Nghiên cứu các công nghệ mạng man (metropolitan area network) và xây dựng giải pháp mạng man tại bưu điện tp hà nội

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nói chung và các ngành công nghiệp thông tin - viễn thông nói riêng cũng như sự thay đổi mạnh mẽ của môi trường kinh doanh viễn thông t

………

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ MẠNG MAN

(METROPOLITAN AREA NETWORK) VÀ XÂY DỰNG GIẢI

PHÁP MẠNG MAN TẠI BƯU ĐIỆN TP HÀ NỘI

NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

MÃ SỐ: XLTT&TT

TẠ VĂN TRUNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN THỊ HOÀNG LAN

HÀ NỘI 2005

MỤC LỤC

LỜI CÁM ƠN 4

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 6

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ 9

DANH SÁCH CÁC BẢNG 10

LỜI NÓI ĐẦU 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MAN-METROPOLITAN AREA NETWORK 12

1.1 Cấu trúc tổng quan của mạng MAN 13

1.1.1 Cấu trúc phân lớp dịch vụ 13

1.1 2 Cấu trúc phân lớp theo nút 14

1.2 Xu hướng phát triển mạng đô thị 16

1.2 1 Sự phát triển của thị trường mạng MAN 16

1.2.2 Sự phát triển dịch vụ mạng MAN 19

1.2.3 Sự phát triển công nghệ trên mạng MAN 23

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG DỤNG XÂY DỰNG MẠNG MAN 25

2.1 Nghiên cứu công nghệ Giga-Ethernet 25

2.1.1 Tổng quan công nghệ 25

2.2.2 Kiến trúc Gigabit Ethernet 26

2.1.2 Các dịch vụ cung cấp qua mạng Ethernet Metro 39

2.2 Nghiên cứu công nghệ SDH-NG 44

2.2.1 Hạn chế của công nghệ dẫn SONET/SDH truyền thống 44

2.2.2 Đặc điểm của NG SONET/SDH 46

2.2.3 Thủ tục lập khung tổng quát 47

2.2.4 Kết chuỗi ảo 49

2.2.5 Đặc tính kỹ thuật của NG SDH 50

2.2.6 Khả năng cung cấp dịch vụ 56

2.3 Nghiên cứu công nghệ RPR 57

2.3.1 Tổng quan về công nghệ 57

2.3.2 Đặc điểm công nghệ RPR 58

2.3.4 Khả năng cung cấp dịch vụ 65

2.4 Nghiên cứu công nghệ MPLS/GMPLS 66

2.4.1 Tổng quan về công nghệ 66

2.4.2 Khả năng hỗ trợ truyền tải đa giao thức 71

2.4.3 Khả năng cung cấp dịch vụ 72

2.4.4 Khả năng triển khai MPLS/GMPLS 77

CHƯƠNG 3: NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHO MẠNG THÀNH PHỐ(MAN) 80

3.1 Công nghệ Gigabit Ethernet 81

3.2 Công nghệ SDH/SDH-NG 84

3.3 Công nghệ RPR 87

3.4 Công nghệ MPLS 89

3.5 Lựa chọn giải pháp công nghệ 91

3.5.1 Sở cứ để lựa chọn công nghệ: 91

3.5.2 Một số tiêu chí khi lựa chọn công nghệ 92

3.5.3 Hướng lựa chọn công nghệ 100

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG GIẢI PHÁP MẠNG MAN TẠI BƯU ĐIỆN TP HÀ NỘI 110

4.1 Sự cần thiết phải xây dựng mạng MAN tại Bưu Điện Hà Nội 110

4.1.1 Nhu cầu của các cơ quan Đảng - Chính phủ 110

4.2.2 Nhu cầu sử dụng đường truyền số liệu của các doanh nghiệp và các cơ quan nghiên cứu 111

4.2.3 Nhu cầu của nội bộ Bưu điện Hà Nội 112

4.2 Năng lực mạng truyền số liệu hiện tại của Bưu điện Hà Nội 113

4.2.1 Mạng DDN truyền thống 113

4.2.2 Mạng ATM+IP 113

4.2.3 Mạng truyền số liệu trên nền mạng ADSL 115

4.3 Cấu hình mạng MAN của Bưu điện Hà nội 116

4.3.1 Cấu trúc chung 116

4.3.2 Yêu cầu kỹ thuật 120

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 122

A Tổng kết các nội dung nghiên cứu của luận văn 122

B Các khuyến nghị của luận văn 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 125

LỜI CÁM ƠN

Tôi muốn gửi lời cám ơn chân thành tới tất cả những người đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này

Tôi muốn gửi lời cám ơn đặc biệt tới PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan, người đã gợi ý cho tôi hướng nghiên cứu của đề tài, người đã đưa ra những nhận xét quý giá và trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu

Tôi xin cám ơn các thầy cô giáo Khoa Công

nghệ Thông tin -Trường Đại học bách khoa Hà Nội và toàn thể đồng nghiệp tại Bưu điện TP

Hà Nội- , nơi mà tôi đang công tác, đã có những giúp đỡ cho tôi trong quá trình công tác và học tập

Cuối cùng, tôi xin gửi những lời cám ơn chân thành nhất tới cha mẹ, anh em và bè bạn của tôi,

những người đã có nhiều động viên, khuyến khích với tôi trong cuộc sống cũng như trong học tập.

Hà nội 11-2005

TẠ VĂN TRUNG

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

ATM Asynchonous Tranfer mode Mode chuyển giao không đồng

bộ CAPEX và

OPEX

Capital/Operation Expenditure

Chi phí đầu tư/ khai thác

CE Customer Ege PháI khách hàng

CIR Committed Information

Rate

Tốc độ trao đổi thông tin được thoả hiệp

CoS Class of service Lớp dịch vụ

CPE Customer Premisses

Equipment

Thiết bị phía khách hàng

DCC Digital Communication

Chanel

Kêng thông tin số

DSL Digital Subcriber Line Đường thuê bao số

DWDM/CWDM Dense/coarse wavelength Ghép kênh theo bước sóng mật

độ cao / mật độ thấp E-LAN Ethernet LAN Service Dịch vụ LAN ethernet

ELS Ethernet Line Service Dịch vụ đường kết nối

ethernet ERS Ethernet Relay Service Dịch vụ chuyển tiếp Ethernet EMS Ethernet Multipoint Service Địch vụ kết nối Ethernet đa

điểm EVC Ethernet Vitual Circuit Mạch Ethernet ảo

GE Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet

IP Internet Protocol Giao thức internet

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet

LAN Local area Network Mạng nội bộ

LCAS Link Capacity Adjustment

MPLS/GPLS Multi Protocol Label

Switching/Generization Multiprotocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức/ tổng quát hoá

NG-SDH Next Generation

SONET/DH

SONET/SDH thế hệ sau

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OAM Operation Administration&

Management

Hoạt động, giám sát và quản lý

PSTN Public Switched Telephone

Network

Mạng điện thoại công cộng

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RPR Resilient Packet Ring Ring gói tin cậy

SAN Storage Area Network Mạng lưu trữ

SLA Service Level Agrrement Mức thoả thuận khách hàng SDH Synchronous Digital

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

UNI User Network Interface Giao diện người sử dụng

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc mô hình tổng quan của mạng MAN 13

