Giải pháp tối ưu hóa mạng đô thị với MPLS TE

Mạng MAN Ethernet Metropolitan Area Network Ethernet gọi tắt là Metro Ethernet là một mạng đô thị băng thông rộng sử dụng công nghệ Ethernet trên cơ sở tích hợp cấu trúc mạng thế hệ mới

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

-

Tô Hồng Đức

GIẢI PHÁP TỐI ƯU HOÁ MẠNG ĐÔ THỊ VỚI MPLS TE

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

TS Nguyễn Tuấn Dũng

Hà Nội – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Những kiến thức trình bày trong luận văn là do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và trình bày theo những kiến thức tổng hợp của cá nhân Kết quả nghiên cứu trong luận văn này chƣa từng đƣợc công bố tại bất kỳ công trình nào khác Trong quá trình làm luận văn, tôi có tham khảo các tài liệu có liên quan và đã ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và không sao chép của bất kỳ ai

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2016

Học viên

Tô Hồng Đức

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Nguyễn Tuấn Dũng đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo và có những nhận xét, góp ý quý báu giúp em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em cũng xin cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện để em được nghiên cứu, học tập trong môi trường thuận lợi nhất

Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2016

Tác giả luận văn

Tô Hồng Đức

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

cho thuê bao adsl

DSLAM Digital subscriber line access

multiplexer

Thiết bị cung cấp dịch vụ ADSL dùng cáp đồng

ETTx Ethernet to the X (X = everywhere) Bất kì thiết bị hay kết nối nào sử dụng

Ethernet

IEEE Institute of Electrical and Electronics

trong miền MPLS

hàng

TCP/IP Transmission Control Protocol

/Internet Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải và giao thức internet

VNPT Vietnam Post & Telecommunications Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát mạng Metro 12

Hình 1-2: Băng thông trong TDM 14

Bảng 1-3: So sánh chi phí giữa Ethernet và TDM 15

Hình 1-4: Kiến trúc Metro Ethernet 17

Hình 1-5: Sơ đồ mạng MAN-E hiện tại của HNT 19

Hình 1-6: Sơ đồ mạng MAN-E mở rộng 20

Hình 1-7: Router 7609-S 21

Hình 1-8: Kết nối tại Core Switch 22

Hình 1-9: Kết nối tại Access Switch 23

Hình 2-1: Truyền tại Ethernet qua SONET 24

Hình 2-2: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ nằm trên ADM 25

Hình 2-3: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ EOS nằm trên Switch 25

