Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang và áp dụng vào mạng thế hệ mới NGN.PDF

IPv6 cung cấp các phương tiện cho phép các máy tính trên một mạng cô lập tự động gán địa chỉ bản thân và bắt đầu thực hiện thông tin mà không phụ thuộc bộ định tuyến.. Tuy nhiên, IPv6 k

MỤC LỤC Trang

Trang

Mục lục …… ……….……….……… ……… i

Danh mục các từ viết tắt ………… … ……….…… ……… v

Danh mục hình vẽ và bảng biểu ……….…… ……… ……… xi

MỞ ĐẦU ….……….… ……… 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IP ……… …… … 3

1.1 Giao thức IP …… … ……… ……… ……….… 3

1.2 IPv4 ……… … … ………… 3

1.3 Đặc tính lưu lượng Internet ……… …… ……… 4

1.4 IPv6 giải pháp khắc phục những vấn đề tồn tại trong IPv4 4

1.5 Lựa chọn IPv4 hay IPv6 ……….….…… …… ……… 7

1.6 IPv6 cho IP/WDM ……… … ……….… ……… 7

1.7 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP ……….… …… 8

CHƯƠNG 2 MẠNG QUANG VỚI CÔNG NGHỆ IP ……… …… 9

2.1 Tổng quan về mạng quang (Lịch sử thông tin quang) …… …… 9

2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang …… …… 10

2.2.1 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang … … … 10

2.2.2 Thích ứng IP trên lớp mạng quang (WDM) ……… ……… 13

2.2.2.1 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM ……… ……… 13

2.2.2.2 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM ………… … ……… … 13

2.2.2.3 IP/ATM trực tiếp trên WDM ………… … ……… … 16

2.2.2.4 Số liệu trên SONET?SDH (DoS) và các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên mạng quang (WDM) 17

2.2.2.5 IP/SDL trực tiếp trên WDM ………… … ……… … 25

2.2.2.6 IP/Gigabit Ethernet cho WDM ……… … ……… 26

2.2.3 Nghiên cứu các giao thức mới ……… ………… ……… 28

2.2.3.1 Ring gói đàn hồi (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol RPR/SRP) ……… … ……… 28

2.2.3.2 Phương thức truyền tải gói đồng bộ (Dynamic Transfer Mode-DTM) 29

2.2.3.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP- MPLS) 31

2.2.4 Hướng đến hạ tầng chuyển mạch quang … ……… …… 35

2.2.4.1 Chuyển mạch kênh quang WDM……….… … ………… 35

2.2.4.2 Chuyển mạch gói quang ……… ………… 37

2.2.5 Kết luận ……… ……… ……… 42

2.3 Nghiên cứu phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP quang……… ……….……… … 44

2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển …….……… ………… 44

2.3.1.1 Sự thay đổi trong cấu trúc mặt điều khiển ………… … … … 44

2.3.1.2 Sự thay đổi các giao thức báo hiệu và định tuyến ……… …… 45

2.3.1.3 Sự cần thiết của GMPLS và ASON……… ……….… ……… 47

2.3.2 G-MPLS …… ……… ………… ……… 49

2.3.2.1 Khái niệm ……… … ………… 49

2.3.2.2 Quá trình phát triển G-MPLS từ MPLS ……… ………… 50

2.3.2.3 Mục tiêu và các chức năng mặt điều khiển GMPLS … …… … 53

2.3.2.4 Kiến trúc các thành phần của mặt điều khiển GMPLS … …… 55

2.3.2.5 Định tuyến GMPLS ……… … …… 58

2.3.2.6 Báo hiệu trong GMPLS ……… ………… ………… 60

2.3.2.7 Các lợi ích của G-MPLS ………… ……… ………… 64

2.3.2.8 Một số vấn đề tồn tại của GMPLS ……… … ………… 66

2.3.3 Mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)……… ………… 68

2.3.3.1 Khái niệm ……… ……… ……… 68

2.3.3.2 Mô hình ASON……….……… ………… 68

2.3.3.3 Các chức năng của ASON ……… …… …… 71

2.3.3.4 Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON ……… ……… …… 77

2.3.4 Kết luận ……… ……… 79

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI IP QUA MẠNG

QUANG VÀO MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN ………… … …… 81

3.1 Giới thiệu chung về mạng thế hệ mới NGN …… …… 81

3.1.1 Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới NGN ………… … ……… 81

3.1.2 Cấu trúc mạng thế hệ mới NGN …… ……… 81

3 2 Các thiết bị liên quan 83

3.2.1 Các thiết bị liên quan đến truyền tải lưu lượng IP trong mạng VNPT 83

3.2.1.1 Thiết bị định tuyến 83

3.2.1.2 Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 87

3.2.1.3 Thiết bị truyền dẫn 88

3.2.2 Các dòng sản phẩm chuyển mạch thử nghiệm và thương mại của chuyển mạch quang 91

3.2.2.1 Các dòng sản phẩm chuyển mạch OEO 92

3.2.2.2 Các dòng sản phẩm chuyển mạch OOO 97

3.3 Phương án áp dụng chuyển mạch quang cho mạng viễn thông của VNPT 98

3.3.1 Mục tiêu phát triển chiến lược của mạng viễn thông Việt nam 98

3.3.1.1 Quan điểm chiến lược 98

3.3.1.2 Mục tiêu của chiến lược 99

3.3.1.3 Sơ lược mục tiêu phát triển chiến lược viễn thông 99

3.3.1.4 Định hướng phát triển các lĩnh vực 100

3.3.2 Mục tiêu phát triển mạng viễn thông của VNPT 100

3.3.2.1 Các yêu cầu đối với mạng NGN của VNPT 101

3.3.2.2 Tổ chức mạng NGN 102

3.3.3 Phân tích hiện trạng mạng viễn thông của VNPT 104

3.3.3.1 Mạng chuyển mạch 104

3.3.3.2 Mạng truyền dẫn 105

3.3.3.3 Mạng truy nhập 107

3.3.4 Định hướng phát triển mạng quang đường trục của VNPT 107

3.3.5 Vai trò của các tuyến cáp quang trục Bắc-Nam 109

3.3.5.1 Các tuyến cáp quang trên quốc lộ 1A 110

3.3.5.2 Tuyến cáp quang trên đường dây điện lực 500 KV 110

3.3.5.3 Tuyến cáp quang đường mòn Hồ Chí Minh 110

3.3.5.4 Tuyến cáp quang biển trục Bắc-Nam (dự kiến hoàn thành năm 2008) 114 3.3.6 Các phương án tổ chức mạng chuyển mạch quang cho mạng VNPT 114

3.3.6.1 Phương án triển khai chuyển mạch quang theo topo WDM điểm-điểm 115

3.3.6.2 Phương án triển khai chuyển mạch quang theo topo ring WDM 116

3.3.6.3 Phương án triển khai chuyển mạch quang theo topo mesh 117

3.3.7 Xây dựng lộ trình chuyển đổi ứng dụng chuyển mạnh quang cho mạng trục VNPT 120

3.3.7.1 Mục tiêu ứng dụng mạng chuyển mạch quang của VNPT 120

3.3.7.2 Lộ trình cho ứng dụng chuyển mạch quang trong giai đoạn 2006-2010 130

3.3.7.3 Lộ trình cho ứng dụng chuyển mạch quang trong giai đoạn 2010-2015 131

3.3.7.4 Giai đoạn sau năm 2015 132

KẾT LUẬN 133

Tài liệu tham khảo

135

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/

Collision Detect

Đa truy nhập phân biệt theo sóng mang tránh xung đột

DVMRP Distance Vector Multicast Routing

EPD Early Packet Discard Loại bỏ gói đến sớm

IEEE Institute of Electrical and Electronic

Engineers

Viện đào tạo các kỹ sƣ điện và điện tử

ITU International Telecommunication

Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

Program

Hỗ trợ giao thức đáp ứng LAN

MAPOS Multiple Access Protocol Over

SONET

Giao thức đa truy nhập qua SONET

OBS Optical burst switching Chuyển mạch cụm quang

Hê

QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ

VP Virtual Path Đường ảo

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Tiến trình phát triển công nghệ mạng WDM trên thế giới ……… 9

