công nghệ MAN E và ứng dụng trong VNPT bắc kan

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MAN-E1.1 Tổng quan về công nghệ và xu hướng phát triển 1.1.1 Giới thiệu chung về MAN - E Mạng Ethernet đô thị là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu phát triển thông tin ngàycàng cao đòi hỏi cấp bách việc cải tiến và nâng cấp mạng lưới viễn thông cho phùhợp với xu thế mới Hiện nay tại và trong thời gian những năm tiếp theo, nhu cầuphát triển các loại hình dịch vụ như Internet, Data, các dịch vụ băng rộng, đangngày càng một tăng Do vậy mạng lưới thông tin càng phải đảm bảo và đáp ứng đầy

đủ về mặt kỹ thuật, có băng thông rộng, tốc độ cao, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ

để phục vụ đời sống xã hội

Trong xu hướng phát triển công nghệ và mạng lưới viễn thông trên thế giới,Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt nam (VNPT) đang triển khai mạnh mẽ thế hệsau cả về mạng lõi và phần truy nhập Cho tới nay tại các tỉnh, thành phố trong cảnước, VNPT đã triển khai mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet để đáp ứng yêucầu về truyền tải băng rộng

Với mong muốn được tiếp cận với các loại hình dịch vụ mới, các kiến trúc xâydựng mạng lưới, em lựa chọn đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu công nghệ mạng MAN-E

và ứng dụng mạng MAN-E tại VNPT Bắc Kạn” với nội dung cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ MAN - E

Chương 2: Các công nghệ sử dụng trong MAN - E

Chương 3: Ứng dụng công nghệ MAN - E tại VNPT Bắc Kạn

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ATMAR

P

ATM Address Resolution Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ ATM

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên

CBS Committed Burst Size Tốc độ cam kết

CE Customer Equiment Thiết bị phía khách hàng

CIR Committe Information Rate Tốc độ thông tin cam kết

CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức

CR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP

CR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP

DiffServ Differentiated Service Các dịch vụ được phân biệt

DLCI Data Link Connection Identifer Nhận dạng kết nối liên kết dữ liệuDTP Dynamic Trunking Protocol Giao thức trunking động

EBS Excess Burst Size Tốc độ cam kết tối đa

EIR Excess Information Rate Tốc độ thông tin tối đa

EPL Ethernet Private Line Dịch vụ Ethernet riêng điểm-điểmEoMPLS Ethernet over Multiprotocol

Label Switching

Ethernet qua chuyển mạch nhãn đa giao thức

EVC Ethernet Virtual Circuit Kênh ảo Ethernet

FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đươngHSI High Speed Internet Internet tốc độ cao

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IntServ Integrated Service Các dịch vụ được tích hợp

L2VPN Layer 2 Virtual Private

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn

LER Label Edge Router Router biên nhãn

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãnLSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn

MEF Metro Ethernet Forum Diễn đàn ethernet đô thị

MEN Metro Ethernet Network Mạng ethernet đô thị

MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMPOA Multiprotocol Over ATM Đa giao thức trên ATM

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải chặng kế tiếpOAM &P Operation Administrative

Management & Provide

Quản trị, vận hành và cung cấp

OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên

PE Provider Edge Thiết bị biên của nhà cung cấpPID Protocol Identifier Nhận dạng giao thức

PNNI Private Network-Network

Interface

Mạng riêng ảo

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RFC Request For Comment Yêu cầu ý kiến

RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SAN Storage Area Network Mạng lưu trữ

SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu tiên

STM Synchronous Transmission Mode Chế độ truyền dẫn đồng bộ

STP Spanning-Tree Protocol Giao thức chống lặp

SVC Signaling Virtual Circuit Kênh ảo báo hiệu

TCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

T-MPLS Transport MPLS Truyền tải chuyển mạch nhãn đa

giao thức

TLV Type-Leng-Value Kiểu-Chiều dài-Giá trị

UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu

UNI User Network Interface Giao diện mạng người dùng

VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo

VoD Video on Demand Dịch vụ video theo yêu cầu

VNPT Vietnam Post &

Telecommunications

Tập đoàn BCVT Việt Nam

VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MAN-E

1.1 Tổng quan về công nghệ và xu hướng phát triển

1.1.1 Giới thiệu chung về MAN - E

Mạng Ethernet đô thị là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối các mạngcục bộ của các tổ chức và cá nhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet.Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng cung cấp dịch vụ mang lại nhiềulợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng Bản thân công nghệ Ethernet đãtrở nên quen thuộc trong những mạng LAN của doanh nghiệp trong nhiều năm qua,giá thành các bộ chuyển mạch Ethernet đã trở nên rất thấp, băng thông cho phép mởrộng với những bước nhảy tùy ý là những ưu thế tuyệt đối của Ethernet so với cáccông nghệ khác Với những tiêu chuẩn đã và đang được thêm vào, Ethernet sẽ manglại một giải pháp mạng có độ tin cậy, khả năng mở rộng và hiệu quả cao về chi phíđầu tư

1.1.2 Đánh giá về công nghệ mạng Metro Ethernet

a) Tính dễ sử dụng

Dịch vụ Ethernet dựa trên giao diện Ethernet chuẩn, dùng rộng rãi trong các

hệ thống mạng cục bộ Hầu như tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kếtnối dùng Ethernet, vì vậy mở rộng việc sử dụng Ethernet để kết nối các mạng cungcấp dịch vụ với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị,quản lí và cung cấp (OAM &P)

b) Hiệu quả về chi phí

Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư và chi phí vận hành Sự phổ biếncủa Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet có chiphí không đắt Giá thành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn, ít tốnkém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác Nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet chophép những thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo, cho phép thuêbao thêm băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần

c) Tính linh hoạt

Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng của họ theo nhữngcách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện với các dịch vụ truyền thốngkhác Ví dụ: một công ty thuê một giao tiếp Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng

ở vị trí khác nhau để thành lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinhdoanh thành Extranet VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP Với dịch vụEthenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phútthay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạngtruy nhập khác (Frame relay, ATM,…) Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏithuê bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ

d) Tính chuẩn hóa

MEF đang tiếp tục định nghĩa và chuẩn hóa các loại dịch vụ và các thuộc tínhnày, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có khả năng trao đổi giải pháp của họ mộtcách rõ ràng, các thuê bao có thể hiểu và so sánh các dịch vụ một cách tốt hơn

1.1.3 Ứng dụng mạng MAN - E

Hỗ trợ nhiều loại ứng dụng và dịch vụ thuộc thế hệ mạng kế tiếp Dưới đây làmột số ứng dụng tiêu biểu:

- Kết nối giữa các LAN

- Truyền tải đa ứng dụng

- Mạng riêng ảo Metro

- Kết nối điểm - điểm tốc độ cao

- Server Backup

- Các ứng dụng Back-end Server

- Các ứng dụng lưu trữ (iSCSI)

1.1.4 Xu hướng dịch vụ tốc độ cao

Mạng MAN - E được nghiên cứu triển khai với mục đích chủ yếu là cung cấp

hạ tầng đảm bảo cho các dịch vụ yêu cầu băng thông lớn, tốc độ cao, mềm dẻotrong quản lý Với khả năng băng thông có thể được cấp phát dao động từ khoảng1Mbps đến 10Gps, Ethernet cho phép người dùng tối ưu hóa nguồn lực trong việcphát tiển mạng của riêng mình

Dưới đây là liệt kê một số dịch vụ được cho là cần có tốc độ cao:

- Truy nhập Internet tốc độ cao

- Mạng lưu trữ

- Các mạng riêng ảo lớp 2 (L2VPN)

- Các dịch vụ giá trị gia tăng

- Dịch vụ LAN trong suốt

đó, mỗi lớp mạng này có thể được thiết kế theo các mặt phẳng điều khiển, dữ liệu,quản trị trong từng lớp Mô hình được mô tả như sau:

Hình 1.2: Mô hình mạng theo các lớp

1.2.1 Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer)