Hình 2-4: Móc nối ảo Virtual Concatenation 27

Hình 2-5: Vận chuyển Ethernet trên nền SONET dựa trên kĩ thuật VCAT 28

Hình 2-6: EOS bên trong các thiết bị truyền dẫn 30

Hình 2-7: Chức năng tập trung EOS bên trong thiết bị truyền dẫn 31

Hình 2-8: EOS với chuyển mạch tập trung 32

Hình 2-9: EOS với mạch phân tán 33

Hình 2-10: Trường hợp khác c ủa chuyển mạch phân tán 33

Hình 2-11: Triển khai công nghệ RPR 36

Hình 2-12: Vòng RPR 37

Hình 2-13: Chức năng MAC Datapath 38

Hình 2-14: Kiến trúc bộ đệm gói đơn 39

Hình 2-15: Kiến trúc bộ đệm gói kép 40

Hình 2-16: Đường đi của dữ liệu trước khi sợi quang bị đứt 42

Hình 2-17: Đường đi của dữ liệu sau khi Wrap 42

Hình 2-18: Đường đi của dữ liệu sau khi phát hiện ra topo mới 43

Hình 2-19: Ethernet MAC và VLAN 46

Hình 2-20: Giao diện trunk 47

Hình 2-21: Vị trí VLAN 48

Hình 2-22: Cấu hình Gigabit Ethernet Hub-and-Spoke 49

Hình 2-23: Cấu hình Gigabit Ethernet ring 50

Hình 3-1: Cấu trúc nhãn MPLS 53

Hình 3-2: Vị trí nhãn MPLS trong frame 54

Hình 3-3: Nguyên lí ho ạt động của MPLS 56

Hình 3-4: Pseudo wire được tạo ra giữa 2 router PE 58

Hình 3-5: Quá trình gắn nhãn cho frame khi đi qua miền MPLS 59

Hình 3-6: Giao thức báo hiệu targeted-LDP 60

Bảng 3-7: Các loại PW được ấn định bởi IANA 61

Hình 3-8: Định dạng và vị trí của từ điều khiển 64

Hình 4-1: Hoạt động c ủa giao thức phân phối nhãn RSVP 69

Hình 5-1: LSP khi không bị đứt kết nối 70

Hình 5-2: LSP khi đứt kết nối và có đường dự phòng 71

Hình 5-3: LSP được bảo vệ và không mất lưu lượng 71

Hình 5-4: Đường TE FRR chính 72

Hình 5-5: Đường TE FRR dự phòng 72

Hình 5-6: Sơ đồ mô tả các vòng ring c ủa mạng MAN Hà Nội 73

Hình 5-7: Sơ đồ mạng mô phỏng 74

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 6

LỜI MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐÔ THỊ 12

1.1 Giới thiệu 12

1.1.1 Khái niệm mạng Metro 12

1.1.2 Ethernet trong mạng Metro 13

1.1.3 Kiến trúc mạng Metro Ethernet 17

1.2 Giải pháp Metro Ethernet được áp dụng trong mạng Metro của Hà Nội 18

1.2.1 Kiến trúc tổng thể 18

1.2.2 Dòng sản phẩm sử dụng 20

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG METRO 24

2.1 Công nghệ SONET/SDH 24

2.1.1 Ethernet trên nền SONET/SDH 24

2.1.2 Vai trò của móc nối ảo – Virtual Concatenation 26

2.1.3 Điều chỉnh dung lượng liên kết – Link Capacity Adjusment Scheme 28

2.1.4 Các mô hình triển khai Ethernet trên nền SONET/SDH 29

2.1.5 Kết luận 34

2.2 Công nghệ RPR – Resilient Packet Ring 34

2.2.1 Khái niệm RPR 34

2.2.2 Các thuộc tính c ủa RPR 36

2.2.3 Kết luận 43

2.3 Công nghệ truyền tải Ethernet truyền thống 44

2.3.1 Phương thức họat động 44

2.3.2 Kết luận 51

2.4 So sánh giữa các công nghệ truyền tải 51

CHƯƠNG 3: ETHERNET TRÊN NỀN MPLS 53

3.1 Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 53

3.1.1 Khái niệm MPLS 53

3.1.2 Ưu điểm của MPLS 56

3.2 Ethernet trên nền MPLS 57

3.2.1 Kiến trúc EoMPLS 57

3.2.2 Mặt phẳng dữ liệu của EoMPLS 59

3.2.3 Báo hiệu Pseudo Wire 60

3.2.4 Từ điều khiển 63

3.2.5 Ưu điểm của EoMPLS 65

CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TE TRONG MPLS 67

4.1 Sự cần thiết của MPLS TE 67

4.2 Tổ ng quan về MPLS TE 67

4.3 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng 68

4.3.1 Phân loại 68

4.3.2 Bài toán nghẽn 68

4.4 Giao thức phân phối nhãn RSVP 68

4.5 Kỹ thuật tái định tuyến nhanh FRR 69

CHƯƠNG 5: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA MẠNG MAN HÀ NỘI VỚI MPLS TE 70

5.1 Ưu điểm của công nghệ MPLS TE+FRR 70

5.2 MPLS TE+FRR bảo vệ kết nối cho mạng MAN 71

5.3 Mô hình mô phỏng và kết quả 73

5.3.1 Giới thiệu về công cụ mô phỏ ng GNS 3 và thiết bị mô phỏng 73

5.3.2 Mục tiêu và kết quả cần đạt được sau bài mô phỏng: 75

5.3.3 Các bước tiến hành thử nghiệm và kết quả thu được 75

5.3.4 Tổng hợp kết quả và kết luận 80

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

tư phát triển để đáp ứng các yêu cầu đó

Mạng MAN Ethernet (Metropolitan Area Network Ethernet) gọi tắt là Metro Ethernet

là một mạng đô thị băng thông rộng sử dụng công nghệ Ethernet trên cơ sở tích hợp cấu trúc mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) có khả năng cung cấp một siêu xa lộ thông tin, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mang đến cho khác hàng các

mô hình dịch vụ kết nối tốc độ cao MAN/WAN với giao diện Ethernet (Ethernet UNI)

Metro Ethernet thực hiện chức năng thu gom lưu lượng của các thiết bị truy nhập mạng (MSAN/IP-DSLAM…), lưu lượng của các khách hàng kết nối trực tiếp vào mạng MAN để truyền tải trong nội tỉnh đồng thời kết nối lên mạng trục để truyền tải lưu lượng đi liên tỉnh hoặc quốc tế Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng đô thị đem lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ cũng như khách hàng nhờ những đặc điểm nổi bật như băng thông cao, chi phí rẻ, tính linh hoạt và dễ sử dụng

Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng c ủa con người ngày càng gia tăng, yêu cầu về chất lượng dịch vụ ngày càng cao như: băng thông lớn hơn, độ trễ thấp hơn, mạng tin cậy hơn cho các dịch vụ: VoIP, VoD, IPTV, truyền hình hội nghị, chia sẻ dữ liệu Chính các nhu cầu ngày càng gia tăng đó đòi hòi hệ thống mạng Metro phải liên tục thay đổi công nghệ để có thể đáp ứng được nhu cầu của con người một cách tốt nhất

Do vậy tôi làm luận văn với đề tài “Giải pháp tối ưu hóa mạng đô thị với MPLS

TE” với mục đích nhằm giới thiệu tổng quan mạng Metro và xu hướng phát triển trên

thế giới, các công nghệ, dịch vụ đã và đang được áp dụng trong hệ thống mạng, đề xuất giải pháp tối ưu hóa một cách phù hợpcho hệ thống mạng đô thị dựa trên mô hình mạng đô thị của Viễn Thông Hà Nội và giải pháp Metro của hãng Cisco

Nội dung chính của luận văn gồm có 05 chương:

Chương 1: Tổng quan về mạng đô thị - Giới thiệu tổng quan về mô hình, hạ tầng mạng đô thị

Chương 2: Công nghệ truyền dẫn trong mạng đô thị - Giới thiệu các công nghệ truyền dẫn được áp dụng trong mạng đô thị, so sánh, đánh giá ưu nhược điểm của các công nghệ này

Chương 3: Ethernet trên nền MPLS – Giới thiệu về công nghệ MPLS và các lợi ích của công nghệ này

Chương 4: Kĩ thuật lưu lượng TE trong MPLS – Giới thiệu về kĩ thuật Traffic Engineering trong MPLS và lợi ích của công nghệ này

Chương 5: Đề xuất giải pháp và mô hình mô phỏng

Trong quá trình thực hiện luận văn, cũng không thể tránh khỏi một số các thiếu xót và hạn chế về mặt nội dung, kiến thức Rất mong sẽ nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cô và của các anh chị em học viên để tôi có thể xây dựng một giải pháp hoàn

chỉnh hơn trong tương lai

Học viên

Tô Hồng Đức

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐÔ THỊ

1.1 Giới thiệu

1.1.1 Khái niệm mạng Metro

Mạng Metro hay mạng đô thị là một mô hình mạng đa dịch vụ cung cấp băng thông rộng, tốc độ cao với hạ tầng hợp nhất Mạng Metro thực hiện chức năng thu gom lưu lượng của các thiết bị truy nhập mạng (MSAN/IP-DSLAM…), lưu lượng của các khách hàng kết nối trực tiếp vào mạng MAN để truyền tải trong nội tỉnh đồng thời kết nối lên mạng trục để truyền tải lưu lượng đi liên tỉnh hoặc quốc tế Mô hình mạng Metro là một giải pháp NGN ở khu vực đô thị nhằm đáp ứng nhu cầu bùng nổ công nghệ thông tin hiện nay

Metro là một mạng mở rộng giúp kết nối người dùng và doanh nghiệp vào mạng WAN Các đối tượng được phục vụ trong mạng metro bao gồm: hộ gia đình, doanh nghiệp lớn (LE – large enterprises), doanh nghiệp nhỏ (SOHO – small office / home office), doanh nghiệp nhỏ-vừa (SMB – small and medium-sized businesses), các tòa nhà chung cư, tập thể ( MTU, MDU )…

Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát mạng Metro [9]

