Nghiên cứu công nghệ IP over WDM

Nghiên cứu công nghệ IP over WDM Nghiên cứu công nghệ IP over WDM Nghiên cứu công nghệ IP over WDM luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

B Ộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VŨ KHOA

LU ẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

N GƯỜI HƯỚNG DẪN :

Hà N ội, 2006

Các thuật ngữ viết tắt……… ….i

Danh mục hình vẽ……… …vi

Danh mục bảng ……….…ix

Lời nói đầu 30TChương 130T 1

30TXu thế phát triển của công nghệ IP, WDM và các giải pháp trung gian truyền tải IP trên mạng WDM30T 1

30T1.1 Xu thế phát triển của các dịch vụ viễn thông30 T 1

30T1.2 Sự phát triển của mạng quang sử dụng công nghệ WDM30 T 3

30T1.3 Các phương pháp trung gian truyền tải IP trên mạng quang WDM30 T 6

30T1.3.1 Giới thiệu30T 6

30T1.3.2 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM30T 7

30T1.3.3 IP/ATM trực tiếp trên WDM30T 10

30T1.3.4 IP/SDH truyền dẫn trên mạng quang WDM30T 10

30T1.3.5 IP/ Gigabit Ethernet cho WDM30 T 13

30T1.4 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MLPS)30 T 14

30T1.4.1 Liên mạng MPLS30 T 15

30T1.4.2 Ảnh hưởng của MPLS lên các kỹ thuật duy trì mạng30T 17

30T1.4.3 Ưu nhược điểm của việc sử dụng MPLS30 T 18

30T1.5 Kết luận30 T 19

30TChương 230T 20

30TTruyền tải lưu lượng IP over WDM30T 20

30T2.1 Kiến trúc mạng IP over WDM30 T 20

30T2.1.1 Optical burst switching30T 21

30T2.1.2 Chuyển mạch gói quang30 T 22

30T2.1.3 Ba kiến trúc mạng IP over WDM30 T 24

30T2.2 Các mô hình liên kết mạng IP/WDM30T 28

30T2.2.1 IP over reconfigurable WDM30 T 29

30T2.2.2 IP over WDM chuyển mạch (IP over switched WDM)30T 34

30T2.3 Các mô hình dịch vụ IP/WDM30T 38

30T2.3.1 Mô hình dịch vụ miền30T 38

30TChương 330T 42

30TĐiều khiển mạng IP over WDM30T 42

30T3.1 Mở đầu30T 42

30T3.2 Đánh địa chỉ mạng IP/WDM30T 42

30T3.2.1 Đánh địa chỉ chồng lấn30T 44

30T3.2.2 Đánh địa chỉ ngang hàng30T 47

30T3.3 Định tuyến IP/WDM30 T 48

30T3.3.1 Xây dựng và duy trì cơ sở thông tin định tuyến30T 48

30T3.3.2 Tính toán đường đi và những ràng buộc chuyển mạch WDM30 T 50

30T3.4 Báo hiệu IP/WDM30T 53

30T3.4.1 Tổng quan về RSVP30 T 54

30T3.4.2 Mở rộng RSVP cho các mạng quang30 T 56

30T3.4.3 Kiến trúc triển khai RSVP mở rộng30 T 58

30T3.4.4 Mở rộng bản tin RSVP30 T 59

30T3.4.5 Cơ chế cấp phát nhãn lai30T 62

30T3.5 Điều khiển lưu lượng IP over WDM30T 66

30T3.5.1 Khái niệm về điều khiển lưu lượng IP over WDM30 T 66

30T3.5.2 Mô hình điều khiển lưu lượng30T 67

30T3.6 Kết luận30 T 71

30TChương 430T 72

30TKhả năng tồn tại trong mạng IP over WDM30T 72

30T4.1 Tổng quan về tồn tại trong mạng IP over WDM30T 72

30T4.2 Các phương pháp nâng cao khả năng sống sót trên mạng IP over WDM30T 75

30T4.2.1 Bảo vệ30T 75

30T4.2.2 Phục hồi30T 78

30T4.3 Các thuật toán tìm đường sống sót30 T 79

30T4.3.1 “Giá thành” đường kết nối30 T 79

30T4.3.2 Thuật toán tìm đường sống sót thông thường30 T 80

30T4.3.3 Thuật toán Suuballe30T 81

30T4.4 Khả năng tồn tại của từng lớp30 T 82

30T4.4.4 Cơ chế bảo vệ nhiều lớp30T 94

30T4.5 Phát hiện lỗi và cảnh báo30T 103

30T4.5.1 Phát hiện lỗi30T 103

30T4.5.2 Cảnh báo lỗi30T 104

30T4.6 Cơ chế của giao thức báo hiệu30T 105

30T4.7 Kết luận30 T 107

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Tóm tắt luận văn

CÁC THU ẬT NGỮ VIẾT TẮT

A-B-C

ANSI American National Standards

Institute

Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ

APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ASON Automatic Switched Optical

Network

Mạng quang chuyển mạch tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên

CR-LDP Constraint - based Routing Label

DCC Data Communication Channel Kênh thông tin số liệu

DCN Data Communication Network Mạng thông tin số liệu

DSP Digital Signal Processing Xử lý tín hiệu số

DTM Dynamic Transfer Mode Phương pháp tuyền tải động

EBGP Exterior Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên bên ngoài EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng bên ngoài

ENNI External Network-to-Network Giao diện mạng - mạng bên ngoài

Interface

FDDI Fibre Distributed Data Interface Giao diện số liệu phân bố theo cáp

quang FEC Forwarding Equivalence Classes Lớp chuyển tiếp tương đương

FIS Failure Indication Signal Tín hiệu cảnh báo lỗi

G-H-I

GMPLS Generalised Multiprotocol Label

ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet IEEE Institute of Electricaland

Electronics Engineers

Học viện kỹ sư điện và điện tử

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng mạng nội bộ

INNI Internal Network-to-Network

Interface

Giao diện mạng – mạng nội bộ

IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet version 4

IP/WDM IP over WDM

IS-IS Intermediate System to

Intermediate System routing

Liên minh viễn thông quốc tế

ITU-T International Telecommunications

LAPS Link Access Procedure SDH Giao thức truy nhập tuyến SDH

LBS Label Based Switching Chuyển mạch dựa vào nhãn LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển kết nối LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LLC Logical Link Control Điều khiển kết nối Logic

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết

LSA Link State Advertisement Quảng cáo trạng thái liên kết

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Link State Request Yêu cầu trạng thái liên kết

MAN Metropolitan Area Network Mạng khu vực đô thị

MAPOS Multiple Access Protocol over

NGI Next Generation Internet Internet thế hệ sau

NGN Next Generation Network Mạng thế hế sau

NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng

NNI Network to Network Interface Giao diện mạng – mạng

O-P-Q

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ quang OAM Operations and Maintenance Khai thác và bảo dưỡng