Hình 1.2: Cấu trúc phân lớp theo nút thiết bị của mạng MAN 14

Hình 1.3: Lợi nhuận từ dịch vụ truy nhập Ethernet MAN trên toàn thế giới 22

Hình 2.1: Sự kết hợp của các công nghệ tạo ra Giga Ethernet 27

Hình 2.2: Kiến trúc IEEE 802.3z Gigabit Ethernet 28

Hình 2.3: Chức năng của GBIC 33

Hình 2.4 Khung Ethernet với sóng mang mở rộng 35

Hình 2.5: Định dạng khung của IEEE 802.3/Ethernet 37

Hình 2.6: Mô hình cung cấp các dịch vụ Ethernet qua mạng MAN 40

Hình 2.7 Kết nối ảo Ethernet điểm - điểm (EVC) qua mạng MEN 41

Hình 2.8 Mô hình kết nối đa điểm 42

Hình 2.9: Quá trình thực hiện khi thêm một UNI vào mạng MAN 42

Hình 2.10: Kết nối trong mạng SONET/SDH: 46

Hình 2.11: Mô hình tổng quan của NG- SONET/SDH 47

Hình 2.12: Mối quan hệ GFP với tín hiệu client và luồng truyền tải 48

Hình 2.13: Cấu trúc khung sử dụng GFP 49

Hình 2.14: Kết chuỗi ảo trong hệ thống SONET/SDH 50

Hình 2.15 Ngăn giao thức và khung POS 51

Hình 2.16: Quá trình bao gói IP trong khung SONET/SDH 54

Hình 2.17: Mô hình các thành phần chức năng trên RPR(IEEE802.17) 59

Hình 2.18: Cấu trúc Ring RPR 59

Hình 2.19: Cấu trúc khung RPR 60

Hình 2.20: Mô hình nguyên lý hoạt động tại một node RPR 62

Hình 2.21: Mô hình tổng thể cung cấp dịch vụ mạng sử dụng công nghệ RPR 66 Hình 2.22: Cơ chế duy trì tuyến LSP 68

Hình 2.23 Phân cấp chuyển phát trong GMPLS 74

Hình 2.24.: Ngăn giao thức GMPLS 76

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tốc độ dữ liệu SONET/SDH 42 Bảng 3.1 : So sỏnh trễ mạng giữa cỏc giải phỏp cụng nghệ 87 Bảng 3.2 So sánh khả năng bảo vệ và chi phí cho xây dựng cơ cấu bảo vệ 87 Bảng 3.3 So sánh thông lượng đường thông và phần tỉ lệ sử dụng băng thông ứng với các loại hỡnh cụng nghệ 89 Bảng 3.4: So sỏnh giỏ thành xõy dựng mạng dựa trên cơ sở một số giải pháp công nghệ 90 Bảng 3.5: So sánh khả năng nâng cấp mạng đối với một số giải pháp công

nghệ 92

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nói chung và các ngành công nghiệp thông tin - viễn thông nói riêng cũng như sự thay đổi mạnh mẽ của môi trường kinh doanh viễn thông trong một vài năm vừa qua theo xu hướng toàn cầu hoá,

mở cửa thị trường, nhu cầu sử dụng dịch vụ truyền số liệu đã và đang có những thay đổi rõ rệt Bưu điện Hà nội đứng trước yêu cầu phải cung cấp dịch vụ truyền số liệu với băng thông và độ tin cậy ngày càng cao, giá thành thấp, giảm thiểu được chi phí vận hành và khai thác thác mạng với hiệu quả đầu tư cao nhất

Trong thời gian vừa qua, để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ truyền số liệu của khách hàng, Bưu điện TP Hà nội đã triển khai các mạng Truyền số liệu số (DDN), Mạng ATM/IP, Mạng ADSL Có thể thấy rằng các mạng truyền số liệu hiện nay của Bưu điện Hà nội chủ yếu tập trung vào phục vụ các khác hàng với nhu cầu băng thông thấp hoặc trung bình (từ 2Mbps trở xuống), việc cung cấp kết nối ở tốc độ cao hơn tương đối bị hạn chế bởi công nghệ, cấu hình và giao diện của thiết bị hiện có Để đáp ứng được các nhu cầu sử dụng đường truyền

số liệu với băng thông cao, bên cạnh việc phát triển và khai thác mạng truyền số liệu hiện có với hiệu quả cao nhất, Bưu điện Hà nội cần xem xét nghiên cứu triển khai một hệ thống mới cho mạng thành phố(MAN), sử dụng công nghệ tiên tiến, có khả năng đáp ứng được nhu cầu của mạng lưới và thị trường trong thời gian tới Do vậy, ngày 26/01/2005, Giám đốc Bưu điện TP Hà Nội đã ra quyết định số 734/QĐ/ĐT-XDCB về việc “Triển khai mạng MAN Bưu điện Hà nội giai đoạn 2005-2006"

Luận văn này được chia thành 4 chương, nội dung chính như sau:

• Chương 1: Tổng quan về mạng MAN-Metropolitan Area Network

• Chương 2: Nghiên cứu các công nghệ ứng dụng xây dựng mạng MAN

• Chương 3: Nhận xét, đánh giá và lựa chọn công nghệ cho mạng thành phố MAN

• Chương 4: Xây dựng giải pháp mạng MAN tại Bưu điện TP Hà Nội

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG METROPOLITAN AREA NETWORK

MAN-Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh về kinh tế, xã hội và văn hoá trong môi trường các đô thị và thành phố lớn nên nhu cầu trao đổi thông tin là rất lớn, đa dạng cả về loại hình dịch vụ, tốc độ Với sự hình thành và phát triển bùng nổ các tổ hợp văn phòng, khu công nghiệp, công nghệ cao, các khu chung

cư thêm vào đó các dự án phát triển thông tin của chính phủ, của các cơ quan, các công ty làm cho nhu cầu trao đổi thông tin như trao đổi tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh, truy nhập từ xa, truy nhập băng rộng tăng dẫn đến những vấn đề cần phải giải quyết

Các mạng nội bộ LAN (Local Area Network) chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi địa lý rất hẹp (trong khoảng vài trăm mét) Trong khi đó, nhu cầu kết nối với mạng bên ngoài (truy nhập Internet, truy nhập

cơ sở dữ liệu, kết nối chi nhánh văn phòng ) là rất lớn Điều này dẫn đến việc

cơ sở hạ tầng thông tin hiện tại với công nghệ TDM (chuyển mạch kênh PSTN, công nghệ SDH) sẽ rất khó đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin rất lớn như vậy cả

về loại hình dịch vụ và cường độ lưu lượng trao đổi thông tin Do vậy việc tìm kiếm công nghệ để xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng đô thị (MAN) đáp ứng được yêu cầu trao đổi thông tin nói trên là công việc cấp thiết đối với những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng Trong vài năm trở lại đây các nhà khai thác mạng viễn thông có khuynh hướng tập trung đầu tư xây dựng mạng đường trục (backbone) để đáp ứng yêu cầu băng thông truyền tải cho lưu lượng bùng nổ của Internet Hiện nay khuynh hướng phát triển mạng đã có sự thay đổi, người ta tập trung sự chú ý đến việc xây dựng mạng nội vùng, nội hạt nói chung và mạng MAN tại các đô thị, thành phố nói riêng, nơi cần thiết phải đầu tư xây dựng, tổ chức lại để có thể đáp ứng

được nhu cầu đa dạng hoá dịch vụ của người sử dụng, đưa dịch vụ đến gần với khách hàng hơn, đảm bảo việc kết nối với khách hàng “mọi nơi, mọi lúc, mọi giao diện” Sau đây chúng ta sẽ xem xét cấu trúc tổng quan của mạng MAN và các xu hướng phát triển của mạng cùng như khả năng cung cấp dịch vụ từ việc triển khai mạng

1.1 Cấu trúc tổng quan của mạng MAN

1.1.1 Cấu trúc phân lớp dịch vụ

Hình 1.1 cho ta một cái nhìn tổng quan nhất về cấu trúc phân lớp xét trên quan điểm về cung cấp dịch vụ Cấu trúc này chỉ mang tính logic nó phụ thuộc vào kích cỡ mạng và độ phức tạp của mạng cụ thể Theo cấu trúc phân lớp này, mạng MAN được chia làm 2 lớp

Hình 1.1: Cấu trúc mô hình tổng quan của mạng MAN

Truy nhËp (Access) TÝnh mÒm dÎo cña dÞch vô

(Service Flexibility)

Leased Lines Video TLS

M¹ng truy nhËp MAN (Metro Access)

M¹ng truyÒn t¶i

®uêng trôc

ASP: Nhµ cung cÊp øng dông (Application Service Provider)

SAN: M¹ng luu tr÷ d÷ liÖu vïng (Stogage Area Network)

TLS: DÞch vô LAN trong suèt (Transparent LAN Service)

ISP: Nhµ cung cÊp dÞch vô (Internet Internet Service Provide)

