liên kết giữa các OXC trong mạng này có thể dựa trên topo lưới tổng thể Các lớp con sau có thể tồn tại trong với mạng này

Lớp kênh quang (Och): định nghĩa một kết nối quang (lighpath) giữa hai

thực thể client quang Lớp kênh quang là trong suốt với các bản tin từ đầu cuối đến

đầu cuối (Kênh quang Och tương đương với một bước sóng trong DWDM) Nó thực hiện các chức năng sau: định tuyến tin tức của thuê bao khách hàng, phân phối bước sóng, sắp xếp kênh tín hiệu quang để mạng kết nối linh hoạt, xử lý các thông tin phụ của kênh tín hiệu quang, đo kiểm lớp kênh tín hiệu quang và thực hiện chức năng quản lý Khi phát sinh sự cố, thông qua việc định tuyến lại hoặc cắt chuyển dịch vụ công tác sang tuyến bảo vệ cho trước để thực hiện đấu chuyển bảo

vệ và khôi phục mạng

Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS): cung cấp phương tiện truyền cho các

kênh quang Lớp này định nghĩa việc kết nối và xử lý trong nội bộ ghép kênh hay một nhóm các kết nối quang ở mức kênh quang Och (OMS còn được gọi là một nhóm bước sóng truyền trên cáp sợi quang giữa hai bộ ghép kênh DWDM) Nó đảm bảo truyền dẫn tín hiệu quang ghép kênh nhiều bước sóng giữa hai thiết bị truyền dẫn ghép kênh bước sóng lân cận, cung cấp chức năng mạng cho tín hiệu nhiều bước sóng OMS có các tính năng như: cấu hình lại đoạn ghép kênh quang

để đảm bảo mạng định tuyến nhiều bước sóng linh hoạt, đảm bảo xử lý hoàn chỉnh tin tức phối hợp của đoạn ghép kênh quang nhiều bước sóng và thông tin phụ của đoạn ghép kênh quang, cung cấp chức năng đo kiểm và quản lý của đoạn ghép kênh quang để vận hành và bảo dưỡng mạng

Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS): cung cấp các chức năng truyền dẫn

cho tín hiệu quang thông qua các phương tiện khác nhau Lớp này định nghĩa cách truyền tín hiệu quang trên các phương tiện quang đồng thời thực hiện tính năng đo kiểm và điều khiển đối với bộ khuếch đại quang và bộ lặp Lớp này thực hiện các vấn đề sau: cân bằng công suất, điều khiển tăng ích của EDFA, tích luỹ và bù tán sắc

Lớp sợi quang: là tầng vật lý ở dưới cùng, gồm các sợi quang khác nhau

như: G.652, G.653, G.655

Mạng truyền tải quang OTN sẽ cung cấp luồng quang tới client như là các

bộ định tuyến IP, các phần tử mạng SONET/SDH và chuyển mạch ATM Một lớp điều khiển chuyển mạch cần để thiết lập tuyến trên mạng và nó tương tác với bộ điều khiển OXC để khởi tạo chuyển mạch trong OXC Một kênh báo hiệu giữa các nút đảm bảo rằng mỗi OXC biết được trạng thái tài nguyên mạng, các tuyến khả dụng

Một lighpath được coi là thỏa mãn thuộc tính liên tục của bước sóng nếu

nó được truyền tải cùng một bước sóng end to end Tính liên tục cuả bước sóng được yêu cầu trong mạng quang không có sự chuyển đổi bước sóng Một lightpath thỏa mãn thuộc tính liên tục của bước sóng được gọi là wavelength path Có hai loại mạng quang, mạng quang trong suốt và không trong suốt

Một mạng quang trong suốt là mạng mà trong đó tín hiệu quang được truyền từ thiết bị truyền dẫn trong môt miền quang đến thiết bị thu mà không cần chuyển đổi OEO Tổng quát các node chuyển mạch trung gian trong một mạng quang trong suốt không thể can thiệp gì vào các tín hiệu quang là tải trọng được truyền qua Chú ý rằng, sự khuếch đại tín hiệu qua node chuyển mạch được cho phép trong mạng quang trong suốt, ví dụ sử dụng EDFA

Mặt khác, trong mạng quang không trong suốt , các node trung gian này có thể thực hiện chuyển đổi tín hiệu quang truyền qua chúng, ví dụ như thực hiện chuyển đổi OEO, liên quan đến vận hành 3R, định dạng lại, định thời lại, tái tạo lại

ngày càng đã cho phép xây dựng mạng quang động hơn, nhờ đó các nối kết băng thông lớn hơn Luồng quang (lighpath) có thể được thiết lập theo nhu cầu Quá trình tích hợp không những giúp loại bỏ một số xử lý trung gian không cần thiết, lắp lại giữa các lớp mạng mà còn có thể giảm bớt lớp mạng

1.2.2 Tích hợp IP/ quang nhằm giảm lớp mạng

Sự phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng khiến cho nhiều lớp độc lập có chức năng chồng chéo nhau dẫn đến thường xuyên có sự mâu thuẫn lẫn nhau do có các chính sách khác nhau Vì vậy một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt để đó là giảm số lớp mạng Giảm lớp mạng có nghĩa là loại bỏ cả một nhóm lớp giao thức được thực hiện trong lớp thiết bị hay mạng

Khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và quang tăng lên, thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng IP/ quang hiệu quả và mềm dẻo

Trong giai đoạn lưu lượng IP chiếm ưu thế trong mạng thì cấu trúc mạng phân làm nhiều lớp không còn thích hợp nữa Mục đích là tối thiểu hóa truyền mào đầu và cực đại hóa băng tần truyền dẫn hữu ích Tất nhiên là độ phức tạp trong giám sát, điều hành, lập kế hoạch mạng và kĩ thuật cũng cần giảm bớt để cực tiểu hóa chi phí điều hành của nhà cung cấp dịch vụ và tăng lợi nhuận Chúng ta có thể loại bỏ hẳn ATM, SDH khi nhu cầu lưu lượng cao để truyền trực tiếp IP(MPLS) trực tiếp trên quang WDM

Hình 1.2 : Xu hướng tích hợp IP/ quang

1.2.3 Tích hợp IP/ quang nhằm giảm lớp giao thức, thiết bị

Trước đây, chỉ có 1 cách duy nhất để truyền tải các gói tin IP trên sợi quang

sử dụng công nghệ WDM là kết nối các bộ định tuyến IP tới các chuyển mạch ATM Sau đó, các tế bào ATM sẽ được gửi qua các thiết bị SONET được kết nối tới hệ thống truyền dẫn WDM Kết quả là ngăn xếp giao thức có đầy đủ 4 tầng Trong đó, IP mang ứng dụng và dịch vụ, ATM cần thiết cho tích hợp đa dịch vụ (thoại và số liệu), SONET cần cho sự kết hợp và bảo vệ các luồng, ví dụ như kết hợp các luồng ATM 155Mbit/s thành các luồng STM-16 Kiến trúc này có sự chồng chéo chức năng giữa các tầng, thời gian thiết lập đấu nối chậm, thời gian trễ lớn Do đặc tính băng tần không được thiết kế để bám theo kích thước gói IP nên khả năng mở rộng kém trước sự bùng nổ lưu lượng, giới hạn khả năng mở rộng của từng lớp do đó sẽ ảnh hưởng đến toàn mạng, tăng chi phí quản lý, bảo dưỡng

Khi tầng ATM,SDH cũng bị loại bỏ, các gói tin IP được chuyển trực tiếp xuống tầng quang Việc loại bỏ tầng ATM và SDH tương đương với việc có ít tầng phải quản lý hơn Khi đó IP có chức năng xử lý lưu lượng dữ liệu và cả các loại lưu lượng khác trong tương lai bao gồm ghép kênh, định tuyến, cơ chế phục hồi và điều khiển lưu lượng, DWDM cung cấp chức năng truyền dẫn, bảo vệ và phục hồi

Hinh 1.3 : Truyền tải gói IP qua bước sóng

IP được tin rằng là giao thức hội tụ, nó được thiết kế cho giao thức lớp 3, dùng địa chỉ mạng, định tuyến thông qua các mạng con khác nhau với các công nghệ lớp 2 khác nhau Dưới lớp IP, lớp quang sử dụng WDM hứa hẹn là công nghệ Các động cơ IP over optical được tổng kết sau:

 Mạng quang WDM có thể chú trọng phát triển của lưu lượng IP bằng cách triển khai trên kiến trúc sợi quang đã tồn tại sẵn Sử dụng công nghệ WDM tăng đáng kể khả năng tận dụng băng thông sợi quang

 Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua mạng IP, gần như các dữ liệu ứng dụng đều

sử dụng IP Dữ liệu thoại truyền thống có thể sử dụng chuyển mạch gói bằng kĩ thuật VoIP IP/WDM kế thừa tính linh hoạt , tương thích của giao thức điều khiển IP

 IP/WDM có thể đạt được mục tiêu cấp phát băng thông theo yêu cầu động ( hoặc cấp phát thời gian thực) trong mạng quang: Phát triển mạng truyền thống, mạng quang điều khiển phân tán, mạng điều khiển riêng, mạng tích hợp IP/WDM không chỉ giảm giá cả vận hành mạng, mà còn cung cấp tài nguyên động theo yêu cầu dịch vụ

 IP/WDM được hy vọng phối hợp các nhà cung cấp phần tử mạng với sự giúp đỡ của giao thức IP: các mạng quang yêu cầu mặt phẳng điều khiển thống nhất và dễ dàng thay đổi thông qua các mạng con được cung cấp bởi các nhà cung cấp WDM, giao thức điều khiển IP được triển khai rộng rãi và linh hoạt MPLS không chỉ cung cấp kĩ thuật lưu lượng mà còn đạt được mục đích có một mặt phẳng điều khiển thống nhất trung tâm IP

 Kĩ thuật điều khiển phân tán sẽ tạo cơ hội cho IP/WDM đạt tới được phục hồi động

 Đứng trên quan điểm dịch vụ, mạng IP/WDM có các ưu điểm về quản lý chất lượng, các chính sách và các kỹ thuật dự kiến sẽ sử dụng và phát triển trong mạng IP Truyền tải IP hoặc tín hiệu SDH qua WDM Một phần mềm điều khiển sẽ điều khiển cơ cấu chuyển mạch IP đóng vai trò là một công nghệ lớp mạng dựa trên lớp liên kết dữ liệu để cung cấp:

o Khung(trong SONET hoặc Ethernet)

o Phát hiện lỗi (CRC)

o Điều khiển lỗi (yêu cầu phát lại tự động ARQ)

Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp phương tiện truyền tải từ đầu cuối đến đầu cuối giảm thiệu được chi phí Yêu cầu này đòi hỏi các giao diện toàn quang và các cơ cấu chuyển mạch toàn quang cho các phần tử mạng biên và giữa

Transponder được sử dụng để tăng cường tín hiệu quang Có các bộ transponder toàn quang (laser điều hướng)và các bộ transponder chuyển đổi O-E-O

Giảm lớp giao thức đồng nghĩa với việc giảm xử lý trong thiết bị mạng

Mô hình tích hợp cho phép tương tác giữa các lớp mạng chặt hơn do đó hiệu quả

về dung lượng, giảm lớp giao thức Hiện nay một số hãng (Tellium, Cisco, NEC, TILAB, Siemens, Alcatel ) đã đưa ra các giải pháp tích hợp IP/quang thống nhất, cho phép phát triển mạng một cách liên tục Tuy nhiên để đảm bảo có được môi trường mạng cạnh tranh, thì cũng cần có các tiêu chuẩn phù hợp và thống nhất Tính tương thích và điều khiển kiểu IP đang trở thành hiện thực, hiện nay các tổ chức công nghiệp đang thử nghiệm và hy vọng tới đây sẽ có chuẩn thống nhất

1.3 Mô hình tích hợp IP/optical

Kiến trúc mạng IP/quang có 3 mô hình :

 Mô hình xếp chồng (Overlay Model)

 Mô hình ngang hàng (Peer to peer Model)

 Mô hình lai gia tăng (Augmented Hybrid Model)

Chúng ta sẽ xét mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng

1.3.1 Mô hình xếp chồng

Mô hình này đặt toàn bộ sự điều khiển lớp quang cho chính lớp quang như hình 1.4 , còn gọi là mô hình chủ khách (server-client ) Nó dựa trên giả thuyết điều khiển lớp quang là độc lập và lớp quang tạo nên một nền mở cho nhiều tín hiệu khác nhau bao gồm cả IP Mô hình này xem xét kiến trúc mạng dựa trên quan điểm chuyển mạch kênh

Trong mô hình này, các giao thức định tuyến báo hiệu, sự phân bố cấu hình đều phụ thuộc vào miền quang và trong mô hình này việc phân phối cấu hình, tính toán tuyến, các giao thức báo hiệu được xác định cho miền quang và độc lập với miền IP

Hình 1.4: Mô hình xếp chồng

Mô hình này cho phép mỗi router giao tiếp trực tiếp với mạng quang thông qua giao diện mạng - người sử dụng UNI (User- Network Interface) Giao diện giữa các mạng con được thực hiện thông qua giao diện mạng-mạng NNI (Network Network Interface) Mô hình giao diện UNI tương tự như mô hình trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống như mạng ISDN Trong mô hình này mỗi mạng con sẽ tiến triển độc lập, nhờ đó cho phép các nhà khai thác mạng đưa các công nghệ mới mà không bị gánh nặng của các công nghệ cũ Các nhà khai thác còn có thể đáp ứng được các cơ sở hạ tầng kế thừa hiện có Quan trọng hơn là các nhà khai thác có thể tìm thấy được môi trường mạng quang nhiều nhà cung cấp, nó cho phép thực hiện được tính tương thích trong tương lai gần nhờ các giao diện UNI và NNI

1.3.2 Mô hình ngang hàng

Ở mô hình này, mặt điều khiển IP hoạt động ngang hàng với mặt điều khiển mạng truyền tải quang như hình 1.5 Mô hình này dựa trên giả thuyết là việc điều khiển lớp quang được chuyển sang lớp IP Nó xem xét kiến trúc mạng trên quan điểm chuyển mạch gói

Khi có sự liên kết giữa mạng quang và mạng IP, cần phải có giao thức chung trong định tuyến và báo hiệu Giải pháp ở đây là đánh địa chỉ IP cho cả hai miền quang và IP Khi đó các phần tử mạng quang sẽ trở thành các thực thể được đánh địa chỉ IP

Hình 1 5: Mô hình ngang hàng

Mô hình này quá trình điều khiển thiết lập bước sóng quang động nhờ các Router ở biên được nối với mạng quang Khi Router có tắc nghẽn, thì hệ thống quản lý mạng NMS hay chính Router sẽ yêu cầu thiết lập luồng quang động Sau

đó các chuyển mạch quang sẽ tạo mới hay cải thiện kênh quang trên lớp quang để đáp ứng nhu cầu của Router Vì vậy, thiết lập bước sóng động có thể thích nghi được với nhu cầu lưu lượng Mô hình ngang hàng giả định rằng các Router điều khiển lớp mạng quang Mối quan hệ giữa IP và OXC là bình đẳng về mặt điều khiển Vì vậy về mặt báo hiệu và định tuyến sẽ không có sự phân biệt nào giữa UNI, NNI và giao diện giữa các Router Trong mô hình này cần một khối lượng lớn thông tin trạng thái và điều khiển chuyển qua lại giữa lớp IP và quang Do đó

sẽ khó hơn cho việc kết nối trong môi trường nhiều nhà khai thác khi so với mô hình xếp chồng

1.3.3 Nhận xét

Cả hai mô hình đều giả định phát triển mạng quang thế hệ sau có Topo mắt lưới với nền điều khiển IP dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) Các mô hình này đều sử dụng kiến trúc điều khiển theo

IP, nhưng quản lý các ứng dụng khác nhau Sau đây là bảng so sánh một số mặt

Tiêu chí Mô hình xếp chồng Mô hình ngang hàng

Bảng 1.1: So sánh giữa hai mô hình xếp chồng và ngang hàng

Mô hình chồng lần gần với hiện nay đang triển khai , các lớp mạng IP, MPLS, SDH , WDM triển khai độc lập nhau, dễ triển khai Do vậy, có lẽ tiến trình phát triển mạng IP/quang sẽ bắt đầu trên cơ sở mô hình này và chưa có sự trao đổi thông tin định tuyến giữa IP và quang Bước tiếp theo có lẽ là sự tương tác giữa 2 vùng IP và quang cho phép luồng quang như là một phần của thiết lập chuyển mạch nhãn LSP điểm-điểm Và giai đoạn cuối sẽ hỗ trợ toàn bộ mô hình ngang hàng với trao đổi đầy đủ thông tin định tuyến giữa hai miền IP và quang