OBS Optical Burst Switching Chuyển mạch bùng nổ quang

O-E-O Optical- Electrical- Optical Quang-điện-quang

OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang

OLSR Optical Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

quang OMS Optical Multiplex Section Đoạn ghép quang

OMSP Optical Multiplex Section

Protection

Bảo vệ đoạn ghép quang

OPR Optical Packet Router Bộ định tuyến gói quang

OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang

O-SNR Optical Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu quang

OSCP Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển mạch

quang OSI Open Systems Interconnection Kết nối giữa các hệ thống mở

OSPF Open Shortest Path First Protocol Giao thức chọn đường ngắn nhất đầu

tiên OTS Optical Transmission Section Đọan truyền dẫn quang

OXC Optical Cross Connect Kết nối chéo quang

PDH Plesiochronous Digital Hierarchy Phân cấp số cận đồng bộ

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm nối điểm

PVC Permanent Virtual Channels Kênh ảo cố định

R-S-T

RFD Reserve a Fix Duration Dành trước một khoảng thời gian cố

định

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến

RPR Resilient Packet Ring Ring gói đàn hồi

RSpec Resource Specification Tiêu chuẩn kỹ thuật tài nguyên RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên

SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SDL Synchronous Data Link Kết nối dữ liệu đồng bộ

SDLC Synchronous Data Link Control Điều khiển kết nối dữ liệu đồng bộ SNCP Subnetwork Connection Protection Bảo vệ kết nối mạng quang

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

SRLG Shared Risk Link Group Nhóm liên kết chia sẻ rủi ro

STM Synchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải đồng bộ SVC Switched Virtual Channels Kênh ảo chuyển mạch

TDM Time Division Multiplexing Đa truy nhập phân chia theo thời

gian

TMN Telecommunications Management

Network

Mạng quản lý viễn thông

U-V-W

UBR Unspecified Bit Rate Tốc độ bit không xác định

UNI User to Network Interface Giao diện khách hàng – mạng

VBR-RT Variable Bit Rate –Real time Tốc độ bit thay đổi thời gian thực

VCC Virtual Channel Connection Kết nối kênh ảo

VCI Virtual Channel Identifier Nhận dạng kênh ảo

WADM Wavelength Add/Drop Multiplexer Bộ ghép kênh xen/rẽ bước sóng WAMP Wavelength Amplifier Bộ khuếch đại bước sóng

WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng WSXC Wavelength Selective Cross

Connect

Kết nối chéo chọn bước sóng

Trong giai đoạn hiện nay, chúng ta đang chứng kiến những thay đổi to lớn về sự bùng nổ các dịch vụ viễn thông Chúng ta đã chứng kiến những biến động to lớn về bản chất lưu lượng truyền tải trên mạng Các lưu lượng phi thoại ngày càng phát triển vượt qua lưu lượng thoại truyền thống Nguyên nhân sâu xa của vấn đề này là do tốc độ phát triển không ngừng của mạng Internet và sự gia tăng số người sử dụng Internet Các cuộc gọi truyền thống được thay thế bằng các “cuộc gọi” số liệu với đặc tính lưu lượng “bùng nổ”, thời gian “cuộc gọi” kéo dài và có tính chất bất đối xứng giữa đường lên và đường xuống

Sự bùng nổ của lưu lượng IP dẫn tới việc các phương tiện kỹ thuật của

cơ sở hạ tầng mạng sẽ được tối ưu hoá cho IP Mặt khác, truyền dẫn quang là

bằng cách tạo ra dung lượng mạng khổng lồ để duy trì sự phát triển và tăng trưởng của Internet Ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) là công nghệ tiên tiến Khi sử dụng WDM trên các mạng quang hiện tại, một mặt có thể tăng độ rộng băng tần mạng lên gấp nhiều lần mà vẫn giữ nguyên sợi quang hiện tại Mạng quang WDM đã chứng tỏ là giải pháp có chi phí hiệu quả đối với cự ly dài

Việc triển khai cáp sợi quang và công nghệ WDM trên phạm vi toàn cầu chứng tỏ rằng các mạng quang dựa và WDM đã phát triển không chỉ mạng đường trục mà còn trong những mạng thành phố, mạng vùng và mạng truy nhập Các mạng quang WDM không chỉ còn là các ống dẫn điểm nối điểm khi cung cấp các dịch vụ truyền tải lớp vật lý nữa mà đã hợp nhất với mức mạng mới một cách linh hoạt Tích hợp IP và WDM để truyền tải lưu

lượng IP dựa trên độ rộng băng tần WDM Do vậy việc nghiên cứu giải pháp truyền tải IP trên mạng WDM là một vấn đề cấp thiết Đề tài “ Nghiên cứu công nghệ IP over WDM” tập trung vào việc giải quyết bài toán trên Nội dung của đề tài gồm 4 chương

Chương 1: Giới thiệu về Xu thế phát triển của công nghệ IP và truyền

tải WDM, các giải pháp trung gian để truyền tải lưu lượng IP trên mạng WDM

Chương 2: Trình bày về truyền tải lưu lượng IP trên mạng WDM tập

trung vào các vấn đề sau: Các kiến trúc mạng IP over WDM, mô hình liên kết

và mô hình dịch vụ mạng IP over WDM

Chương 3: Nghiên cứu cơ chế điều khiển mạng bao gồm đánh địa chỉ,

định tuyến, báo hiệu và điều khiển lưu lượng mạng

Chương 4: Nghiên cứu cơ chế, các giải pháp đảm bảo sự sống sót của

mạng IP over WDM

Đề tài có nội dung rộng, liên quan đến rất nhiều công nghệ và vẫn còn đang trong thời gian nghiên cứu và phát triển nên trong khuôn khổ luận văn này tác giả cố gắng chắt lọc những nội dung cơ bản nhất

Do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiết sót và sơ xuất về nội dung và hình thức, rất mong được sự góp ý của độc giả

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Chương 1

Xu thế phát triển của công nghệ IP, WDM và các giải pháp

trung gian truy ền tải IP trên mạng WDM

Mạng viễn thông nói chung và mạng truyền tải nói riêng đã có một

càng cao của khách hàng Tuy nhiên trong tương lai, mạng truyền dẫn không những phải thoả mãn cả về truyền tải lưu lượng mà còn đáp ứng được nhiều yêu cầu mới như: cấu trúc mạng phải đơn giản, công nghệ mạng tiên tiến, mạng phải đáp ứng thoả mãn mọi yêu cầu dịch vụ với tốc độ thông suốt cao,

an toàn lớn và phải rất linh hoạt… Đồng thời, mạng phải hỗ trợ khả năng cho việc tích hợp các dịch vụ trong đó có thể đưa ra nhiều mức chất lượng dịch vụ

chuyển đổi từ tương tự sang số, từ phân cấp số cận đồng bộ (PDH) sang phân cấp số đồng bộ (SDH) và gần đây từ SDH sang WDM Khi dung lượng tăng mạnh như tăng dung lượng Internet hiện nay và trong những năm tới thì cấu trúc mạng dựa trên việc truyền tải tín hiệu điện dần dần không đáp ứng được

và phải chuyển sang công nghệ truyền dẫn toàn quang

Đồng thời chính những thay đổi về phát triển dịch vụ dẫn đến hàng loạt

mạng truyền tải và mạng riêng Các chức năng và loại công nghệ của các nhà kinh doanh mạng truyền tải sẽ được tạo nên Và trong tương lai cũng vậy,