Hình 2 Các kịch bản phân lớp mạng ……… 11

Hình 3 Ví dụ IP/ATM/SDH cho truyền tải qua mạng WDM ……… 15

Hình 4 Ví dụ về mạng IP/SDH/WDM ……… 18

Hình 5 khung MAPOS Phiên bản 1 và Phiên bản 2 ……… 20

Hình 6 Ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n sử dụng LAPS X.85 (Ngăn TCP/UDP/IP được thay bằng Ethernet đối với X.86) ……… 21

Hình 7 Định dạng khung LAPS theo X.85 ……… 21

Hình 8 Mối quan hệ GFP với tín hiệu client và luồng truyền tải ………… 22

Hình 9 Khung sử dụng GFP ……… 23

Hình 10 Ví dụ kết chuỗi ảo trong hệ thống SDH .……… 24

Hình 11 Cấu trúc mào đầu SDL ……… 26

Hình 12 Ví dụ về truyền tải IP trên vòng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet ……… 27

Hình 13 Khung Gigabit Ethernet ……… 28

Hình 14 Topo RPR/SRP ……… 29

Hình 15 Trong mạng lõi MPLS có 3 kiểu nút được sử dụng: 1) Nút lối vào thực hiện gán nhãn 2) Nút trung gian thực hiện tìm kiếm, trao đổi và phát chuyển nhãn 3) Nút lối ra thực hiện gỡ bỏ nhãn ……… 32

Hình 16 Hoạt động MPLS: tráo đổi và phát chuyển nhãn trong mạng lõi 33

Hình 17 Chuyển mạch điện sử dụng trong miền quang ……… 36

Hình 18 Hệ thống định tuyến bước sóng sử dụng ma trận chuyển mạch quang ……….……… 37

Hình 19 Kịch bản chung cho chuyển mạch gói ……… 38

Hình 20 Kiến trúc chuyển mạch chùm quang ……… 39

Hình 21 Kiến trúc chuyển mạch gói quang ……… 40

Hình 22 Sự thay đổi cấu trúc mặt điều khiển của mạng ……… 45

Hình 23 Quá trình phát triển các giao thức báo hiệu, định tuyến ………… 47

Hình 24 Ngăn xếp giao thức G-MPLS ……… 53

Hình 25 a) Topo IP gốc b) Topo IP được cấu hình lại ……… 65

Hình 26 Kiến trúc mạng ASON ……… 69

Hình 27 Sơ đồ đường biên mạng ……… 73

Hình 28 Mô hình dịch vụ xếp chồng ……… 78

Hình 29 Mô hình dịch vụ đồng cấp ……… 78

Hình 30 Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ mới ……… 82

Hình 31 Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ mới góc độ kinh doanh ……… 83

Hình 32 Cấu trúc phân cấp mạng viễn thông quốc gia hiện tại 105

Hình 33 Mạng quang đường trục DWDM 20 Gbit/s 106

Hình 34.Cấu hình hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam 108

Hình 35 Cấu trúc hệ thống truyền dẫn liên tỉnh của VNPT giai đoạn 2001-2005 111

Hình 36 Mạch vòng thứ 6 của hệ thống cáp quang đường trục 112

Hình 37 Mạch vòng tuyến liên tỉnh Cần Thơ - Cà Mau – Long Xuyên 113

Hình 38 Mạch vòng tuyến liên tỉnh HCM – Vĩnh Long – Cần Thơ - Cao Lãnh 113

Hình 39 Phương án triển khai chuyển mạch quang theo topoWDM điểm- điểm 115

Hình 40 Phương án triển khai chuyển mạch quang theo topo ring WDM 117

Hình 41 Topo điểm-điểm và ring có thể kết nối thành topo mesh 118

Hình 42 Phương án triển khai chuyển mạch quang theo topo mesh 119

Hình 43 Vòng Ring Hà nội-Vinh 122

Hình 44 Vòng Ring WDM Vinh -Đà nẵng 123

Hình 45 Vòng Ring WDM Đà nẵng-Qui Nhơn 124

Hình 46 Vòng Ring WDM Qui nhơn- TP Hồ Chí Minh 125

Hình 47 Lộ trình ứng dụng chuyển mạch quang trong mạng VNPT 127

Hình 48 Mạng chuyển mạch quang mạng trục mục tiêu 128

Hình 49 Mạng chuyển mạch quang vùng/metro mục tiêu 129

Hình 50 Mạng chuyển mạch quang mạng truy nhập mục tiêu 129

Hình 51 Kiến trúc mạng chuyển mạch quang mục tiêu cho mạng trục 2006-2010 130

Hình 52 Chuyển mạch quang vùng 1 giai đoạn 2006-2010 131

Hình 53 Chuyển mạch quang vùng 2 giai đoạn 2006-2010 132

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Ngăn giao thức cho tích hợp IP/ATM/SDH …… ……… 14

Bảng 2 Các giao thức sử dụng cho IP/SDH ………… ……… 19

Bảng 3 Một số cấu trúc của G-MPLS …… ……… 51

Bảng 4 Các giao thức và các mở rộng của GMPLS …….……… 53

MỞ ĐẦU

Cuối thể kỷ 20 nhiều nhà khai thác viễn thông trên thế giới đã chứng kiến những biến động lớn về bản chất lưu lượng truyền tải trên mạng Lưu lượng phi thoại lấn lướt lưu lượng thoại truyền thống Nguyên nhân sâu xa của vấn đề này là

do tốc độ phát triển phi thường của lưu lượng Internet và sự gia tăng không ngừng

số người sử dụng Internet Các cuộc gọi truyền thống đã bị thay bằng cuộc gọi số liệu với đặc tính lưu lượng “bùng nổ”, thời gian cuộc gọi dài và có tính bất đối xứng (dung lượng lưu lượng đường lên khác với dung lượng lưu lượng đường xuống),…

đã tạo nên những thách thức mới cho nhà khai thác

Đối với Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam, mạng viễn thông đang trong quá trình chuyển đổi công nghệ và chuyển hướng đến mạng thế hệ mới NGN sau một thời gian dài hoạt động hiệu quả Vấn đề đối với các nhà hoạch định bây giờ là phải tìm được giải pháp mạng phù hợp cho sự phát triển, đáp ứng được những yêu cầu đặt ra trong tương lai và tìm những bước đi thích hợp đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế

Từ yêu cầu cấp thiết thực tế thì luận văn “Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang và áp dụng vào mạng thế hệ mới NGN” như là một trong những lời giải hữu ích cho bài toán trên

Luận văn bao gồm 3 chương:

- Chương 1 Tổng quan về công nghệ IP

Giới thiệu chung về công nghệ IP, xu hướng phát triển công nghệ IP

- Chương 2 Mạng quang với công nghệ IP

Nội dung chương này đề cập đến các phương pháp truyền tải IP qua mạng quang sử dụng các công nghệ mới, cách thức điều khiển, báo hiệu,

- Chương 3 Áp dụng các phương pháp truyền tải IP qua mạng quang vào mạng thế hệ mới NGN

Chương này lấy mạng NGN đang phát triển của Tổng Công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam như một ví dụ thực tế khi áp dụng các phương pháp truyền tải IP qua mạng quang

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo tại Khoa Điện tử Viễn thông – Trường Đại học Công nghệ, đặc biệt là PGS.TS Nguyễn Kim Giao - người đã trực tiếp hướng dẫn tôi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IP

1.1 Giao thức IP

Sự phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát triển của mạng Internet Rất nhiều vấn đề nảy sinh trong mạng Internet cần được giải quyết Sức mạnh của Internet có thể thuyết phục được chính phủ hầu hết các nước, các công ty lớn nên những dự án liên quan đến Internet được đầu tư thoả đáng Ngoài ra, bản thân những nhà nghiên cứu đều sử dụng Internet trong công việc hàng ngày Đó là những nhân tố thúc đẩy Internet phát triển, hoàn thiện dịch vụ, mở rộng các tính năng mới…