Mạng Metro ra đời không những giúp nhà cung cấp dịch vụ đem đến cho các khách hàng các mô hình dịch vụ đa dạng mà còn làm đơn gi ản hóa hạ tầng kiến trúc mạng của nhà cung cấp dịch vụ Trước kia để cung cấp các dịch vụ khác nhau, khách hàng phải mua các thiết bị đầu cuối phù hợp với chi phí khá đắt và cồng kềnh và phải chờ đợi một thời gian để có thể sử dụng dịch vụ yêu cầu Trong mạng Metro, vấn đề sử dụng thêm các thiết bị đầu cuối phù hợp là không cần thiết nhờ kiến trúc hợp nhất của

hạ tầng mạng, thêm vào đó thời gian cung cấp dịch vụ vô cùng nhanh chóng, nhà cung cấp dịch vụ chỉ việc cung c ấp thêm dịch vụ mới trên cơ sở kết nối sẵn có và áp dụng mức phí phù hợp

Có nhiều quan điểm khác nhau về việc sử dụng công nghệ phù hợp để phát triển mạng Metro Ở một số nước Bắc Mĩ như Mĩ và Canada, công nghệ ghép kênh số TDM nhận được sự quan tâm tương đối lớn từ các chuyên gia do công nghệ này giúp tận dụng được hạ tầng mạng sẵn có mà không phải đầu tư gì thêm, tuy nhiên do những nhược điểm cố hữu mà công nghệ này không được ứng dụng nhiều để xây dựng mạng Metro

Ở một số nước châu Á như Trung Quốc, Singapore, Malaysia… công nhệ Ethernet được ưu tiên trong việc xây dựng hạ tầng mạng Metro do những ưu điểm nổi trội của công nghệ này Mục tiếp theo sẽ làm rõ vì sao Ethernet được lựa chọ n để phát triển mạng Metro

1.1.2 Ethernet trong mạng Metro

Mạng metro truyền thống sử dụng công nghệ TDM - một công nghệ rất tối ưu cho các dịch vụ tho ại Thiết bị TDM được sử dụng bao gồm: các bộ ghép kênh số, DAC (digital access cross-connect), ADM (SONET/SDH add/drop multiplexers)… Tuy nhiên việc triển khai và cài đặt một mạng thuần TDM tốn rất nhiều chi phí tiền bạc và công sức, bời vì TDM bản thân nó là một công nghệ không linh hoạt, không kinh tế để đáp ứng yêu cầu mở rộng của khách hàng Thách thức lớn mà các giao diện TDM gặp phải là vấn đề băng thông, băng thông không tăng một cách tuyến tính theo yêu cầu của khách hàng mà lại tăng giật c ấp theo bậc Ví dụ, một giao diện T1 có băng thông 1.5Mbps, giao diện DS3, băng thông nhảy lên một bậc là 45Mbps, đến giao diện OC3, băng thông nhảy vọt lên 155Mbps Vì thế khi băng thông của khách hàng cần lớn hơn

1.5Mbps, dù chỉ một ít, bắt buộc phải sử dụng giao diện DS3 ho ặc phải sử dụng nhiều kênh T1 Việc di chuyển từ giao diện T1 lên giao diện DS3/Ocn hoặc nhiều giao diện T1 khiến khách hàng có thể phải thay đổi thiết bị

Hình 1-2: Băng thông trong TDM [9]

Ethernet là một công nghệ thông dụng đƣợc sử dụng phổ biến trong mạng LAN Một giao tiếp Ethernet rẻ hơn giao tiếp SDH hoặc PDH có cùng băng thông Ethernet cũng

hỗ trợ băng thông với chất lƣợng cao mà chất lƣợng này thì không có trong các kết nối SDH truyền thống Một ƣu điểm khác biệt của một mạng truy nhập dựa Ethernet là nó

có thể dễ dàng kết nối đến mạng khách hàng, bởi vì sự thông dụng của Ethernet trong các công ty và gần đây là các mạng khu dân cƣ Do đó, Ethernet đƣợc đƣa vào mạng MAN mang lại tiện ích lớn cho cả nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng Xây dựng hạ tầng mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet không những giúp khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của công nghệ TDM truyền thống mà còn tận dụng đƣợc những ƣu điểm sau:

Tính dễ sử dụng

Dịch vụ Ethernet dựa trên một giao diện Ethernet (Ethernet interface) chuẩn, phổ biến dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN) Hầu nhƣ tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết

nối với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình ho ạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp

Hiệu quả về chi phí

Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành:

- Một là, do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt

- Hai là, ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác do giá thành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn

Bảng sau so sánh chi phí giữa Ethernet và dịch vụ TDM truyền thống

Bảng 1-3: So sánh chi phí giữa Ethernet và TDM [9]

Tính linh hoạt

- Một giao diện Ethernet có thể cung c ấp băng thông một cách mềm dẻo theo yêu cầu của khách hàng (có thể tăng băng thông đến từng Mbps), không theo phân mức cứng nhắc nhƣ ở TDM (tăng một cách giật cấp T1: 1,5Mbps; DS3: 45 Mbps; OC3: 155Mbps)

- Một giao diện Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP

- Khách hàng có thể thay đổi băng thông chỉ đơn giản là gọi nhà cung cấp Nhà cung c ấp có thể ngay lập tức cấp cho khách hàng lượng băng thông yêu cầu bằng cách thay đổi tham số thông qua phần mềm mà không phải cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới

- Cung cấp nhanh: các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM,…)

Từ những đ ặc điểm nổi bật kể trên, Ethernet đã được lựa chọn để phát triển mạng Metro như các giao diện truy nhập mang thay thế cho các giao diện T1/E1 truyền thống Rất nhiều các dịch vụ có thể được triển khai trong mạng Metro bao gồm các dịch vụ Ethernet kết nối điểm - điểm và các dịch vụ Ethernet Lan kết nối đa điểm cho phép khách hàng mở rộng mạng LAN của họ tới các chi nhánh thông qua mạng lõi của nhà cung c ấp dịch vụ Ethernet có thể chạy trên nền tảng các công nghệ truyền dẫn khác nhau trong mạng Metro, bao gồm công nghệ truyền dẫn quang đồng bộ SONET/SDH, truyền dẫn quang đồng bộ SONET/SDH thế hệ mới, công nghệ gói vòng co giãn RPR (Resilient Packet Ring), công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) và ngay cả công nghệ truyền tải Ethernet truyền thống (Công nghệ mạng LAN)