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

chúng sẽ có được các chức năng như chuyển giao mạng, server máy chủ và nhà riêng…trong khi đó, các nhà kinh doanh mạng riêng sẽ là mô hình gốc cho các nhà kinh doanh mạng truyền tải mới Đồng thời các nhà khai thác mạng sẽ chuyển đổi từ các mạng riêng biệt thành các mạng hỗ trợ nhiều loại dịch vụ là mạng gói

Công nghệ viễn thông, thông tin và ngành công nghiệp giải trí đang hợp nhất dưới dạng công nghiệp viễn thông - thông tin Từ trước, mạng viễn thông

và mạng dữ liệu phát triển độc lập nhau tương ứng với các đặc tính về lưu

quá trình tất yếu

Chuyển mạch gói sẽ dần thay thế chuyển mạch kênh Do mạng thoại công cộng hiện nay không được thiết kế cho lưu lượng dữ liệu, chuyển mạch kênh và các kênh chiếm 64 kbps mỗi cuộc gọi, hầu hết các cuộc gọi có thời gian ngắn trong khi đặc tính lưu lượng dữ liệu thì ngược lại Thời gian chiếm kênh lâu hơn, lưu lượng lớn hơn, như vậy việc truyền dữ liệu qua mạng thoại

là không hiệu quả Nhu cầu lưu lượng dữ liệu ngày càng chiếm tỉ lệ khá lớn

truyền dữ liệu đặc biệt là lưu lượng IP hiệu quả hơn Chuyển mạch gói không yêu cầu thiết lập một đường dẫn riêng giữa hai điểm liên kết Vì thế, xu hướng trên thế giới hiện nay đang chuyển sang mạng chuyển mạch gói và dần dần chuyển sang chuyển mạch gói hoàn toàn

Các loại dữ liệu thoại và hình sẽ được gói hoá Trong các mạng chuyển mạch gói, mạng IP có giá thành hiệu quả hơn Mạng IP vượt qua các giới hạn của mạng truyền thống giữa thoại - dữ liệu và giữa mạng truyền tải - mạng riêng Mạng chuyển mạch IP thuần tuý trợ giúp các nhà khai thác có băng tần theo yêu cầu, việc mà chuyển mạch kênh không thể đáp ứng được Bằng cách

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

giảm các lớp, không sử dụng ATM hoặc SDH giá thành đầu tư về căn bản sẽ giảm xuống

1.2 Sự phát triển của mạng quang sử dụng công nghệ WDM

Thế hệ mạng quang WDM (Wavelength Division Multiplexing – ghép bước sóng quang) đầu tiên chỉ cung cấp các liên kết vật lý point- to- point và chỉ hạn chế trong các mạng đường trục WAN Các liên kết mạng WAN WDM hoặc chỉ là cấu hình tĩnh hoặc là cấu hình nhân công Bản thân các kết nối WDM chỉ cung cấp kết nối đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end) tốc độ tương đối thấp Những vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ ban đầu gồm thiết kế

truy cập môi trường truyền dẫn và định tuyến bước sóng tĩnh WADM

có thể được sử dụng trong các mạng MAN Để liên kết các Ring WADM các

bộ đấu chéo DXC (Digital Cross Connnect) được sử dụng để cung cấp các kết nối băng hẹp và băng rộng Thông thường các hệ thống này được dùng để quản lý các đường trung kế chuyển mạch thoại và các liên kết E1/T1

WDM thế hệ thứ hai có khả năng thiết lập liên kết các kênh quang to-end định hướng trong lớp quang nhờ việc đưa ra các bộ WSXC

kênh quang tạo nên một Topo ảo bên trên Topo sợi vật lý Topo ảo có thể được cấu hình lại một cách động để đáp ứng lại những thay đổi lưu lượng, lập lại kế hoạch mạng Các vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ thứ hai bao gồm: đưa các thiết bị tách/ ghép và đấu chéo bước sóng, khả năng chuyển đổi bước sóng tại các bộ đấu chéo, định tuyến động và phân bố bước sóng Cũng trong thế hệ thứ hai này, kiến trúc mạng cũng nhận được sự quan tâm đặc biệt là về giao diện để kết nối với các mạng khác Cả hai mạng thế hệ thứ nhất và thứ

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

hai đều đang được ứng dụng trong các mạng truyền dẫn và mang lại hiệu quả

rõ rệt

Thế hệ thứ ba của mạng WDM đưa ra một mạng chuyển mạch gói quang trong đó các tiêu đề hoặc các nhãn quang được gắn kèm với dữ liệu, được truyền đi cùng với trường tin và được xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM Dựa trên tỉ lệ của thời gian xử lý tiêu đề gói tin và chi phí truyền dẫn gói tin, mạng WDM chuyển mạch gói có thể được thực thi hiệu quả sử dụng chuyển mạch nhãn hoặc chuyển mạch bùng nổ (burst) Chuyển mạch gói quang thuần tuý trong các mạng toàn quang hiện vẫn còn đang được nghiên

Khả năng tương thích giữa các mạng WDM và các mạng IP trở thành vấn đề chính cần quan tâm trong các mạng WDM thế hệ thứ ba Những vấn

đề khác: Định tuyến tích hợp và phân bổ bước sóng dựa trên giao thức MPLS/GPMLS (Multiprotocol Label Switching/Generalised Multiprotocol

giao thức tổng quát), quản lý băng thông, tái cấu hình, phục hồi đường đi và chất luợng dịch vụ đang được nghiên cứu Sự phát triển của mạng WDM được mô tả trong hình 1.1

Chuyển mạch kênh quang được sử dụng cho lưu lượng tập trung kích thước cỡ lớn (như các đường trung kế), vì vậy khi các kênh được thiết lập Topo đã được hình thành thường không thay đổi Điều này mang lại hiệu quả

về chi phí cho mạng đường dài ít các điểm tách/ ghép lưu lượng và yêu cầu các dịch vụ truyền tải vật lý Chuyển mạch gói quang sử dụng cho các gói dữ