Phiên bản IPv4 đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong hơn 20 năm qua nhờ thiết kế linh hoạt và hiệu quả Tuy vậy với sự bùng nổ các dịch vụ và các thiết bị trên Internet hiện nay IPv4 đã bộc lộ những hạn chế Không gian địa chỉ

32 bit của IPv4 không còn đáp ứng được sự phát triển Internet toàn cầu đến năm

2020 Ngoài ra một số yếu tố khác thúc đẩy việc thay đổi IPv4 là ứng dụng thời gian thực và bảo mật

IETF đã tốn khá nhiều công sức và thời gian để đưa ra phiên bản mới là Ipv6 Giao thức IPv6 giữ lại nhiều đặc điểm làm nên thành công của IPv4: hỗ trợ phi kết nối, khả năng phân đoạn, định tuyến nguồn

Trong nội dung tiếp theo sẽ đề cập đến các đặc tính chính của từng giao thức

1.2 IPv4

IPv4 tổ chức thiết bị/người sử dụng của nó theo kiến trúc địa chỉ 2 lớp đơn giản, bao gồm địa chỉ mạng và địa chỉ Host (ID) Nhằm thích ứng cho kích thước mạng khác nhau, độ dài địa chỉ 32 bit được chia thành 3 lớp cho các ứng dụng quảng bá; lớp A, B và C tương ứng với kích thước mạng lớn, vừa và nhỏ Việc đánh địa chỉ hàng triệu triệu máy tính trên toàn thế giới chỉ sử dụng kiến trúc 2 lớp như định nghĩa trong IPv4 sẽ tạo ra những bảng định tuyến khổng lồ Mặt khác, đối với các bộ định tuyến nội bộ kết quả này tạo nên mào đầu kích thước lớn Từ năm 1992 các vấn đề cơ chế địa chỉ của IPv4 đã bộc lộ những yếu điểm (số lượng địa chỉ đã tiến gần giới hạn) do thiếu địa chỉ lớp B và kích thước của các bảng định tuyến Một

giải pháp tạm thời là sát nhập các mạng (tên chuẩn tắc là Định tuyến liên vùng không phân lớp – CIDR) theo cách chia các địa chỉ lớp C còn lại thành các khối có kích thước thay đổi Tiếp đến, định nghĩa 4 vùng địa lý để làm cơ sở gán một phần không gian địa chỉ lớp C đó Đặc biệt việc gán địa chỉ lớp C cho các vùng trên sẽ giúp giảm kích thước các bảng định tuyến một cách đáng kể

Do sự phát triển của IPv4 là từ những năm 1970 nhưng đến nay công suất và kích thước bộ nhớ của các máy tính cùng với bản chất của các ứng dụng đã thay đổi đáng kể Do sự phát triển của công nghệ và sự thành công của IP (như một giao thức chung), một số hạn chế khác ngoài vấn đề địa chỉ cũng đã nảy sinh trong IPv4,

ví dụ như định tuyến thiếu hiệu quả và thiếu sự hỗ trợ cho dịch vụ Multimedia

1.3 Đặc tính lưu lượng Internet

Các đặc tính miêu tả lưu lượng Internet được tạo bởi các ứng dụng cũng như

là độ trễ và suy hao từ mạng phân bố Chúng ta cũng xem xét cách lưu lượng vận hành trên các tuyến trục Internet mẫu và minh họa các đặc tính của chúng từ quá trình hoạt động của mạng IFTF ISA chia lưu lượng thành 2 loại chính là mềm dẻo

và không mềm dẻo Loại mềm dẻo gồm lưu lượng dữ liệu truyền thống linh hoạt với độ trễ Chúng tận dụng băng tần có thể tuy nhiên chúng có yêu cầu về độ tắc nghẽn thấp hơn Loại thứ hai là các lưu lượng tương tác thoại, Video thời gian thực nhạy với trễ Loại này yêu cầu QoS đảm bảo

ISA định nghĩa 3 loại với QoS:

- Dịch vụ đảm bảo

- Dịch vụ tải được điều khiển

- Dịch vụ dạng nỗ lực tối đa

1.4 IPv6 giải pháp khắc phục những vấn đề tồn tại trong IPv4

Đặc điểm cơ bản của IPv6 có thể tóm tắt như sau:

 Không gian địa chỉ lớn hơn.Khả năng địa chỉ hoá và chọn đường rộng IPv6

tăng kích thước địa chỉ từ 32 bit (IPv4) lên 128 bit, do đó cho phép nhiều lớp địa chỉ với số lượng các nút được địa chỉ hoá tăng lên rất lớn, cùng với khả năng tự

động trong việc đánh địa chỉ Mở rộng khả năng chọn đường bằng cách thêm trường “Scop” vào địa chỉ quảng bá (Multicast)

 Phân cấp địa chỉ được mở rộng IPv6 sử dụng không gian địa chỉ lớn hơn để tạo

thêm nhiều mục hơn trong phân cấp địa chỉ IPv6 có thể định nghĩa sự phân cấp của các ISP cũng như là phân cấp bên trong mỗi ISP này

 Định dạng header đơn giản IPv6 sử dụng định dạng hoàn toàn mới cho

datagram Một số trường trong Header của IPv4 đã bị bỏ hoặc chuyển thành các trường tuỳ chọn Để giảm thời gian xử lý và tăng thời gian truyền, Header của IPv6 được giảm đến mức thấp nhất có thể, mặc dù kích thước địa chỉ tăng lên Địa chỉ của IPv6 lớn gấp 4 lần địa chỉ của IPv4, nhưng Header của IPv6 chỉ lớn

hơn hai lần so với Header của IPv3

 Hỗ trợ việc tự động cấu hình và đánh số lại IPv6 cung cấp các phương tiện cho

phép các máy tính trên một mạng cô lập tự động gán địa chỉ bản thân và bắt đầu

thực hiện thông tin mà không phụ thuộc bộ định tuyến

 Tăng thêm các tùy chọn Thay đổi các tuỳ chọn trong IP Header cho phép gói tin

được chuyển đi hiệu quả hơn, mở rộng hơn các giới hạn về độ dài các tuỳ chọn

và có thể mở rộng các tuỳ chọn một cách dễ dàng hơn trong tương lai

 Khả năng chất lượng của dịch vụ QoS Một khả năng mới được thêm vào cho

phép đánh địa chỉ các Packet phụ thuộc vào dòng dữ liệu đặc biệt mà nơi gửi có thể yêu cầu cách liên lạc đặc biệt như các dịch vụ thời gian thực

 Khả năng bảo mật và xác nhận IPv6 còn định nghĩa các phần mở rộng cho

phép hỗ trợ khả năng xác nhận, toàn vẹn dữ liệu và bảo mật

 Địa chỉ IPv6 dài 128 bit được dùng để định danh các giao diện đơn và tập các giao diện Địa chỉ IPv6 được gán cho các giao diện chứ không phải cho các nút Nếu mỗi giao diện thuộc về một nút đơn thì bất kỳ địa chỉ Unicast của giao diện của nút đó có thể được sử dụng như là định danh cho nút đó

Có 3 loại địa chỉ IPv6 Đó là Unicast, Anycast và Multicast

 Địa chỉ Unicast xác định một giao diện đơn

 Địa chỉ Anycast xác định một tập các giao diện sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Anycast sẽ được phát tới một thành viên của nó

 Địa chỉ Multicast xác định một nhóm các giao diện, sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Multicast sẽ được phát tới tất cả mọi giao diện của nhóm Không có địa chỉ Broadcast trong IPv6, nó đã được thay thế bằng địa chỉ Multicast

Tuy nhiên, IPv6 không được phát triển theo hướng giải quyết thích đáng vấn

đề địa chỉ Internet bởi vì nó có thể thực hiện chuyển đổi địa chỉ này tại ranh giới mạng Internet, và cho phép mọi người mọi tổ chức kết nối sử dụng các địa chỉ không phải là IPv4