- Lớp truy nhập thực hiện chức năng tớch hợp cỏc loại hỡnh dịch vụ bao gồm cả dịch vụ từ người sử dụng và dịch vụ mạng Lớp mạng này thực thi kết nối cung cấp cỏc loại hỡnh dịch vụ xuất phỏt từ mạng truy nhập ứng dụng bởi nhiều cụng nghệ truy nhập khỏc nhau như cỏc dịch vụ trờn cơ

sở cụng nghệ Ethernet, ATM, Frame Relay, DSL, cỏp đồng, cỏp quang và với nhiều loại giao diện khỏc nhau

- Lớp mạng lừi thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng tớch hợp trong mạng đụ thị một cỏch hợp lý; lớp này thực hiện chức năng định tuyến truyền tải lưu lượng trong nội vựng đụ thị hoặc chuyển giao lưu lượng với mạng trục (backbone)

Mạng đụ thị thực hiện tiếp cận với rất nhiều loại hỡnh ứng dụng và giao thức giao thức truyền tải cần phải truyền một cỏch “trong suốt” giữa người sử dụng hoặc cỏc mạng văn phũng với nhau Do vậy vấn đề đặt ra là cần phải cõn nhắc giữa mục tiờu là truyền lưu lượng trong suốt và đạt hiệu suất sử dụng mạng cao, đú là một bài toỏn đặt ra đối với cỏc nhà xõy dựng mạng đụ thị Nú sẽ quyết định đến chiến lược triển khai mạng và dịch vụ cũng như như việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị mạng

1.1 2 Cấu trỳc phõn lớp theo nỳt

Thiết bị

khách hàng Mạng biên MAN

Nút truy nhập khách hàng

Nút tập trung và kết nối mạng lõi

Nút tập trung

Nút giao tiếp mạng lõi

Mạng trục/WAN Mạng lõi

MAN Mạng MAN

Nút kết nối mạng đờng trục

Si

Hỡnh 1.2: Cấu trỳc phõn lớp theo nỳt thiết bị của mạng MAN

Theo mụ hỡnh phõn lớp mạng tổng quỏt của mạng MAN như ở mục trờn, mạng MAN cú thể phõn chia thành 2 lớp mạng: lớp mạng biờn và lớp mạng lừi

Trong mỗi lớp mạng đó có thể bố trí các thiết bị mạng có chức năng khác nhau

để thực thi các chức năng cần phải thực hiện của lớp mạng này tùy thuộc vào mục tiêu, qui mô, kích cỡ của mạng MAN cần phải xây dựng Các nút mạng thực hiện chức năng đó là:

- Nút truy nhập khách hàng: là nút mạng đầu tiên phân ranh giới tiếp giáp giữa

khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ mang MAN và thuộc về nhà cung cấp dịch

vụ Nút mạng này được lắp đặt tại phía khách hàng hoặc được bố trí trong phạm

vi mạng ngoại vi của nhà cung cấp dịch vụ Khách hàng có thể kết nối với nút truy nhập khách hàng này thông qua các thiết bị chuyển mạch (lớp 2) hoặc các thiết bị định tuyến (lớp 3) Chức năng của nút mạng này là:

+ Cung cấp các loại hình giao diện mạng và người sử dụng (UNI) phù hợp với thiết bị kết nối của khách hàng

+ Đảm bảo băng thông cung cấp cho khách hàng được thiết lập tương ứng với thỏa thuận cấp độ dịch vụ (SLA), loại hình dịch vụ (CoS) hoặc các đặc tính đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) đối với khách hàng

- Nút tập trung: là nút trung chuyển giữa nút truy nhập khác hàng và nút kết nối

mạng lõi (POP) Nút này đóng vai trò là nút tập hợp lưu lượng từ các nút truy nhập khách hàng để chuyển lên nút kết nối mạng lõi, dung lượng xử lý của nút này quyết định tới số lượng nút truy nhập khác hàng có thể triển khai trong một khu vực nào đó đặc biệt đối với khu vực có số lượng khách hàng lớn Đối với mạng khu vực có kích thước, dung lượng nhỏ, số lượng khách hàng ít có thể không cần có nút mạng này

- Nút kết nối mạng lõi: Nút này có thực hiện tập hợp lưu lượng để truyền tải lên

mạng lõi MAN, nó thực hiện các chức năng như:

+ Đảm bảo kết nối một cách tin cậy với các phần tử mạng lõi

+ Kết nối các nút mạng Lõi MAN với nhau

+ Kết nối với các phần tử mạng lõi bằng giao thức thống nhất để truyền tải các loại hình dịch vụ

- Nút kết nối đường trục: nút này có thể là nút riêng biệt hoặc là nút kết nối

mạng lõi có thêm giao diện và giao thức kết nối phù hợp để kết nối với phần tử mạng đường trục để truyền tải các lưu lượng của các loại hình dịch vụ liên mạng

Tuy nhiên, vấn đề đặt ra cho các nhà xây dựng và cung cấp dịch vụ mạng MAN

là trên cơ sở mục tiêu xây dựng mạng cần phải lựa chọn được công những công nghệ phù hợp để áp dụng vào việc xây dựng mạng Trên cơ sở những công nghệ mạng được lựa chọn, các nhà thiết kế mạng sẽ xây dựng những cấu hình mạng thích hợp, lựa chọn thiết bị phù hợp để xây dựng được mạng đáp ứng với những mục tiêu đề ra ban đầu

1.2 Xu hướng phát triển mạng đô thị

1.2 1 Sự phát triển của thị trường mạng MAN

MAN đang là một thị trường rất sôi động do những lý do sau: Sự phát triển

về lưu lượng số liệu và kết nối băng rộng: có lẽ thách thức lớn nhất trong vực mạng MAN chính là sự tăng trưởng theo hàm mũ của lưu lượng đi qua mạng mà chủ yếu là do sự phát triển bùng nổ của dịch vụ truy nhập Internet với vai trò là phương tiện thông tin toàn cầu sử dụng rộng rãi bởi các cá nhân và các doanh nghiệp cho các mục đích nghiên cứu, kinh doanh và giải trí

Bên cạnh sự xuất hiện của hàng triệu khách hàng mới thì bản chất của các ứng dụng trao đổi dữ liệu qua mạng Internet là ngày càng đòi hỏi lượng băng thông lớn vì Internet đã trở thành một môi trường trực quan trao đổi thông tin một cách sinh động và khái niệm đa phương tiện đã trở nên quen thuộc Đối với người sử dụng, sự xuất hiện cửa kết nối băng rộng bằng các hình thức kết nối với mạng cung cấp dịch vụ qua các tiện tích truyền dẫn cáp quang hoặc cáp đồng cho phép tốc độ truy nhập cao đáp ứng nhu cầu trao đổi lưu lượng với cường độ lớn của người sử dụng

Sự xuất hiện các dịch vụ mới, sự đa dạng của các loại hình dịch vụ, ngoài

ra, xu hướng tích hợp các dịch vụ để truyền trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất cũng là những yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của mạng MAN Từ những thập kỷ trước đây, do điều kiện phát triển của công nghệ viễn thông các

cơ sở hạ tầng mạng được xây dựng riêng rẽ đối với mục đích cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau, chẳng hạn như cơ sở hạ tầng truyền dẫn/ chuyển mạch trên cơ sở công nghệ TDM được xây dựng chủ yếu cho mục đích cung cấp các dịch vụ thoại và kênh thuê riêng; cơ sở hạ tầng mạng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói được xây dựng chủ yếu cho mục đích cung cấp các dịch vụ truyền số liệu Hiện nay xu hướng phát triển của các dịch vụ viễn thông đó là sự phát triển gia tăng rất nhanh của các dịch vụ truyền dữ liệu; dịch vụ truyền dữ liệu sẽ chiếm ưu thế trong tương lai gần Do đó xu hướng xây dựng mạng hiện nay là

sự hội tụ các công nghệ mạng phục vụ cho mục đích mục đích xây dựng mạng

có khả năng cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu đồng thời có khả năng hỗ trợ truyền tải các dịch vụ thoại truyền thống Đó cũng chính là xu hướng phát triển xây dựng các mạng đô thị MAN hiện nay