Bản thân công nghệ Ethernet không được thiết kế để đáp ứng những yêu cầu nghiêm ngặt về dịch vụ trong các ứng dụng mạng Metro và đặc biệt là những thiếu sót khó có thể bù đắp về khả năng mở rộng và độ tin cậy khi phát triển mạng Việc triển khai Ethernet trong mạng Metro đặt ra yêu c ầu khắt khe về khả năng mở rộng và những tính năng mạnh mẽ, chỉ có trong mặt phẳng điều khiển của giao thức IP lớp 3 và MPLS Chính vì vậy, việc kết hợp giữa giao thức lớp 2 (Ethernet) với giao thức lớp 3

(IP) và mạng MPLS được sử dụng như một giải pháp tối ưu cho phép kết hợp những

ưu điểm về sự đơn giản và chi phí rẻ của Ethernet với khả năng mở rộng linh hoạt và thông minh của mô hình mạng MPLS/IP

1.1.3 Kiến trúc mạng Metro Ethernet

Về cơ bản kiến trúc mạng Metro Ethernet mà VNPT xây dựng bao gồm 5 phân lớp

sau:

Hình 1-4: Kiến trúc Metro Ethernet [9]

Lớp mạng trục (IP/MPLS-Core): hình thành một lõi chuyển mạch gói chung dựa trên công nghệ MPLS, kết nối tất cả các tỉnh thành trong cả nước

Lớp mạng biên (IP/MPLS Edge): xử lý thông tin trước khi vào core MPLS Bóc tách nhãn, gán nhãn, thực hiện provisioning dịch vụ, thiết lập QoS MPLS, traffic engineering…

Lớp mạng tập trung lưu lượng (IP/MPLS Aggregation over Ethernet): đảm bảo tập trung lưu lượng từ các mạng truy cập (IP-DSLAM, ETTx, UMTS… ) tới mạng trục (BRAS)

Lớp mạng truy cập (Access): cung c ấp kết nối dịch vụ tới khách hàng (các dịch

vụ Cable, xDSL, PON hay ETTx…) thông qua các thiết bị truy c ập như DSLAM, ETTx, UMTS hay Ethernet Switches)

IP-Lớp mạng biên khách hàng (Subscriber Edge): đóng vai trò biên m ạng phía khách hàng, cung cấp kết nối tới lớp truy c ập của nhà cung cấp dịch vụ và cung cấp dịch vụ cho các người sử dụng bên trong mạng

Các hãng khác nhau đưa ra những mô hình kiến trúc khác nhau phù hợp với giải pháp của mình, nhưng về cơ bản đều chia thành 5 phân lớp như trên Việc xây dựng mạng Metro theo kiến trúc phân lớp giúp đơn giản hóa việc quản lí, nâng cao khả năng mở rộng cũng như khắc phục lỗi nhanh chóng khi sự cố xảy ra

1.2 Giải pháp Metro Ethernet được áp dụng trong mạng Metro của Hà Nội 1.2.1 Kiến trúc tổng thể

Việc xây dựng mạng Metro nhằm mục đích cung cấp các dịch vụ đa dạng với tốc độ cao và chất lượng ổn định trên nền tảng hạ tầng mạng hợp nhất là xu hướng tất yếu ở các đô thị lớn trên thế giới Không nằm ngoài qui luật đó, các đô thị lớn ở Việt Nam đang trong quá trình xây dựng và dần dần hoàn thiện mô hình mạng Metro đáp ứng số

lượng thuê bao ngày càng tăng với yêu cầu về các mô hình dịch vụ đa dạng

Dựa theo khuyến nghị của hãng Cisco System, Viễn Thông Hà Nội đã bắt đầu xây dựng mạng MAN-E từ năm 2006 và đến nay đã mở rộng để cung cấp thêm các dịch

vụ khác như IPTV, VoIP… với số lượng thuê bao tăng lên nhanh chóng

Hình 1-5: Sơ đồ mạng MAN-E hiện tại của HNT [1]

Mạng MAN-E hiện tại của VTHN gồm 4 Core-Switch Cisco 7609 được nối với nhau thành vòng RING 10GE và nối lên BRAS VNPT Net bằng các đường n*1GE Từ các Core-Switch này nối xuống 16 Access-Switch được đặt tại các trạm của công ty Điện thoại 1 và công ty Điện thoại 2 bằng kết nối 1GE Giữa các Access Switch và Core Switch là miền MPLS thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng Ethernet Từ Access-Switch này được nối đến lớp mạng truy cập để cung cấp dịch vụ cho khách hàng

Trong thời gian tới Viễn Thông Hà Nội dự tính sẽ tăng băng thông vòng Ring từ 10GE lên 50GE, tăng kết nối Access-Switch đến Core-Switch lên 10GE Access-Switch được nâng cấp thêm LineCard mới, thành Aggregate-Switch, có khả năng cung cấp các dịch vụ nâng cao một cách mềm dẻo và tối ưu Kết nối từ Core-Switch lên VNPT Net cũng được nâng cấp lên n*10GE Bên cạnh khả năng thực hiện tập trung lưu lượng HSI (truy nhập internet tốc độ cao – High Speed Internet) hiện tại cũng như nhu cầu mở rộng trong giai đoạn 2015 - 2016, việc xây dựng mạng ME còn cho phép HNT khả năng cung cấp các dịch vụ mới đa dạng và nhanh chóng, như L2

Sơ đồ mạng MAN-E pha 2 như sau:

Hình 1-6: Sơ đồ mạng MAN-E mở rộng [1]

1.2.2.Dòng sản phẩm sử dụng

Hiện tại, 04 Core Switch và 16 Aggregation Switch trong mạng MAN Ethernet của HNT đều sử dụng dòng sản phẩm Cisco 7609, chỉ khác nhau số lượng và chủng loại linecard 7609 là dòng sản phẩm phù hợp với nhu cầu cung c ấp dịch vụ đa dạng và khả năng mở rộng cao do có cấu trúc module hóa Kiến trúc tổng thể của Cisco 7609 như sau:

- 09 khe cắm (slots), 2 slot dùng riêng cho SUP (supervisor engine) Trong trường hợp controller card là SUP 720, hai slot tương ứng là slot 5 & slot 6 SUP 720 có

2 cổng GE uplink và 1 cổng 10/100/1000 TX, nhưng tại mỗi thời điểm chỉ 1 cổng active

- Tất cả các thiết bị đều dùng nguồn cấp 1+1, chạy ở chế độ redundant (share t ải tự động)

Hình 1-7: Router 7609-S [10]