Một đặc tính mới của IPv6 so với IPv4 đó là khả năng hỗ trợ QoS tại lớp mạng Tuy nhiên, điều này được thực hiện gián tiếp qua nhãn luồng và chỉ thị ưu tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng như không thực hiện chức năng dành trước tài nguyên mạng Dù sao khi các tính năng của IPv6 được sử dụng với các giao thức dành trước tài nguyên mạng như RSVP chất lượng dịch vụ từ đầu đến cuối được đảm bảo

Đặc tính bảo mật của IPv6 hỗ trợ cho tính hợp pháp và bí mật cá nhân Chúng cũng cung cấp chức năng cơ bản cho việc tính cước dịch vụ và lưu lượng tương lai theo cước phí

Nhằm cải thiện vấn đề định tuyến, định dạng mào đầu (cơ sở) của IPv6 sẽ được cố định; điều này cho phép giảm thời gian xử lý ở phần mềm do phần cứng thực hiện nhanh hơn nên định tuyến cũng sẽ nhanh hơn Nhiều thay đổi chủ yếu tập trung ở phần phân tách số liệu Trong IPv6, phân tách số liệu được thực hiện tại phía nguồn và khác với IPv4, bộ định tuyến có dung lượng kích thước gói giới hạn Kết hợp với những thay đổi này bộ định tuyến IPv6 phải hỗ trợ tối thiểu 576 byte so với 68 byte của bộ định tuyến IPv4 Tất cả thông tin về phân tách được chuyển từ mào đầu IP tới phần mào đầu mở rộng nhằm đơn giản hóa giao thức và nâng tốc độ

xử lý số liệu IP trong bộ định tuyến

Kiểm tra lỗi ở mức IP không được thực hiện trong IPv6 để giảm khối lượng

xử lý và cải thiện định tuyến Kiểm tra lỗi tiêu tốn nhiều thời gian, mất nhiều bit

mào đầu và dư thừa khi cả lớp định tuyến và lớp truyền tải đều có chức năng kiểm tra tin cậy

1.5 Lựa chọn IPv4 hay IPv6

Cho đến nay, chúng ta có thể khẳng định chắc một điều là IPv6 sẽ không thể thay thế IPv4 chỉ trong một sớm một chiều Hai phiên bản IP này sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm nữa Về nguyên lý, có thể thực thi IPv6 bằng cách nâng cấp phần mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đưa ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi phí mua sắm thiết bị mới và bảo vệ vốn đầu tư quá khứ Tuy nhiên, có một điều chưa chắc chắn đó là liệu tất cả các nhà khai thác Internet sẽ chuyển sang công nghệ IPv6 hay không? Điều này phụ thuộc rất lớn vào lợi ích mà nhà khai thác thu được khi chuyển sang nó Hiện tại, vây quanh các nhà khai thác vẫn là các bộ định tuyến IPv4 và phần lớn lưu lượng trên mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu

tố làm hạn chế sự thay đổi Một đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc tính cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu hình và bảo dưỡng hơn so với mạng IPv4 Để dễ dàng khi chuyển sang IPv6 thì các ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên kết

và phối hợp hoạt động với nhau (ví dụ các nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client khả năng thông tin với cả IPv4 và IPv6) Một điều quan trọng

và tiên quyết cho việc phối hợp họat động đó là IPv6 cần hoạt động theo kiểu Host ngăn kép: một cho ngăn giao thức IPv4 và một cho ngăn giao thức IPv6

Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng trước mắt sự xuất hiện IPv6 chỉ làm cho

sự lựa chọn thêm khó khăn (cũng giống như lợi ích của việc định tuyến hiệu quả còn tùy thuộc vào liệu các nhà khai khác có sử dụng IPv6 không) Về lâu dài, sự nghi ngại về độ phức tạp và hiệu quả của IPv6 so với IPv4 sẽ được loại bỏ vì đến nay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn như QoS

1.6 IPv6 cho IP/WDM

Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những gì nên loại bỏ để làm cho truyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn Trong

bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý nhất để hiện thực hóa điều này, để mạng tối ưu hơn Mào đầu nhỏ và hiệu quả cao, không có chức năng kiểm tra lỗi trong giao thức đó là ưu điểm của việc sử dụng IPv6 Điều này có nghĩa là yêu cầu

cơ bản đối với hạ tầng WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là một trong những điểm giá trị nhất của nó Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích ứng mới giữa IP và WDM cần được phát triển Lớp thích ứng này phải có khả năng dành trước tài nguyên

Kịch bản này xem các bộ định tuyến IPv4 được thích ứng ở biên của mạng WDM, điều này đồng nghĩa với việc tạo ra một quá trình chuyển đổi dần dần tại biên giới giữa các thành phần mạng Sử dụng IPv6 trong phần lõi của mạng WDM

sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4

1.7 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP

Trước đây, Internet chỉ hỗ trợ với nỗ lực tối đa “Best Effort”, ở đó tất cả các gói có cùng năng lực truy nhập tài nguyên mạng Lớp mạng liên quan đến việc truyền tải các gói từ nguồn đến đích bằng cách sử dụng địa chỉ đích trong mào đầu gói dựa trên một thực thể trong bảng định tuyến Sự phân cách trong quá trình định tuyến (tạo, duy trì, cập nhật bảng định tuyến) từ quá trình gửi gói tin trực tế là một khái niệm thiết kế rất quan trọng trong Internet Gần đây IETF đã giới thiệu một vài giải pháp thúc đẩy QoS trong Internet Trong số những giải pháp này, IntServ/RSVP và DiffServ/QoS-Agents là những giải pháp hứa hẹn nhất

CHƯƠNG 2 MẠNG QUANG VỚI CÔNG NGHỆ IP

2.1 Tổng quan về mạng quang (Lịch sử thông tin quang)

Mặc dù ra đời sau song thông tin quang đã phát triển rất mạnh Hiện nay trên 60% lưu lượng thông tin trên thế giới được truyền đi dưới dạng tín hiệu quang Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo nên các tuyến truyền dẫn tốc độ cao (155 Mb/s, 622 Mb/s, 2.5 Gb/s) với khả năng bảo vệ đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trong đó có Việt Nam

Hệ thống thông tin quang với những ưu điểm nổi bật giờ đây trở nên rất mạnh với công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Mutiplex) Phương thức ghép kênh này cho phép ghép nhiều kênh bước sóng quang trên một sợi quang cho phép tận dụng băng tần rất lớn của sợi quang Theo thông báo mới đây, VNPT đã triển khai hệ thống DWDM tốc độ 20 Gb/s (8 kênh bước sóng) cho mạng trục Bắc – Nam

Hình 1 Tiến trình phát triển công nghệ mạng WDM trên thế giới

Có thể thấy sự phát triển của công nghệ WDM gắn liền với sự phát triển công nghệ thiết bị, công nghệ mạng truy nhập, kiến trúc mạng Các linh kiện ngày càng

trở nên có tốc độ cao hơn, kích thước nhỏ hơn, giá thành thấp hơn…Mạng truy nhập

có băng thông rộng hơn và tiến đến truy nhập quang Kiến trúc mạng nhện (Mesh)

và linh hoạt hơn

2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

Truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN Chính vì vậy cho đến nay việc nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang được rất nhiều đối tượng hoạt động trong môi trường viễn thông quan tâm, từ nhà khai thác, chế tạo thiết bị, các trung tâm nghiên cứu, và luôn thu hút được vốn đầu tư nghiên cứu, phát triển từ những nhà tài chính lớn

Về mặt kỹ thuật, nhìn chung, bài toán trên có thể chia thành hai hướng giải quyết đó là: giữ lại công nghệ cũ (theo tính lịch sử), dàn xếp các tính năng phù hợp cho lớp mạng như ATM, SDH, WDM, hoặc tạo ra công nghệ và giao thức mới Nội dung chương này tập trung nghiên cứu những giải pháp hứa hẹn và có tính thực thi cao Đây là những giải pháp đã hiện diện trên mạng của nhiều quốc gia hoặc được bảo trợ bởi những hãng hay tổ chức viễn thông lớn trên thế giới

Trước hết, chúng ta cùng điểm lại những giải pháp đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng trên mạng và lựa chọn ra những giải pháp tiêu biểu phù hợp với sự phát triển của công nghệ mạng