Lớp dịch vụ Ethernet có chức năng truyền tải các dịch vụ hướng kết nối chuyểnmạch dựa trên địa chỉ MAC Các bản tin Ethernet sẽ được truyền qua hệ thống thôngqua các giao diện hướng nội bộ, hướng bên ngoài được quy định rõ ràng, gắn với cácđiểm tham chiếu Lớp ETH cũng phải cung cấp được các khả năng về OAM, khảnăng phát triển dịch vụ trong việc quản lý các dịch vụ Ethernet hướng kết nối Tại cácgiao diện hướng bên ngoài của lớp ETH, các bản tin bao gồm: Ethernet unicast,multicast hoặc broadcast, tuân theo chuẩn IEEE 802.3 - 2002

1.2.2 Lớp truyền tải dịch vụ

Lớp truyền tải dịch vụ hỗ trợ kết nối giữa các phần tử của lớp ETH Có thể sửdụng nhiều công nghệ khác nhau dùng để thực hiện việc hỗ trợ kết nối Một số ví dụ:IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, OTN ODUK, PDH DS1/E1, MPLS LSP…Các công nghệ truyền tải trên, đến lượt mình lại có thể do nhiều công nghệ khác hỗtrợ, cứ tiếp tục như vậy cho đến lớp vật lý như cáp quang, cáp đồng, không dây

1.2.3 Lớp dịch vụ ứng dụng

Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ các dịch vụ sử dụng truyền tải trên nền mạngEthernet của mạng MAN - E Có nhiều dịch vụ trong đó bao gồm cả các việc sử dụnglớp ETH như một lớp TRAN cho các lớp khác như: IP, MPLS, PDH DS1/E1 …

1.3 Dịch vụ mạng MAN-E

Bản thân Ethernet là cung cấp kết nối chứ không phải dịch vụ Với sự xuấthiện các dịch vụ Metro Ethernet, các nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu dùng công nghệkết nối Ethernet để cung cấp các “dịch vụ” Ethernet Vì vậy, các dịch vụ MAN - Ecũng dùng tới thuật ngữ “thuộc tính dịch vụ” giống như các dịch vụ MAN/WAN

Hình 1.3: Mô hình dịch vụ MAN - EDưới đây là một số thuật ngữ liên quan tới mạng MAN - E

CE là thiết bị phía khách hàng CE kết nối tới MAN - E tại UNI dùng cáckhung Ethernet chuẩn.CE có thể là:

Router

IEEE 802.1Q bridge (switch)

UNI là giao diện mạng giữa nhà cung cấp và khách hàng là biên giữa mạngkhách hàng và nhà cung cấp được cung cấp bởi nhà cung cấp tuân theo chuẩn IEEE802.3 Ethernet PHY and MAC

Giao diện vật lý với tốc độ có thể là 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps hoặc 10GbpsMAN - E: có thể dùng nhiều công nghệ phân phối dịch vụ và vận chuyển khácnhau: SONET/SDH, WDM, RPR, MAC-in-MAC, Q-in-Q, MPLS

EVC là sự kết hợp của 2 hay nhiều UNI Nói theo cách khác, EVC là đườnghầm logical kết nối 2 hay nhiều sites cho phép truyền các khung Ethernet giữachúng EVC cũng hoạt động như là sự tách biệt giữa các khách hàng khác nhau,cung cấp tính riêng biệt dữ liệu và bảo mật như là Frame Relay hay là ATM PVCs

Có 3 kiểu EVC:

Điểm - điểm EVC:

Hình 1.4: EVC điểm-điểm

Hình 1.5: EVC đa điểm-đa điểm

Hình 1.6: EVC điểm-đa điểm

 Các kiểu dịch vụ mạng MAN - E

Các kiểu dịch vụ mạng MAN - E bao gồm: dịch vụ kết nối, dịch vụ ứng dụng

- Dịch vụ kết nối: Các loại dịch vụ kết nối tương ứng với các loại EVC kể trên+ Dịch vụ điểm - điểm (Point-to-Point)

+ Dịch vụ đa điểm - đa điểm (Multipoint-to-Multipoint)

+ Dịch vụ điểm - đa điểm (Point-to-Multipoint)

- Dịch vụ ứng dụng:

+ Dịch vụ cho doanh nghiệp: Carrier Ethernet có thể thỏa mãn những nhu cầumới của doanh nghiệp như: Cung cấp các dịch vụ chất lượng cao, kết nối

Gigabit giữa các doanh nghiệp, tích hợp trung tâm dữ liệu, kết nối doanhnghiệp với khách hàng và nhà cung cấp, thiết lập mạng riêng ảo, giải pháp lưutrữ và khôi phục thảm họa, truy cập Internet đảm bảo tốc độ multi-megabit,video conferencing & broadcast, điện thoại doanh nghiệp, tích hợp thoại - dữliệu - hình ảnh, thay thế dịch vụ DS3, hỗ trợ các dịch vụ ghép kênh phân chiatheo thời gian.

+ Dịch vụ Triple Play: Truyền tải dữ liệu, thoại và phim ảnh trên một mạng IPvới chất lượng cao

+ Dịch vụ di động: Cung cấp Wireless Backhaul, truy cập Wi-fi, cơ sở hạ tầngcho Wimax, 3G và wireless thế hệ sau, các dịch vụ dữ liệu thế hệ sau, ảnhphân giải cao, video không dây, gaming

 Phân loại dịch vụ của MEF

Theo Metro Ethernet Forum, tương ứng với các kiểu EVC dịch vụ mạngMAN - E gồm các kiểu:

Dưới đây là sự phân loại các dịch vụ dựa trên EVC, UNI:

E-LINE có thể cung cấp cam kết đảm bảo tốc độ

E-LINE cho phép ghép dịch vụ Việc ghép dịch vụ có thể diễn ra tại mộthoặc hai UNI

Hình 1.7: E-LINE sử dụng EVC điểm - điểm

a) Dịch vụ Ethernet Private Line (EPL)

Dịch vụ EPL là một dạng của dịch vụ E-LINE Dịch vụ EPL sử dụng mộtEVC điểm-điểm giữa hai UNI EPL cung cấp độ trong suốt của các khung dịch vụgiữa các UNI tức là khi khung dịch vụ được truyền đi thì mào đầu của khung dịch

vụ và dữ liệu được chỉ ra tại cả UNI nguồn và UNI đích Đây là cấu trúc cơ bản củadịch vụ EPL

b) Dịch vụ Ethernet Virtual Private Line (EVPL)

Dịch vụ EVPL là một kiểu dịch vụ E-LINE Dịch vụ EPL được sử dụng để cungcấp các dịch vụ tương tự như dịch vụ EPL trừ một số ngoại lệ Thứ nhất, dịch vụ EVPLcho phép ghép dịch vụ tại UNI Điều đó nghĩa là nhiều EVC được tạo ra tại UNI trongkhi EPL không cho phép Thứ hai, một EVPL không cung cấp độ trong suốt khung

dịch vụ cao như dịch vụ EPL bởi vì khi ghép dịch vụ thì một số khung dịch vụ có thểđược gửi tới một EVC trong khi một số khung dịch vụ khác có thể được gửi tới cácEVC khác Hình vẽ dưới đây chỉ ra cấu trúc cơ bản của dịch vụ EVPL.

Hình 1.9: Dịch vụ EVPL (Ethernet Virtual Private Line)

1.3.2 Dịch vụ E-LAN

Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo, dạng đa điểm - đa điểm có thểđược gọi là dạng Ethernet LAN (E-LAN) Dịch vụ E-LAN được minh họa như hình

vẽ dưới đây:

Hình 1.10: Dịch vụ E-LAN sử dụng EVC đa điểm-đa điểm

Kiểu dịch vụ Ethernet LAN cung cấp kết nối đa điểm, tức là nó có thể kết nối

2 hoặc hơn nhiều UNIs Dữ liệu của thuê bao được gửi từ một UNI có thể đượcnhận tại một hoặc nhiều dữ liệu của UNIs khác

Mỗi site (UNI) được kết nối với một multipoint EVC Khi những site mới(UNIs) được thêm vào, chúng sẽ được liên kết với multipoint EVC nêu trên do vậy

nên đơn giản hóa việc cung cấp và kích hoạt dịch vụ Theo quan điểm của thuê bao,dịch vụ E-LAN làm cho MAN - E trông giống một mạng LAN ảo.