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

liệu kích thước nhỏ Nó hiệu quả khi chia sẻ tài nguyên không cố định bằng cách đưa vào sử dụng hệ thống điều khiển phức tạp

Các kênh tĩnh tới động Mức lưu lượng lớn WADM

Các đường ảo lưu giữ và chuyển tiếp

WSXC (OXC)

Hình 1.1: Sự phát triển của mạng WDM

Sự thoả hiệp giữa chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói quang là chuyển mạch bùng nổ (burst) Nó chuyển mạch các lưu lượng bùng nổ trên một mạng hướng gói tin Chuyển mạch gói cung cấp các đường đi cắt- xuyên

giảm độ trễ mạng bởi nó tránh được các chức năng lớp 3 của Node trung gian Một mạng chuyển mạch gói sử dụng chế độ lưu giữ và chuyển đi (store-and-forward) trong đó mỗi Node duy trì một bảng định tuyến và bảng chuyển tiếp Khi một gói tin đến tại một Node, bằng cách so sánh tiêu đề gói tin với bảng chuyến tiếp nội bộ gói tin được chuyển đi đến chặng tiếp theo dựa trên đường

đi định tuyến

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

1.3.1 Giới thiệu

Truyền tải IP trên mạng quang được xem là yếu tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN (Next Generation Network) Chính vì vậy cho đến nay việc nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang được rất nhiều đối tượng quan tâm, từ các nhà khai thác, chế tạo thiết bị cũng như các

Qua nghiên cứu cho thấy hai xu hướng thực thi: (1) Khai thác lợi điểm của các công nghệ hiện có trên mạng (ATM, SDH, WDM…) sắp xếp và bổ xung thêm các tính năng phù hợp cho các lớp để thích ứng với lưu lượng IP

có khích thước gói thay đổi (2) Nghiên cứu các giao thức mới phù hợp với đặc tính lưu lượng IP Hình 1.2 mô tả việc gắn các giải pháp trên vào mô hình

SDH Ethernet

WDM

SDH IP

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

MAPOS/LAPS, RSP, POS, SDL…được phát triển trong lớp mạng này thực hiện bao gói IP trong các định dạng khung cho truyền dẫn trên các bước sóng quang

Lớp 1- giao diện vật lý, sẽ là các tế bào ATM (theo giao diện STM-1 hoặc STM-4), khung truyền dẫn SDH, Ethernet, DTM… Các bước sóng

mạng truyền tải

Hoạt động của khung SDH có thể ứng dụng các thiết bị độc lập hoặc được tích hợp trong thiết bị khác và có chung phần điều khiển với các công nghệ khác Do đó người ta phân tích thành 2 giải pháp sử dụng khung SDH trong thiết bị độc lập và thiết bị tích hợp (SDH khung) phù hợp theo hai mô hình xếp chồng và đồng cấp đang được ứng dụng trong mạng hiện nay

1.3.2 IP/ATM/SDH cho truy ền dẫn WDM

Truyền tải IP qua ATM được thực hiện dưới nhiều giao thức như IP/ATM cổ điển, đa giao thức qua ATM Ở đây, chỉ tập trung chủ yếu vào giao thức cổ điển đã được chuẩn hoá và hoàn thiện Để truyền tải trên các tuyến WDM, phần lớn các định dạng truyền dẫn chuẩn hiện nay sử dụng

LLC/

SNAP

Điều khiển Logic Thêm 8 byte tiêu đề cho gói IP để tạo nên

“PDU” ATM (khối số liệu giao thức) ATM dài tới 65535 byte

và 4 byte CRC) cộng thêm 0 đến 47 byte trường nhồi để tạo

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

nên một PDU AAL5 (đúng với tải ATM 48 byte)

tiêu đề cho mỗi tải đó để tạo nên các tế bào ATM 53 byte

SDH (81 byte gồm các con trỏ AU) và phần tiêu đề luồng 9 byte VC4 vào 2340 byte tải VC4 SDH tạo thành khung STM1

B ảng 1.1: Ngăn giao thức tích hợp IP/ATM/SDH

Kiến trúc mạng khả thi khi sử dụng IP/ATM/SDH trên WDM

Hình 1.3 mô tả một vòng ring OADM (Optical Add/Drop Multiplexer-

Bộ ghép kênh xen/rẽ quang) Theo ví dụ này, các gói IP được phân tách trong các tế bào ATM và được gán các VC (Virtual Connection) khác nhau qua

hoặc trực tiếp tới bộ thích ứng WDM để truyền tải trên lớp mạng quang

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

ảo cố định PVC (Permanent Virtual Channel) qua hệ thống quản lý ATM hoặc thiết lập kênh chuyển mạch ảo SVC ( Switched Virtual Channel), tất cả nằm trong luồng ảo VP (Virtual Path) Cũng có thể sử dụng phương pháp

trong một khoảng thời gian ngắn Điều này có thể giúp đảm bảo băng tần tuỳ

ý và cố định từ 1 Mbit/s đến vài trăm Mbit/s cho các khách hàng khác nhau Ngoài ra, các kênh ảo cố định PVC có thể cho phép các bộ định tuyến IP được kết nối trong dạng Mesh (mạng lưới) logic một cách dễ dàng, vì thế giảm thiểu được trễ giữa các bộ định tuyến trung gian Một lợi ích khác từ

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

việc sử dụng giao thức ATM là khả năng thực hiện các hợp đồng lưu lượng khác nhau với nhiều mức chất lượng dịch vụ tuỳ theo yêu cầu ứng dụng

STM16/ATM Interface

Hình 1.3: Ví dụ IP/ATM/SDH cho truyền tải qua mạng WDM

Đối với lưu lượng IP (thực chất là phi kết nối), mạng ATM sẽ chủ yếu

sử dụng hợp đồng lưu lượng UBR (Unspecified Bit Rate) Nếu các ứng dụng

IP yêu cầu mức QoS riêng, đặc biệt với các ứng dụng thời gian thực, có thể sử dụng năng lực truyền dẫn ATM (ATM Transfer Capability) khác như CBR

với các ứng dụng thời gian thực Tuy nhiên, khi sắp xếp các gói IP có độ dài biến thiên vào các tế bào ATM có độ dài cố định buộc phải thêm phần tiêu đề (do một gói IP có thể cần đến nhiều tế bào ATM) và đôi khi đây được gọi là

trống trong các tế bào có thêm phần tiêu đề Một giải pháp để ngăn chặn yêu cầu trên là đặt các gói trực tiếp liền kề nhau, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng rủi ro mất hai gói liền kề nhau khi tế bào bị mất