Khái niệm MAN có thể được hiểu là khu vực mạng kết nối giữa thuê bao khách hàng (tư nhân hoặc cơ quan, tổ chức) với mạng diện rộng (WAN) Khái niệm khởi đầu của mạng MAN xuất phát từ mục tiêu ban đầu của nó là mạng xây dựng cho mục đích truyền tải các dịch vụ truyền dữ liệu đó là mạng liên kết các mạng cục bộ (LAN) với nhau và kết nối với mạng WAN Tuy nhiên với quan điểm xây dựng mạng tích hợp hiện nay mạng MAN có thể cung cấp các loại hình dịch vụ đa dạng trên cơ sở các dịch vụ truyền dữ liệu Khu vực khách hàng của mạng MAN đó là các khách hàng trong khu dân cư, các cơ quan, tổ chức, các doanh nghiệp, khu công nghiệp, các cơ sở đào tạo nghiên cứu Mạng MAN đóng vai trò chủ yếu trong việc cung cấp các dịch vụ mà khách hàng mong muốn MAN cho phép nhà khai thác tăng lợi nhuận của họ thông qua việc

thiết lập dịch vụ và khả năng liên kết trao đổi thông tin với mạng công cộng hoặc các mạng riêng

Với xu hướng phát triển mạng hiện nay, mạng cung cấp dịch vụ trên cơ sở mạng MAN có thể coi là một thị trường mới MAN đang là một mảnh đất tiềm năng đối với các nhà khai thác và cung cấp mạng Rất nhiều nhà cung cấp cơ sở

hạ tầng đang triển khai các công nghệ mới nhằm giải quyết những vấn đề của nhà khai thác và những nhu cầu của khách hàng

Lưu lượng trao đổi thông tin xuất phát từ các loại hình dịch vụ trao đổi số liệu, chẳng hạn như lưu lượng xuất phát từ các mạng LAN, lưu lượng từ các trung tâm cung cấp dịch vụ lưu trữ dữ liệu (SAN), lưu lượng từ các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) Một thực tế cho thấy rằng: trong khi các mạng trục (backbone) thường được xây dựng với dung lượng truyền tải khả lớn và hầu hết các mạng này đều có thể đáp ứng được nhu cầu truyền tải lưu lượng gia tăng thì các kết nối trong nội bộ mạng đô thị hiện tại có thể đang trở thành những “nút cổ chai” do việc tắc nghẽn lưu lượng Điều này xuất phát từ việc phần lớn các mạng MAN hiện tại được xây dựng trên cơ sở các giải pháp sử dụng hệ thống truyền dẫn SONET và SDH với các cấu trúc mạng đặc thù là các cấu trúc Ring

Do giải pháp công nghệ truyền dẫn SONET/SDH không hiệu quả đối với dữ liệu dạng gói và không có những chức năng quản lý băng thông một cách mềm dẻo nên hiệu xuất sử dụng băng thông là không cao và khó triển khai một số chức năng định tuyến cũng như một số dịch vụ cơ sở được kiến tạo trong công nghệ chuyển mạch gói

Nói tóm lại, việc xây dựng mạng MAN dựa trên cơ sở các công nghệ truyền thống sẽ không có khả năng cung cấp các dịch vụ, băng thông cho khách hàng một cách đa dạng, linh hoạt và mềm dẻo cũng như không đáp ứng được những yêu cầu về hiệu suất khai thác và tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng mạng như nhà khai thác mạng mong muốn

Các nhà khai thác mạng là những người phải chịu ảnh hưởng nhiều nhất của tình trạng xây dựng mạng cung cấp dịch vụ riêng rẽ Thực tế hiện nay cho thấy rằng: một số nhà cung cấp dịch vụ trong mạng đô thị có thể có tới ba hoặc bốn loại mạng khác nhau để cung cấp các loại hình dịch vụ Do đó, họ muốn sử dụng các mạng đó theo phương thức tốt nhất có thể, tận dụng được những thiết

bị sẵn có đồng thời vẫn thu được lợi nhuận từ các dịch vụ mới Đó chính là áp lực về kinh tế mà họ phải tính đến khi tìm những giải pháp phát triển mạng hoặc xây dựng các mạng tích hợp dịch vụ

Để giải quyết những khó khăn hiện nay của mạng MAN cũ được xây dựng trên nền SONET/SDH, đáp ứng những nhu cầu về phát triển dịch vụ, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cần phải tìm kiếm những giải pháp công nghệ tiên tiến để xây dựng thế hệ mạng mới, có khả năng tích hợp đa dịch vụ trên một cơ

sở hạ tầng mạng duy nhất

1.2.2 Sự phát triển dịch vụ mạng MAN

Các dịch vụ chủ yếu được cung cấp bởi mạng MAN bao gồm:

• Truy nhập internet tốc độ cao: đây là loại dịch vụ rất phát triển hiện nay

• Mạng lưu trữ (SAN): Thị trường dịch vụ mạng lưu trữ hiện đang phát triển nhanh chóng và đây là một trong các dịch vụ đòi hỏi kết nối băng tần lớn 100Mbit/s và cao hơn nữa Sự phát triển bùng nổ về số liệu đã khiến cho việc quản lý các nguồn tài nguyên này trong các doanh nghiệp ngày một khó khăn hơn Các dịch vụ mạng SAN sẽ là một giải pháp kinh tế hơn, và tin cậy hơn trong việc duy trì các kho dữ liệu khổng lồ Việc lưu trữ số liệu từ xa còn đáp ứng được các yêu cầu phục hồi trước những thảm hoạ, ngăn ngừa sự gián đoạn và đảm bảo sự liên tục trong các hoạt động kinh doanh

• Các mạng riêng ảo lớp 2 (L2VPN): Các giải pháp VPN đem đến cho các khách hàng khả năng tăng hiệu suất công việc nhờ đường truy nhập an toàn đến các ứng dụng và dữ liệu

• Các dịch vụ ứng dụng gia tăng: Các nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng hiện đang cố gắng tìm kiếm thị trường cho các sản phẩm của họ tuy nhiên họ mới chỉ đạt được những thành công mức độ với một vài ứng dụng cơ bản

• Dịch vụ LAN thông suốt (LAN điểm-điểm và LAN đa điểm-đa điểm): Cung cấp kết nối mạng trực tiếp giữa các văn phòng ở xa nhau do vậy làm giảm tính phức tạp trong việc điều hành mạng, làm tăng chất lượng, cải thiện tính mềm dẻo và khả năng nâng cấp mạng

• VoIP( Voice over IP) và dịch vụ Triple Play “3 cung” nghĩa là đồng thời cung cấp cả 3 loại hình dịch vụ cho người sử dụng như truyền dữ liệu, thoại và video

• Dịch vụ cho thuê cơ sở hạ tầng: bao gồm dịch vụ kết nối với các nhà cung cấp dịch vụ khác, các công ty phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng như game online )

Theo các kết quả nghiên cứu, điều tra thị trường của một số tổ chức như Yankee Group, Infonetics Research, IDC… có thể thấy một số điểm trong hướng phát triển dịch vụ trong các mạng MAN như sau:

• Các dịch vụ số liệu sẽ phát triển trung bình hơn 50%/năm và dịch vụ thoại tăng hơn 15%/năm

• Các dịch vụ theo yêu cầu sẽ tăng rất mạnh vì chúng cung cấp được băng tần đúng lúc, “động” hơn Do đó sẽ làm giảm đáng kể giá thành dịch vụ Khách hàng sẽ chỉ phải trả cho lượng băng tần mà họ sử dụng Nhờ sự linh hoạt này mà các nhà cung cấp dịch vụ mạng cũng sẽ làm giảm được

các chi phí khai thác nhờ việc phân bổ và cung cấp băng tần theo nhu cầu

• Theo điều tra về Ethernet MAN năm 2003 của Yankee Group, hiện nay ethernet đang là một giải pháp hiệu quả thay thế các dịch vụ mạng số liệu truyền thống, mà chủ yếu là dịch vụ kênh riêng, do các dịch vụ ethernet có giá thấp hơn 25-35% giá của dịch vụ kênh riêng Đây là một giải pháp chi phí thấp và có băng tần lớn

Nhu cầu của các thị trường đối với các dịch vụ ethernet MAN được thể hiện trên như sau:

Truyền thông/giải trí 5

[Nguồn : Yankee Group, 2004]