Dịch vụ E-LAN có thể sử dụng để tạo một số lượng lớn các dịch vụ Trườnghợp đơn giản nhất, dịch vụ E-LAN có thể cung cấp một dịch vụ "best effort" màkhông có yêu cầu đảm bảo giữa các UNI Ngoài ra dịch vụ E-LAN Service có thểcung cấp một CIR, kết hợp CBS, EIR với EBS và độ trễ, jitter, và tổn thất khung.Đối với kiểu dịch vụ E-LAN, ghép dịch vụ có thể diễn ra tại không, một hoặcnhiều UNI trong EVC Ví dụ, kiểu dịch vụ E-LAN và kiểu dịch vụ E-LINE có thểghép dịch vụ tại cùng UNI Khi đó, dịch vụ E-LAN có thể được sử dụng để kết nối vớicác vị trí thuê bao khác, trong khi dịch vụ E-LINE được sử dụng để kết nối tới Internetvới cả hai dịch vụ

a) Dịch vụ Ethernet Private LAN (EP-LAN)

Các thuê bao với nhiều vị trí thường muốn kết nối các vị trí với nhau với tốc

độ cao (các vị trí như là một mạng LAN) Để thực hiện được yêu cầu này, dịch vụEP-LAN đã được định nghĩa Dịch vụ EP-LAN là một dạng của dịch vụ E-LAN.Dịch vụ EP-LAN được định nghĩa để cung cấp việc duy trì thẻ CE-VLAN vàđường hầm của giao thức điều khiển lớp 2 Ưu điểm của việc này là thuê bao có thểcấu hình các VLAN ngang qua các vị trí mà không cần phải phối hợp với các nhàcung cấp Mỗi giao diện được cấu hình cho "all to one bundling" do đó, EP-LAN hỗtrợ việc duy trì ID của CE-VLAN Thêm nữa, EP-LAN còn hỗ trợ việc duy trì CoScủa CE-VLAN

Dưới đây là cấu trúc cơ bản của dịch vụ EP-LAN

Hình 1.11: Dịch vụ EP-LAN

b) Dịch vụ Ethernet Virtual Private LAN (EVP-LAN)

Một số thuê bao muốn dịch vụ E-LAN để kết nối các UNI của họ trong mạng

đô thị và tại cùng thời điểm đó từ một hoặc nhiều UNI của họ muốn truy cập tới cácdịch vụ khác Ví dụ một UNI là một vị trí thuê bao muốn truy cập tới một dịch vụ

IP công cộng hoặc IP riêng từ một UNI mà được dùng cho dịch vụ E-LAN giữa cácthuê bao khác trong mạng Metro Dịch vụ EVP-LAN được định nghĩa để đáp ứngyêu cầu này

Ghép trên UNI có thể được sử dụng hoặc không sử dụng trong EVC đa

điểm-đa điểm Tức là việc duy trì thẻ CE-VLAN và đường hầm của giao thức điều khiểnlớp hai có thể được cung cấp hoặc không được cung cấp

Hình vẽ dưới đây mô tả cấu trúc cơ bản của dịch vụ EVP-LAN trong đókhách hàng sử dụng một dịch vụ EVP-LAN (EVC màu đỏ) để cung cấp kết nối dữliệu đa điểm và một dịch vụ EVPL (EVC màu xanh) để truy cập dịch vụ value-add

từ một UNI

Hình 1.12: Dịch vụ EVP-LAN (Ethernet Virtual Private LAN)

1.3.3 Dịch vụ E-TREE

Các dịch vụ cung cấp kết nối Ethernet ảo, dạng điểm - đa điểm (định nghĩatheo MEF) có thể được gọi là dạng Ethernet Tree (E-Tree) Dịch vụ E-Tree có mộtđiểm gốc và nhiều điểm “lá” nhận thông tin hoặc gửi thông tin từ/đến gốc (Hìnhdưới đây)

Hình 1.13: Dịch vụ E-Tree sử dụng Rooted-Multipoint EVC

Mỗi nút lá UNI chỉ có thể trao đổi với nút gốc UNI Các bản tin dịch vụ đượcgửi từ mỗi nút lá UNI mà có địa chỉ thuộc về nút lá UNI khác sẽ không được truyềnqua hệ thống (loại bỏ khi đi vào biên của mạng) Dịch vụ E-Tree thích hợp cho triểnkhai cung cấp truy nhập Internet hoặc video theo yêu cầu triển khai dạng Multicasthoặc Broadcast

Một dạng mở rộng khác của dịch vụ E-Tree là có thể hỗ trợ từ 2 hoặc nhiềuhơn số lượng nút gốc UNI Trong trường hợp này, mỗi nút lá UNI vẫn chỉ có thểtrao đổi dữ liệu với một nút gốc UNI Các nút gốc UNI có thể trao đổi dữ liệu vớinhau để hỗ trợ khả năng dự phòng

Hình 1.14: Dịch vụ E-Tree Với một dịch vụ E-Tree, khả năng ghép dịch vụ có thể không hoặc có thựchiện tại một hoặc nhiều cổng UNI trong EVC Ví dụ, một dịch vụ EVC dạng E-Tree

có thể được ghép chung với một dịch vụ EVC dạng E-Line điểm - điểm tại cùngUNI cung cấp cho người dùng Tại đây, dịch vụ E-Tree có thể được cung cấp chotruy cập tới ISP có dự phòng (E-Tree nhiều nút gốc), dịch vụ E-Line dùng để truycập vào mạng riêng ảo truyền số liệu

a) Dịch vụ Ethernet Private Tree - EP-Tree

Hình 1.15: Dịch vụ EP-TreeThuê bao với nhiều site có thể có yêu cầu cung cấp kết nối giữa các site, cungcấp dịch vụ không chỉ theo hướng sử dụng LAN Sẽ có một vài site làm điểm gốccung cấp dịch vụ, các site khác được gán vai trò là điểm lá nhận dịch vụ

Dịch vụ EP-Tree yêu cầu giữ nguyên thẻ VLAN của khách hàng và đóng góicác giao thức cơ bản lớp 2 Với tính năng này, khách hàng có thể tự cấu hình VLANgiữa các site mà không phải có sự hỗ trợ từ nhà cung cấp dịch vụ Khả năng nàyđược thực hiện qua việc cấu hình mỗi giao diện có thể ghép dịch vụ

b) Dịch vụ Ethernet Virtual Private Tree - EVP-Tree

Có các thuê bao có nhu cầu sử dụng dịch vụ được cung cấp dạng cây trongnội bộ mạng Trong trường hợp này, mỗi điểm lá trong kết nối cây cần được gắnhoặc kết nối với một điểm lá (hoặc) gốc cụ thể Mỗi giao diện UNI cũng có thểcung cấp dịch vụ khác như EVPL hoặc EVP-LAN Mô hình này gọi là mô hìnhdịch vụ EVP-Tree, cây Ethernet riêng ảo

Tại các UNI trong dịch vụ có thể không hỗ trợ hoặc có hỗ trợ gom dịch vụ

Có nghĩa là thẻ CE-VLAN hoặc các giao thức đặc thù của lớp 2 có thể được bảotoàn hoặc không khi truyền qua mạng Hình dưới đây mô tả cấu trúc của dịch vụEVP-Tree Trong ví dụ này, khách hàng có sử dụng dịch vụ EVP-LAN (đỏ) choviệc kết nối truyền dữ liệu giữa các UNI Dịch vụ EVP-Tree (xanh) sử dụng đểcung cấp video dạng quảng bá trong nội bộ

Hình 1.16: Dịch vụ EVP-Tree (Ethernet Virtual Private Tree)

1.4 Kết luận chương I

Mạng Metro Ethernet hiện đã và đang được phát triển rất mạnh bởi nhiều tổchức chuẩn hóa như IETF, IEEE hay các hãng công nghệ Tuy nhiên, tất cả cáccông nghệ đều phải tuân thủ các khuyến nghị của Metro Ethernet Forum Cáckhuyến nghị MEF1 cho đến MEF21 đã mô tả rất chi tiết các yêu cầu cho dịch vụmạng Metro Ethernet, yêu cầu về mô hình phát triển mạng, quản trị hệ thống