Tất cả các MEN switch dùng Slot 5 và Slot 6 cho 02x SUP 720 – 3B

Với trường hợp của Core Switch, phân bổ khe cắm cho các I/O line card như sau:

Hình 1-8: Kết nối tại Core Switch [10]

Với trường hợp của Access Switch, phân bổ khe cắm cho các I/O line card như sau:

Hình 1-9: Kết nối tại Access Switch [10]

Sử dụng dòng sản phẩm 7609 có cấu trúc module hóa giúp tăng khả năng mở rộng

thuê bao nhờ việc cung cấp dịch vụ thông minh phân theo Linecard Bản thân

Linecard có thể thực hiện việc định tuyến và chuyển mạch mà không phải qua bộ xử lí

trung tâm vì vậy nâng cao hoạt động của hệ thống

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG

METRO

Các dịch vụ và ứng dụng trong mạng Metro Ethernet không cần thiết phải được triển khai trên công nghệ truyền dẫn Ethernet ở lớp dưới mà có thể được xây dựng trên các công nghệ truyền dẫn khác nhau

2.1 Công nghệ SONET/SDH

2.1.1 Ethernet trên nền SONET/SDH

Phân cấp số cận đồng bộ SDH và mạng quang số SONET chỉ một tập hợp các tốc độ truyền dẫn bằng cáp sợi quang có thể truyền tải tín hiệu số với dung lượng khác nhau dựa trên công nghệ ghép kênh số TDM Việc sử dụng SONET/SDH làm công nghệ truyền dẫn trong mạng Metro cho phép t ận dụng được hạ tầng truyền dẫn TDM sẵn có

mà không phải thay đổi nhiều Hơn nữa việc triển khai Ethernet thông qua môi trường truyền dẫn SONET cho phép cung cấp các dịch vụ Ethernet tới các thuê bao trong khi vẫn kế thừa được các đặc tính c ủa truyền dẫn SONET/SDH như: khả năng hồi phục nhanh, khả năng quản lí chất lượng kết nối… Với việc truyền tải Ethernet qua SONET/SDH, khung thông tin Ethernet được giữ nguyên và đóng gói vào trong tải tin SONET ở đầu vào của mạng và sẽ được gỡ ra ở đầu bên kia

Trong việc truyền tải Ethernet qua SONET/SDH, khung thông tin Ethernet được giữ nguyên và đóng gói vào trong tải tin SONET ở đầu vào của mạng và sẽ được gỡ ra ở đầu bên kia

Hình 2-1: Truyền tải Ethernet qua SONET [2]

Có 2 cách để truyền tải khung Ethernet qua mạng SONET/SDH:

LAPS (Link Access Procedure SDH) – thủ tục truy nhập kết nối SDH Truyền dẫn Ethernet thông qua chuẩn LAPS được định nghĩa bởi tổ chức ITU-T LAP S

là giao thức kết nối không định hướng tương tự như HDLC (High-level Data Link Control)

GFP (Generic Framing Procedure) – thủ tục tạo khung chung GFP cũng là một tiêu chuẩn được thông qua bởi ITU Sự khác biệt giữa GFP và LAPS là GFP có thể hỗ trợ các dạng khung khác ngoài khung Ethernet như PPP, FICON (fiber Connectivity), ESCON (Enterprise Systems Connection)…

Chức năng đóng gói khung Ethernet vào t ải tin SONET được thực hiện trên các bộ xen/rẽ kênh ADM ho ặc switch Điều này được thực hiện đơn giản bằng việc kết hợp các phần cứng làm chức năng ánh xạ và tạo khung các frame ở bên trong các bộ ADM

Hình 2-2: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ nằm trên ADM [2]

Hình 2-3: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ EOS nằm trên Switch [2 ]

Giữa 2 trường hợp này không có khác biệt về mặt chức năng truyền tải dữ liệu mà sự khác biệt chủ yếu nằm ở khía cạnh cấu hình trên Switch Trong trường hợp chức năng chuyển mạch và ánh xạ nằm trên ADM, Ethernet Switch chỉ nhìn thấy kết nối Ethernet qua môi trường truyền dẫn SONET mà không có khả năng điều khiển được các thuộc tính truyền dẫn trên nền SONET như trong trường hợp chức năng này nằm trên các bộ ADM

EOS (Ethernet Over SONET) có nhược điểm về băng thông khi triển khai trong các dịch vụ metro Ethernet, bởi vì khả năng cung c ấp băng thông không linh hoạt của các kênh SONET/SDH và sự không tương thích băng thông với khả năng c ủa kết nối Ethernet Cơ chế VCAT (Virtual Concatenation) và LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) được sử dụng để làm giảm bớt ảnh hưởng này Với VCAT, một số đường Ethernet nhỏ được móc nối, gom nhóm vào một đường lớn Với LCAS, cho phép kênh có thể thay đổi kích thước mà không làm gián đoạn lưu lượng trên kênh, đáp ứng được yêu cầu thay đổi băng thông theo thời gian của khách hàng EOS với LCAS, VCAT phối hợp để làm tăng tối đa hiệu quả khi triển khai các dịch vụ Ethernet qua mạng SONET

2.1.2 Vai trò của móc nối ảo – Virtual Concatenation

Móc nối ảo – Virtual Concatenation (VCAT) là một khái niệm cho phép thay đổi băng thông một cách hiệu quả trong truyền dẫn SONET/SDH Với các kết nối SONET/SDH thông thường, băng thông phân cho thuê bao không đáp ứng được đúng như yêu cầu của khách hàng Sự kết hợp của các kênh TDM tạo ra băng thông tổng cộng quá nhỏ hoặc quá lớn để có thể đáp ứng đúng yêu c ầu của thuê bao Hơn nữa, điều này còn gây ra sự lãng phí băng thông Trên vòng ring SONET/SDH, một khi kênh TDM đã được phân phát cho thuê bao, lượng băng thông đó sẽ được trừ vào băng thông tổng cộng của cả vòng ring cho dù nó có được sử dụng hay không

Với VCAT, một số lượng các đường ống nhỏ hơn sẽ được móc nối vào với nhau và được lắp ráp lại để tạo ra một đường ống lớn hơn có thể truyền tải nhiều dữ liệu hơn trong một đơn vị thời gian Móc nối ảo được thực hiện trong lớp 1 c ủa công nghệ truyền dẫn SONET/SDH, cho phép các kênh riêng biệt được kết nối lại với nhau và đẩy lên lớp trên như là một kết nối vật lí duy nhất Ưu điểm nổi bật của VCAT là nó cho phép nhóm các kênh STS/STM l ại với nhau để tạo ra các kết nối có băng thông phù hợp với yêu cầu