2.2.1 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

Trước khi đi vào nghiên cứu và phân tích những giải pháp khả thi (khái niệm khả thi ở đây được xét trên cả khía cạnh đã có sản phẩm thương mại hay nói cách khác là đã hiện diện trên mạng và phù hợp với xu thế phát triển) chúng ta cùng thống kê lại những giải pháp đã đang được nghiên cứu hoặc được ứng dụng trên mạng của nhà khai thác trong những năm qua trên thế giới

Xu hướng nghiên cứu tích hợp IP quang đang diễn ra mạnh mẽ không chỉ ở trong dự án nghiên cứu phát triển của những trung tâm nghiên cứu khoa học lớn mà

nó còn lan rộng trong các phòng thí nghiệm Lab của các trường Đại học Theo thống kê của EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in

Telecommunication) trong dự án [16], hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp* (đã được công bố) liên quan đến vấn đề truyền tải IP trên mạng quang

Qua nghiên cứu cho thấy hai xu hướng thực thi, một là khai thác lợi điểm của các công nghệ hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích thước gói thay đổi Xu hướng hướng kia là nghiên cứu ra các giao thức mới phù hợp với đặc tính lưu lượng IP Chúng ta sẽ thấy rõ điều này khi gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng như Hình 2

Chức năng Lớp 2 được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi như SDH, ATM, Ethernet, DTM và WDM Một số giao thức như MPOA/LAPS, RSP, POS, SDL được phát triển trong lớp mạng này thực hiện bao gói IP (Encapsulation) trong các định dạng khung cho truyền dẫn trên các bước sóng quang Một điều dễ nhận thấy là các giao thức này đều được xây dựng quanh các công nghệ đã trưởng thành kể trên Chúng ta hoàn toàn có thể lý giải được điều này: các dự án nghiên cứu phần lớn chịu ảnh hưởng bởi nguồn tài chính

từ các nhà khai thác mạng, sản xuất thiết bị, như thế nó sẽ chỉ giải quyết những vấn

*Không xác định được con số chính xác vì không thống kê được những công trình nghiên cứu mang tính cá nhân, chưa được công bố

đề đang tồn tại của họ Chính vì vậy các nghiên cứu về giao thức truyền tải cũng chỉ tập trung vào những công nghệ này mà thôi

Lớp 1, nghĩa là nó thuần tuý chỉ là tuyến vật lý cung cấp kết nối giữa các thành phần trong mạng truyền tải

Một điểm lưu ý nữa là khi xuất hiện chuyển mạch gói quang (OPS), công nghệ này có khả năng hoạt động từ Lớp 1 đến lớp 3 trong mô hình OSI, thì gói IP sẽ được sắp xếp trực tiếp trong gói quang mà không cần qua lớp trung gian Tuy nhiên phải cần rất nhiều thời gian nữa thì công nghệ chuyển mạch gói quang mới có thể thương mại rộng rãi trên thị trường

Những giải pháp trên có thể diễn đạt một cách ngắn gọn như sau:

** Sử dụng nguyên lý hoạt động của khung SDH tích hợp trong thiết bị

*** Tiền thân của công nghệ RPR là giao thức DPT do Cisco phát triển

 IP-GMPLS/quang

Chú ý rằng nguyên lý hoạt động của khung SDH (kỹ thuật ghép kênh SDH) có thể ứng dụng trong các thiết bị độc lập hoặc được tích hợp trong thiết bị khác mà có chung phần điều khiển với công nghệ khác Đó là lý do người ta phân thành hai giải pháp sử dụng khung SDH trong thiết bị độc lập và thiết bị tích hợp (SDH (khung)), phù hợp theo hai mô hình xếp chồng và đồng cấp đang được ứng dụng trong mạng ngày nay

2.2.2 Thích ứng IP trên lớp mạng quang (WDM)

2.2.2.1 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM

Truyền tải IP qua môi trường PDH có thể thực hiện dựa trên giao thức PPP và khung HDLC ở lớp 2 Hiện nay, ITU cũng đã chuẩn hoá giải pháp đóng gói IP trong khung PDH qua giao thức LAPS (X.85/Y.1321)

Lớp vật lý bao gồm các bước sóng WDM và sợi quang Để tăng cải thiện chức năng mạng (bảo vệ và khôi phục mạng) cho PDH thì các khung của nó sau đó

sẽ được đóng trong các khung SDH trước khi truyền trên bước sóng quang

Ngày nay, do sự bùng nổ lưu lượng số liệu nên giới hạn tốc độ và phương pháp ghép kênh của PDH đã làm cho nó không thể tồn tại trong mạng truyền tải mới Và sử dụng PDH sẽ làm giảm hiệu quả khai thác của mạng truyền tải quang Giải pháp kết nối này chỉ còn hiện diện trong những mạng số liệu mà dung lượng kết nối rất thấp

2.2.2.2 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM

Truyền tải IP qua ATM được thực hiện dưới nhiều giao thức IP/ATM cổ điển, LAN mô phỏng, đa giao thức qua ATM, Ở đây ta tập trung chủ yếu vào giao thức

cổ điển đã được chuẩn hoá và hoàn thiện Để truyền tải trong các tuyến WDM, phần lớn các định dạng truyền dẫn chuẩn sử dụng khung SDH Ngăn giao thức cho giải pháp này được trình tóm lược bày trong Bảng 1

IP Gói trong các gói có độ dài 250 đến 65535 byte

LLC/SNA

P

Điều khiển Logic (RFC 1483) Thêm 8 byte mào đầu cho gói IP để tạo nên “PDU” (Khối số liệu giao thức) ATM dài tới 65535 byte AAL5 Thích ứng ATM lớp 5 (khuyến nghị ITU I-363) Thêm 8 byte mào

đầu (trường độ dài và 4 byte CRC) cộng thêm 0 đến 47 byte trường nhồi để tạo nên một PDU AAL5 (vừa vặn với tải ATM 48 byte) ATM Phân tách PDU AAL5 thành các tải 48 byte sau đó thêm 5 byte mào

đầu cho mối tải đó để tạo nên tế bào ATM 53 byte

SDH Đưa các tế bào ATM vào trong một VC4 hoặc ghép chuỗi tải VC4

của SDH (khuyến nghị ITU G.707) Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm các con trỏ AU) và Mào đầu luồng 9 byte VC4 vào 2340 byte tải VC4 SDH Đối với chuỗi ghép nối VC4, tải V4-Xc sẽ dài X*2340 Các tế bào ATM có thể vắt ngang qua ranh giới của các VC4 và tải được trộn theo đa thức 1+x43 để tạo ra mật độ chuyển tiếp phù hợp cho việc khôi phục đồng hồ SDH Tuy nhiên, trộn x7thường được sử dụng cho tải SDH Mào đầu luồng và đoạn SDH chứa các phần nhận dạng và trường kiểm tra lỗi (BIP-n) để giám sát chỉ tiêu cũng như các kênh thông tin cho mục đích quản lý mạng truyền tải

Bảng 1 Ngăn giao thức cho tích hợp IP/ATM/SDH

Hình 3 biểu diễn kiến trúc mạng khả thi sử dụng IP/ATM/SDH over WDM Theo

kịch bản này, các gói IP được phân tách trong các tế bào ATM và được gán vào các

Kết nối ảo (VC) qua Card đường truyền SDH/ATM trong bộ định tuyến IP Tiếp

đến các tế bào ATM được đóng trong khung SDH và được gửi tới chuyển mạch ATM hoặc trực tiếp tới bộ Transponder WDM để truyền tải qua lớp mạng quang (biểu diễn đơn giản như trong Hình 3 cho ring OADM)

OADM

ATM switch routerIPIP

router

e.g 32 WDM

STM16c/ATM interface

IP router

STM16c/ATM interface

STM16c interfaces

STM1/ATM

interface

Hình 3 Ví dụ IP/ATM/SDH cho truyền tải qua mạng WDM

Hiện tại, một cách thực hiện đảm bảo QoS cho dịch vụ IP là cung cấp một băng tần cố định giữa các cặp thiết bị định tuyến IP cho từng khách hàng (quản lý QoS Lớp 2) ATM cung cấp tính năng thực hiện điều này với tính hạt băng tần thay