1.4 Kiến trúc truyền tải IP/quang

1.4.1 Kiến trúc dựa trên ATM (IP/ATM/ SDH/ WDM và IP/ATM/WDM)

IP/ATM/SDH/WDM là kiến trúc đầu tiên được thiết kế để truyền tải IP trên mạng quang Trong giai đoạn này, muốn truyền tải IP qua lớp mạng quang phải qua các tầng ATM và SDH Do đó, phải sử dụng các giao thức được định nghĩa cho mỗi tầng Hiện nay, kiến trúc này vẫn được sử dụng rất rộng rãi trong mạng đường trục Tuy nhiên, nó không còn phù hợp với những yêu cầu đang nổi lên trong mạng trục do sự phức tạp, những giới hạn về chức năng, khả năng mở rộng

Ngăn xếp được ngầm định sử dụng cho truyền tải IP qua ATM như hình

FiberWDMSDHATMAAL5LLC/SNAPIP

Hình 1.6 : Ngăn xếp giao thức IP/ATM/SDH/WDM

Tầng IP: Nhận dữ liệu (có thể là thoại, âm thanh, hình ảnh, ) từ tầng trên

và đóng gói thành các gói datagram có độ dài từ 250 đến 65535

Tầng LLC/SNAP: Thực chất, có 2 cách để đóng gói các gói tin IP trong khung AAL5: Điều khiển liên kết logic LLC/SNAP và ghép kênh ảo Tuy nhiên,

kỹ thuật được ngầm định trong hầu hết các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

là LLC/SNAP Trong kỹ thuật này, các gói tin IP được gán thêm 8 byte mào đầu

để tạo nên AAL5-SDU

Tầng AAL5: Lớp thích ứng ATM, được sử dụng để truyền dẫn dữ liệu phi kết nối có tốc độ thay đổi VBR Lớp này thực hiện gán thêm 8 byte tiêu đề tạo thành AAL5-PDU Sau đó, AAL5-PDU được cắt ra thành các tải 48 byte của tầng ATM

Tầng ATM: nhận các ATM-PDU từ tầng trên xuống và gán thêm 5 byte tiêu đề tạo ra các tế bào ATM 53 byte

Tầng SDH: sắp xếp các tế bào ATM vào các khung VC-n Sau đó được ghép vào các khung STM-N (N = 1,4,16 hay 64)

Cuối cùng các luồng STM-N sẽ được ghép kênh và truyền dẫn trên hệ thống WDM tới đích

Để giảm bớt lớp giao thức có thể sử dụng kiến trúc IP/ATM/WDM Trong trường hợp này, các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà được gửi trực tiếp qua môi trường vật lý (các kênh WDM) Về mặt kiến trúc nó hoàn

toàn như kiến trúc IP/ATM/SDH/WDM chỉ khác ở việc truyền dẫn trên cơ sở tế bào

1.4.2 Kiến trúc IP/ SDH/ WDM

Có thể thực hiện một cách đơn giản để truyền dẫn khung SDH có đóng gói các IP datagram qua mạng WDM nhờ sử dụng các Transponder (bộ thích ứng bước sóng) Hoặc cũng có thể truyền dẫn các khung SDH mang thông tin của các gói IP qua mạng truyền tải SDH đồng thời với các lưu lượng dịch vụ khác Nhưng cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng mạng truyền tải quang thì truyền dẫn trên mạng WDM là xu thế tất yếu và có nhiều ưu điểm hơn

Trong kiến trúc này tầng ATM đã bị loại bỏ và gói tin IP được chuyển trực tiếp xuống tầng SDH Do xu thế phát triển yêu cầu các bộ định tuyến IP cần phải nhanh hơn nữa và khi QoS được đảm bảo ở lớp IP thì ATM sẽ không còn cần thiết nữa Do đó, đã loại bỏ được các chức năng, sự hoạt động và chi phí bảo dưỡng cho riêng mạng ATM Việc có thêm kỹ thuật MPLS (chuyển mạch nhãn đa giao thức)

bổ sung vào tầng IP sẽ xuất hiện 2 khả năng mới Đầu tiên, nó cho phép thực hiện

kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả năng thiết lập kênh ảo giống như trong ATM Thứ hai, MPLS tách mặt điều khiển ra khỏi mặt chuyển tiếp nên cho phép giao thức điều khiển có thể dễ dàng xử lí đối với những gói tin IP có độ dài thay đổi Với hệ thống SDH ta có thể thực hiện chuyển mạch bảo vệ cho các liên kết lưu lượng IP khi đứt cáp nhờ các chuyển mạch bảo vệ tự động ASP Quá trình thực hiện tại tầng quang

Để thực hiện truyền dẫn IP trên SDH có thể sử dụng các giao thức PPP/HDLC Gói trên SDH hay IP trên SDH liên quan đến việc bổ sung thêm các giao diện SDH vào bộ định tuyến kết cuối PPP Các card đường dây trong các bộ định tuyến IP sẽ thực hiện đóng khung PPP/HDLC và sắp xếp vào tải SDH

Hình 1.7 : Ngăn xếp giao thức IP/SDH/WDM

Có nhiều loại giao diện IP/SDH khác nhau:

• Các luồng VC-4 hay VC-4-X

c (nối móc xích, có sự đồng bộ về giữa tải tin với ranh giới của khung VC-4): Cung cấp băng thông tổng mà không có sự phân biệt giữa các loại dịch vụ IP khi chúng xuất hiện đồng thời trong một luồng

• Các giao diện kênh: Tại đây các đầu ra STM-16 quang có thể gồm 16 luồng VC-4 riêng biệt trong đó mỗi luồng VC-4 tương ứng với một loại dịch vụ Sau đó, các luồng VC-4 có thể được định tuyến qua mạng quang với các bộ định tuyến đích khác nhau nhờ khả năng tách xen một luồng bất kỳ của hệ thống SDH

PPP là một phương thức đã được chuẩn hoá để đóng gói các tin để truyền dẫn qua các phương tiện truyền dẫn PPP cung cấp bao gói đa giao thức, điều khiển lỗi và các tính năng điều khiển khởi tạo liên kết Khuôn dạng của khung PPP như hình

Hình 1.8 : Khuôn dạng khung PPP

Trường giao thức có chức năng chỉ loại dữ liệu được mang ở trong trường thông tin Dữ liệu có thể là gói tin IP hoặc dữ liệu điều khiển liên kết hoặc dữ liệu điều khiển mạng

Trường đệm nhằm đảm bảo cho độ dài của trường thông tin đạt độ dài quy ước là 1500 byte Cũng có thể không dùng trường này khi sử dụng bản tin LCP (Link Control Protocol) để thoả thuận trước độ dài của trường thông tin

HDLC là một chuẩn của ISO, có khuôn dạng như hình

để chỉ loại dịch vụ từ tầng trên đưa xuống được đóng gói, ở đây là PPP Trường FSC để kiểm soát lỗi cho khung HDLC

Nhiều container được kết nối với nhau tạo ra một container và tải được sắp xếp vào đó tạo tốc độ giao diện cao Sự sắp xếp này còn được gọi là “kết chuỗi ảo” tải SDH Kết chuỗi ảo là một cơ chế cung cấp khả năng khai thác tải SONET/SDH hiệu quả và mềm dẻo Từ “ảo” ngụ ý xâu chuỗi các tải trong SONET/SDH để cung cấp băng tần mềm dẻo phù hợp với kích thước số liệu Các luồng bậc cao tạo thành

có dung lượng phù hợp với giao diện của các bộ định tuyến

Ngoài ra, còn có các kỹ thuật để truyền tải IP trên SDH sử dụng giao thức SDL và LAPS

1.4.3 Kiến trúc IP/ RPR/WDM

RPR (Resilient Packet Ring) hay IEEE 802.17 là giao thức lớp MAC đang được chuẩn hóa bởi IEEE Bằng cách ghép thống kê gói IP truyền trên hạ tầng vòng sợi quang, có thể khai thác hiệu quả dạng vòng quang và tận dụng ưu điểm truyền gói RPR là giao thức lớp MAC vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó không nhận biết lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn nên có thể làm việc với WDM, SDH Gồm có hai mức

 Mức giao thức tái sử dụng không gian

 Mức chuyển mạch bảo vệ thông minh IPS (Intelligent Protection Switching)