Hình 2-4 minh họ a khả năng thay đổi băng thông hiệu quả của kĩ thuật móc nối ảo VCAT Nếu kết nối chuẩn được sử dụng và băng thông yêu cầu là 300 Mbps (kho ảng

6 kênh STS-1), nhà cung c ấp dịch vụ phải lựa chọn phương án cung c ấp rất nhiều các

giao diện DS3 và sử dụng kĩ thuật ghép kênh tại thiết bị khách hàng để đáp ứng kết nối với băng thông yêu c ầu Việc cung c ấp các kênh DS3 tại thiết bị phía khách hàng thực sự không hiệu quả vì chi phí đ ắt và không đảm bảo được băng thông đúng như yêu cầu và hạn chết tốc độ luồng chuyển tiếp gói ở mức 45 Mbps (do sự hạn chế băng thông của mỗi kênh DS3 là 45 Mbps) Một giải pháp khác cho nhà cung c ấp dịch vụ là phân phối một luồ ng OC12 (tương đương 12 kênh STS-1, 1 kênh STS-1 tốc độ 50 Mbps), việc này làm gây lãng phí băng thông, gây thiệt haị về kinh tế cho nhà cung cấp dịch vụ Với móc nối ảo, nhà cung c ấp dịch vụ đơn giản chỉ cần gắn kết 6 kênh STS-1 lại thành một luồng duy nhất mà không gây lãng phí băng thông

Hình 2-4: Móc nối ảo Virtual Concatenation [2]

Viêc truyền tải Ethernet trên nền SONET/SDH dựa vào ưu điểm này c ủa kĩ thuật VCAT để đáp ứng nhu cầu băng thông một cách mềm dẻo

Hình 2-5: Vận chuyển Ethernet trên nền SONET dựa trên kĩ thuật VCAT [2]

Hình 2-5 minh họa một ví dụ về việc sử dụng SONET làm công nghệ truyền tải dịch

vụ Ethernet để cung c ấp băng thông phù hợp với các giao diện Ethernet tham gia kết nối Dựa trên kĩ thuật VCAT, một giao diện Gigabit Ethernet có thể được vận chuyển thông qua một luồ ng gồm 21 kênh STS-1, trong khi giao diện Fast Ethernet có thể được vận chuyển bởi một luồng gồm 2 kênh STS-1, và cuối cùng một luồng DS3 sử dụng một kênh STS-1 để vận chuyển trong hạ tầng mạng SONET

2.1.3 Điều chỉnh dung lượng liên kết – Link Capacity Adjusment Scheme

Móc nối ảo VCAT là một công cụ mạnh mẽ trong việc nhóm băng thông và t ạo ra các lưu lượng phù hợp với tốc độ yêu cầu Băng thông sử dụng có thể thay đổi theo nhu cầu của thuê bao, sẽ sử dụng các đường ống để thay đổi lưu lượng Điều này làm cho kết nối của thuê bao bị ngắt quãng khi mà nhiều kênh SONET/SDH được thêm vào hay bớt đi P hương án điều chỉnh dung lượng liên kết (Linhk Capacity Adjustment Scheme – LCAS) là một giao thức cho phép thay đổi băng thông theo yêu c ầu mà không gây ra sự ngắt quãng liên kết LCAS cũng thực hiện việc kiểm tra kết nối, cho phép các link hỏng được bỏ đi và các link mới được thêm vào một cách tự động mà không gây ra sự ngắt kết nối

Sự kết hợp của EOS, VCAT và LCAS đem đến hiệu quả tối đa khi triển khai các dịch

vụ Ethernet trên nền SONET/SDH

2.1.4 Các mô hình triển khai Ethernet trên nền SONET/SDH

Ethernet trên nền SONET/SDH (Ethernet over SONET/SDH – EOS) có thể được triển khai theo nhiều mô hình khác nhau trong đó EOS có thể được sử dụng như một dịch

vụ truyền tải thuần được hỗ trợ bởi kĩ thuật VCAT, LCAS ho ặc được sử dụng kết hợp với công nghệ chuyển mạch gói (packet switching)

EOS được sử dụng như một dịch vụ truyền tải

Ethernet trên nền SONET/SDH bản thân nó vẫn là một dịch vụ truyền tải với một giao diện Ethernet tương t ự như dịch vụ leased-line truyền thống với giao diện T1, DS3 hay OCn EOS giúp các nhà cung c ấp dịch vụ dễ dàng chuyển đổi để có thể cung cấp các dịch vụ Ethernet cho khách hàng trên nền tảng công nghệ truyền dẫn SONET Bản thân EOS là một công nghệ ánh xạ gói (packet mapping), nó không phải là công nghệ chuyển mạch gói (packet switching), không có ghép kênh theo gói (packet multiplexing) mà r ất cần trong tổ ng hợp các dịch vụ Việc thiếu ghép kênh cho dịch

vụ của EOS và việc sử dụng hàng ngàn kết nối điểm-điểm giữa khách hàng và CO (central office) tạo ra vấn đề trong tổng hợp dịch vụ khi triển khai Mỗi kênh EOS cần một giao diện Ethernet riêng Giữa khách hàng và CO sẽ tồn tại một lượng dây nối vật lý rất lớn, gây ảnh hưởng lớn tới việc triển khai, vận hành và chuyển mạch giữa các kênh

Hình 2-6: EOS bên trong các thiết bị truyền dẫn [2]

Hình 2-6 minh họa trường hợp nhà cung cấp dịch vụ sử dụng EOS để bán dịch vụ truy nhập Internet trên hạ tầng mạng SONET Vòng ring SONET kết nối các doanh nghiệp (Enterprise) và các tòa nhà chung cư (MTU) vào trung tâm dịch vụ của nhà cung cấp Các bộ xen rẽ kênh thế hệ mới trong tầng hầm của các tòa nhà cung cấp các kết nối Fast Ethernet (100 Mbps) để liên kết các router của các khách hàng riêng biệt lại với nhau