đổi nhờ các Kênh ảo cố định (PVC) qua hệ thống quản lý ATM hoặc thiết lập Kênh chuyển mạch ảo (SVC) linh hoạt, tất cả nằm trong Luồng ảo (VP) Hoặc cũng có

thể sử dụng phương pháp ghép kênh thống kê cho phép người sử dụng có thể truy nhập băng tần phụ trong một khoảng thời gian ngắn Điều này đảm bảo băng tần tuỳ

ý và cố định từ 1 Mbit/s đến vài trăm Mbit/s cho các khách hàng khác nhau Ngoài

ra, với tính hạt mịn của băng tần có thể cho phép các bộ định tuyến IP kết nối logic dạng mạng nhện (Mesh) một cách dễ dàng, do trễ được giảm thiểu giữa các bộ định tuyến trung gian Một lợi điểm khác của việc sử dụng giao thức ATM là khả năng thực hiện các hợp đồng lưu lượng khác nhau với nhiều mức chất lượng dịch vụ tuỳ theo ứng dụng yêu cầu Đối với lưu lượng IP (thực chất là phi kết nối), mạng ATM

sẽ chủ yếu sử dụng hợp đồng lưu lượng UBR (tốc độ bit không xác định) Tuy nhiên, nếu các ứng dụng IP nào đó yêu cầu mức QoS riêng, đặc biệt với các ứng

dụng thời gian thực cần sử dụng Năng lực chuyển giao (ATC) khác như Tốc độ bit không đổi (CBR) hoặc VBR-rt Tuy nhiên khi sắp xếp các gói IP có độ dài biến

thiên vào các tế bào ATM có độ dài cố định chúng ta phải cần đến phần mào đầu

phụ (do gói một gói IP có thể cần đến nhiều tế bào ATM), và đây được gọi là thuế

tế bào Sự khác biệt về kích thước cũng tạo ra yêu cầu lắp đầy khoảng trống trong các tế bào mà có phần mào đầu phụ Một giải pháp để ngăn chặn yêu cầu trên là sắp xếp các gói trực tiếp liền kề nhau, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng rủi

ro mất hai gói liền nhau khi tế bào bị mất

IP/ATM cũng có thể được sử dụng trong MPLS Trong trường hợp này, PVC không được thiết lập từ hệ thống quản lý ATM mà linh hoạt từ giao thức MPLS Đối với MPLS dựa trên ATM, nhãn có thể được lưu trong VCI ATM

2.2.2.3 IP/ATM trực tiếp trên WDM

Một giải pháp khác là truyền tải trực tiếp bào ATM bao gói IP trên kênh WDM Kịch bản này giống như kịch bản trên theo quan điểm kiến trúc Sự khác biệt ở đây là các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà chúng được gửi trực tiếp qua môi trường vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật

 Mào đầu lớp vật lý ít hơn (khoảng 16 lần so với SDH)

 ATM là không đồng bộ nên không đòi hỏi cơ chế định thời nghiêm ngặt với mạng

Tuy nhiên, nhược điểm của giải pháp này là phần mào đầu (thuế tế bào) cũng lớn tương tự như đối với truyền tải SDH; công nghệ này không được các nhà công nghiệp phát triển rộng rãi, và kỹ thuật truyền dẫn này chỉ có thể mang riêng các tế bào ATM

Tế bào ATM dựa trên các lớp vật lý được định nghĩa trong một số tổ chức tiêu chuẩn, 155 Mbit/s và 622 Mbit/s của ITU, và hiện tại thì Diễn đàn ATM đã hoàn thành chỉ tiêu cho tốc độ 622 Mbit/s và 2488 Mbit/s

2.2.2.4 Số liệu trên SONET/SDH (DoS) và Các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên mạng quang (WDM)

Nhu cầu truyền tải các loại dịch vụ như IP, Ethernet, Fiber Channel, ESCON/FICON qua mạng SONET/SDH đã xuất hiện từ rất lâu Tuy nhiên chỉ đến khi lưu lượng số liệu bùng nổ trong những năm đầu thấp kỷ 90 người ta mới thực hiện nghiên cứu các giao thức nhằm sắp xếp lưu lượng số liệu vào trong tải đồng bộ SONET/SDH Từ đó cho đến nay đã có nhiều giao thức thực thi được công bố và chuẩn hoá trong các tổ chức tiêu chuẩn như ANSI, ETSI, ITU-T và tổ chức công nghiệp như EITF, IOF

Nội dung phần này sẽ trình bày những giao thức được sử dụng để truyền tải lưu lượng IP trên mạng SONET/SDH Những giải pháp này đã đang được ứng dụng trong thực tế

Giải pháp này tận dụng ưu điểm của SDH để bảo vệ lưu lượng IP chống lại sự

cố đứt cáp nhờ chức năng chuyển mạch tự động (APS) Điều này cũng có thể thực hiện trong lớp mạng quang dựa trên WDM

Card đường truyền trong bộ định tuyến IP thực hiện tạo khung PPP/HDLC Tín hiệu quang phải phù hợp với truyền dẫn qua môi trường sợi quang trong phần tử mạng SDH hoặc bộ Transponder WDM Có một số kiểu giao diện IP/SDH khác:

 VC4 hoặc “ống” kết chuỗi VC4 cung cấp băng tần tổng hợp, không có bất cứ sự phân chia nào giữa các dịch vụ IP hiện diện trong luồng gói

OLA

ghép kênh WDM



IP Gói số liệu có độ dài cực đại 65535 byte

PPP Đóng khung gói theo PPP (RFC 1661) Thêm “trường giao thức” 1 hoặc

2 byte và thực hiện nhồi theo tuỳ lựa PPP cũng cung cấp giao thức thiết lập tuyến nhưng không phải là quyết định trong IP/SDH

HDLC Tạo khung (RFC 1662) Thêm 1 byte cờ để chỉ thị điểm bắt đầu của

khung, hơn 2 byte cho mào đầu và 2 byte kiểm tra khung (FCS) tạo ra khung có độ dài tới 1500 byte Cùng với PPP, HDLC tạo thành 7 hoặc 8 byte mào đầu thêm vào gói IP

SDH Đặt các khung HDLC trong tải VC4 hoặc VC4 kết chuỗi (RFC 1619)

Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và 9 VC4 byte Mào đầu luồng vào 2340 byte tải VC4 SDH Đối với VC4 kết chuỗi, tải V4-Xc có độ dài X*2340 Các khung được phép vắt ngang qua ranh giới của các VC4 Giống như ATM, đa thức 1+x43 được sử dụng cho trộn tín hiệu để giảm thiểu rủi ro người sử dụng truy nhập với mục đích xấu mà

có thể gây mất đồng bộ mạng

Bảng 2 Các giao thức sử dụng cho IP/SDH Phiên bản IP/WDM được xem xét ở đây sử dụng giao thức PPP và khung HDLC Phiên bản này cũng được biết dưới tên gọi khác POS hoặc Gói trên SONET PPP là một phương pháp chuẩn để đóng gói các gói IP và các kiểu gói khác cho truyền dẫn qua nhiều môi trường từ đường điện thoại tương tự tới SDH, và cũng bao gồm chức năng thiết lập và giải phóng các tuyến (LCP) HDLC là phiên bản chuẩn hoá của SDLC theo ISO, giao thức này được IBM phát triển trong những năm 1970 Khung HDLC chứa dãy cờ phân định ranh giới ở điểm đầu và điểm cuối của khung cùng một trường kiểm tra CRC để kiểm soát lỗi

2.2.2.4.2 MAPOS (Giao thức đa truy nhập qua SONET)

Giao thức MAPOS là giao thức lớp tuyến số liệu hỗ trợ IP trên SDH Giao thức MAPOS cũng được gọi với một tên khác là Packet Over Lightwave (POL) Đây là một giao thức chuyển mạch gói phi kết nối dựa trên việc mở rộng khung POS (PPP-HDLC) được NTT phát triển Trước đây MAPOS được phát triển với mục đích mở rộng dung lượng tốc độ cao SONET cho LAN nhưng hiện nay sự hiện diện của Gigabit Ethernet dường đã làm người ta lãng quên nó Hiện tại cũng có một số chuyển mạch MAPOS được thử nghiệm ở Nhật bản (Tokyo)