Đứng đầu là các thị trường tài chính và chăm sóc sức khoẻ.Trong thị trường chăm sóc sức khoẻ, sự bùng nổ các ứng dụng đòi hỏi kết nối chất lượng cao, băng tần lớn Giáo dục cũng là một thị trường quan trọng đối với các dịch vụ ethernet, với các ứng dụng được chú ý nhất là: học từ xa, truy nhập internet

Xu hướng thị trường với các dịch vụ Ethernet là sự thay đổi của nó từ một dịch vụ best-effort thành một dịch vụ với độ tin cậy cao và các mức đảm bảo dịch vụ Khi xu hướng này vẫn tiếp tục xảy ra thì các thị trường như tài chính, chăm sóc sức khoẻ, bảo hiểm, giáo dục và các dịch vụ pháp luật sẽ vẫn tiếp tục

sử dụng ethernet để đáp ứng các nhu cầu của họ

Hình 1.3: Lợi nhuận từ dịch vụ truy nhập Ethernet MAN trên toàn thế giới

{Nguồn : IDC-5,2003]

IDC dự báo rằng lợi nhuận từ các dịch vụ Ethernet MAN trên toàn thế giới

sẽ đạt 9,7 tỷ đô la năm 2006, trong đó châu Á Thái Bình Dương sẽ chiếm 7,9 tỷ

- Các khách hàng doanh nghiệp có xu hướng sử dụng ngày càng nhiều các dịch vụ truy nhập internet, thuê máy chủ và các dịch vụ số liệu Internet đã trở thành một phương tiện vô cùng quan trọng đối với các khách hàng này Các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng cũng đặt mối quan tâm rất lớn vào các dịch vụ số liệu có lợi nhuận cao này

- Các khách hàng doanh nghiệp ngày càng quan tâm đến dịch vụ mạng lưu trữ, mà một trong các lý do sử dụng là lý do an ninh, bằng chứng là sự triển khai rộng rãi các kế hoạch phục hồi khỏi những thảm hoạ của rất nhiều công ty trên thế giới Ví dụ, có khoảng 70% trong số 1000 công ty của Fortune trên toàn thế giới đã triển khai các mạng khôi phục thảm hoạ qua các công trình cáp quang kết nối hạ tầng cơ sở của họ trong một mạng đô thị nào đó

Tuy vậy, an ninh cũng không phải là lý do duy nhất trong xu hướng sử dụng các dịch vụ mạng SAN Lý do thứ 2 là chi phí ngày càng tăng của “thời gian chết” của mạng Các công ty lớn trung bình mất khoảng 3,6% lợi nhuận cho thời gian chết của mạng trong một năm Với các ứng dụng có tính chất cấp bách thì các doanh nghiệp sẽ mất đi những khoản lợi nhuận vào thời gian chết của mạng Người ta ước tính rằng một nhà khai thác TV trả tiền sẽ mất khoảng 125.000 đô la/giờ, đối với một công ty tín dụng là khoảng 2,6 triệu đô la/giờ Các doanh nghiệp thì không hề muốn mất lợi nhuận của họ và do vậy các dịch

vụ SAN trở thành một lựa chọn hấp dẫn đối với họ

Tính mềm dẻo trong khai thác cũng là một lý do khiến các khách hàng doanh nghiệp muốn gửi nguồn dữ liệu thông tin của họ qua các dịch vụ SAN

1.2.3 Sự phát triển công nghệ trên mạng MAN

Các công nghệ được lựa chọn áp dụng để xây dựng mạng MAN thế hệ mới chủ yếu tập trung vào các công nghệ chính như sau:

• Ethernet/Gigabit Ethernet (GbE)

• SONET/SDH-NG

• Công nghệ ring gói RPR

• Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS/GMPLS

Các công nghệ nói trên này được xây dựng khác nhau cả phạm vi và các phương thức mà chúng sẽ được sử dụng Trong một số trường hợp, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng lại triển khai cùng một công nghệ cho các ứng dụng khác nhau Các nhà khai thác mạng có xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của họ, vì tất cả các công nghệ sẽ đóng góp vào việc đạt được những mục đích chung là:

• Giảm chi phí đầu tư xây dựng mạng (CAPEX)

• Giảm chi phí khai thác bảo dưỡng, vận hành mạng(OPEX)

• Rút ngắn thời gian cung cấp dịch vụ cho khách hàng

• Dự phòng dung lượng đối với sự gia tăng lưu lượng dạng gói

• Tăng lợi nhuận từ việc triển khai các dịch vụ mới

• Nâng cao hiệu suất khai thác mạng

Tóm lại: MAN đang là một mảnh đất tiềm năng đối với các nhà khai thác

và cung cấp mạng Trong đó, sự phát triển về lưu lượng số liệu, kết nối băng rộng, và sự hội tụ dịch vụ là những yếu tố cơ bản thúc đẩy sự phát triển của mạng MAN Tuy nhiên, mạng MAN hiện nay đang có xu hướng ngày càng khó quản lý do sự thay đổi theo hướng chuyển từ lưu lượng định hướng kênh sang lưu lượng định hướng gói trong các mạng ngày nay Để giải quyết những khó khăn hiện nay, đồng thời đáp ứng những nhu cầu về phát triển dịch vụ, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng mạng đã tìm đến những giải pháp công nghệ mới để xây dựng mạng MAN như: Giga- Ethernet, SONET/SDH-NG, RPR, chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS/ GMPLS Sau đây chúng ta xem xét về các công nghệ này

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC CÔNG NGHỆ ỨNG

đã có sự thành công như vậy trong cả các doanh nghiệp lẫn các hộ gia đình: dễ

sử dụng, tốc độ cao và giá thiết bị rẻ

Mạng LAN sử dụng công nghệ Ethernet mở rộng các đặc tính này trong mạng LAN bằng cách sử dụng Ethernet trong mạng diện rộng MAN Những khó khăn để duy trì tính dễ sử dụng và chi phí thiết bị thấp ở trong môi trường mạng LAN vào trong mạng MAN xuất phát từ đặc tính đặc trưng tự nhiên của mạng MAN Đó là khả năng mở rộng với kích thước lớn, vấn đề an toàn mạng và tăng

độ chịu đựng để chống lại các sự cố

Mở rộng từ mạng LAN ra mạng MAN tạo ra các cơ hội mới cho các nhà khai thác mạng Khi đầu tư vào mạng E-MAN, các nhà khai thác có khả năng để cung cấp các giải pháp truy nhập tốc độ cao với chi phí tương đối thấp cho các điểm cung cấp dịch vụ POP (Points Of Presence) của họ, do đó loại bỏ được các điểm nút cổ chai tồn tại giữa các mạng LAN tại các cơ quan với mạng đường trục tốc độ cao

Doanh thu giảm do cung cấp băng tần với giá thấp hơn cho khách hàng có thể bù lại bằng cách cung cấp thêm các dịch vụ mới Do vậy E-MAN sẽ tạo ra phương thức để chuyển từ cung cấp các đường truyền có giá cao đến việc cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng qua băng thông tương đối thấp

2.2.2 Kiến trúc Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet là một mở rộng của chuẩn Ethernet IEEE 802.3 Gigabit Ethernet dựa trên các giao thức Ethernet nhưng tăng tốc độ gấp 10 lần so với Fast Ethernet, tới 1000 Mbps, hay 1 Gbps Do Gigabit Ethernet dựa trên Ethernet, người quản trị mạng cú thể dựa trờn những kiến thức và hiểu biết sẵn cú của mỡnh để dễ dàng quản lý và duy trỡ cỏc mạng Gigabit Ethernet

Để làm tăng tốc độ từ 100Mbps Fast Ethernet tới 1 Gbps, có một vài thay đổi được thực hiện ở giao tiếp vật lư Sự thay đổi để tăng tốc độ tới 1 Gbps được giải quyết bằng cách kết hợp cả 2 công nghệ: IEEE 802.3 Ethernet và ANSI X3T11 Fibre Channel

Hỡnh 2.1 dưới đây chỉ ra các thành phần quan trọng từ mỗi công nghệ được kết hợp trong Gigabit Ethernet

Hình 2.1: Sự kết hợp của các công nghệ tạo ra Giga Ethernet

Sự kết hợp của 2 công nghệ này cho phép chuẩn có được giao diện tốc độ cao có sẵn của công nghệ Kênh quang (Fibre Channel) trong khi vẫn duy trỡ được định dạng khung của IEEE 802.3Ethernet, tương thích với các thiết bị đa phương tiện hiện có, và sử dụng song công (full-duplex) hoặc bán song công (half-duplex) qua cơ chế CSMA/CD

Mụ hỡnh kiến trỳc của Gigabit Ethernet được chỉ ra trong hỡnh 2.2:

Hình 2.2: Kiến trúc IEEE 802.3z Gigabit Ethernet.