Đối với mỗi khách hàng, giao diện Ethernet mà họ được cung cấp có thể mở rộng ra ngoài bộ kết nối chéo (XC) ở tại trung tâm dịch vụ (CO) bởi vì các bộ kết nối chéo làm việc ở mức TDM và mỗi luồng phải được kết cuối riêng biệt Mỗi giao diện Ethernet riêng sau đó lại được kết nối tới một Access Switch để tập trung lưu lượng tới Router của nhà cung c ấp dịch vụ (ISP router) Điều này có nghĩa là nếu một tòa nhà có 20 khách hàng thì c ần phải có 20 luồng kết nối riêng biệt cung cấp cho tòa nhà

đó và các luòng này phải được kết cuối tại trung tâm dịch vụ Mô hình này không hiệu quả và không có khả năng mở rộng tốt trên khía cạnh về mặt thiết bị và vấn đề quản lí

Bộ kết nối chéo sẽ bị quá tải với rất nhiều các kết nối Ethernet vật lí tập trung tại đây dẫn tới tình trạng không thể quản lí hiệu quả Giải pháp cho vấn đề này là cung cấp kĩ thuật tập trung ở bên trong các bộ kết nối chéo sử dụng Ethernet VLANs và t ập trung

các luồng kết nối Ethernet thông qua một giao diện Gigabit ho ặc 10 Gigabit Ethernet

mà tại đó mỗi thuê bao được nhận dạng một cách riêng biệt

Hình vẽ dưới đây chỉ ra một ví dụ trong đó bộ kết nối chéo XC t ập trung các luồng EOS khác nhau thông qua môt giao diện Ethernet vật lí kết nối tới Switch Để thực hiện được điều này các bộ kết nối chéo cần phải có khă năng phân biệt được các luồng EOS khi chuyển tiếp tới Switch Việc phân biệt này là cần thiết vì lưu lượng từ Switch tới bộ kết nối chéo thông qua cổng Gigabit Ethernet cần phải được gắn chỉ số nhận dạng tương ứng với mạch kết nối để có thể đến đúng đích Có một cách để thực hiện điều này, đó làphân biệt mỗi mạch kết nối trong bộ kết nối chéo bằng trường VLAN

ID trước khi gửi lưu lượng tới Switch Một cách triển khai khác là đặt toàn bộ chức năng chuyển mạch của Switch ở bên trong các bộ kết nối chéo XC để cho phép nhiều luồng EOS được tập trung qua một giao diện vật lí trước khi ròi thiết bị truyền dẫn

Hình 2-7: Chức năng tập trung EOS bên trong thiết bị truyền dẫn [2]

Một lợi ích rõ ràng của việc sử dụng EOS làm dịch vụ truyền tải đơn thuần đó là cung cấp cho khách hàng các kênh TDM riêng được đảm bảo băng thông theo yêu cầu Khi

mô hình này được sử dụng kết hợp với VCAT, nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dung lượng kết nối theo đúng yêu cầu của thuê bao mà không gây lãng phí băng thông, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ theo mong muốn

EOS kết hợp với kĩ thuật chuyển mạch gói

Các mục trước đã thảo luận về việc cung cấp các dịch vụ cơ bản trên hạ tầng mạng SONET/SDH Nhiều dịch vụ VP N khác cũng có thể được cung c ấp qua nền tảng truyền dẫn EOS Loại dịch vụ này cần sử dụng kĩ thuật chuyển mạch gói

Chuyển mạch gói có thể được chia ra làm 2 phương thức :

- Chuyển mạch tập trung

- Chuyển mạch phân tán

EOS với chuyển mạch tập trung

Với chuyển mạch tập trung, một kênh TDM sẽ được cung cấp cho mỗi tòa nhà tới trung tâm dịch vụ của nhà cung cấp Tất cả các kênh sẽ được kết cuối tại trung tâm dịch vụ này, nơi thực hiện việc chuyển mạch gói Chú ý rằng, hoạt động của chuẩn SONET/SDH ở trong vòng ring truyền tải đơn hướng sẽ bao gồm các kênh truyền tải

và các kênh bảo vệ ở hướng ngược lại Vì vậy, trong trường hợp mạng Metro có 50 tòa cao ốc, 50 kênh truyền tải STS-1 và 50 kênh bảo vệ STS-1 được cung cấp

Hình 2-8: EOS với chuyển mạch tập trung [2]

Ở hình trên, khách hàng A ở site 1 và site 2 thuộc về VPN A, trong khi khách hàng B

ở site 1 và site 2 thuộc về VPN B

EOS với chuyển mạch phân tán

Với chuyển mạch phân tán, việc chuyển mạch gói diễn ra tại mỗi node mạng trên vòng ring Metro Sự khác biệt ở đây đó là các kênh TDM không được phân phối giữa các tòa cao ốc và trung tâm dịch vụ của nhà cung cấp mà thay vào đó sẽ được phân phối quanh vòng ring Mỗi bộ xenrẽ kênh ADM ở trong các tòa nhà kết cuối các kênh TDM và các gói sẽ được chuyển mạch tại đây Hình 2-9 chỉ rõ điều này:

Hình 2-9: EOS với mạch phân tán [2]

Trong trường hợp này vòng ring bảo vệ SONET/SDH sẽ không được sử dụng Nhà cung cấp dịch vụ phải sử dụng phương thức bảo vệ ở lớp cao hơn

Một biến thể của chuyển mạch phân tán là kết hợp chức năng chuyển mạch của Switch và chức năng xen rẽ kênh ADM/EOS lại thành một thiết bị duy nhất như trong hình dưới đây

Ở đây, các kênh TDM vẫn đƣợc kết cuối tại mỗi Switch/bộ ADM trên vòng ring Ƣu điểm của mô hình này là nó giúp giảm số lƣợng các thiết bị triển khai trong mạng Tuy nhiên nó gẩ ra sự không rõ ràng giữa họat động của mạng TDM và mạng của khách hàng

RPR đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển các dịch vụ ở môi trường mạng Metro RPR là một giao thức điều khiển truy nhập (Media Access Control-MAC) mới được thiết kế để tối ưu hóa việc quản lí băng thông và tạo sự dễ dàng trong việc triển khai các dịch vụ dữ liệu trong môi trường mạng cấu trúc theo vòng ring Nguồn gốc của RPR xuất phát từ thời điểm hãng Cisco tiến hành áp dụng kĩ thuật vận chuyển gói

dữ liệu-DPT (Data Packet Transport) để tối ưu hóa việc quản lí băng thông và khả năng co giãn của kiến trúc mạng theo vòng ring