Các công nghệ ứng dụng cho mạng Metro Ethernet có nhiều hướng phát triểnnhưng tập trung chủ yếu vào xu hướng:

Sử dụng MPLS với những cơ chế điều khiển lưu lượng để truyền tải các bảntin Ethernet

Cải tiến MPLS để truyền tải dữ liệu mạng

Các ứng dụng, dịch vụ trên nền mạng Metro Ethernet có đặc điểm chung là băngthông rộng, tốc độ cao Nhưng tựu chung lại đều quy về các loại hình điểm - điểm, đađiểm - đa điểm, sử dụng hạ tầng mạng cáp quang để đảm bảo về tốc độ, chất lượngdịch vụ

Loại hình dịch vụ điểm - điểm tương ứng với các dịch vụ truyền thống như kênhthuê riêng, frame relay hoặc với những loại hình dịch vụ mới như Internet tốc độ cao,

đa dịch vụ (Triple play) Ngoài ra, với khả năng tăng băng thông theo 1 Mbps, nhàcung cấp có thể đưa ra những dịch vụ phù hợp với yêu cầu của người dùng

Các dịch vụ trong MAN - E được đảm bảo chất lượng dịch vụ theo nhữngcam kết chất lượng - Service Level AgreeMAN - Et - SLA Với những cam kết về

CIR, PIR hoặc thời gian lỗi, chất lượng dịch vụ trong MAN - E cao hơn rất nhiều sovới những mạng truyền thống như SONET/SDH.

Ở chương tiếp theo sẽ đề cấp đến các công nghệ ứng dụng cho MAN-E

CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG

MAN - E

Mạng MAN-E làm chức năng thu gom lưu lượng của các thiết bị mạng truynhập (MSAN, IP-DSLAM), lưu lượng các khách hàng kết nối trực tiếp vào mạngMAN để chuyển tải lưu lượng trong nội tỉnh, đồng thời kế nối lên mạng trụcIP/MPLS để chuyển lưu lượng đi liên tỉnh, quốc tế

Các công nghệ cho mạng MAN-E hiện tại gồm có:

- Công nghệ Ethernet Over SDH

- Công nghệ thuần Ethernet

2.1 Công nghệ Ethernet Over SDH (EOS)

2.1.1 Hạn chế của công nghệ truyền dẫn SDH truyền thống

SDH truyền thống là công nghệ TDM đã được tối ưu hoá để truyền tải cáclưu lượng dịch vụ thoại Khi truyền tải các lưu lượng dựa trên dịch vụ IP, các mạng

sử dụng công nghệ SDH truyền thống gặp phải một số hạn chế sau:

- Liên kết cứng: do các tuyến kết nối giữa hai điểm kết nối được xác lập cốđịnh, có băng tần không đổi, thậm chí không có lưu lượng đi qua hai điểm này thì băngthông này cũng không thể được tái sử dụng để truyền tải lưu lượng của kết nối khácdẫn tới không sử dụng hiệu quả băng thông của mạng Trong trường hợp kết nối điểm -điểm, mỗi kết nối giữa hai điểm chỉ sử dụng ¼ băng thông của cả vòng ring Cách xáclập kết nối cứng như vậy làm giới hạn băng thông tối đa khi truyền dữ liệu đi qua haiđiểm kết nối, đây là một hạn chế cơ bản của mạng SDH truyền thống khi truyền tải

dịch vụ IP, do các dịch vụ này có đặc điểm thường có sự bùng nổ về nhu cầu lưu lượngmột cách ngẫu nhiên.

- Lãng phí băng thông khi sử dụng cấu hình Mesh: khi mạng SDH thiết lậpcác liên kết logic để tạo ra cấu trúc mesh như, băng thông của vòng ring buộc phảichia thành 10 phần cho các liên kết logic Việc định tuyến phân chia lưu lượng nhưvậy không những rất phức tạp mà còn làm lãng phí rất lớn băng thông của mạng.Khi nhu cầu lưu lượng truyền trong nội bộ mạng MAN tăng lên, việc thiết lập thêmcác node, duy trì và nâng cấp mạng trở nên hết sức phức tạp

- Các lưu lượng truyền dữ liệu quảng bá: trong các Ring SDH, việc truyền tảicác dữ liệu quảng bá chỉ có thể thực hiện được khi phía phát và tất cả các điểm thuđều đã được xác lập kết nối logic Các gói tin quảng bá được sao chép lại thànhnhiều bản và gửi đến từng điểm đích dẫn tới việc phải truyền nhiều lần cùng mộtgói tin trên vòng ring Điều này gây lãng phí lớn đối với băng thôg của mạng

- Lãng phí băng thông cho việc bảo vệ mạng: Thông thường đối với cácmạng SDH 50%, băng thông của mạng được dành cho việc dự phòng cho mạng.Mặc dù việc dự phòng này là hết sức cần thiết nhưng các công nghệ SDH truyềnthống không cung cấp khả năng cho phép nhà cung cấp dịch vụ lựa chọn băngthông sử dụng cho việc dự phòng các sự cố

Ngoài ra, khi sử dụng mạng SDH truyền thống để truyền các lưu lượngEthernet, ngoài các hạn chế trên thì còn một yếu tố nữa là tốc độ của Ethernetkhông tương đương với SDH Điều này dẫn đến phải thiết lập các tuyến kết nối củamạng SDH có tốc độ cao hơn so với của dịch vụ Ethernet, điều này lại là nguyênnhân làm giảm hiệu quả sử dụng băng thông của mạng lưới Bảng 2.1 mô tả hiệusuất sử dụng băng thông khi truyền dịch vụ Ethernet qua mạng

Bảng 2.1: Hiệu suất sử dụng băng thông khi truyền dịch vụ Ethernet qua mạng

truyền

Hiệu suất sử dụng băng thông

10 Mbps STS-1 VC-3 48,4 Mbps 21%

100Mbps STS-3c VC-4 150 Mbps 67%

1 Gbps STS-28c VC-4 - 16C 2,4 Gbps 42%

2.1.2 Ưu điểm của SDH thế hệ mới

SDH thế hệ mới là thuật ngữ mô tả tính kế thừa và phát triển dựa trên nhữngtiêu chuẩn hình thành từ mạng SDH sẵn có, được các nhà cung cấp dịch vụ đườngdài sử dụng đầu tiên như một cách để hỗ trợ các dịch vụ mới như Ethernet, FibreChannel, ESCON và DVB (Bảng 2.2), SDH thế hệ mới cho phép truyền dữ liệubăng thông rộng với tốc độ cao hơn trong điều kiện tài chính giới hạn

Bảng 2.2: Bảng so sánh giữa GE và FC

Gigabit Ethernet Fiber Channel

Ứng dụng Mạng số liệu SAN, Audio/Video, số liệuTốc độ truyền 1.25Gbit/s 1.06 Git/s, 2.12Gbit/s, 10Gbit/sKích thước khung Thay đổi, 0 - 1.5kB Thay đổi, 1 -2 kB

Các kết nối định hướng Không Có

Sự bùng nổ của Ethernet trong các mạng LAN do tính đơn giản và hiệu quảcủa nó Các tốc độ truyền Ethernet chuẩn như 10/100/1000 Mbit/s và 10Gbit/s đãhiện diện trong mạng MAN Do Ethernet hoạt động dựa trên nguyên tắc tối ưu, dễgây ra việc truyền tải số liệu không được đảm bảo, nên đã tạo ra lo lắng rằngEthernet không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về chất lượng dịch vụ, tính bảo mật,tính dư thừa và khả năng khôi phục cho cả lưu lượng thoại và số liệu ChuẩnEthernet mới 10Gbit/s không chỉ nhanh gấp 10 lần so với các chuẩn trước đây màcòn được thiết kế để thúc đẩy sự hội tụ các công nghệ mạng

Để gửi một tín hiệu Ethernet 10Gbit/s trực tiếp tới thiết bị ghép kênhxen/rẽ ADM SDH truyền thống, các thiết bị đầu cuối đường truyền Ethernet phảilưu trữ tạm thời tín hiệu tại bộ nhớ đệm và chuyển đổi thành tín hiệu được mạngSDH hỗ trợ

Mặc dù Ethernet Gigabit cung cấp một khung chuẩn chung từ người dùng tớiđường trục, nhưng cũng cần có thêm một công nghệ thực hiện chức năng như mộtdịch vụ truyền dẫn để lưu trữ, truyền tải dịch vụ dữ liệu thô, âm thanh, hình ảnh độc

lập về giao thức Fiber Channel được thiết kế để loại bỏ nhiều trở ngại về hoạt độngtrước đây đã tồn tại trong các mạng LAN truyền thống Các kênh đang cung cấpphù hợp với công nghệ Gigabit cho điều khiển, tự quản lý và tin cậy tại khoảngcách lên tới 10km.