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

1.3.3 IP/ATM trực tiếp trên WDM

Một giải pháp khác là truyền tải trực tiếp tế bào ATM bao gói IP trên kênh WDM Phương pháp này giống phương pháp trên theo quan điểm kiến trúc Sự khác biệt ở đây là các tế bào ATM không được đóng gói trong các

dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật lý

Tế bào tạo trên lớp vật lý là một kỹ thuật tương đối mới đối với truyền tải ATM Tế bào dựa trên cơ chế vật lý đã được phát triển riêng cho giao thức ATM, kỹ thuật này không hỗ trợ cho bất kỳ giao thức nào ngoài những giao thức thiết kế cho ATM

Một số ưu điểm của việc sử dụng tế bào trên giao diện thay cho SDH là:

bào được gửi trực tiếp trên môi trường vật lý sau khi trộn

• Tiêu đề lớp vật lý ít hơn (khoảng 16 lần so với SDH)

ngặt với mạng

bào) cũng lớn tương tự như đối với truyền tải SDH, công nghệ này không được các nhà công nghiệp phát triển rộng rãi và kỹ thuật truyền dẫn này chỉ

có thể mang riêng các tế bào ATM

1.3.4 IP/SDH truyền dẫn trên mạng quang WDM

Nhu cầu truyền tải các loại dịch vụ như IP qua mạng SONET/SDH đã xuất hiện từ rất lâu Tuy nhiên chỉ đến khi lưu lượng số liệu bùng nổ trong những năm đầu thập kỷ 90 người ta mới thực hiện nghiên cứu các giao thức nhằm sắp xếp lưu lượng số liệu vào trong các tải đồng bộ SONET/SDH Từ

đó cho đến nay đã có nhiều giao thức thực thi được công bố và chuẩn hoá

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

trong các tổ chức tiêu chuẩn như ANSI, ITU-T Một số giao thức đó là POS (Packet over SONET/SDH), MAPOS (Multiple Access Protocol Over SONET/SDH), LAPS (Link Access Procedure SDH) …

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

Mạng truyền tải gói IP được đóng trong khung SDH truyền trên môi

tạo nên khung bao gói IP đơn giản để truyền dẫn trên WDM bằng bộ Transponder (thích ứng bước sóng), hay cũng có thể truyền tải IP trong khung SDH qua mạng truyền tải SDH cùng với các tải khác sau đó mới sử dụng các tuyến WDM

Hình 1.4: Ví dụ về mạng IP/SDH/WDM

lại sự cố đứt cáp nhờ chức năng chuyển mạch tự động APS (Automatic

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

quang dựa trên WDM

PPP/HDLC (Point to Point Protocol / Highlevel Data Link Control) PPP là một phương pháp chuẩn để đóng gói các gói IP và các kiểu gói khác cho truyền dẫn qua nhiều môi trường từ điện thoại tương tự đến SDH và cũng bao gồm chức năng thiết lập và giải phóng các tuyến (LCP) HDLC là phiên bản chuẩn hoá của SDLC (Synchronous Data Link Control) theo ISO, giao thức

kiểm tra CRC (Cyclic Redundancy Check) để kiểm tra lỗi Sau đó tín hiệu quang phải phù hợp với truyền dẫn qua môi trường sợi quang trong phần tử mạng SDH hoặc bộ Transponder WDM Bảng 2.2 mô tả các giao thức của

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

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

byte gồm cả con trỏ AU), 9 byte VC4 và 2340 byte tải VC4 SDH

Bảng 1.2: Các giao thức sử dụng cho IP/SDH

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Ngoài ra còn một số kiểu giao diện IP/SDH khác:

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

Giao diện kênh hoá, ở đây đầu ra quang STM-16 có thể chứa 16 VC4 riêng rẽ với dịch vụ phân biệt cho từng VC4 VC4 khác nhau cũng có thể được định tuyến qua mạng SDH tới các bộ định tuyến đích khác nhau

1.3.5 IP/ Gigabit Ethernet cho WDM

Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong số những ứng dụng mạng LAN Chuẩn Gigabit Ethernet có thể sử dụng để mở rộng dung lượng của mạng LAN tiến tới MAN và thậm chí là cả đến WAN nhờ các Card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP Những Card này có giá thành rẻ hơn 5 lần so với Card đường truyền cùng dung lượng sử dụng công nghệ SDH Nhờ đó, Gigabit Ethernet trở nên hấp dẫn trong môi trường Metro để truyền tải lưu lượng IP qua các mạch vòng WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự ly dài

Các Card đường truyền Gigabit Ethernet hoặc chuyển mạch Ethernet lớp 2 nhanh được sử dụng cho các bộ định tuyến IP trong mạng

Mạng Ethernet tốc độ bit thấp sử dụng kiểu truyền hoàn toàn song công,

ở đây băng tần truyền dẫn hiệu dụng được chia sẻ giữa tất cả người sử dụng

và giữa hai hướng truyền dẫn Để kiểm soát sự truy nhập vào băng tần chia sẻ

có thể sử dụng công nghệ CSMA-CD Điều này sẽ làm giới hạn kích thước vật lý của mạng vì thời gian chuyển tiếp không được vượt quá “khe thời gian”

có độ dài khung nhỏ nhất Nếu tốc độ bit là 1Gb/s mà sử dụng độ dài khung nhỏ nhất 512 bit thì mạng Ethernet chỉ đạt chừng 10m vì thế độ dài khung tối thiểu trong trường hợp này được định nghĩa bằng 4096 bit cho mạng Gigabit

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Ethernet Điều này hiện làm giới hạn kích thước trong phạm vi 100m Tuy nhiên, kiểu hoàn toàn song công vẫn hấp dẫn trong môi trường Gigabit Ethernet Khi Gigabit Ethernet sử dụng kiểu song công nó trở thành một phương pháp tạo khung và bao gói đơn giản và tính năng CSMA-CD không còn được sử dụng Chuyển mạch Ethernet cũng được sử dụng để mở rộng Topo mạng thay thế cho các tuyến điểm - điểm

GbE

IP Router

IP Router GbE

Gigabit Ethernet Interface

IP Router

Gigabit Ethernet Interface

Hình 1.5 : Truyền tải IP trên vòng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet cung cấp một số CoS (Class of Service) bằng cách gắn thêm thẻ cho các gói cùng chỉ thị ưu tiên hoặc cấp độ dịch vụ mong muốn cho gói Những thẻ này cho phép tạo những ứng dụng liên quan đến khả năng ưu tiên của gói cho các phần tử trong mạng

1.4 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MLPS)

Hiện nay có rất nhiều giải pháp khác nhau hướng đến việc xử lý định tuyến ở lớp 2, nghĩa là thực hiện “định tuyến chuyển mạch” thay vì “định tuyến” trong mạng IP MPLS (Multiprotocol Label Switching- Chuyển mạch