• Lớp Vật lý

Lớp vật lý của Gigabit Ethernet sử dụng pha trộn các kỹ thuật đó được kiểm chứng từ Ethernet nguyên thuỷ và chuẩn ANSI X3T11 Fibre Channel Gigabit Ethernet hỗ trợ 4 loại phương tiện vật lý Chúng được định nghĩa ở 2 chuẩn 802.3z (1000Base-X) và 802.3ab (1000Base-T)

✓ Chuẩn 1000 Base-X

Chuẩn 1000Base-X dựa trờn lớp vật lý của Fibre Channel, Fibre Channel

là cụng nghệ liờn kết cho việc kết nối cỏc mỏy trạm, cỏc siờu mỏy tớnh, cỏc thiết

bị lưu trữ và thiết bị ngoại vi Fibre Channel có kiển trúc 4 lớp 2 lớp thấp nhất là lớp FC-0 (Interface và media) và FC-1 (Encode/Decode) được sử dụng trong Gigabit Ethernet Do Fibre Channel là một công nghệ đó được kiểm chứng, việc tái sử dụng nó sẽ giảm đáng kể thời gian phát triển chuẩn Gigabit Ethernet

Có 3 loại cáp được định nghĩa trong chuẩn 1000Base-X:

- 1000Base-SX 850 nm laser trờn cỏp quang đa mode

- 1000Base-LX 1300 nm laser trờn cỏp quang đơn mode và đa mode

- 1000Base-CX cáp đồng xoắn STP (Shielded Twisted Pair)

Loại cỏp Khoảng cỏch

Cỏp quang đơn mode (9 micron) 3 Km sử dụng laser 1300nm (LX) Cỏp quang đa mode (62.5 micron) 300m sử dụng laser 850nm (SX)

550m sử dụng laser 1300nm(LX) Cỏp quang đa mode (50 micron) 550m sử dụng laser 850nm (SX)

550m sử dụng laser 1300nm(LX) Cỏp đồng Shot-haul 25m

✓ Chuẩn 1000 Base-T

Chuẩn IEEE 802.3ab cho phép sử dụng cáp UTP (1000BaseT), chuẩn 1000BaseT cho phép Gigabit Ethernet mở rộng tới khoảng cách tới 100m trên cáp đồng UTP category 5 là loại cáp phổ biến hiện đang được sử dụng trong các toà nhà

Đặc điểm của Gigabit Ethernet hướng tới 3 dạng môi trường truyền dẫn: laser súng dài- long-wave (LW) trên cáp quang đơn mode và đa mode (gọi là 1000BaseLX), laser sóng ngắn short-wave (SW) trên cáp quang đa mode (1000BaseSX), và 1000BaseCX , cho phép truyền dẫn trên cáp đồng đối xứng 150-ohm

• Giao diện đường truyền Gigabit độc lập GMII ( Gigabit Media Independent Interface )

GMII là giao diện giữa lớp MAC và lớp vật lý , cho phộp bất kỳ lớp vật lý nào đều sử dụng được lớp MAC Nó là một mở rộng của MII ( Media Independent Interface ) được dùng trong công nghệ Fast Ethernet Nú sử dụng cựng giao diện quản lý như MMI, hỗ trợ tốc độ dữ liệu từ 10, 100 và 1000 Mbps

Nó cung cấp kênh truyền và nhận dữ liệu độc lập 8 bit, do đó có thể hỗ trợ cả 2

cơ chế hoạt động song công và bán song công

GMII cung cấp 2 trạng thỏi tớn hiệu: một thể hiện cho súng mang, và trạng thỏi cũn lại biểu thị sự hiện diện của xung đột Phân lớp điều hoà (Reconciliation Sublayer -RS) ánh xạ các tín hiệu thành tín hiệu vật lý nguyờn thuỷ được các phân lớp MAC hiện hành nhận diện Với GMII, nó cho phép kết nối nhiều loại phương tiện truyền dẫn khác nhau như cáp bọc kim hoặc cáp xoắn UTP, cáp

quang đơn mode và đa mode trong khi cùng sử dụng MAC controller

GMII được chia thành 3 lớp con: PCS, PMA và PMD

✓ Phõn lớp mó húa vật lý (PCS -Physical Coding Sublayer)

Đây là phân lớp con của GMII cung cấp giao tiếp đồng dạng cho lớp RS cho tất cả các phương tiện vật lý Nú sử dụng mó hoỏ 8B/10B giống như Fibre Channel

Việc sử dụng sóng mang và phát hiện xung đột được tạo ra tại lớp này; nó cũng quản lý quỏ trỡnh tự động thương thảo (auto-negotiation) mà các card mạng (NIC) truyền thông với mạng để xác định tốc độ của mạng (10,100 hay 1000 Mbps) và chế độ hoạt động (bán song công hoặc song công)

Mó hoỏ dữ liệu truyền tại tốc độ cao cho một số ưu điểm như sau:

- Mó hoỏ giới hạn cỏc hiệu ứng truyền dẫn như tỷ lệ bit 1 và 0, trên tỷ lệ lỗi

- Việc khôi phục xung đồng bộ ở mức bit (bit-level) tại bộ thu có thể làm tăng đáng kể bằng cách sử dụng bộ mó hoỏ

- Mó hoỏ làm tăng khả năng trạm nhận có thể phát hiện và sửa lỗi truyền dẫn hoặc lỗi nhận

- Mó hoỏ cú thể giỳp cho việc phõn biệt bit dữ liệu và bit điều khiển hiệu quả hơn

Tất cả cỏc tớnh chất trên đó được sử dụng trong Fibre Channel FC1

Trong Gigabit Ethernet, lớp FC1 sẽ lấy dữ liệu được giải mó từ lớp FC2, mỗi thời điểm 8 bits từ phân lớp RS là cầu nối giữa giao diện vật lý Fibre Channel tới cỏc lớp cao hơn của IEEE 802.3 Ethernet

Trong kiểu mó hoỏ này, một nhúm cỏc 8 bits được thể hiện bằng nhóm 10 bit mó trờn đường truyền Một số nhóm mó được trỡnh bầy thành cỏc 8 bit ký tự cho dữ liệu, cỏc nhúm khỏc là cỏc ký tự điều khiển Việc mở rộng các ký tự dựng trong mở rộng súng mang là một vớ dụ về các ký tự điều khiển

Mó hoỏ được thực hiện bằng cách cung cấp mỗi ký tự truyền với một tờn,

biểu thị là Zxx.y Z là biến điều khiển có thể có 2 giá trị: D cho data và K cho

cỏc ký tự đặc biệt; xx là giá trị thập phân của các số nhị phân tạo nên tập cỏc bit mó; điều này hàm ý rằng có 256 khả năng cho dữ liệu (D designation) và 256 khả năng cho các ký tự đặc biệt (Kdesignation) Tuy nhiờn, chỉ cú 12 giỏ trị Kxx.y là cỏc ký tự truyền dẫn hợp lệ trong Fibre Channel

Khi dữ liệu được nhận về, các ký tự truyền được mó hoỏ thành một trong

256 cỏc tổ hợp 8bit

Dạng mó hoỏ cho Fibre Channel là 8B/10B được thiết kế đặc thù cho truyền dẫn trên cáp quang Gigabit Ethernet cũng sử dụng dạng mó hoỏ tương tự Sự khác nhau giữa Fibre Channel và Gigabit Ethernet là Fibre Channel sử dụng tín hiệu 1.062 gigabaud, trong khi Gigabit Ethernet sử dụng tín hiệu 1.25 gigabaud Đối

với Gigabit Ethernet trên cáp đồng UTP, sử dụng cơ chế mó hoỏ khỏc thực hiện bởi 1000BaseT PHY