Hình 2.1 Sơ đồ truyền dẫn lưu lượng Ethernet qua mạng SDH

Tuy nhiên, khi Fiber channel rời bỏ mạng SAN và tương tác với SDH, việcmất gói và các lỗi sẽ xảy ra Mặc dù cơ chế TCP hỗ trợ sửa các lỗi này, nhưng sự trễ

và giảm băng thông lại gây ra các vấn đề về hiệu năng

Mạng SDH thế hệ mới nâng cao tính hữu dụng trong mạng SDH hiện có bởiviệc tận dụng cơ chế mạng lớp 1 hiện có cùng với việc bổ sung các công nghệ như:kết chuỗi ảo VC (Virtual Concatenation), thủ tục tạo khung chung GFP (GenericFraming Procedure) và giao thức truy nhập liên kết LCAS (Link Access Protocol)

Mô hình cấu trúc SDH thế hệ mới như mô tả trên hình 2.2

Hình 2.2 Khái quát về mô hình cấu trúc SONET/SDH

2.1.3 Các thành phần của mạng Ethernet Over SDH

a) Kết chuỗi ảo VCAT

Phương pháp ghép nối truyền thống được định nghĩa trong G.707 là thuậtngữ “kề nhau” (contiguous) Nghĩa là các container kế cận được kết hợp lại vàtruyền qua mạng SDH như là một container tổng Hạn chế của ghép nối kề nhau là tất

cả các node mạng là thành phần của đường truyền phải có khả năng nhận ra và xử lýcontainer được ghép nối và thiếu tính mềm dẻo của việc sử dụng băng thông làm chotruyền dữ liệu không có hiệu quả

VCAT sắp xếp (mapping) các container độc lập vào trong một liên kết ghépnối ảo Bất kỳ các số container có thể nhóm lại được với nhau để cung cấp độ linhhoạt của băng thông tốt hơn so với cách ghép nối truyền thống Hơn nữa VCAT còncho phép các nhà khai thác mạng điều chỉnh được dung lượng truyền theo dịch vụcủa khách hàng yêu cầu để đạt được hiệu quả sử dụng tốt hơn Bởi vì các nodemạng trung gian xử lý mỗi container trong tuyến bằng một chuẩn - container ở dạngghép nối, do vậy chỉ cần các thiết bị tại điểm gốc và kết cuối của đường dẫn nhận ra

và xử lý các các cấu trúc tín hiệu VCAT Điều này có nghĩa là mỗi tuyến có thểthực hiện đường dẫn riêng của nó qua mạng do đó sẽ dẫn đến sự khác nhau về phagiữa các container đến tại thiết bị kết cuối của đường dẫn nên yêu cầu thiết bị có bộđệm cho trễ

Ngày nay các tải trọng truyền dẫn đối với SDH là STM-0/1/4/16 và STM-64

Ví dụ dịch vụ 1 Gbit/s hiện thời được truyền dẫn qua kênh STM-16 Trong trường hợp

này, hiệu quả của dung lượng đường truyền là 42% Bảng 2.3 đưa ra so sánh hiệu quả

sử dụng các dịch vụ khi có và không dùng VCAT Nhóm VC-4-7v là một nhóm ghép

nối ảo VCATG (VCAT Group), trong đó VC-4 là đã được định nghĩa trong SDH và 7v

là số phần tử trong nhóm, sẽ tăng lên hiệu quả sử dụng băng thông là 85%

Bảng 2.3: So sánh hiệu quả sử dụng các dịch vụ khi có và không dùng VCAT

không dùng VCAT

Hiệu quả sử dụng dùng VCAT

Ethernet (10 Mbit) VC-3 > 20% VC-12-5v > 92%

Fast Ethernet (100 Mbit) VC-4 > 67% VC-12-47v > 100%

ESCON (200 MByte) VC-4-4c > 33% VC-3-4v > 100%

Fibre Channel (1 Gbit) VC-4-16c > 33% VC-4-6v > 89%

Gigabit Ethernet (1000 Mbit) VC-4-16c > 42% VC-4-7v > 85%

Thông tin yêu cầu cho VCAT được truyền đi trong POH của các container độc lập:

Sử dụng VCAT cung cấp nhiều ưu điểm: hiệu quả, có khả năng mở rộng,tương thích và duy trì dịch vụ

Hiệu quả - Các kênh VCAT được định tuyến độc lập thông qua mạng SDH

và sau đó được nhóm lại tại node đích, do vậy loại trừ được việc tắc nghẽn và sửdụng hiệu quả băng thông

Có khả năng mở rộng - Phương pháp ghép nối liền kề truyền thống theo cácbước cố định, trong khi VCAT cho phép băng thông thay đổi phù hợp với sự tănggiảm nhỏ của nhu cầu Dựa trên tốc độ dữ liệu mong muốn, các kênh VCAT có thểthay đổi để phù hợp với băng thông sử dụng và tránh được sự lãng phí băng thông

Tính tương tích - Chỉ có các node nguồn và đích cần nhận ra VCAT, cácnode còn lại của mạng SDH trong mạng không cần biết về các nhóm ghép nối ảonày Do đó VCAT được truyền thẳng trong mạng SDH và làm việc trên các mạng

có sẵn

Duy trì dịch vụ - Trong các nhóm VCAT, mỗi kênh có thể được định tuyếnkhác nhau trên mạng, nếu một kênh có sự cố, các kênh khác vẫn làm việc bìnhthường Do đó nếu một liên kết bị sự cố thì chỉ có một kênh nhánh trong nhóm

VCAT bị mất nhưng liên kết dữ liệu vẫn tiếp tục cung cấp dịch vụ với băng thông

bị giảm xuống

b) Thủ tục tạo khung chung GFP

Thủ tục tạo khung chung (GFP) là một cơ chế tạo khung các tín hiệu client

và sắp xếp các tín hiệu ở dạng khung này vào trong một luồng số của mạng truyềndẫn SDH GFP là một giao thức thích ứng cung cấp một cơ chế sắp xếp các kiểuluồng bit khác nhau một cách linh hoạt vào trong kênh SDH Cơ chế thích ứng dựatrên việc tạo khung và cho phép đưa phân đoạn của kênh vật lý vào trong các khung

có kích thước cố định hoặc thay đổi được Các tín hiệu của client có thể là theo kiểugói (như là IP/PPP hoặc Ethernet) hoặc theo kiểu các khối đã mã hoá (như là FC)

Kỹ thuật đóng gói như GFP phải được sử dụng để tương thích với dữ liệukhông đồng bộ, thay đổi nhanh và kích thước các khung thay đổi trước khi lưulượng dữ liệu như IP/PPP, Ethernet MAC, FC, ESCON và FICON được truyền điqua các mạng SDH GFP làm thích ứng một luồng dữ liệu trên nền một khung đếnluồng dữ liệu định hướng byte bằng cách sắp xếp các dịch vụ khác nhau vào mộtkhung mục đích chung sau đó khung này được sắp xếp vào trong các khung SDH

đã biết Cấu trúc khung này có ưu điểm hơn ở việc phát hiện và sửa lỗi và cung cấphiệu quả sử dụng băng thông lớn hơn so với các thủ tục đóng gói truyền thống

Hình 2.3: Cấu trúc khung GFPBốn thành phần trong khung GFP là: mào đầu (core header), mào đầu tải tin(payload header), thông tin của tải tin (payload information) và trường tùy chọnphát hiện lỗi (FCS)

- Core header định nghĩa chiều dài khung và phát hiện lỗi CRC

- Payload header định nghĩa kiểu thông tin được truyền, các khung quản lýhoặc các khung khách hàng cũng như nội dung tải tin.