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

nhãn đa giao thức) là một lỗ lực của IETF để tạo ra một giải pháp chuẩn hoá cho vấn đề này “Nhãn” ở đây là một số được gán tại bộ định tuyến IP ở bên của miền MPLS hoặc chuyển mạch nhãn xác định tuyến quang qua mạng để các gói được định tuyến một cách nhanh chóng không cần phải tìm kiếm địa chỉ đích trong gói IP Nhãn này có thể gắn thêm vào gói IP hoặc ghi trong khung gói khi tồn tại trường phù hợp MPLS không giới hạn ở bất kỳ tuyến nào và có thể sử dụng chức năng phát chuyển từ các thiết bị ATM hoặc chuyển tiếp khung

1.4.1 Liên mạng MPLS

Trong MPLS các gói IP được phân thành các lớp phát chuyển tương ứng FEC (Forwarding Equivalence Classes) ở lối vào miền MPLS FEC là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng tuyến và được xử lý theo cùng một cách Việc gắn này có thể dựa trên địa chỉ Host hoặc “phù hợp nhất” tiền tố địa chỉ đích của gói IP Nhờ FEC mà các gói IP được gắn và mã hoá với nhãn có độ dài cố định và ngắn Tại các nút mạng MPLS các gói được đánh nhãn phát chuyển theo mô hình trao đổi nhãn Điều này có nghĩa là nhãn kết hợp với các gói IP được kiểm tra tại mỗi bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và được sử dụng như là một chỉ số trong cơ sở thông tin nhãn (LIB) Nhãn được gắn tại lối vào phát chuyển nhãn đến chặng kế tiếp để xác định điểm gói phát chuyển tới Đến chặng mới nhãn cũ được thay thế bằng nhãn mới và gói được chuyển phát đến chặng tiếp theo Do đó khi gói IP nằm trong miền MPLS thì phần tiêu đề mạng không phải là đối tượng cần phân tích kỹ trong các chặng MPLS tiếp theo

Hình 1.6 mô tả ba kiểu nút được sử dụng trong mạng lõi MPLS: (1)

đổi và phát chuyển nhãn, (3) Nút lối ra thực hiện gỡ bỏ nhãn

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số bước cơ bản sau đây:

- LSR (Label Switch Router) biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn

FEC sẽ tương ứng với mạng con đích và việc phân loại gói sẽ đơn giản là việc

so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống

đổi nhãn nội vùng trong gói đến với nhãn ngoài vùng tương ứng cùng với vùng FEC (trong trường hợp này là mạng con IP)

bỏ nhãn và thực hiện việc chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống

Hình 1.6: Ba ki ểu nút được sử dụng trong mạng lõi MPLS

Nhằm thiết lập và duy trì tuyến ứng với thông tin thu thập từ giao thức định tuyến, các LSR dọc theo tuyến này cần phải gán và phân bổ nhãn cho

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

những nút lân cận Kèm theo đó là một tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được tạo ra giữa lối vào và lối ra trong miền MPLS bằng cách liên kết một hoặc nhiều bộ định tuyến chuyển mạch nhãn cho phép phát chuyển gói bằng cách trao đổi nhãn Sự phân bổ nhãn cho phép LSR thông tin tới LSR khác của một liên kết FEC/ nhãn đã được thiết lập Với liên kết này thì LIB trong các LSR được sử dụng trong quá trình trao đổi nhãn nhằm duy trì cho số liệu Sự phân

bổ các liên kết FEC/ nhãn trong một số các LSR tham gia nhằm thiết lập LSP nhờ giao thức phân phối nhãn (Label Distribution Protocol)

1.4.2 Ảnh hưởng của MPLS lên các kỹ thuật duy trì mạng

MPLS là một công nghệ tương đối mới nhưng đã chiếm được lòng tin của nhiều người sử dụng nhờ sự tích hợp mô hình phát chuyển trao đổi nhãn với định tuyến lớp mạng Những lỗ lực ban đầu của MPLS tập trung vào IPv4

để hỗ trợ các giao thức định tuyến IP và tìm đường kết nối trong mạng MPLS cũng cung cấp khả năng thiết kế lưu lượng, chuyển luồng lưu lượng từ các tuyến ngắn nhất được xác định theo thuật toán của giao thức định tuyến đến tuyến có tiềm ẩn nghẽn thấp nhất trong mạng

Các gói IP đi vào trong mạng MPLS được gắn vào FEC xác định ở bộ định tuyến chuyển mạch nhãn lối vào (LSR) như trong hình 1.7 FEC là một nhóm gói lớp 3 có cùng cách xử lý phát chuyển (ví dụ như đích, QoS) LSR lối vào sẽ gán một nhãn cho gói dựa trên FEC mà nó yêu cầu và phát chuyển tới nút kế tiếp trong luồng chuyển mạch nhãn (LSP) LSP có tính năng hoàn

mạng để toàn bộ các gói thuộc về một FEC nào đó được chuyển qua mạng

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

theo cách phát chuyển của IP truyền thống

Một LSR cũng có khả năng thực hiện sát nhập nhãn Điều này liên quan đến trường hợp nhiều phân đoạn LSP hướng tới LSR cùng đích được sát nhập

5

1

Out In 7

5

Out In

Hoán đổi nhãn

Hoán đổi nhãn

Gỡ bỏ nhãn

Hình 1.7: Ho ạt động MPLS, tráo đổi và phát chuyển nhãn trong mạng lõi

MPLS trong vai trò công nghệ đường trục phải cung cấp dịch vụ thích

1.4.3 Ưu nhược điểm của việc sử dụng MPLS

mà chỉ cần thực hiện trong LIB nhỏ hơn

Chương 1 Xu thế phát triển IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

- Dịch vụ phân biệt: các tuyến hoặc FEC có thể được gán cho CoS khác nhau Sử dụng nhãn kết hợp với các tham số CoS cho phép dễ dạng nhận diện dòng lưu lượng như vậy

- Mạng riêng ảo MPLS VPN: có thể được thiết lập bằng cách tương đối đơn giản

Bên cạnh một số những ưu điểm trên cũng còn tồn tại một số nhược điểm:

rất khó hiện thực các luồng nhỏ Chú ý có thể gán nhãn cho mỗi luồng nhưng

sẽ không thể mở rộng trong mạng lõi do số lượng luồng là rất lớn

gán cho mỗi tuyến Đây lại trở thành điểm yếu của MPLS khi tuyến không sử dụng thì coi như lãng phí nhãn

1.5 Kết luận

Để truyền tải IP trên các mạng quang cần phải thực hiện các chức năng mỗi lớp tương ứng với mô hình OSI Các gói IP lớp 3 sẽ được bao trong các

đã được làm chủ như ATM, SDH và Ethernet đảm nhiệm chức năng lớp 2 và lớp 3

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Chương 2 Truy ền tải lưu lượng IP over WDM