RPR sử dụng vòng sóng hướng gồm hai sợi quang truyền ngược chiều nhau, cả hai vòng đồng thời được sử dụng để truyền gói dữ liệu và điều khiển RPR cho phép nhà cung cấp dịch vụ giảm chi phí thiết bị phần cứng cũng như thời gian và chi phí của việc giám sát mạng Trong RPR không có khái niệm khe thời gian, toàn bộ băng thông được ấn định cho lưu lượng Bằng cách tính toán khả năng mạng và dự báo yêu cầu lưu lượng, RPR ghép thống kê và phân phối công bằng băng thông cho các node trên vòng để tránh tắc nghẽn có thể mang lại lợi ích hơn nhiều so với vòng SDH/SONET dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian RPR phân biệt 2 mức lưu lượng có mức độ ưu tiên cao và thấp và chỉ có mức lưu lượng ưu tiên thấp là sử dụng thuật toán cân bằng(fairness) để cân bằng lưu lượng đảm bảo nút sẽ không bị nghẽn Thuật toán cân bằng chỉ đạo sự truy nhập nút trong ring

RPR được đặc trưng bởi: Topo vòng ring, số lượng các nút trong ring và lưu ý rằng vòng ring hoạt động trên phương thức chia sẻ phương tiện, tất cả các nút trong vòng ring phải có cùng tốc độ

RPR là một giao thức MAC cung cấp chức năng chuyển mạch tương tự như Ethernet và gói tin IP được bao gói trong các khung SRP trước khi được truyền dẫn trên mạng truyền tải quang

Hình 1.10: Khuôn dạng khung SRP

Các byte cờ để phân biệt đầu cuối của mỗi khung Trường cờ ở trước trường tiêu đề được gọi là cờ mở đầu khung, trường kia gọi là cờ kết thúc khung hoặc có thể là cờ mở đầu của khung tiếp theo

và nó cạnh tranh với các công nghệ ATM trong môi trường mạng dùng riêng

Gigabit Ethernet sử dụng giao thức truy nhập cảm nhận sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection), cùng định dạng khung, và vùng kích thước khung

Như đã nói, Gigabit Ethernet được thiết kế dành cho đường trục băng thông cao, kết nối các bộ định tuyến, các bộ chuyển mạch, hub, bộ lặp, và máy chủ cho các khu trường đại học hay các toà nhà công sở Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong tổng số những ứng dụng mạng LAN Chuẩn Gigabit Ethernet có thể được sử dụng để mở rộng dung lượng mạng LAN tiến tới MAN và thậm chí đến cả WAN nhờ các card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP Các máy chủ được trang bị card mạng Gigabit Ethernet phải có khả năng quản lý hàng triệu gói tin mỗi giây Những card này có giá rẻ hơn 5 lần so với card đường truyền cùng dung lượng sử dụng công nghệ SDH Nhờ đó, công nghệ Gigabit Ethernet trở nên hấp

dẫn trong môi trường mạng Metro để truyền tải lưu lượng IP qua các mạch vòng WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự li dài Hơn thế nữa, các cổng Ethernet 10Gbit/s sẽ được chuẩn hoá trong tương lai gần Kết nối giữa Gigabit Ethernet và Desktop rất cần thiết cho tương lai

Khung Gigabit Ethernet có cấu trúc như hình 1.11

Hình 1.11 : Khung Gigabit Ethernet

Độ dài cực đại của khung Gigabit Ethernet là 1500 byte nhưng có thể mở rộng đến 9000 byte trong tương lai Khung Ethernet được mã hoá trong sóng mang quang sử dụng mã 8B/10B Do đó, thông lượng đầu ra 1Gbit/s thì tốc độ đường truyền là 1,25Gbit/s Việc mã hoá cũng được đảm bảo điền đầy khi các gói không phát đi để đảm bảo khả năng khôi phục đồng hồ

Gigabit Ethernet hỗ trợ chế độ truyền thông song công giữa hai thiết bị chuyển mạch với nhau và giữa chuyển mạch và trạm đầu cuối, cũng như hỗ trợ chế

độ bán song công trên các liên kết mạng chia sẻ thông qua bộ lặp và phương pháp

đa truy nhập cảm nhận đa sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD Trong môi trường chuyển mạch song công, thực ra không phải dò tìm xung đột (CSMA/CD) bởi vì một liên kết dành riêng sẽ được thành lập giữa các trạm đầu cuối, và mỗi trạm sẽ sử dụng ống dẫn dữ liệu của riêng nó trong quá trình truyền tải Tuy nhiên, CSMA/CD vẫn được giữ lại để duy trì tính tương thích với các tiêu chuẩn Ethernet đang tồn tại

Theo tiêu chuẩn của IETF việc sắp xếp khung Ethernet qua SDH sử dụng thủ tục tạo khung HDLC Mục đích của kỹ thuật này là truyền tải các khung Ethernet qua mạng WAN ở tốc độ bit rất cao, hơn rất nhiều so với tốc độ đã cho trong họ giao thức Ethernet và với khoảng cách lớn hơn khoảng cách mà GbE thực hiện được cho đến nay

1.4.5 Kiến trúc IP/WDM

Cuối cùng, kiến trúc mục tiêu mà các nhà cung cấp mong muốn đạt tới là IP(MPLS)/WDM, trong đó tầng SDH, ATM đều bị loại bỏ, các gói tin IP được chuyển trực tiếp xuống tầng quang Việc loại bỏ tầng ATM và SDH tương đương với việc có ít tầng phải quản lý hơn Khi đó IP có chức năng xử lý lưu lượng dữ

liệu và cả các loại lưu lượng khác trong tương lai bao gồm ghép kênh, định tuyến,

cơ chế phục hồi và điều khiển lưu lượng, WDM cung cấp chức năng truyền dẫn, bảo vệ và phục hồi

Hình 1.12: Kiến trúc tổng quát của mạng IP/WDM

Hình 1.12 là kiến trúc tổng quát của mạng IP/WDM Có nhiều mạng quang tồn tại trong miền quang, trong đó giao diện ENNI(Extent Network-Network Interface) được sử dụng để báo hiệu giữa các mạng quang với nhau Một mạng quang riêng lẻ bao gồm các mạng nhỏ hơn và báo hiệu giữa chúng sử dụng giao diện INNI( Inter Network-Network Interface) Một mạng quang nhỏ hơn đó gồm nhiều node quang(bộ OXC) được nối với nhau bởi sợi quang Các mạng khách hàng như IP, ATM, SONET giao tiếp với mạng quang thông qua giao diện UNI(User-Network Interface) Các kĩ thuật chuyển mạch quang quyết định loại dịch vụ mà mạng quang có thể cung cấp cho mạng khách hàng

Với kiến trúc IP /WDM các datagram được xử lý hoàn toàn trong miền quang từ nguồn tới đích theo từng đơn vị truyền dẫn Nó có thể lợi dụng được ưu điểm nổi bật của kỹ thuật gói là nâng cao được hiệu quả tài nguyên mạng (thiết bị truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch) do các gói của cùng một đích có thể đi theo các hướng khác nhau tuỳ vào khả năng đáp ứng của tài nguyên theo hướng đó Đồng thời kết hợp với hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao, băng thông rộng Giai đoạn này chỉ có thể thực hiện khi công nghệ cho phép xử lý gói tại miền quang Về

cơ bản, chỉ cần nâng cấp các thiết bị tại các node của mạng IP over WDM sao cho

đáp ứng được năng lực xử lý gói quang Các datagram khác nhau có thể nằm cùng trên một bước sóng khi truyền dẫn nhưng tại các node nó được xử lý riêng rẽ mà không cần thực hiện biến đổi E/O Công nghệ chuyển mạch gói quang sẽ cố gắng

để đạt được hiệu năng nhóm gói tin truyền qua mạng quang tốt nhất Luồng thông tin tiêu đề hoặc thông tin điều khiển trên một kênh điều khiển riêng sẽ thiết lập đường truyền đơn hướng

Chúng ta sẽ xét ba kiến trúc mạng IP/ WDM

1.4.5.1 IP over point to point WDM

Các thiết bị như OADM không tạo thành mạng WDM mà cung cấp một liên kết lớp vật lý giũa các router IP SONET có thể được sử dụng để truyền các khung trên các kênh WDM Gói IP được đóng khung trong khung SONET Hệ thống này

có thể trải rộng nên phát triển ở các mạng có khoảng cách xa Kiến trúc này đòi hỏi các router IP liên kết trực tiếp với nhau qua các liên kết sợi quang đa bước sóng Giao diện giữa hai router láng giềng là cố định, topo cố định, cấu hình mạng là tĩnh, hệ thống quản lý tập trung, với sự tương tác giữa lớp IP và WDM là nhỏ nhất

Hình 1.13: kiến trúc IP/WDM điểm điểm

1.4.5.2 IP over WDM cấu hình lại

WDM cấu hình lại sử dụng trong mạng WDM chuyển mạch kênh, ở đó lighpath được hình thành bằng cách thiết lập các kênh có thể cấu hình lại đáp ứng

sự thay đổi lưu lượng và kế hoặch mạng

Giao diện router IP được kết nối với giao diện client của mạng WDM Trong kiến trúc này, giao diện kết nối chéo và giao diện add/drop tương tác với nhau trong các liên kết sợi đa bước sóng