- Client payload information định nghĩa tải tin thực tế được chuyển đi

- Tùy chọn FCS phát hiện lỗi

Hiện nay có hai kiểu tương thích client được định nghĩa đối với GFP:

- GFP được đóng khung (framed) GFP-F- một khung dữ liệu được được thu

và sắp xếp vào trong một khung GFP mà không có overhead kết hợp

- GFP trong suốt (transparent) GFP-T - các mã khối tín hiệu dữ liệu được sắpxếp vào trong các khung tuần hoàn có chiều dài được xác định trước và được pháttức thời mà không đợi toàn bộ khung dữ liệu

Tuỳ vào dịch vụ được truyền đi thì sẽ sử dụng theo kiểu GFP nào, tuy nhiênngày nay Ehernet là tín hiệu được định nghĩa trong GFP-F GFP-T xắp xếp bất kỳ

dữ liệu nào bao gồm Ethernet, FC và ESCON Các dịch vụ được sắp xếp qua GFP-Fdùng số lượng overhead ít nhất để đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông tốt nhất,trong khi đó độ ưu tiên của các dịch vụ này được xắp xếp qua GFP-T là nhanh,truyền tải hiệu quả dữ liệu

Hơn nữa GFP là một cơ chế thích ứng, còn có các phương pháp khác: Giaothức truy cập liên kết LAPS (the Link Access Protocol) và điều khiển liên kết dữliệu mức cao HDLC (High-level Data Link Control) là hai cơ chế tạo khung có ưuthế hơn Tuy nhiên GFP hỗ trợ đa dịch vụ và có tính mềm dẻo vì vậy nó có thểdùng trong việc tổ hợp với đầu cuối mạng truyền dẫn quang

c) Sơ đồ điều chỉnh dung lượng liên kết LCAS

Gần đây người ta đưa ra sơ đồ điều chỉnh dung lượng liên kết LCAS (LinkCapacity Adjustment Scheme) dùng giữa hai phần tử mạng được kết nối đến giaodiện khách hàng đến mạng SDH truyền thống LCAS là một phần mở rộng củaVCAT như được định nghĩa trong chuẩn G.704/Y.1305 của ITU, LCAS cho phépthay đổi động các kênh trong số các kênh của SDH trong một nhóm VCAT Mỗibyte H4/K4 truyền đi một gói điều khiển bao gồm thông tin liên quan đến VCAT

và các tham số của giao thức LCAS

Bằng việc xác định thành phần nào của một VCATG được kích hoạt vàchúng được sử dụng như thế nào, LCAS cho phép thiết bị phía xuất phát thay đổilinh hoạt số các container trong một nhóm được ghép nối để đáp ứng với sự thayđổi thời gian thực trong yêu cầu sử dụng băng thông Sự tăng giảm băng thôngtruyền có thể đạt được mà không ảnh hưởng đến dịch vụ Các bản tin báo hiệu củaLCAS được trao đổi giữa các node đầu cuối thông qua overhead của SDH để thayđổi số các luồng nhánh hoặc các các phần tử của một nhóm VCAT Số các phần tửcủa một nhóm VCAT có thể được tăng lên và giảm xuống mà không bị mất khung.Khi một sự cố được phát hiện ở một kênh thành phần, thông lượng sẽ thấp hơn màkhông xảy ra việc mất hoàn toàn lưu lượng Điều này đạt được bằng cách đảm bảorằng các kênh bị sự cố của một nhóm VCAT bị loại bỏ trong khi các kênh của nhómVCAT còn lại tiếp tục mang lưu lượng Do vậy các kênh được phát hiện và loại bỏ

tự động từ nhóm VCAT

Các tham số sau trong gói điều khiển có liên quan đối với giao thức LCAS:

- Lệnh điều khiển CTRL (Control) đồng bộ nguồn và đích và các thông tintruyền tải lưu ý đến trạng thái của các thành phần độc lập trong một VCATG

- Nhận dạng nguồn GID (Source Identifier) báo cho đầu thu VCATG nào cóphần tử thực tế nào thuộc về nó

- Nhận biết sự sắp xếp lại RS-Ack (Resequence Acknowledgement) thôngbáo cho phía nguồn biết đầu thu đã nhận sự thay đổi đã bắt đầu

- Trạng thái thành viên MST (Member Status) chuyển đi trạng thái của liênkết từ thiết bị nhận đến nguồn đối với mỗi thành phần độc lập của VCATG (OK=0,FAIL=1)

- Bảo vệ lỗi CRC phát hiện lỗi và bỏ các gói điều khiển bị lỗi đối với mỗithành phần của VCATG

Hình 2.4: Khuôn dạng trường điều khiển LCAS/VCAT

2.1.4 Một số hạn chế của công nghệ EOS

a) Hạn chế của VCAT

Về mặt lý thuyết, có hai hạn chế: thứ nhất là có sự giới hạn số tối đa của cáckênh thành phần trong một nhóm VCAT được xác định bởi SQ nằm trong byte H4 củaPOH của SDH Đối với đường dẫn bậc cao (VC-3, VC-4) SQ có 8 bit xác định đượctối đa là 256 phần tử của một nhóm VCAT, đối với đường dẫn bậc thấp (VC-12) SQ có

6 bit xác định được tối đa 64 phần tử trong một nhóm VCAT Vấn đề thứ hai là giớihạn của độ trễ do đường dẫn khác nhau cực đại do MFI xác định cũng nằm trong byte

đa khung H4 của POH cho cả hai đường dẫn bậc cao và đường dẫn bậc thấp cho phéptrễ khác nhau tối đa của các phần tử của một nhóm VCAT là 256ms

Hạn chế về mặt thực tế: Do khó khăn kỹ thuật của việc tích hợp nhiều bộđệm trên một vi mạch VCAT, trễ đường dẫn khác nhau cung cấp bởi vi mạch này làrất nhỏ, điển hình khoảng ±25ms hoặc nhỏ hơn Do đó các nhà cung cấp thiết bịphải dùng bộ nhớ ngoài và để tốc độ truyền của bộ nhớ ngoài đủ nhanh chỉ có thể

sử dụng SRAM So sánh với với DRAM và SDRAM, SRAM có dung lượng ít hơn

và đắt hơn, do đó giá thành thiết bị do đó sẽ cao

b) Hạn chế của GFP

Trong khung GFP, có tuỳ chọn header mở rộng là trường 1byte gọi là nhậndạng kênh CID (Channel Indentifier), node mạng phía thu có thể dùng CID để nhậndạng giao diện Ethernet đích, do vậy có thể nhiều giao diện Ethernet tại node phíanguồn chia sẻ cùng một kênh VCAT

Ghép kênh GFP có hạn chế: Lưu lượng từ các giao diện tại node nguồn màchia sẻ cùng một kênh VCAT phải đến chung một node phía thu Nghĩa là chỉ khinhiều khách hàng cùng một nơi và lưu lượng của họ đến cùng một đích thì việc sửdụng GFP mới có hiệu quả

2.2 Công nghệ Ring gói tự phục hồi

RPR (Resilient Packet Ring) hay IEEE 802.17, giao thức lớp MAC đangđược chuẩn hóa bởi IEEE, là giải pháp cho vấn đề bùng nổ nhu cầu kết nối tốc độcao và chi phí thấp trong khu vực thành phố Bằng cách ghép thống kê gói IP truyềntrên hạ tầng vòng sợi quang, có thể khai thác hiệu quả dạng vòng quang và tận dụng

ưu điểm truyền gói như Ethernet Khi có lỗi node hay liên kết xảy ra trên vòng sợiquang, RPR thực hiện chuyển mạch bảo vệ thông minh để đổi hướng lưu lượng đi

xa khỏi nơi bị lỗi với độ tin cậy đạt tới thời gian nhỏ hơn 50 ms

RPR sử dụng vòng song 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 chophép nhà cung cấp dịch vụ giảm chi phí thiết bị phần cứng cũng như thời gian vàchi 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(fairness) cho các node trên vòng để tránh tắc nghẽn có thể mang lại lợi ích hơnnhiều so với vòng SDH/SONET dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian

RPR là giao thức lớp MAC vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó khôngnhận biết lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn nên có thể làm việc với WDM, SDH haytruyền dẫn dựa trên Ethernet (sử dụng GBIC - Gigabit Interface Converter) Ngoài

ra, RPR đi từ thiết bị đa lớp đến dịch vụ mạng thông minh lớp 3 như MPLS MPLSkết hợp thiết bị rìa mạng IP lớp 3 với thiết bị lớp 2 như ATM, Frame Relay Sự kếthợp độ tin cậy và khả năng phục hồi của RPR với ưu điểm quản lý lưu lượng và khảnăng mở rộng của MPLS VPN và MPLS TE được xem là giải pháp xây dựng MANtrên thế giới hiện nay

Hiện nay RPR là vấn đề khá phức tạp và chưa được chuẩn hoá đầy đủ, nhiềunhà sản xuất có sản phẩm RPR 802.17 nhưng khả năng tương thích giữa sản phẩmcủa các hãng khác nhau là không chắc chắn

2.2.1 Chuẩn RPR 802.17

a) Vòng RPR

RPR sử dụng vòng song hướng gồm 2 sợi quang truyền ngược chiều đốixứng nhau Một vòng được gọi là vòng ngoài (Outer ring), vòng kia được gọi làvòng trong (Inner ring) gọi chung là ringlet Hai ringlet có thể đồng thời sử dụng để

truyền gói dữ liệu và điều khiển Một node gửi gói dữ liệu trên hướng downstream

và gửi gói điều khiển trên hướng ngược lại upstream trên ringlet kia

Hình 2.5: Vòng RPR

b) Các Class dịch vụ RPR hỗ trợ

Để hỗ trợ dịch vụ với các yêu cầu QoS khác nhau, RPR hỗ trợ 3 lớp dịch vụ(CoS), các dịch vụ này được sắp xếp bởi MAC Client tương ứng với yêu cầu QoSriêng của chúng Trong đó Class A tương ứng với dịch vụ được giữ trước và dịch vụ

có độ ưu tiên cao, Class B tương ứng với dịch vụ có độ ưu tiên trung bình, Class Ctương ứng với dịch vụ có độ ưu tiên thấp Điều đáng lưu ý là vòng RPR không loại

bỏ gói để giải quyết tắc nghẽn vì thế khi một gói được thêm vào vòng, thậm chí khigói thuộc Class C thì nó vẫn tới đích

Lưu lượng Class A được chia thành Class A0 và Class A1, lưu lượng Class Bđược chia thành Class B-CIR (Committed Information Rate) và B-EIR (ExcessInformation Rate) Class C và Class B-EIR gọi là Fairness Eligible (FE) bị tác độngcủa RPR-fa là giải thuật phân phối băng thông trên trạm nhằm tránh tắc nghẽn xảy ra

Băng thông trên vòng được giữ trước bằng hai cách:

- Cách thứ nhất gọi là đặt trước (reserved) chỉ được sử dụng bởi lưu lượngClass A0 và băng thông được giữ trước như nhau ở tất cả các trạm trên vòng Nếu

trạm không sử dụng băng thông A0 thì lượng băng thông được giữ trước này bị lãngphí Theo cách này lưu lượng như TDM có thể được gửi bởi trạm RPR như gói A0.

- Cách thứ hai gọi là khôi phục (reclaimable) Một trạm cần gửi lưu lượngClass A1 và Class B-CIR, giữ trước băng thông “reclaimable” cho loại lưu lượngnày Nếu băng thông này không được sử dụng thì có thể được sử dụng bởi lưulượng FE

c) Thiết kế trạm RPR

Đối tượng mà lớp con MAC và lớp con điều khiển MAC cung cấp dịch vụđược gọi là MAC Client, là các lớp giao thức (theo mô hình OSI) ở ngay phía trênlớp con MAC, nhìn chung là lớp Mạng hay lớp con LLC (Logical Link Control).MAC Client có thể gồm lớp con LLC, Bridge Relay Entity hoặc những user khácdùng dịch vụ MAC

Hình 2.6: Mô hình tham chiếu RPR MACRPR MAC cung cấp các dịch vụ sau cho MAC Client:

- MAC Data Path - truyền và nhận gói dữ liệu

- Chức năng MAC Control - thông tin về tình trạng vòng

- Chức năng Bridge - chuyển sang dịch vụ lớp 2 khác ở trạm trên vòng.Dịch vụ MAC được thực hiện không bị hạn chế bởi:

- Mất gói - Một khi truyền trên vòng, gói được phân phối đến đích

- Sắp xếp lại gói - Gói đến có thứ tự giống như được gửi

- Nhân bản gói - Gói không bị sao ra thành nhiều gói bởi mạng

• Chức năng MAC Datapath

Hình 2.7: MAC Datapath

Tùy vào gói nhận, MAC xác định gói được nhận hay chuyển đi Gói có thể đượcchuyển đến MAC Client, lớp con điều khiển hay bộ đệm truyền Gói đến vòng RPRđược phân loại bởi RPR MAC RPR MAC nhận gói từ vòng chuyển đến RPR Client chỉkhi địa chỉ MAC đích đến trùng địa chỉ MAC của node và RingID tương thích

Còn lại, RPR MAC chuyển gói qua đường trung gian Gói multicast hay góiunicast có đích đến là trạm hay lớp con điều khiển của nó được nhận Gói multicast

và gói unicast không tương ứng địa chỉ sẽ tiếp tục chuyển đi trên vòng Với trạm cóhàng đợi truyền kép, gói sẽ được đặt vào hàng đợi thích hợp theo độ ưu tiên gói

MAC truyền lưu lượng có độ ưu tiên cao và lưu lượng được giữ trước từMAC Client trước khi truyền lưu lượng không được giữ trước

Khi RPR MAC quyết định chuyển gói đến transit path, gói thâm nhập vào bộđệm truyền (hay hàng đợi truyền) và xếp hàng trong đó Trạm có thể thêm gói nếu bộđệm truyền rỗng và không có gói đến, sau khi trạm bắt đầu thêm 1 gói vào thì góitruyền phải lưu tạm trong bộ đệm truyền cho đến khi gói thêm vào này được lấy đi

Bộ đệm gói đơn:

Bộ đệm gói đơn truyền suốt thời gian rỗi là thời gian không chịu sự chi phốicân bằng băng thông (fairness) trên vòng Hàng đợi truyền chính PTQ (PrimaryTransit Queue) có thể giữ được ít nhất 1-2 gói và thường cho phép Client hoànthành việc truyền mà không phải loại bỏ gói trong transit path Khi truy nhập nhiềugói hơn đối với Class B và Class C có thể kích hoạt RPR-fa để yêu cầu thêm băngthông Kiến trúc bộ đệm gói đơn như trên hình 2.8

Thứ tự truyền của bộ đệm gói đơn là:

Thứ tự truyền của hàng đợi kép:

- Gói trong PTQ

- Gói trong STQ (chỉ khi STQ gần đầy)

- Gói điều khiển

- Gói từ Client

- Gói từ STQ

STQ không được phép tràn Khi STQ gần đầy thì gói trong STQ được truyềntrước gói từ Client Điều kiện này cũng kích hoạt RPR-fa để yêu cầu thêm băng thông

Hình 2.9: Kiến trúc bộ đệm gói képChọn Ringlet:

MAC Client có thể chọn ringlet nào truyền frame trên đó Thông tin cấu hình

có thể được sử dụng để chọn vòng và thiết lập TTL Suốt thời gian bảo vệ, gói cóthể đổi hướng theo ringlet khác để tránh đoạn hỏng

Điều khiển băng thông/ Traffic Shaper:

Băng thông truyền có thể thiết lập tương ứng với Class lưu lượng Shapercủa Class A và Class B đảm bảo băng thông Lưu lượng Class C được cân chỉnhtương ứng băng thông cân bằng được xác định bởi Đơn vị điều khiển fairness FCU(Fairness Control Unit)

Một mã thông báo ring được sử dụng để cân chỉnh lưu lượng Class A, B và

C Mục đích của Shaper là cân đối sự phân phối băng thông của mỗi Class lưulượng và tránh những lượng gói lớn được gửi từ bất kì Class nào Client nhận sựcho phép của mỗi Class lưu lượng và ringlet riêng biệt

• Chức năng MAC Control

Điều khiển fairness:

Đảm bảo băng thông FE (dành cho Class B-EIR và Class C) được chia sẻgiữa các trạm trên vòng

Điều khiển bảo vệ:

Cung cấp sự bảo vệ cho lỗi của trạm và lỗi trên đoạn truyền Một cơ sở dữliệu về trạng thái được duy trì thông qua sự truyền thông giữa các node trên vòng

Điều khiển topology:

Duy trì cơ sở dữ liệu về topology và trạng thái mạng đồng thời truyền thôngtin này với các trạm khác trên vòng.