Kỹ thuật mạng WDM có thể được chia làm 2 loại: WDM có thể cấu hình lại (reconfigurable WDM) và WDM chuyển mạch (switched WDM) Loại đầu được sử dụng trong mạng WDM chuyển mạch kênh, trong đó một liên kết mạng quang (lightpath topology) được tạo bởi các kênh đã được thiết lập sẵn và có khả năng cấu hình lại để đáp ứng lại những thay đổi của lưu lượng và quy hoạch mạng Loại thứ hai được sử dụng trong mạng WDM chuyển mạch gói trong đó những tiêu đề hoặc nhãn quang được đính kèm với

dữ liệu, được chuyển đi cùng với trường tin và được xử lý tại mỗi nút chuyển mạch Dựa trên tỷ lệ thời gian xử lý tiêu đề gói tin trên chi phí truyền dẫn gói tin, WDM chuyển mạch có thể được triển khai sử dụng chuyển mạch Burst, chuyển mạch nhãn hoặc chuyển mạch gói

Kỹ thuật WDM có thể cấu hình lại là một trong những kỹ thuật triển vọng nhất dùng trong các mạng truyền dẫn đường trục Nó chủ yếu giải quyết vấn đề liên quan tới lưu lượng tổng hợp có độ mịn (granularity) cao, lưu lượng này ít có khả năng đột biến (bursty) như mạng truy cập

WDM chuyển mạch sẽ vẫn tiếp tục phát triển để sử dụng cho mạng nội

đô (Metro) và mạng truy cập Mục đích của WDM chuyển mạch là chuyển mạch lưu lượng granularity nhỏ và trung bình, chúng đòi hỏi kiến trúc mạng linh hoạt và cần những tính năng điều khiển mạng toàn diện và có quy mô thay đổi được WDM chuyển mạch có thể hỗ trợ chuyển mạch gói, chuyển mạch nhãn và Burst switching Chuyển mạch nhãn tương tự như Burst

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

switching nhưng tuân theo phương pháp MPLS tức là sử dụng nhãn cục bộ và chuyển tiếp lưu lượng thông qua các LSP (Label Switch Path) Chuyển mạch gói quang xử lý các gói tin quang có kích thước nhỏ

2.1.1 Optical burst switching

Trong chuyển mạch burst quang, tiêu đề gói tin điều khiển được gửi đi theo kênh điều khiển trước khi gói dữ liệu quang được gửi đi Phương pháp này như sau: Tiêu đề điều khiển sẽ đến các Node chuyển mạch trung gian trước, cho phép mỗi chuyển mạch thực hiện các tính toán chuyển mạch và tiến hành cài đặt kết nối chéo chuyển mạch đúng thời điểm trước khi gói dữ liệu hiện tại đến Theo cách này gói tin dữ liệu quang có thể được gắn vào đường đi của nó qua mạng từ đầu vào đến đầu ra Độ trễ giữa tiêu đề điều khiển và gói dữ liệu tăng khi số lượng các chặng và trễ xử lý tại các chuyển mạch trung gian tăng Hình 2.1 mô tả hoạt động của một Node WDM chuyển mạch burst

Optical burst switching sử dụng một đường dành trước, tương ứng với điều đó một nguồn gửi yêu cầu thiết lập và sau đó gửi thông tin bùng nổ mà không cần đợi xác nhận thiết lập Sở dĩ như vậy vì thời gian truyền dẫn burst

có thể là rất ngắn Có ba phương pháp giải phóng độ rộng băng tần trong chuyển mạch burst:

• Tell - and - Go (TAG)

Duration)

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Bước sóng điều khiển

Thời gian lêch

Các đột biến dữ liệu

Cơ cấu chuyển mạch

Các gói điều khiển

O/E/O

Xử lý gói điều khiển (Thiết lập/

dành sẵn băng thông)

Các bước sóng dữ liệu

Hình 2.1: Optical burst switching

TAG đòi hỏi cần một bước sóng giải phóng liên kết riêng, do đó nó tương đối giống với chuyển mạch kênh ngoại trừ việc nó xử lý lưu lượng có

độ mịn nhỏ hơn và yêu cầu kết nối linh hoạt hơn Trong RFD yêu cầu thiết lập kết nối phải chỉ rõ khoảng thời gian kết nối Điều này có thể thực hiện được

về mặt độ dài burst (ví dụ như bytes) hoặc về mặt thời gian di chuyển burst, ví

dụ là milisecond IBT mang theo một tiêu đề và một đuôi (trailer) trong bản thân burst

2.1.2 Chuyển mạch gói quang

Trong chuyển mạch gói quang, tiêu đề điều khiển gói tin, cũng có thể xem như là nhãn, thường được gửi đi cùng với gói dữ liệu trên cùng một đường đi Để có thời gian cần thiết cho việc tính toán quyết định chuyển mạch

và cài đặt thiết lập đấu chéo, gói tin dữ liệu luôn luôn được dẫn qua một đường trễ quang cục bộ lúc đến chuyển mạch trung gian Giá trị độ trễ được

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

lựa chọn do đó khi gói tin dữ liệu xuất hiện từ đường dây trễ quang, thiết lập đấu chéo mong muốn đã được cài đặt Giá trị trễ này là cục bộ và không đổi tại mỗi Node chuyển mạch trung gian không phụ thuộc vào đường đi cụ thể của các gói tin Hình 2.2 mô tả hoạt động của một hệ thống chuyển mạch gói quang

Các gói tin trong mạng quang có thể có độ dài cố định hoặc thay đổi Một gói tin có độ dài cố định ví dụ như một tế bào ATM hay một gói tin có

độ dài thay đổi tương tự như một gói tin IP Gói tin có độ dài thay đổi đưa vào mạng ít thông tin điều khiển hơn do vậy đạt hiệu suất cao hơn Tuy nhiên kích thước gói tin trong gói tin có độ dài thay đổi không thể lớn hơn kích thước của đường dây trễ quang Bởi vậy các gói tin có kích thước lớn cần phải chia nhỏ ra để truyền dẫn Việc lựa chọn độ dài của gói tin phụ thuộc vào ứng dụng và lưu lượng

Tải tin

Chuyển đổi O/E

Cơ cấu chuyển mạch

Chuyển đổi E/O

Tiêu đề gói

Đồng bộ hoá

Tiêu đề gói mới

Hình 2 2: Chuyển mạch gói quang

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Có hai cơ chế chuyển tiếp trong chuyển mạch gói quang là: Gói dữ liệu

thể được vận chuyển trong băng hay ngoài băng, được xem xét tại mỗi Node trung tâm và không có khoảng thời gian trống nào vì phần trường tin và phần tiêu đề truyền đi cùng nhau, cơ chế này dùng trong IP Trong cơ chế chuyển tiếp kênh ảo, các kênh ảo được thiết lập trước khi các gói tin gửi đi qua chúng Kênh này là “ảo” vì nó không dành trước bất cứ băng thông nào Kênh