✓ Phõn lớp gỏn đường truyền vật lý (Physical Medium Attachment)

Phân lớp này cung cấp sự độc lập với môi trường truyền dẫn cho phân lớp PCS

để hỗ trợ nhiều môi trường truyền dẫn vật lý khỏc nhau Lớp này sắp xếp cỏc nhúm mó để truyền đi và sắp xếp ngược lại các bit từ đường truyền thành các nhóm mó

Phõn lớp PMA của Gigabit Ethernet giống như PMA của Fibre Channel, có trách nhiệm hỗ trợ nhiều dạng mó hoỏ và cho phộp trỡnh bầy cỏc dạng mó hoỏ này tới cỏc lớp cao hơn

✓ Phõn lớp đường truyền vật lý phụ thuộc (PMD - Physical Medium Dependent)

Phõn lớp này ỏnh xạ môi trường truyền dẫn vật lý vào PCS, định nghĩa tín hiệu lớp vật lý sử dụng cho nhiều dạng đường truyền MDI ( Medium Dependent Interface) là một phần của PMD là giao diện vật lý thực sự Phõn lớp này định nghĩa các kết nối vật lý thực tế như các connectors cho cỏc loại cỏp truyền khỏc nhau

✓ Giao diện súng mang GE (GBIC -Gigabit Ethernet Interface Carrier)

Giao diện GBIC cho phộp cỏc nhà quản trị mạng cấu hỡnh mỗi cổng Gigabit sử dụng laser súng ngắn hay súng dài hoặc giao diện cho cỏp đồng Cấu hỡnh này cho phộp cỏc nhà sản xuất switch xõy dựng một chuyển mạch vật lý mà khỏch hàng cú thể cấu hỡnh laser/fiber topology theo yờu cầu Như đó đề cập ở trên, ban đầu Gigabit Ethernet hỗ trợ 3 media: short-wave laser, long-wave laser,

và cáp đồng Hơn nữa, cáp quang lại được chia thành 3 loại: đa mode (62.5 m),

đa mode (50 m) và đơn mode

Mặt khác, các switch Gigabit Ethernet không có GBICs không thể hỗ trợ các loại lasers khác hoặc cần phải được đặt hàng để tuỳ biến loại laser theo yêu cầu Lược đồ các chức năng của GBIC cung cấp như sau

Hình 2.3: Chức năng của GBIC

• Lớp điều khiển truy nhập đa phương tiện (MAC–Media Access Control)

Lớp MAC của Gigabit Ethernet tương tự như lớp MAC của Ethernet và Fast Ethernet, hỗ trợ cả hai phương thức truyền dẫn song công và bán song công Các đặc tính của Ethernet như phát hiện xung đột, đường kính mạng lớn nhất, các quy tắc lặp…giống như của Gigabit Ethernet Hỗ trợ cho Ethernet bán song công khả năng thêm các khung bursting và mở rộng sóng mang, hai chức năng này khụng cú trong Ethernet và Fast Ethernet

✓ Truyền dẫn bỏn song cụng

Trong truyền dẫn bán song công, cơ chế CSMA/CD sẽ được sử dụng để đảm bảo cho các trạm có thể liên lạc được qua một dây đơn và có khả năng khắc phục xung đột

Việc sử dụng CSMA/CD cho Gigabit Ethernet cũng giống như cho Ethernet và Fast Ethernet, cho phép chia sẻ hệ thống Gigabit Ethernet qua các hub hoặc tạo ra các kết nối điểm - điểm bán song công Độ dài cực đại của đoạn cáp dùng để kết

nối các trạm bị giới hạn bởi giao thức CSMA/CD Nếu 2 trạm cùng nhận thấy đường truyền đang rỗi, chúng có thể cùng bắt đầu truyền tín liệu và sẽ xảy ra xung đột

Vỡ giao thức CSMA/CD rất nhạy cảm với trễ nờn cần phải tạo ra một bit-budget cho mỗi một phạm vi xung đột Chỳ ý rằng, tớnh nhạy cảm trễ chỉ xảy ra khi sử dụng CSMA/CD; hoạt động song công không có những ảnh hưởng nhạy trễ đó Một collision domain được xác định bởi thời gian truyền dẫn một khung có độ dài nhỏ nhất có thể có Sự truyền dẫn này quyết định khoảng cách lớn nhất giữa hai trạm trên một phân đoạn dùng chung Khi tốc độ hoạt động của mạng tăng lên thỡ thời gian truyền dẫn khung nhỏ nhất giảm xuống, giống như sự giảm đường kính lớn nhất của phạm vi xung đột Bit-budget của một phạm vi xung đột được tạo bởi thời gian trễ tín hiệu lớn nhất của các thành phần mạng khác nhau, như bộ lặp, lớp MAC của các trạm, và bản thân phương tiện truyền dẫn

Việc tăng tốc độ Ethernet lên tới tốc độ Gigabit đó tạo ra một số vấn đề trong quá trỡnh thực hiện CSMA/CD Ở tốc độ lớn hơn 100Mbps, kích thước của các gói nhỏ hơn độ dài của một khe thời gian trong các bit (Khe thời gian được định nghĩa là một đơn vị thời gian để Ethernet MAC điều khiển các xung đột) Khả năng mở rộng sóng mang được đưa vào đặc tính của Ethernet để khắc phục vấn

đề về khe thời gian Các sóng mang mở rộng thêm các bit vào khung tới khi khung đạt tới số lượng khi thời gian tối thiểu Bằng cách này, kích thước nhỏ nhất của gói có thể trùng với số khe thời gian nhỏ nhất và cho phép hoạt động trong suốt với cơ chế CSMA/CD của Ethernet hiện hành

✓ Mở rộng súng mang:

Gigabit Ethernet giữ nguyên kích thước lớn nhất và nhỏ nhất của khung giống như Ethernet Do Gigabit Ethernet nhanh hơn gấp 10 lần so với Fast Ethernet, để duy trỡ kớch thước khe như cũ, chiều dài lớn nhất của cáp phải giảm xuống cũn khoảng 10m, điều này hoàn toàn không kinh tế và có ý nghĩa Thay vỡ đó,

Gigabit Ethernet sử dụng kích thước khe lớn hơn 512 byte Để đảm bảo tính tương thích với Ethernet, kích thước khung nhỏ nhất không tăng lên, nhưng sóng mang phải được mở rộng Nếu khung nhỏ hơn 512 bytes, nó sẽ được điền thêm các ký tự mở rộng Đó là cỏc ký tự đặc biệt không thể xuất hiện trong phần dữ

liệu (payload) Phương pháp này gọi là Mở rộng sóng mang - Carrier Extension

Gigabit Ethernet phải tương thích với các mạng 802.3 hiện hành Việc mở rộng sóng mang là một cách để duy trỡ kớch thước khung nhỏ nhất và lớn nhất của 802.3 với các khoảng cách cáp phù hợp Với các khung mở rộng sóng mang, phần mở rộng không chứa dữ liệu được bao gồm trong cửa sổ xung đột, do đó, toàn bộ phần mở rộng khung được xem là xung đột và bị bỏ qua Tuy nhiên, trường FCS- Frame Check Sequence chỉ được tính trên phần nguyên thuỷ (không

có các ký tự mở rộng) của khung Các ký tự mở rộng được gỡ bỏ trước khi thiết

bị nhận kiểm tra FCS Do đó, lớp LLC (Logical Link Control) không nhận biết được sự mở rộng sóng mang này Hỡnh dưới đay biểu diển một định dạng Ethernet khung với sóng mang được mở rộng

Hình 2.4 Khung Ethernet với sóng mang mở rộng

✓ Khung bursting (hoặc packet bursting)

Mở rộng súng mang là một giải pháp đơn giản, tuy nhiên nó tốn nhiều băng thông; thực tế có thể thêm vào tới 488 bytes chèn vào các gói có kích thước nhỏ, điều này làm giảm tốc độ truyền Thực tế, với số lượng lớn các gói có kích thước nhỏ, tốc độ của Gigabit Ethernet lớn hơn không đáng kể so với Fast Ethernet