Điều khiển OAM:

Điều khiển vận hành, giám sát và bảo trì (OAM) cung cấp chức năng báotrạng thái lỗi và cấu hình

d) Phát hiện và điều khiển tắc nghẽn

Đạt đến băng thông cân bằng và chia sẻ tài nguyên trong kiến trúc mạngvòng tốc độ cao bao phủ một khu vực thành phố rộng lớn là một mong đợi và cũng

là thách thức kĩ thuật Fairness là một ưu điểm thiết kế của RPR so với kĩ thuậttruyền gói trong MAN như Gigabit Ethernet để làm việc trong môi trường như thế.Fairness điều khiển truy nhập của các node đến băng thông sẵn sàng trên vòng mộtcách công bằng tránh tình trạng một node tham lam chiếm băng thông, tạo ra trễ vàtắc nghẽn Giải thuật fairness (RPR-fa) chỉ áp dụng cho gói ưu tiên thấp, gói ưu tiêncao không theo RPR-fa và có thể truyền chừng nào bộ đệm còn đủ trống

RPR-fa thực hiện những chức năng sau trong lớp MAC:

- Xác định khi nào ngưỡng tắc ngẽn bị vượt qua và khi nào tắc nghẽn giảm

- Xác định fair rate để quảng bá bản tin điều khiển fairness

- Truyền thông tin về fair rate đến các node phát lưu lượng qua điểm tắcnghẽn để các node điều chỉnh tốc độ phát lưu lượng được phép của chúng

Tắc nghẽn được phát hiện khi:

- Tổng lưu lượng phát của một node vượt quá dung lượng liên kết trừ đi băngthông giữ trước cho lưu lượng không chịu tác động của RPR-fa (lưu lượng ưu tiên cao)

- Độ sâu của hàng đợi truyền thứ cấp STQ vượt quá ngưỡng dưới threshold) là giá trị định trước

(low Thời gian truy nhập của Class B(low EIR và Class C hết

e) Chuyển mạch bảo vệ thông minh

Tự phục hồi là đặc điểm quan trọng của RPR Yêu cầu là cung cấp bảo vệthông tin hệ thống trong vòng 50ms trong trường hợp lỗi node hay vòng Có hai kĩthuật được biết là Wrap (bao bọc) và Steer (dẫn hướng) Steer là kĩ thuật bảo vệchính và Wrap là một tùy chọn đối với node RPR Tuy nhiên tất cả các node trongvòng chọn cùng một kĩ thuật bảo vệ.

Trong khám phá cấu hình, mỗi node RPR sẽ chỉ ra nó có hỗ trợ kĩ thuậtWrap hay không Nếu tất cả các node có thể hỗ trợ bảo vệ Wrap, kĩ thuật bảo vệ sẽdựa trên luồng gói để chọn Wrap hay Steer Nói cách khác, Steer sẽ được chọn như

sự phối hợp bảo vệ trong vòng RPR

Một bản tin bảo vệ (protection) sẽ báo hiệu lỗi giữa các node trong cùng vòngRPR Bản tin này sẽ chứa thông tin cần thiết cho RPR thực hiện Wrap hay Steer

Hình 2.10: Đường đi của dữ liệu trước khi sợi quang bị đứt

Hình 2.11: Đường đi của dữ liệu sau khi wrap

Có một lỗi đứt sợi giữa Node 5 và Node 6, Node 5 và Node 6 sẽ wrap lưuluợng vòng Inner qua vòng Outer Sau khi quá trình Wrap được khởi động, lưulượng từ Node 4 đến Node 1 sẽ khởi động đi qua con đường Node 46Node 56Node46Node 36Node 26Node 16Node 66Node 1

• Kĩ thuật Steer

Đối với bảo vệ Steer, một node sẽ không wrap đoạn bị lỗi trong khi lỗi đượcphát hiện Một bản tin yêu cầu sự bảo vệ được gửi đến mỗi node để xác định có lỗiđứt sợi giống như bảo vệ kiểu Wrap Khi node nhận bản tin yêu cầu xác định lỗi,topology sẽ được cập nhật tương ứng Nó sẽ nhận trách nhiệm của node lưu lượngnguồn để đổi hướng lưu lượng của vòng Inner hay Outer để tránh đoạn bị lỗi

Hình 2.12: Đường đi của dữ liệu sau một topology discovery mới

2.2.2 Đánh giá ưu nhược điểm và khả năng ứng dụng của công nghệ RPR

a) Ưu điểm

- Thích hợp cho việc tryền tải lưu lượng dạng dữ liệu với cấu trúc Ring

- Cho phép xây dựng mạng ring cấu hình lớn (tối đa có thể đến 200 node mạng)

- Hiệu suất sử dụng dung lượng băng thông lớn do thực hiện nguyên tắc ghépkênh thống kê và dùng chung băng thông tổng

- Hỗ trợ triển khai các dịch vụ multicast / broadcast

- Quản lý đơn giản (mạng được cấu hình một cách tự động)

- Cho phép cung cấp kết nối với nhiều mức SLA (Service Level Agreement)khác nhau

- Phương thức cung cấp kết nối nhanh và đơn giản

- Công nghệ đã được chuẩn hoá

b) Nhược điểm

- Giá thành thiết bị ở thời điểm hiện tại còn khá đắt

- RPR chỉ thực hiên chức năng bảo vệ phục hồi trong cấu hình ring đơn lẻ.Với cấu hình ring liên kết, khi có sự cố tại node liên kết các ring với nhau RPRkhông thực hiên được chức năng phục hồi lưu lượng của các kết nối thông qua nodemang liên kết ring

- Công nghệ mới được chuẩn hoá do vậy khả năng kết nối tương thích kếtnối thiết bị của các hãng khác nhau là chưa cao.

c) Khả năng áp dụng

- Công nghệ RPR phù hợp với việc xây dựng mạng cung cấp kết nối vớinhiều cấp độ thoả thuận dịch vụ kết nối khác nhau trên một giao diện duy nhất

- Công nghệ RPR rất phù hợp cho việc truyền tải lưu lượng Ethernet trên cơ

sở giải pháp “Ethernet over RPR” do việc công nghệ RPR giải quyết được nhượcđiểm triển khai cấu trúc mạng Ethernet mesh và hỗ trợ Multicast/Broadcast trên cấutrúc này

Sự phát triển của RPR là một trong những phát triển kĩ thuật mạng lớn nhấtđang tiến triển trong đầu thế kỉ 21, là kĩ thuật có thể có ảnh hưởng lớn nhất đến sựcủng cố vị trí của GigE trong doanh nghiệp và mạng metro của nhà khai thác trongnhiều năm tới

2.3 Công nghệ truyền tải Ethernet

2.3.1 Mô hình kết nối Hub - and - spoke

Mô hình kết nối mạng Hub - and - spoke là dạng cải tiến của mô hình Hubnhằm nâng cao khả năng duy trì mạng khi có sự cố tại các node thiết bị tại các phânlớp chức năng cũng như thực hiện việc phân tải lưu lượng đối với những mạng cócường độ trao đổi lưu lượng lớn Tuy nhiên so với mô hình Hub, mô hình Hub - and

- spoke đòi hỏi số lượng thiết bị mạng tại node tập trung, kết nối Backbone cũngnhư thiết bị truyền dẫn quang, tuyến cáp sợi quang là nhiều hơn, do vậy chi phí đầu

tư xây dựng mạng cao hơn