RPR từng nhận được sự quan tâm r ất lớn từ các nhà khai thác đa dịch vụ, như các nhà cung cấp dịch vụ cáp dữ liêu-truyền hình, nơi mà các nhà khai thác dịch vụ cáp tổng hợp lưu lượng từ các bộ cáp đầu cuối tích hợp modem (Cable Modem Termination System – CMTS) trong mạng Metro Tuy nhiên, lí do chính mà RPR thiếu sức hấp dẫn đó là theo quan điểm của các chuyên gia, việc triển khai RPR sẽ tiêu tốn công sức

và tiền bạc để xây dựng một hệ thống mới từ đầu, trong khi triển khai công nghệ Ethernet trên nền SONET/SDH sẽ giúp tận dụng được cơ sở hạ tầng sẵn có và vì vậy

dễ dàng phát triển mở rộng hơn RPR có thể được triển khai bao phủ lên hạ tầng mạng SONET/SDH đang tồn tại, tuy nhiên tính phức tạp của vòng ring RPR bao phủ lên vòng ring SONET/SDH theo mô hình này hầu như không thu hút được sự quan tâm của các nhà khai thác dịch vụ Mặc dù RPR và EOS giải quết được những vấn đề khác nhau trong mạng Metro (EOS giải quết vấn đề triển khai các dịch vụ Ethernet, và RPR giải quyết các vấn đề về tính hiệu quả trong sử dụng băng thông trên vòng ring) nhưng hai công nghệ này rất khó kết hợp với nhau trong môi trường mạng Metro của nhà cung cấp

Hình 2-11: Triển khai công nghệ RPR [2]

Hình vẽ trên chỉ ra một mô hình triển khai của RPR c ủa các nhà khai thác dịch vụ cáp Các bộ CMTS đóng vai trò t ập trung lưu lượng từ các doanh nghiệp và hộ gia đình để chuyển tiếp tới RP R router Các RPR router này được kết nối tới vòng ring OC48 và lưu lượng sẽ được tổng hợp tới bộ tập trung chính, nơi mà kết nối Internet sẽ được thiết lập

Khi so sánh RPR với vòng ring SONET/SDH truyền thống, ta dễ dàng nhận ra rằng việc triển khai RPR có khá nhiều ưu điểm đơn giản vì RPR là một giao thức được xây dựng từ nền tảng hỗ trợ vòng ring dữ liệu Mục tiếp theo sẽ nói rõ hơn vấn đề này

2.2.2 Các thuộc tính của RPR

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

Vòng RPR

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

và điều khiển Một node gửi gói dữ liệu trên hướng downstream và gửi gói điều khiển trên hướng ngược lại upstream trên ringlet kia

Hình 2-12: Vòng RPR [8]

Các Class dịch vụ RPR hỗ trợ

Để hỗ trợ dịch vụ với các yêu cầu QoS khác nhau, RPR hỗ trợ 3 lớp dịch vụ (CoS), các dịch vụ này được sắp xếp bởi MAC Client tương ứng với yêu cầu QoS riêng của chúng Trong đó Class A tương ứng với dịch vụ được giữ trước và dịch vụ có độ ưu tiên cao, Class B tương ứng với dịch vụ có độ ưu tiên trung bình, Class C tương ứng với dịch vụ có độ ưu tiên thấp Điều đáng lưu ý là vòng RPR không loại bỏ gói để giải quyết tắc nghẽn vì thế khi một gói được thêm vào vòng, thậm chí khi gói thuộc Class

C thì nó vẫn tới đích

Lưu lượng Class A được chia thành Class A0 và Class A1, lưu lượng Class B được chia thành Class B-CIR (Committed Information Rate) và B-EIR (Excess Information Rate) Class C và Class B-EIR gọi là Fairness Eligible (FE) bị tác động của RPR-fa là

Băng thông trên vòng được giữ trước bằng hai cách:

- Cách thứ nhất gọi là đặt trước (reserved) chỉ được sử dụng bởi lưu lượng Class A0 và băng thông được giữ trước như nhau ở tất cả các trạm trên vòng Nếu trạm không sử dụng băng thông A0 thì lượng băng thông được giữ trước này bị lãng phí Theo cách này lưu lượng như TDM có thể được gửi bởi trạm RPR như gói A0

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

FE

Chức năng MAC Datapath

Tùy vào gói nhận, MAC xác định gói được nhận hay chuyển đi Gói có thể được chuyển đến MAC Client, lớp con điều khiển hay bộ đệm truyền Gói đến vòng RPR được phân loại bởi RPR MAC RPR MAC nhận gói từ vòng chuyển đến RPR Client

chỉ khi địa chỉ MAC đích đến trùng địa chỉ MAC của node và RingID tương thích

Hình 2-13: Chức năng MAC Datapath [8]

Còn lại RPR MAC chuyển gói qua đường trung gian (transit path) Gói multicast hay gói unicast có đích đến là trạm hay lớp con điều khiển của nó được nhận Gói multicast và gói unicast không tương ứng địa chỉ sẽ tiếp tục chuyển đi trên vòng Với trạm có hàng đợi truyền kép, gói sẽ được đ ặt vào hàng đợi thích hợp theo độ ưu tiên gói

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

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

và Class C có thể kích hoạt RPR-fa để yêu cầu thêm băng thông

Thứ tự truyền của bộ đệm gói đơn là:

từ Client MAC đảm bảo gói từ PTQ và STQ không bao giờ bị loại bỏ Như vậy gói khi vào vòng sẽ không bao giờ bị loại bỏ bởi node truyền

Thứ tự truyền của hàng đợi kép:

- Gói trong STQ (chỉ khi STQ gần đầy)

Phát hiện và điều khiển tắc nghẽn

Đạt đến băng thông cân bằng và chia sẻ tài nguyên trong kiến trúc mạng vòng tốc độ cao bao phủ một khu vực thành phố rộng lớn là một mong đợi và cũng là thách thức kĩ thuật Fairness là một ưu điểm thiết kế của RPR so với kĩ thuật truyền gói trong MAN như Gigabit Ethernet để làm việc trong môi trường như thế Fairness điều khiển truy nhập của các node đến băng thông sẵn sàng trên vòng một cách công bằng tránh tình trạng một node tham lam chiếm băng thông, tạo ra trễ và tắc nghẽn Giải thuật fairness (RPR-fa) chỉ áp dụng cho gói ưu tiên thấp, gói ưu tiên cao không theo RPR-fa và có thể truyền chừng nào bộ đệm còn đủ trống

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

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

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