Khung Bursting là một mở rộng của phương pháp mở rộng sóng mang, thực chất

là phương pháp mở rộng sóng mang cộng thêm vào các bó khung bursting Khung bursting là hoạt động mà trong môi trường CSMA/CD, một trạm cuối có thể truyền một số lượng rất lớn các khung trên đôi dây mà không phải điều khiển việc ngừng gửi

Khi một trạm có một số lượng khung cần truyền, khung đầu tiên được điền vào khe thời gian nếu cần thiết sẽ sử dụng mở rộng sóng mang Các khung tiếp theo được tiếp tục truyền cho tới khi burst timer hết hạn (1500 bytes)

Điều quan trọng chỉ ra vấn đề xung quanh bán song công Gigabit Ethernet, chẳng hạn như kích thước của khung không hiệu quả hoặc hành trỡnh thời gian tại tốc

độ gigabit, thực tế thỡ bỏn song cụng không hiệu quả cho Gigabit Ethernet Thực chất, Khung bursting làm tăng thông lượng của mạng

IEEE 802.3x Truyền dẫn song cụng

Song công có nghĩa là việc truyền và nhận được thực hiện đồng thời trên một đôi dây Song công nói chung được dùng giữa 2 điểm kết cuối, như các, giữa các switch và các server, giữa các switch và các router, Song công cho băng thông trên các mạng Ethernet và FastEthernet đạt hiệu quả lên gấp 2 Bằng cách sử dụng các tính chất như Fast EtherChannel, bó các kết nối Fast Ethernet thành các nhóm với nhau để tăng băng thông lên tới 400%

Truyền dẫn song công sử dụng trong Gigabit Ethernet để tăng băng thông kết hợp

từ Gbps tới 2Gbps cho các đường kết nối điểm-điểm, cũng như là làm tăng khoảng cách có thể cho các phương tiện kết nối Thêm nữa, các bó Gigabit

EtherChannel sẽ cho phép tạo ra các kết nối 8 Gbps giữa các switch Sử dụng song công Ethernet loại bỏ các xung đột trên đường dây, do đó, không cần thiết phải sử dụng CSMA/CD để điều khiển luồng hoặc truy cập phương tiện Tuy nhiên, một phương pháp điều khiển luồng song công đó được đưa ra với việc điều khiển luồng như là một mệnh đề tuỳ chọn Chuẩn này được biết đến là IEEE 802.3x; chính thức hoá công nghệ song công được chờ đợi và được hỗ trợ bởi các sản phẩm Gigabit Ethernet

+ Tuỳ chọn điều khiển luồng 802.3x - Flow Control

Cơ chế điều khiển luồng tuỳ chọn này thiết lập giữa 2 trạm trên kết nối điểm Nếu trạm nhận tại điểm cuối bị nghẽn nó có thể gửi ngược lại một khung gọi là khung dừng tới trạm nguồn ở đầu kia Khung dừng chỉ dẫn trạm nguồn ngừng gửi các gói dữ liệu trong một khoảng thời gian nào đó Trạm gửi đợi trong khoảng thời gian yêu cầu trước khi tiếp tục gửi dữ liệu Trạm nhận cũng có thể gửi một khung ngược lại trạm nguồn với thời gian đợi bằng 0 (time-to-wait) để chỉ thị trạm gửi tiếp tục gửi dữ liệu

điểm-• Lớp liờn kết logic-Logical Link

Gigabit Ethernet được thiết kế bám sát theo định dạng khungcủa Ethernet chuẩn, cho phép duy trỡ sự tương thích với các sản phẩm Ethernet và Fast Ethernet và không cần phải có sự chuyển đổi khung Hỡnh dưới đây giải thích định dạng khung của IEEE 802.3/Ethernet:

Hình 2.5: Định dạng khung của IEEE 802.3/Ethernet

+ Preamble-Các mẫu chuỗi 1 hoặc 0 báo cho trạm nhận có khung đang bắt

đầu (Ethernet hoặc IEEE 802.3) Ethernet khung có thêm 1 byte tương đương với trường Start-of-Frame của IEEE 802.3 khung

+ Start-of-Frame (SOF)-IEEE 802.3 phân biệt byte kết thúc với 2 bit 1 liên

tiếp để đồng bộ các phần của khung của tất cả các trạm trong mạng LAN

+ Destination and Source Addresses-3 bytes đầu tiên của trường địa chỉ

chỉ ra căn cứ của nhà sản xuất, 3 bytes sau do nhà sản xuất ghi Địa chỉ nguồn luôn là địa chỉ unicast, địa chỉ đích có thể là địa chỉ unicast, muticast hoặc broadcast

+ Type (Ethernet)-Cho cỏc giao thức lớp trờn nhận ra dữ liệu sau khi quỏ

trỡnh xử lý Ethernet được hoàn thành

+ Length (IEEE 802.3)-Số lượng byte data tiếp theo trường này

+ LLC- Để giao tiếp giữa lớp MAC và các lớp phía trên trong chồng giao

thức, lớp Logical Link Control (LLC) của giao thức LLC (hay PDUs) sử dụng 3 biến địa chỉ để xác định truy cập vào các lớp trên thông qua LLC/PDU Các địa chỉ này là điểm truy cập dịch vụ đích -Destination service access point (DSAP), điểm truy cập dịch vụ nguồn- source service access point (SSAP), và biến điều khiển.DSAP xác định một nhận dạng duy nhất bên trong trạm cung cấp thông tin

về giao thức cho lớp phía trên SSAP cung cấp cùng thông tin cho địa chỉ nguồn LLC định nghĩa dịch vụ truy cập cho các giao thức tuân theo mô hỡnh OSI; nhưng không may thay, có rất nhiều giao thưc không tuân theo các luật này, do vậy, phải có các thông tin bổ sung vào LLC để cung cấp thông tin cho các giao thức này Các giao thức trong trường hợp này là IP và IPX Phương pháp được sử dụng để thêm vào các thông tin gọi là giao thức truy nhập mạng con -SNAP- Subnetwork Access Protocol Một sự đóng gói SNAP được biểu thị bởi các trường SSAP và DSAP bằng 0xAA Điều này chỉ ra rằng có một SNAP mào đầu

tiếp theo, SNAP mào đầu có độ dài 5 bytes, 3 bytes đầu chứa organization code được gán bởi IEEE; 2 bytes tiếp dùng giá trị của trường Type.

+ Data (Ethernet)-Sau khi việc xử lý lớp vật lý và lớp liờn kết hoàn thành,

dữ liệu bờn trong khung được gửi lên lớp trên, được chỉ ra ở trường Type Mặc

dù Ethernet Version 2 không đệm thêm vào byte điền thêm (ngược với IEEE 802.3), Ethernet cho rằng có ít nhất 46 bytes data

+ Data (IEEE 802.3)- Sau khi việc xử lý lớp vật lý và lớp liờn kết hoàn

thành, dữ liệu bờn trong khung được gửi lên lớp trên Nếu dữ liệu trong khung không đủ 64-byte, các byte trắng được điền thêm vào để đảm bảo khung có ít nhất 64 bytes

+ Frame Check Sequence (FCS)-Chuỗi này bao gồm 4-byte giá trị sửa sai

CRC được tạo ra bởi thiết bị gửi và được tính toán lại ở phía nhận để đảm bảo khung nhận được không có lỗi

2.1.2 Các dịch vụ cung cấp qua mạng Ethernet Metro

• Mô hình dịch vụ Ethernet

Để xác định các loại hình dịch vụ cung cấp qua môi trường Ethernet, trước hết cần xem xét mô hình tổng quát Mô hình dịch vụ Ethernet là mô hình chung cho các dịch vụ Ethernet, được xây dựng trên dựa trên cơ sở sử dụng các thiết bị khách hàng dể truy cập các dịch vụ Trong mô hình này sẽ định nghĩa các thành phần cơ bản cấu thành dịch vụ cũng như một số đặc tính cơ bản cho mỗi loại hình dịch vụ Nhìn chung các dịch vụ Ethernet đều có chung một số đặc điểm, tuy nhiên vẫn còn một số đặc tính đặc trưng khác nhau cho từng dịch vụ riêng

Mô hình cơ bản cho các dịch vụ Ethernet Metro như chỉ ra trên hình 2.6