ảo có cổng đi vào trong bảng chuyển mạch Cổng vào này kết hợp một số định dạng kênh ảo đầu vào với một cổng đầu ra Theo cách như vậy nó tách biệt phần định tuyến khỏi phần chuyển tiếp

2.1.3 Ba kiến trúc mạng IP over WDM

2.1.3.1 IP Over point - to- point WDM

WDM được dùng để truyền dẫn lưu lượng IP Bản thân các thiết bị WDM như OADM không thể tự chúng tạo nên một mạng mà thay vào đó chúng cung cấp một liên kết lớp vật lý giữa các bộ định tuyến IP SONET/SDH có thể được sử dụng để truyền dẫn các khung trên các kênh WDM Các gói IP có thể được đóng gói thành các khung (frame) SONET/SDH sử dụng cơ chế

bị IP Router và WDM có các sản phẩm hỗ trợ IP over point - to - point WDM Các hệ thống point - to - point WDM hiện đã được triển khai rộng rãi trong

các mạng đường dài

Một kiến trúc IP over point - to - point WDM đòi hỏi các bộ định tuyến

đa bước sóng Hình 2.3 mô tả một kiến trúc IP over point - to - point WDM Topo mạng trong kiến trúc IP over point - to - point WDM là cố định, tất cả

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

cấu hình mạng là tĩnh Các hệ thống quản lý cho những mạng như thế này thường là tập trung với tương tác tối thiểu giữa lớp IP và lớp WDM

Các bước song

Các tấm đường dây

Mux/Demux

Liên kết cáp vật lý

Giao diện truy nhập

kiến trúc này các kết nối chéo WDM và các giao diện tách/ ghép tự bản thân chúng được kết nối vào một mạng WDM bằng các sợi quang kết nối đa bước sóng Do đó bản thân mạng WDM có một Topo vật lý và một Topo lightpath Topo vật lý WDM bao gồm các phần tử mạng (NE) liên kết với nhau bởi các sợi quang; Topo lightpath WDM được tạo nên bởi các kênh bước sóng WDM

có thể tái cấu hình là một kiểu chuyển mạch kênh do đó việc thiết lập và giải phóng kênh bước sóng được thực hiện trong các pha riêng biệt Cần phải chú

ý là việc chuyển mạch lưu lượng IP và chuyển mạch bước sóng không bao giờ hoạt động trên cùng một lớp trong mô hình này

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

Các lightpath trong mạng WDM được thiết kế để thích hợp với Topo

IP Bằng các cấu hình thích hợp cho các đấu chéo WDM, một giao diện của một Router cho trước có thể được kết nối tới bất cứ giao diện nào của một Router khác Kết quả là bộ định tuyến gần kề của một giao diện cho trước có thể được cấu hình lại trong kiến trúc này

Trong kiến trúc IP over switched WDM, hệ thống WDM hỗ trợ trực tiếp

khả năng chuyển mạch đến từng packet (per - packet), không giống như các

hệ thống trước chỉ cung cấp những lightpath từ hướng vào đến hướng ra, nó cho phép chia sẻ tính chất tốt hơn so với WDM có khả năng tái cấu hình Có rất nhiều phương pháp WDM chuyển mạch đã được đề xuất bao gồm:

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

OBS và OLS sử dụng một mô hình chuyển mạch fat - paket/ flow khác với định tuyến gói tin IP truyền thống OLS tương tự như MPLS nhưng nó không hỗ trợ việc chuyển tiếp gói tin IP truyền thống dựa trên địa chỉ đích Nói một cách khác OBS và OLS không hiểu được tiêu đề gói tin IP do đó không thể chuyển tiếp các gói tin IP

Các OPR (Optical Packet Router) được sử dụng trong mô hình IP over

switched WDM Vì các kỹ thuật xử lý logic quang và lưu đệm dữ liệu quang hiện vẫn chưa hoàn thiện nên các hệ thống WDM chuyển mạch thường không

sử dụng bộ đệm Hiện tại phần lớn hệ thống WDM chuyển mạch sử dụng đường trễ quang vì nó đỡ phức tạp hơn bộ đệm

Tương tự như vậy, các hệ thống WDM chuyển mạch dựa trên xử lý điện của tiêu đề gói tin để điều khiển hoạt động chuyển mạch Điều đó cho thấy các OPR chưa hoàn thiện như OBS và OLS Bên cạnh các bộ đệm quang còn có các yếu tố khác ảnh hưởng đến việc phổ biến OPR là tốc độ đường chuyển mạch, độ tin cậy và sự suy giảm chất lượng tín hiệu của trường chuyển mạch

biểu diễn là OLSR (Optical Label Switching Router) Sự khác nhau cơ bản giữa OBS và OLS là OBS sử dụng chuyển mạch fat - packet nhưng OLS sử dụng chuyển mạch luồng ứng dụng Như chúng ta thấy trên hình vẽ, OLSR thường được triển khai thành từng nhóm (cluster) Bên trong cluster này chỉ

có các OLSR biên yêu cầu việc thực thi toàn bộ chồng giao thức IP OLSR biên cũng cung cấp bộ đệm do vậy các gói IP có thể xếp trong hàng đợi tại phía biên trong trường hợp thiết lập LSP động

Các OLSR được liên kết với nhau bằng các sợi cáp quang hỗ trợ các kênh đa bước sóng OPR có thể được sử dụng chỉ làm các bộ định tuyến IP

Chương 2 Truyền tải lưu lượng IP over WDM Vũ Khoa ĐTVT 2004-2006

điện trừ các OPR có nhiều giao diện (có nhiều giao diện hơn bộ định tuyến IP thường)

IP Router

IP

Router

IP Router

IP Router

IP Router

IP Router

IP Router

IP Router

IP Router

OLSR

OPR

OPR

Bộ đinh tuyến chuyển mạch nhãn quang

Sợi một bước sóng

Sợi nhiều bước sóng Giao diện

khách hàng WDM

Bộ định tuyến gói quang

Hình 2.5: IP over switched WDM

Ba kiến trúc ở trên tương ứng có các phần cứng và phần mềm điều

khiển giám sát khác nhau Kiến trúc IP over point - to - point WDM sẽ dần được thay thế bởi kiến trúc IP over reconfigurable WDM vì kiến trúc này có

thể cung cấp nhiều tính năng hơn kiến trúc trước Ngoài ra nó còn có khả năng cung cấp độ hiệu dụng (utilisation), tài nguyên mạng cao hơn và chi phí vận hành thấp hơn so với kiến trúc thứ nhất Do vậy chúng ta sẽ tập trung vào

kiến trúc IP over reconfigurable WDM và IP over switched WDM

Trong phần trước chúng ta đã tìm hiểu các kiến trúc cho việc xây dựng các mạng IP over WDM thông qua việc kết nối các bộ định tuyến IP thông thường với các thiết bị WDM Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu cách