Hình 1.14: Kiến trúc IP/ WDM cấu hình lại

Mạng WDM có một topo vật lý, một topo lighpath riêng Topo vật lý bao gồm các NE liên kết với nhau bằng sợi quang, topo lighpath được tạo ra bởi các kết nối kênh bước sóng Do công nghệ WDM cấu hình lại là công nghệ chuyển mạch kênh, nên việc thiết lập và giải phóng kênh bước sóng được xây dựng, duy trì bằng các pha Chuyển mạch lưu lượng IP, chuyển mạch bước sóng không bao giờ làm việc trên cùng một lớp, nó tương đương với mạng xếp chồng

Lighpath ở đây được thiết kế để phù hợp với topo IP Bằng việc cấu hình thích hợp các kết nối chéo, một giao diện có thể kết nối với bất kì giao diện khác tại bất kì một router nào Kết quả là, với một giao diện router cho trước, hàng xóm của nó được cấu hình theo đó

1.4.5.3 IP over WDM chuyển mạch

WDM chuyển mạch sử dụng trong mạng WDM chuyển mạch gói, ở đó các header hoặc nhãn quang được gắn vào dữ liệu, truyền cùng tải trọng xử lý tại mỗi node Dựa trên tỉ lệ thời gian xử lý tiêu đề gói và chi phí truyền dẫn gói có thể sử dụng chuyển mạch burst, chuyển mạch nhãn, hoặc chuyển mạch gói

Kiến trúc này hỗ trợ dung lượng chuyển mạch từng gói, đi ngược với mục đích đơn giản hóa việc cung cấp lighpath từ đầu vào đến đầu ra

Hình 1.15 : kiến trúc IP/ WDM chuyển mạch

OBS và OLS sử dụng kiểu chuyển mạch khác với IP truyền thống vì IPv4

sử dụng nỗ lực tối đa để chuyển gói tới đích khi đã định tuyến OLS tương tự như MPLS nhưng lại không hỗ trợ chuyển tiếp gói tin truyền thống do không hiểu các tiêu đề gói IP Ngoài ra nó đưa ra lưu lượng có tính hạt trung bình

Hình OBS, OLS được xem là các OLSR Điểm khác biệt chủ yếu giữa OBS, OLS là OBS sử dụng chuyển mạch gói, OLS sử dụng chuyển mạch luồng OLS sử dụng một bước sóng inband để mang thông tin điều khiển ví dụ mào đầu của luồng Trên hình OLSR được triển khai trong một cụm Trong cụm đó chỉ có OLSR biên yêu cầu thực hiện nhiệm vụ của giao thức IP được cung cấp bộ đệm

điện, vì vậy các gói IP đến có thể chờ tại hàng đợi trong trường hợp thiết lập LSP động

OLSR được kết nối với nhau bằng sợi có hỗ trợ kênh đa bước sóng OPR có thể được triển khai như một router điện nhưng khác ở một số giao diện

1.5 Giải pháp tích hợp về điều khiển ASON/GMPLS

1.5.1 Giới thiệu cơ chế điều khiển và MPLS

Trong thập kỉ vừa qua, công nghệ mạng quang đã phát triển nhảy vọt Sau khi các OXC toàn quang hay còn gọi là OXC trong suốt được phát triển, các thành phần mạng quang được hỗ trợ them nhiều đặc điểm và chức năng, cho phép topo mạng quang thay đổi từ point- to- point đến Ring và mesh Vì vậy các mạng quang trở nên thông minh, có thể chuyển mạch tự động, có thể điều khiển Một đường truyền quang là một kết nối lớp quang point –to-point giữa hai điểm truy nhập(cặp node client), chúng ta sẽ dùng với thuật ngữ lighpath Mạng quang có sự trong suốt

về giao thức,cần một bộ máy điều khiển để thiết lập lighpath và giải phóng nó

Ở thời điểm hiện tại, mô hình mạng viễn thông của chúng ta là IP/ATM/SONET,SDH Mô hình chồng chéo này dẫn đến sự phức tạp trong mặt phẳng quản lý, điều khiển cũng như vấn đề nâng cấp mạng Cần quá nhiều mô hình địa chỉ, cơ chế chuyển đổi khung, giao thức quản lý…Mục đích lâu dài của tích hợp Optical là chuyển được lưu lượng của IP trực tiếp qua lớp quang, với một mặt phẳng điều khiển thống nhất Điều này có không ít những khó khăn

Chúng ta hãy bắt đầu bằng cách tìm hiểu một số khái niệm cơ bản cùng hai loại điều khiển cho mô hình IP/ quang Một cách cơ bản, tồn tại hai cách tiếp cận với điều khiển mạng : tập trung và phân bố Trong cơ chế điều khiển tập trung, nút điều khiển trung tâm chứa toàn bộ thông tin về trạng thái mạng hiện tại và cung cấp các yêu cầu thiết lập lightpath Cơ chế này có thể cấp phát các tài nguyên mạng hiệu quả hơn bởi vì nút điều khiển trung tâm biết được tất cả thông tin về

sự hư hỏng liên kết, số bước sóng sẵn có trên mỗi liên kết Tuy nhiên cơ chế này

có hai nhược điểm Thứ nhất là khả năng mở rộng kém do nút trung tâm phải xử

lý quá nhiều thông tin và trở thành mộtt điểm thắt nút cổ chai trong mạng Nhược điểm thứ hai là khả năng sống còn thấp, nếu nút trung tâm có sự cố thì toàn bộ mạng sẽ bị mất điều khiển Do đó cơ chế điều khiển tập trung chỉ thích hợp cho các mạng loại nhỏ Cơ chế điều khiển phân bố không có nút điều khiển trung tâm Thay vào đó, mỗi nút điều khiển việc định tuyến và gán bước sóng thông qua việc kết hợp với các nút lân cận Cơ chế này có hai ưu điểm là khả năng mở

rộng cao và tính sống còn cao Do đó, cơ chế này thích hợp hơn với các mạng lọai lớn

Trong các mạng viễn thông, điều khiển mạng được kết hợp với quản lý mạng và được thực hiện như một phần của hệ thống quản lý và được gọi là mạng quản lý và điều khiển(NC& M) nằm trong mạng quản lý viễn thông

Internet có mô hình điều khiển mạng phân tán, có các giao thức rời rạc, các chức năng phân phát và quản lý tài nguyên, chọn và ước tính tuyến đường được thực hiện qua các giao thức định tuyến Do Internet không có hướng kết nối nên không cần các giao thức báo hiệu Phát hiện lỗi và khôi phục được thực hiện thông qua định tuyến và định tuyến lại Từ lâu, IP đã được coi là mạng được triển khai rộng rãi để hỗ trợ các ứng dụng theo phương thức gói Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) là một giải pháp chuyển mạch IP và được chuẩn hoá bởi IETF, ra đời vào năm 1996

 Gọi là chuyển mạch nhãn vì: Sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn làm kỹ thuật chuyển tiếp ở lớp bên dưới (lớp 2)

 Gọi là đa giao thức vì: MPLS có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng (lớp 3), không chỉ riêng IP

MPLS là sự kết hợp hai kỹ thuật IP và ATM với nhau, cụ thể là kết hợp ưu điểm của IP (ví dụ cơ cấu định tuyến) và của ATM (như phương thức chuyển mạch, điều khiển lưu lượng),

MPLS gồm hai chức năng quan trọng:

 Chức năng chuyển tiếp gói tin: sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn Bản chất là: tìm chặng kế tiếp của gói tin trong một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói, rồi chuyển ra cổng ra của

bộ định tuyến

 Chức năng điều khiển: gồm các giao thức định tuyến lớp mạng có nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR( Label Switching Router thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của một mạng MPLS, nó tham gia trong việc thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãn) và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành bảng định tuyến chuyển mạch nhãn

Việc thực hiện chuyển mạch chỉ xảy ra khi tìm kiếm và thay thế nhãn Trong quá trình chuyển mạch không cần thêm bất kì thông tin gì Do đó, khi gói

tin IP nằm trong miền MPLS thì các tiêu đề mạng của gói tin sẽ không cần xử lý tại các nút tức là các LSR không cần kiểm tra tiêu để IP của gói để tìm trạm kế tiếp Nhãn thường là một số và được gán cho gói tin tại bộ định tuyến IP tại biên của miền MPLS Nhãn sẽ chỉ ra tuyến mà gói tin sẽ đi qua mạng vì thế các gói tin

sẽ được định tuyến nhanh hơn mà không cần xử lý phần địa chỉ đích trong gói tin (các gói tin sẽ được chuyển mạch thay vì định tuyến dựa trên các nhãn được gán)