Trong hình Hình 5 biểu diễn khung MAPOS thế hệ 1 và 2 Giao thức MAPOS /POL được xem như sự mở rộng thành phần khung HDLC Các trường được truyền trong MAPOS là:

- Dãy cờ, sử dụng cho đồng bộ khung

- Địa chỉ, chứa địa chỉ đích HDLC (8 bit trong phiên bản 1 và 16 trong phiên bản 2)

- Điều khiển, là trường điều khiển có giá trị 0x03, thuật ngữ chuyên môn trong HDLC nghĩa là khung Thông tin không đánh số với bit Poll/Final được thiết lập bằng 0

- Giao thức, xác định giao thức cho việc bao gói số liệu trong trường thông tin của nó

- Thông tin, chữa gói số liệu tối đa 64 Kbyte

- Dãy kiểm tra khung, được tính trên khắp các bit mào đầu, giao thức, và trường tin

Cờ Địa chỉ

đích

Điều khiển

Giao thức

Trường thông tin FCS

Việc thực hiện giao thức MAPOS trong bộ định tuyến IP chuẩn với các giao diện POS đã được thực hiện trong khoảng thời gian ngắn Chỉ có hai chức năng mới (Giao thức chuyển mạch nút - NSP và Giao thức phân chia địa chỉ- ARP) được thêm vào giao thức MAPOS

2.2.2.4.3 LAPS (Link Access Procedure-SDH)

Giao thức truy nhập tuyến-SDH (LAPS) là một giao thức tuyến số liệu được thiết kế cho mục đích IP/SDH và Ethernet/SDH được ITU-T chuẩn hoá lần lượt trong khuyến nghị X.85, X.86 LAPS hoạt động như khung HDLC bao gồm dịch vụ liên kết số liệu và chỉ tiêu giao thức để thực hiện việc sắp xếp gói IP vào tải SDH

IP/SDH sử dụng LAPS như một sự kết hợp kiến trúc thông tin số liệu giao thức IP (hoặc các giao thức khác) với mạng SDH Lớp vật lý, lớp tuyến số liệu và lớp mạng hoặc các giao thức khác được hiện diện tuần tự gồm SDH, LAPS và IP hoặc PPP Mối liên hệ này được biểu diễn như ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-

n Hình dưới mô tả IP/SDH như ngăn giao thức/lớp

Hình 6 Ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n sử dụng LAPS X.85 (Ngăn

TCP/UDP/IP được thay bằng Ethernet đối với X.86)

Cờ Địa

chỉ

Điều khiển

Giao thức

Thông tin Nhồi Cờ

0x7e 0x04 0x03 SAPI Thông tin LAPS,

gói IP

32bit 0x7e

Hình 7 Định dạng khung LAPS theo X.85 Định dạng khung của LAPS bao gồm:

- Trường cờ: chỉ điểm bắt đầu và kết thúc khung (từ mã cố định 01111110)

- Trường địa chỉ: liền ngay sau trường cờ được gán giá trị cố định để biểu thị trường cờ liền trước là cờ mở (nếu trường cờ mà không có trường địa chỉ liền sau thì được xem là cờ đóng và cũng được làm vai trò cờ mở của khung kế tiếp)

- Trường điều khiển và SAPI: Trường điều khiển có giá trị hexa 0x03 và lệnh thông tin không đánh số với giá trị Poll/Final là 0 SAPI chỉ ra điểm tại đó dịch vụ tuyến số liệu cung cấp cho giao thức lớp 3

- Trường thông tin: chứa thông tin số liệu có độ dài tối đa 1600 byte

- Dóy kiểm tra khung (FCS-32): đảm bảo tớnh nguyờn dạng của thụng tin truyền tải

Phần tiếp theo sẽ trỡnh bày một bộ giao thức đó được ITU-T và ANSI chuẩn hoỏ Đõy là bộ giao thức liờn quan đến vấn đề làm thế nào để truyền tải hiệu quả lưu

lượng số liệu qua mạng SONET/SDH Bộ giao thức này gồm: Giao thức lập khung tổng quỏt (GFP), Kết chuỗi ảo (VCAT) và Cơ chế thớch ứng dung lượng tuyến

(LCAS); chỳng được sử dụng kết hợp với nhau trong hệ thống thiết bị SONET/SDH thế hệ mới

2.2.2.4.4 Thủ tục lập khung tổng quỏt (Generic Framing Procedure-GFP)

Thủ tục lập khung tổng quỏt (GFP) được ANSI thảo luận đầu tiờn trong T1X1.5; và hiện nay đó được ITU-T chuẩn hoỏ trong khuyến nghị G.704.1 GFP là một thủ tục lập khung để tạo nờn tải cú độ dài thay đổi theo byte từ cỏc tớn hiệu client mức cao hơn cho việc sắp xếp tớn hiệu trong luồng đồng bộ

GFP là một thuật ngữ chung cho hai hướng xếp chồng: ở lớp phớa dưới liờn quan đến dịch vụ truyền tải sử dụng GFP; và ở lớp phớa trờn liờn quan đến sắp xếp cỏc dịch vụ cung cấp bởi GFP Ở lớp phớa dưới, GFP cho phộp sử dụng bất cứ kiểu cụng nghệ truyền tải nào, mặc dự hiện chỉ chuẩn hoỏ cho SONET/SDH và OTN (Digital Wrapper, G.709) Tại lớp phớa trờn, GFP hỗ trợ nhiều kiểu gúi khỏc nhau như IP, khung Ethernet, và khung HDLC như PPP

Ethernet IP/PPP Các dạng tín hiệu khác

GFP-Kiểu lớp client xác định (Tải phụ thuộc)

GFP-Kiểu chung (Tải độc lập)

Luồng SDH VC-n Luồng đồng bộ byte

Hỡnh 8 Mối quan hệ GFP với tớn hiệu client và luồng truyền tải

GFP cú hai phương phỏp sắp xếp để thớch ứng cỏc tớn hiệu client vào trong tải

SONET/SDH: GFP sắp xếp theo khung (GFP-F) và GFP trong suốt (GFP-T)

 GFP-F: sử dụng cơ chế tỡm hiệu chỉnh lỗi mào đầu để phõn tỏch khung GFP nối tiếp (giống như cơ chế sử dụng trong ATM) trong dũng tớn hiệu ghộp kờnh cho

truyền dẫn Do độ dài tải GFP thay đổi nờn cơ chế này đũi hỏi khung tớn hiệu client được đệm toàn bộ lại để xỏc định độ dài trước khi sắp xếp vào khung GFP

 GFP-T: một số lượng đặc tớnh tớn hiệu client cố định được sắp xếp trực tiếp vào khung GFP cú độ dài xỏc định trước (sắp xếp theo mó khối cho truyền tải trong khung GFP, hiện chỉ mới định nghĩa cho mó 8B/10B trong chuẩn G.704.1 ITU-T)

Cấu trỳc khung GFP được biểu diễn như Hỡnh 9, gồm những thành phần cơ bản:

- Mào đầu lừi

- Phần tải tin

- Trường kiểm tra khung (CFS)

Chỉ thị độ dài tải (16 bit) cHEC (16 bit) Mào đầu tải (4-64 byte)

Kiểu (4 byte)

Mở rộng (0-60 byte)

Tr-ờng tải client

FCS (CRC-32)Hỡnh 9 Khung sử dụng GFP

2.2.2.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT)

Kết chuỗi ảo là một cơ chế cung cấp khả năng khai thỏc tải SONET/SDH hiệu quả và mềm dẻo Cơ chế này phỏ vỡ giới hạn do sự phõn cấp tớn hiệu truyền dẫn đồng bộ SONET/SDH được thiết kế cho tải PDH (tốc độ kờnh được phõn thành từng cấp thụ STM-1, STM-4, ) Từ “ảo” ngụ ý nối xõu chuỗi cỏc tải trong SONET/SDH để cung cấp băng tần mềm dẻo phự hợp với kớch thước số liệu