MPLS còn có khả năng liên kết và phân lớp lưu lượng IP trên các đường xác định trước khi truyền qua mạng Đây chính là chức năng điều khiển kĩ thuật lưu lượng kĩ thuật lưu lượng là một đặc điểm nổi bật của MPLS LSP là một đường đi để gói tin qua miền MPLS từ điểm bắt đầu gán nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ khỏi gói tin Các LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu Điều này được thực hiện bởi một giao thức báo hiệu, ví dụ giao thức dành trước tài nguyên RSVP mở rộng và bằng định tuyến cưỡng bức (CR-LSP) Các thành phần của mặt phẳng điều khiển kĩ thuật lưu lượng được phân chia và độc lập với nhau Chúng xác định các chức năng cơ bản và không hạn chế các thuật toán và giao thức

Mặt điều khiển MPLS-TE (MPLS-Traffic Engineering) là mặt điều khiển tích hợp Các thành phần như OXC, LSR sẽ có một mặt điều khiển thống nhất Mặt điều khiển MPLS-TE phải đặc biệt phù hợp với OXC OXC sử dụng mặt điều khiển này sẽ là một thiết bị có địa chỉ IP

Khung làm việc cho mô hình mặt điều khiển MPLS-TE gồm:

 Tìm kiếm tài nguyên bằng cách sử dụng các giao thức như giao thức trong cổng (IGP)

 Trao đổi thông tin về trạng thái mạng (cấu trúc, các tài nguyên khả dụng)

 Tình toán đường truyền để có các quyết định định tuyến

 Quản lý tuyến: thực hiện các hoạt động như: đặt lại đường truyền, bảo dưỡng, phân phối nhãn,

Xây dựng mặt điều khiển dưới dạng module sẽ tăng cường hiệu quả của mạng Mặt điều khiển MPLS sẽ chạy bằng cách sử dụng các module để thực hiện các hoạt động trên

1.5.2 Giới thiệu về ASON

Automatically-switched optical network (ASON) mạng quang chuyển mạch

tự động là mạng dựa trên công nghệ cho phép phân phát một cách tự động các dịch

vụ truyền tải Kiến trúc này được các nhóm nghiên cứu của ITU-T nghiên cứu theo phương pháp tích hợp các lớp khác nhau trên đỉnh lớp quang ASON mở rộng OTN với một mặt phẳng điều khiển hiệu quả sẽ tiết kiệm chi phí và thao tác của các nhà khai thác ASON là một mạng truyền tải quang có năng lực kết nối động Mạng này bao gồm SDH, bước sóng và kết nối sợi quang trong mạng hỗn hợp (có

cả điện và quang) và mạng toàn quang Đặc biệt một ASON có thể không chỉ phân phát các kết nối thuê riêng mà còn các dịch vụ truyền dẫn khác như các kết nối quang chuyển mạch và cố định ASON là một dạng chuyển mạch bảo vệ

Trong một ASON mỗi node mạng cần có một mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng điều khiển thiết lập và giải phóng các kết nối và có thể phục hồi các kết nối khi có lỗi Mặt phẳng đó có thể được coi như một chuyển mạch, theo đó, cơ sở hạ tầng cáp quang đã được thiết lập sẽ có khả năng chuyển mạch

Kiến trúc ASON là mô hình client-server hay mô hình xếp chồng như biểu

diễn trong hình 1.16 Mô hình này giả thiết có sự riêng rẽ, nghĩa là phân biệt và độc lập quản lý, sở hữu của các dịch vụ lớp 1 và 3

Hình 1 16 Kiến trúc phân lớp của ASON

Các tiêu chuẩn ASON được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn mạng truyền dẫn quang (Optical Transport Network - OTN) và sẽ là cơ sở để chuyển sang mạng Internet quang Theo ITU, các tiêu chuẩn này sẽ tạo ra các cơ hội kinh doanh lớn cho các nhà khai thác mạng và nhà cung cấp dịch vụ, cho phép họ cung cấp các dịch vụ băng tần từ đầu cuối đến đầu cuối, được quản lý một cách hiệu quả, linh hoạt và với chi phí thấp Các tiêu chuẩn ASON cũng có thể được triển khai để tăng tính năng động của các mạng quang trong tương lai cũng như các mạng SDH đã được thiết lập ASON gồm ba mặt phẳng tách biệt trong mạng

o Mặt truyền tải quang : cung cấp các chức năng cần thiết cho việc truyền tải các tín hiệu lớp client, có khả năng kết nối chéo

o Mặt điều khiển : cung cấp các chức năng cần thiết cho việc thiết lập các kết nối end-to-end cho các tín hiệu cliên với các đặc tính do khách hàng yêu cầu trong giai đoạn thiết lập

o Mặt quản lý mạng : Thực hiện quản lý mặt truyền tải và điều khiển

ASON cũng gồm các giao diện UNI, INNI, ENNI Giao diện UNI hoạt động giữa lớp client và quang, mang thông tin báo hiệu giữa mạng báo hiệu và ASON và user, nó cho phép client thực hiện một số chức năng : khởi tạo kết nối, xóa kết nối, sửa kết nối, hỏi trạng thái của kết nối Một số chức năng có thể được cấu hình tự động hoặc nhân công như : đăng kí client, phân giải địa chỉ, phân phối dịch vụ tới các node lân cận Giao diện INNI mang bản tin báo hiệu giữa các bộ điều khiển kết nối quang ASON và giới hạn trong một miền (một nhà khai thác) Nhiêm vụ của INNI là định tuyến và báo hiệu Giao diện ENNI giao tiếp giữa các vùng quản lý khác nhau, mang thông tin báo hiệu giữa các vùng ASON tách biệt ENNI không chứa thông tin về topo mạng như INNI và cũng không điều khiển tài nguyên

Ngoài ra ASON gồm giao diện : Giao diện điều khiển kết nối CCI mang thông tin điều khiển giữa các phần tử báo hiệu ASON (OCC) và phần tử mạng truyền tải, giao diện quản lý mạng NNI-A/T quản lý giữa TMN và mặt điều khiển hoặc mặt truyền tải

1.5.3 Cơ chế điều khiển ASON

Các cơ chế điều khiển ASON có thể hỗ trợ cả các dịch vụ kết nối chuyển mạch theo bước sóng và theo bước sóng phụ trên các mạng truyền dẫn để cung cấp băng tần theo yêu cầu (Các dịch vụ kết nối theo bước sóng sử dụng toàn bộ một bước sóng, còn các dịch vụ dùng bước sóng phụ thì sử dụng một kênh trong một bước sóng.)

Các cơ chế điều khiển ASON cũng cho phép hồi phục mạng cáp quang rất nhanh chóng Trước đây các mạng truyền dẫn thường sử dụng phương pháp bảo vệ chứ không phải phương pháp khôi phục để đảm bảo độ tin cậy của các kết nối Theo phương pháp bảo vệ, các kết nối được chuyển sang các khe riêng hoặc khe dùng chung trong trường hợp có sự cố của một tuyến cáp hoặc một thiết bị mạng Với phương pháp khôi phục, các điểm kết cuối có thể truy nhập lại (redial) để thiết lập lại kết nối thông qua một kênh thay thế ngay khi có tín hiệu cho thấy kết nối ban đầu bị đứt Khôi phục là phương pháp có nhiều lợi ích cho các nhà khai thác

do tận dụng tối đa năng lực mạng lưới, và với các tiêu chuẩn mới được đưa ra, phương pháp này còn có thể được thực hiện nhanh hơn rất nhiều so với các hệ thống khôi phục ưu tiên hiện nay

Nhà cung cấp hàng đầu cho thiết bị ASON đã đưa ra công nghệ điều khiển ASON/ GMPLS, trong các sản phẩm SDH, WDM/ OTN và PTN đã được tích hợp mặt phẳng điều khiển ASON/GMPLS Loạt sản phẩm ASON cung cấp giải pháp mạng truyền dẫn thông minh từ mạng đường trục đến mạng truy nhập Hợp nhất

và phân tán mặt phẳng điều khiển ASON/GMPLS làm tăng độ tin cậy mạng, cũng như tận dụng tối đa băng thông mạng truyền tải và cùng trong một thời gian giảm

xử lý của mạng

ASON mang tính thông minh đến cho mạng truyền tải Phân phối topo và tài nguyên tự động làm cho các phần tử mạng tự động nhận diện thiết bị và nạp driver để sử dụng ngay, chẳng cần setup phức tạp

Trong bất cứ trường hợp nào thì mảng điều khiển cũng phải được thiết kế đáng tin cậy, có khả năng mở rộng và hiệu quả Hơn thế nữa, nó phải đem lại cho nhà cung cấp khả năng điều khiển tốt hơn để thiết lập kênh một cách nhanh chóng

và chính xác Về cơ bản mảng điều khiển này cần phải thực hiện:

- Phục vụ cho nhiều công nghệ mạng truyền tải (như SDH, OTN, PXC)

- Đủ linh hoạt để thích ứng một loạt các kịch bản mạng khác nhau

Mảng điều khiển ASON có một số thành phần chung như khám phá tài nguyên, tách thông tin trạng thái, thành phần quản lý luồng và lựa chọn luồng Các modul chức năng bao gồm:

Nhằm tạo ra các mối quan hệ ngang hàng giữa MPLS và mạng quang IETF

đề xuất mở rộng mặt phẳng điều khiển kĩ thuật lưu lượng tới lớp quang, gọi là mặt phẳng điều khiển Multiprotocol Lambda switching(MPλS) Trong mạng quang, các OXC sử dụng ma trận chuyển mạch để chuyển luồng dữ liệu( gắn liền với một lighpath) từ một đầu vào đến một đầu ra Trong mạng dữ liệu, các chức năng chủ chốt đều được thực hiện bởi mặt điều khiển kĩ thuật lưu lượng MPLS Tương tự như vậy, mạng quang cũng cung cấp những chức năng như: định tuyến, giám sát, bảo vệ và phục hồi, Trong đó, các OXC có khả năng lập trình, với cơ cấu chuyển mạch được sắp xếp lại và các mặt điều khiển tương đối mềm dẻo, sẽ trở thành phần tử chủ chốt của lớp quang

LSR và OXC có khá nhiều điểm tương đồng nhờ cùng sử dụng một kiểu định hướng: chuyển mạch thông tin từ cổng vào đến cổng ra, LSR công nghệ dựa trên nhãn gán kèm theo mỗi gói tin, còn OXC chuyển mạch dựa trên số thứ tự của cổng hoặc bước sóng Cả LSR, OXC đều cần một phẳng điều khiển để phát hiện, phân phối, duy trì thông tin trạng thái mạng cũng như các kết nối (LSP, lighpath) dưới nhiều chính sách về kĩ thuật lưu lượng khác nhau Tải trọng mà LSP hoặc lighpath mang đều trong suốt dọc theo đường đi Một điểm tương đồng khác là cả kết nối LSR và OXC đều là các kết nối điểm-điểm không trực tiếp, được thiết lập thông qua một đường giữa hai nút LSR hoặc OXC đã được sắp đặt trước Những điểm tương đồng này cho thấy MPLS sẽ là một sự lựa chọn đúng đắn để thiết kế một mặt điều khiển nhằm hợp nhất quang và IP MPλS là khái niệm được sử dụng

để mở rộng MPLS-TE trên quang Sự khác nhau giữa OXC và LSR là OXC không

có xử lý mức gói trong mặt bằng dữ liệu, trong khi LSR có hoạt động ở mức gói

Hình 1.17 : Mạng MPλS

Hình 1.17 biểu diễn cách nhìn tổng quát đối với mạng MPλS Một mạng MPλS gồm các thiết bị LSR và OXC kết nối với nhau bằng các liên kết quang Các giao thức trong cổng (IGP), giao thức quản lý liên kết (LMP), giao thức chiếm tài nguyên (RSVP), được truyền trên kênh điều khiển, cho phép thiết lập một kết nối quang

1.5.4.1 Các bó liên kết và các kênh điều khiển

Để đảm bảo đặc tính mở rộng của mạng, một nhóm gồm một hoặc nhiều kênh sử dụng để kết nối một cặp OXC được điều khiển bằng MPLS (MPLS-OXC) hay một cặp LSR cùng với một kênh điều khiển sóng hướng được lưu hành như một liên đơn Kênh điều khiển chỉ mang thông tin điều khiển giữa các MPLS-OXC

kế tiếp nhau và có thể hoạt động trên một sợi quang, bước sóng cụ thể hay thậm chí một kết nối ngoài băng

Trong MPλS, thay vì tráo đổi các nhãn như trong MPLS là tráo đổi bước sóng, chuyển đổi giữa bước sóng tại đầu vào và bước sóng tại đầu ra của bộ chuyển mạch kết nối chéo quang trong mỗi nút

Hai vấn đề trong thiết kế kiến trúc logic mạng MPλS là chọn tuyến và gán bước sóng tương ứng Nhiều phương pháp đã được đưa ra nhằm tối ưu hoá chi phí

và tận dụng nguồn tài nguyên bước sóng Khi dùng bước sóng thay cho nhãn trong MPλS là cần một số lượng bước sóng rất lớn Công nghệ DWDM hiện tại cho phép ghép khoảng 200 bước sóng, thậm chí với sợi quang đa mode và có biến đổi bước sóng thì có thể 220 bước sóng Vì thế, nó rất hữu hiệu trong việc tập hợp các LSP vào trong một LSP quang lớn hơn để khắc phục sự hạn chế tài nguyên và sự

bùng nổ lưu lượng Điều này có thể thúc đẩy phát triển một vài loại LSR quang có dung lượng rất cao Đường ánh sáng được phân chia ra và cần một số đường ánh sáng để truyền các gói tin đến LER Khi đó, khả năng định tuyến IP vẫn cần thiết trong mạng vì các gói trong cùng một đường ánh sáng từ một nút có thể đến 2 địa chỉ đích khác nhau

1.5.4.2 Các công nghệ chuyển mạch

MPλS là phiên bản đầu tiên áp dụng điều khiển cho mạng quang chuyển mạch bước sóng WDM, sau này có thể áp dụng cho nhiều công nghệ chuyển mạch như TDM và Ethernet, kể cả chuyển mạch chùm quang IETF đã tổng quát hoá lên thành GMPLS Sự mở rộng MPLS thành GMPLS là sự hỗ trợ them các công nghệ chuyển mạch sau :

 Chuyển mạch gói: Dung lượng chuyển tiếp là gói, thành phần mạng điển hình là router IP

 Chuyển mạch lớp 2, các thành phần mạng (các bộ chuyển mạch ATM,FR, Ethernet) có thể dựa trên tế bào hoặc Frame để chuyển dữ liệu

 Chuyển mạch khe thời gian: Dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian,

dữ liệu được đóng gói theo khe thời gian, ở lớp SONET SDH, các thành phần DCS và ADM là các thành phần tiêu biểu

 Chuyển mạch λ: chuyển mạch λ được thực hiện bởi các OXC, dữ liệu đầu vào ở một bước sóng, chuyển ra đầu ra ở một bước sóng khác

 Chuyển chuyển mạch sợi: Tính hạt của chuyển mạch quang nằm ỏ lớp sợi Thành phần là các OXC có khả năng chuyển mạch sợi

MPλS tập trung vào xây dựng ứng dụng truyền tải IP qua mạng quang, củ thể

là tìm kiếm các giải pháp chuyển tải luồng luu luợng IP vào các buớc sóng quang Trong khi đó GMPLS tập trung vào việc xây dựng nền tảng diều khiển cho mạng MPLS nhằm tích hợp chức năng quản lý các phương thức truyền tải khác nhau như là IP, SDH, Ethernet … trên một nền tảng quản lý thống nhất

Mặt phẳng điều khiển GMPLS tập trung vào chuyển mạch λ, GMPLS gần như ảnh hưởng đến hầu như các công nghệ chuyển mạch và các cố gắng hợp nhất mặt phẳng điều khiển của tất cả các mạng Trong GMPLS, một LSP có thể chỉ được thiết lập giữa các thành phần mạng, đặc biệt hơn là giữa các giao diện GMPLS có một số tính năng cải tiến như: mở rộng nhãn cho cả các khe TDM, truyền hai chiều, tăng cường khả năng báo hiệu, kết hợp các khả năng định tuyến