Ý tưởng này đã được thực hiện trong giải pháp PoS , tuy nhiên mới nó mới chỉ dừng lại ở mức kết chuỗi tải ở mức luồng bậc cao tạo thành tuyến có dung lượng phù hợp với giao diện của các bộ định tuyến

DÞch vô TDM (600M)

DÞch

vô sè liÖu (IP) (1,8G)

VC-2 (2M) VC-2 (2M)

Hình 10 Ví dụ kết chuỗi ảo trong hệ thống SDH Các tải kết chuỗi trong mạng được xử lý như những tải riêng biệt và độc lập

Do đó nhà khai thác mạng truyền tải có thể tự do thực hiện chức năng kết chuỗi mà không sợ ảnh hưởng đến hệ thống đang sử dụng hiện tại Hơn nữa, hệ thống quản lý phần tử mạng (EMS)/Hệ thống quản lý mạng (NMS) ngày nay có thể cung cấp dễ dàng chức năng này

2.2.2.4.6 Cơ chế thích ứng dung lượng tuyến (Link Capacity Adjustment LCAS)

Scheme-Như trình bày trên, kết chuỗi tải được thực hiện để tạo nên những tải có dung lượng khác nhau Mặc dù một số lượng tải kết chuỗi có thể đã được xác định trước cho phần lớn ứng dụng nhưng thực tế chúng ta cũng cần phân phát động một số tải cho một vài ứng dụng cụ thể LACS được thiết kế để thực hiện chức năng trên LCAS là một giao thức báo hiệu thực hiện trao đổi bản tin giữa hai điểm kết cuối VC để xác định số lượng tải kết chuỗi Ứng với yêu cầu của người sử dụng, số lượng tải kết chuỗi có thể tăng/giảm phù hợp với kích thước lưu lượng trao đổi Đặc tính này rất hữu dụng với nhà khai thác để thích ứng băng tần giữa các bộ định tuyến thay đổi theo thời gian, theo mùa

Cơ chế hoạt động của LCAS dựa trên việc trao đổi gói điều khiển giữa bộ phát và bộ thu Mỗi gói điều khiển sẽ mô tả trạng thái của tuyến trong gói điều khiển kế tiếp Những thay đổi này được truyền đi tới phía thu để bộ thu có thể chuyển tới cấu hình mới ngay khi nhận được nó Gói điều khiển gồm một loạt các trường dành cho những chức năng định trước và chứa thông tin truyền từ bộ phát đến bộ thu cũng như thông tin từ bộ thu đến bộ phát

- Bit chấp thuận tái dãy số (RS-Ack)

2.2.2.5 IP/SDL trực tiếp trên WDM

Tuyến số liệu đơn giản (SDL) là một phương pháp lập khung được Lucent đề xuất [15] So với HDLC, khung SDL không có cờ phân ranh giới thay vì đó nó sử dụng trường độ dài gói tại điểm bắt đầu khung Điều này rất thuận lợi ở tốc độ bit cao khi thực hiện đồng bộ (rất khó thực hiện đối với dãy cờ) Định dạng SDL có thể đưa vào trong tải SDH cho truyền dẫn WDM hoặc thiết bị SDH Định dạng này cũng có thể được mã hoá trực tiếp trên các sóng mang quang: SDL định rõ tính năng tối thiểu đủ để thực hiện điều này

SDL sử dụng 4 byte mào đầu gồm độ dài gói như biểu diễn trong Hình 11 Gói có thể dài tới 65535 byte Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC-16 hoặc CRC-32) có thể tuỳ lựa sử dụng cho gói và nó có thể bị thay thế sau mỗi gói Tất cả các bit trừ mào đầu được trộn theo bộ trộn x48 Các bộ trộn của phần phát và thu được duy trì đồng bộ qua các gói đặc biệt truyền không thường xuyên

Hình 11 Cấu trúc mào đầu SDL SDL không có bất kỳ byte thêm nào dành cho các giao thức chuyển mạch bảo

vệ (giống như byte K1 và K2 của SDH) Sử dụng các CRC tải tuỳ lựa còn cho phép giảm sát tỷ lệ lỗi bit

2.2.2.6 IP/Gigabit Ethernet cho WDM

Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong trong số những ứng dụng mạng LAN Chuẩn Gigabit Ethernet có thể sử dụng để mở rộng dung lượng LAN tiến tới MAN

và thậm chí cả đến cả WAN nhờ các Card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP; những Card này có giá thành rẻ hơn 5 lần so với Card đường truyền cùng dung lượng sử dụng công nghệ SDH Nhờ đó, Gigabit Ethernet trở nên hấp dẫn trong môi trường Metro để truyền tải lưu lượng IP qua các mạch vòng WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự ly dài Hơn thế nữa, các cổng Ethernet 10 Gbit/s sẽ được chuẩn hoá trong tương lai gần

Hình 12 biểu diễn ví dụ mạng IP dựa trên giao diện Gigabit Ethernet Các Card đường truyền Gigabit Ethernet hoặc chuyển mạch Ethernet Lớp 2 nhanh được

sử dụng cho các bộ định tuyến IP trong mạng

Mạng Ethernet tốc độ bit thấp (ví dụ 10Base-T hoặc 100Base-T) sử dụng kiểu truyền hoàn toàn song công, ở đây băng tần truyền dẫn hiệu dụng được chia sẻ giữa tất cả người sử dụng và giữa hai hướng truyền dẫn Để kiểm soát sự truy nhập vào băng tần chia sẻ có thể sử dụng công nghệ CSMA-CD Điều này sẽ làm giới hạn kích thước vật lý của mạng vì thời gian chuyển tiếp không được vượt quá “khe thời gian” có độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10Base-T và 100Base-T) Nếu tốc độ bit là 1Gb/s mà sử dụng độ dài khung nhỏ nhất 512 bit thì mạng Ethernet chỉ đạt chừng 10m vì thế độ dài khung tối thiểu trong trường hợp này được định nghĩa bằng 4096 bit cho Gigabit Ethernet Điều này hiện làm giới hạn kích

thước mạng trong phạm vi 100m Tuy nhiên, kiểu hoàn toàn song công vẫn hấp dẫn trong môi trường Gigabit Ethernet

Khi Gigabit Ethernet (1000Base-X) sử dụng kiểu song công nó trở thành một phương pháp tạo khung và bao gói đơn giản và tính năng CSMA-CD không còn được sử dụng Chuyển mạch Ethernet cũng được sử dụng để mở rộng topo mạng thay thế cho các tuyến điểm - điểm

OADM

OADM

IP router IP

router

e.g 32 WDM

Gigabit Ethernet interface

IP router

Gigabit Ethernet interfaces

Gigabit Ethernet interface

GbE

Gigabit Ethernet switch

GbE

Gigabit Ethernet interface

Hình 12 Ví dụ về truyền tải IP trên vòng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet Cấu trúc khung Gigabit Ethernet biểu diễn trong Hình 13 Độ dài tải cực đại của Gigabit Ethernet là 1500 byte nhưng có thể mở rộng tới 9000 byte (Khung Jumbo) trong tương lai Tuy nhiên, kích thước tải lớn hơn sẽ khó tương hợp với các chuẩn Ethernet trước đây và hiện tại cũng chưa có chuẩn nào cho vấn đề này

Khung Ethernet được mã hoá trong sóng mang quang sử dụng mã 8B/10B Trong 8B/10B mỗi byte mã hoá sử dụng 10 bit nhằm để đảm bảo mật độ chuyển tiếp phù hợp trong tính hiệu khôi phục đồng hồ Do đó thông lượng đầu ra 1Gb/s thì tốc độ đường truyền là 1,25Gb/s Việc mã hoá cũng phải đảm bảo chu kỳ trống được lấp đầy ký hiệu có mật độ chuyển tiếp phù hợp giữa trạng thái 0 và 1 khi các gói không được phát đi nhằm đảm bảo khả năng khôi phục đồng hồ