Hình: 1.18 Các khả năng chuyển mạch GMPLS hỗ trợ

Các LSR có thể kết nối chéo hoặc chuyển tiếp không chỉ dựa vào gói mà còn dựa vào bước sóng, khe thời gian(lớp SDH), cổng vật lý (lớp sợi) tạo thành các cấp, trên cùng là giao diện chuyển mạch sợi FSC(khả năng chuyển mạch sợi), tiếp đến là giao diện chuyển mạch bước sóng LSC (các SDM quang hoặc các OXC, khả năng chuyển mạch Lambda), các giao diện chuyển mạch theo thời gian TDM (các bộ DXC, ADM SONET/SDH, khả năng TDM) và cuối cùng là giao diện chuyển mạch gói PSC (các bộ định tuyến, các chuyển mạch ATM, khả năng chuyển mạch gói) như trên hình Các LSP của các giao diện khác nhau có thể được xếp chồng vào một LSP khác

1.5.4.3 ngăn xếp giao thức

Ngăn xếp của giao thức GLMPS được thể hiện ở trong hình 1.19

Hình 1.19 : Ngăn xếp giao thức GMPLS

• Giao thức báo hiệu

Giao thức báo hiệu là một giao thức quan trọng được sử dụng trong mảng điều khiển Sự phát triển của MPLS thành GMPLS đã mở rộng giao thức báo hiệu Hiện nay, chỉ có 2 giao thức được sử dụng rộng rãi là: giao thức phân bố nhãn định tuyến bắt buộc (CR-LDP) và mở rộng thiết kế lưu lượng - giao thức dành trước tài nguyên (RSVP-TE) Bất cứ đối tượng nào được GMPLS định nghĩa cũng có thể mang các bản tin báo hiệu của những giao thức này Giao thức báo hiệu có trách nhiệm đối với tất cả các hoạt động quản lý kết nối Nó dùng để thiết lập LSP, gỡ

bỏ LSP, thay đổi LSP, khôi phục LSP và hỗ trợ xử lý loại trừ

Trong vấn đề báo hiệu này, các tăng cường chính của GMPLS tập trung vào: trao đổi nhãn, bao gồm cả mạng không phải chuyển mạch gói, báo hiệu để thiết lập các đường dự phòng, thiết lập các LSP hai hướng, xúc tiến việc gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất, hỗ trợ chuyển mạch băng tần - tập các bước sóng gần nhau được chuyển mạch với nhau

• Mở rộng giao thức định tuyến OSPF-TE, IS-IS-TE

Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tự động về topo mạng, thông báo tài nguyên khả dụng như băng tần, kiểu bảo vệ Một số tăng cường chính của GMPLS tập trung vào: thông báo kiểu bảo vệ tuyến là 1+1, 1:1 hay không bảo vệ, khám phá các tuyến khác cho các đường dự phòng, nhận và thông báo các liên kết không có địa chỉ của giao diện vào/ra

Giao thức định tuyến (OSPF hay IS-IS) phải được mở rộng để mã hoá và thông báo tình trạng của các kết nối quang Thông tin này được sử dụng trong suốt quá trình tính toán đường truyền Giao thức định tuyến phải đưa ra những thông tin sau:

 Mã hoá và tốc độ bit của liên kết

 Liên kết có phải là một phần của một nhóm liên kết hay không? Một nhóm liên kết sẽ bị hỏng nếu một liên kết tách ra

 Bù lại sự suy giảm tín hiệu về mặt quang do những nguyên nhân như suy hao hay tán sắc trên một liên kết Sự suy giảm này làm ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu quang

 Khả năng bảo vệ (nếu có) mà các cấu hình liên kết yêu cầu

• Giao thức quản lý tuyến LMP

Đây là một giao thức mới dùng để quản lý và bảo dưỡng mặt điều khiển và mặt số liệu giữa hai nút lân cận hay chính là đảm bảo sự thông tin nhãn GMPLS chính xác giữa các phần tử mạng LMP là giao thức dựa trên IP, hoạt động giữa các hệ thống lân cận cho phép cung cấp tuyến và cô lập lỗi LMP cũng được sử dụng cho bất cứ phần tử mạng nào, tuy nhiên nó thường được hướng cho chuyển mạch quang Chức năng của LMP là:

- Quản lý kênh điều khiển: được thiết lập bởi các tham số tuyến và đảm bảo

sự an toàn cho cả tuyến

- Kiểm tra việc kết nối tuyến: đảm bảo kêt nối vật lý tuyến giữa các nút lân cận, sử dụng bản tin kiểm tra tuyến PING

- Mối liên hệ giữa các đặc tính tuyến: xác định các đặc tính tuyến của các nút liền kề

- Cô lập lỗi: cô lập các lỗi đơn hoặc lỗi kép trong miền quang

- Quyết định kết nối quang nào sẽ được kết cuối tại nút

1.6 Tiếp cận mặt bằng quản lý

Mặt bằng quản lý được sử dụng để gắn tới một tập các cơ cấu và thuật toán liên quan đến tới tất cả hệ thống Nó thỏa thuận với năm vùng chức năng FCAPS FCAPS là viết tắt của Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security là những danh mục quản lý mạng chủ yếu trong một số trường hợp Accounting được thay thế bởi Administration Nó cung cấp định tuyến hỗ trợ QoS, tự động khôi phục hỏng hóc, bảo mật, thanh toán

Chức năng quản lý chủ yếu tồn tại ở vùng điện IP, vùng WDM quang một cách độc lập chứ không có sự tích hợp hai vùng Mục tiêu là phải tích hợp quản lý của IP với WDM và các lớp trung gian nếu có Giải pháp đưa ra dựa vào mô hình xép chồng Khi định tuyến được giao cho một cấu hình hai lớp, thực ra nó thực hiện một cách trừu tượng trong môi trường tích hợp IP/WDM sử dụng các truy nhập biên, còn các chi tiết định tuyến đều được thực thi bên trong các miền IP và WDM

Với mục tiêu xác định mỗi hệ thống quản lý cho mỗi công nghệ (IP có khả năng MPLS, WDM ) kết hợp với một hệ thống quản lý liên công nghệ, giải pháp quản lý đưa ra dự đoán bên trong một miền quản trị cho các nhà cung cấp dịch vụ

sở hữu cả thiết bị IP và WDM hoặc các nhà khai thác hiện thời sử dụng thiết bị đa lớp

1.7 Kết luận

Truyền dẫn cáp sợi quang ra đời đã đem đến một phương pháp truyền dẫn mới có băng thông rộng, tốc độ cao và chất lượng truyền dẫn tốt vì ít chịu ảnh hưởng của sóng điện từ cũng như các điều kiện của môi trường xung quanh Ngoài

ra, các hệ thống ghép kênh theo bước sóng WDM cũng đang được ứng dụng trên mạng, có khả năng đáp ứng được tất cả các yêu cầu của người sử dụng cũng như của các nhà cung cấp

Kết hợp với giao thức IP, một giao thức đơn giản và hiệu quả, IP/ quang đang được phát triển bởi rất nhiều tổ chức ví dụ như tổ chức IETF đã đề xuất việc mở rộng MPLS cho quang gọi là chuyển mạch bước sóng đa giao thức MPλS (MultiProtocol Lambda Switching) Sau này để tổng quát cho tất cả các công nghệ truyền dẫn đã phát triển GMPLS Còn ITU-T xây dựng tiêu chuẩn ASON, mạng quang chuyển mạch tự động cho cấu trúc đa lớp

Ngoài ra, còn có tổ chức Diễn đàn kết nối mạng quang (OIF) đang sử dụng

các giao thức chuẩn cho phép các thực thể client (ví dụ như Router IP) báo hiệu và

thiết lập kết nối qua mạng truyền tải quang (OTN)

Do sự phát triển về công nghệ còn nhiều hạn chế mà kỹ thuật IP over Optical không thể thực hiện ngay lập tức các gói IP trực tiếp trên quang Để đạt được kỹ thuật này cần phải trải qua một quá trình phát triển Quá trình này được chia ra làm

3 giai đoạn phát triển: Giai đoạn I: IP over ATM, Giai đoạn II: IP over SDH, Giai đoạn III: IP over Optical Các giai đoạn về sau thì các tầng ATM, SDH

càng giảm do ít sử dụng vì một số hạn chế vốn có của nó trong khi WDM tăng lên

do có những ưu điểm ưu việt cho việc tích hợp các gói tin IP trên quang

Tuy nhiên đây chỉ là một cách nhìn nhận, một quan điểm theo một hướng Với một công nghệ lớn như IP/quang bao gồm rất nhiều công nghệ con của nó việc đưa ra một cái nhìn tổng quan là rất khó, vì vậy với chương tổng quan về tích hợp IP/quang này không trách khỏi một cách nhìn phiến diện Mặc dù vậy, trong đồ án,

em cũng đã cố gắng rất nhiều để có được một phác thảo sơ bộ về toàn cảnh của vấn đề theo một cách nhìn nào đó