Nghiên cứu cấu trúc và dịch vụ mạng man e nghệ an luận văn tốt nghiệp đại học

Mạng MAN- E là mạngEthernet đô thị là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối các mạng cục bộcủa các tổ chức và cá nhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet.Việc áp dụng công ngh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với xu hướng phát triển công nghệ và mạng viễn thông trên thếgiới, Tập đoàn Viễn thông Việt Nam VNPT đang triển khai và khai thácmạng thế hệ sau cả ở mạng lõi và ở phần truy nhập Tại các tỉnh trong cả nướcnói chung và ở Nghệ An nói riêng, VNPT đã triển khai mạng Metro dựa trêncông nghệ Ethernet để đáp ứng yêu cầu về truyền tải băng rộng Công nghệmạng Metro là công nghệ mới và có một số vấn đề vẫn còn đang trong quátrình chuẩn hoá Do vậy đội ngũ kỹ sư và cán bộ kỹ thuật viễn thông cần phảiđược bồi dưỡng, cập nhật kiến thức về công nghệ mới này, có như vậy họ mới

đủ khả năng và trình độ để vận hành, khai thác, quản lý và triển khai các dịch

vụ một cách hiệu quả

Trong vai trò một sinh viên, việc nghiên cứu tìm hiểu những công nghệđang được áp dụng bên cạnh những công nghệ mới là hết sức cần thiết Do đódưới sự hướng dẫn của Th.s Cao Thành Nghĩa em đã lựa chọn đề tài “ Nghiêncứu cấu trúc và dịch vụ mạng MAN-E Nghệ An” Nội dung đề tài này gồm bachương chính:

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan về MAN-E với các đặc điểm đáng chú

ý của mạng và các công nghệ đang được VNPT sử dụng

- Chương 2: Trình bày về dịch vụ được cung cấp trên MAN-E Theo

MEF định nghĩa ba loại dịch vụ chính là E-Line, E-LAN và E-Tree

- Chương 3: Tìm hiểu về cấu trúc MAN-E của VNPT Nghệ An và các

dịch vụ đang được VNPT Nghệ An cung cấp trên mạng MAN – E

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng các vấn đề trình bày trong đồ án chưathể mang tính hoàn chỉnh Rất mong quý thầy cô và các bạn đóng góp thêm ýkiến để đề tài được hoàn thiện hơn

Để hoàn thành đề tài này em xin chân thành cảm ơn Th.s Cao ThànhNghĩa - giảng viên khoa Điện tử Viễn thông Đại học Vinh, các thầy cô trong

tổ Viễn thông – khoa Điện tử Viễn thông Đại học Vinh và anh Nguyễn TrầnPhương -Trung tâm truyền dẫn cấp 2 Nghệ An.

Vinh tháng 05 năm 2011

Vũ Văn Hòa

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

- Tên đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc và dịch vụ mạng MAN-E Nghệ An”

- Nội dung chính của đề tài:

+ Chương 1: Trình bày một cách tổng quan về MAN-E với các công

nghệ để xây dựng mạng MAN-E

+ Chương 2: Trình bày về các dịch vụ cơ bản theo định nghĩa của MEF,

gồm ba dịch vụ kết nối cơ bản là E-Line, E-LAN và E-Tree theo các EVC điểm, EVC đa điểm và EVC điểm gốc-đa điểm Chương này còn giải thích cáctham số và thuộc tính dịch vụ có liên quan đến thỏa thuận dịch vụ SLA

điểm-+ Chương 3: Phân tích cấu trúc mạng MAN - E của VNPT Nghệ An đang

khai thác Trình bày một số dịch vụ cơ bản đang được cung cấp trên MAN – ENghệ An bao gồm dịch vụ kết nối như: Internet tốc độ cao HSI, MegaWAN, dịch

vụ đường riêng Ethernet, E-LAN, và dịch vụ ứng dụng IPTV, hội nghị truyền hình

ABSTRACT DISSERTATIONS

- Topic: “Study the structure and services MAN-E network in Nghe Anprovince”

- Main content:

+ Chapter 1: Presented an overview of MAN-E and technology for

building MAN-E network

+ Chapter 2: Presentation of the basic services as defined by the MEF,

including three basic connectivity services is E-Line, E-LAN and E-Tree asthe point - point EVC, EVC and EVC multi-multi-point base points

+ Chapter 3: Network structure analysis MAN - E of VNPT Nghe Anprovince Presents some basic services are provided on the network MAN - ENghe An province, for example: HSI, MegaWAN, IPTV, Video conferencing

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 9

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MAN-E 13

1.1 Giới thiệu chung về MAN - E 13

1.1.1 Giới thiệu chung về MAN - E 13

1.1.2 Các đặc tính của MAN-E 14

1.1.3 Cấu trúc mạng MAN-E 17

1.1.4 So sánh cấu trúc mạng MAN-E với mô hình OSI 19

1.2 Các công nghệ truyền tải Ethernet trong MAN- E 21

1.2.1 Ethernet qua mạng quang đồng bộ 22

1.2.2 Gigabit Ethernet (GE) 27

1.2.3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức 29

1.2.4 Công nghệ MAC-in-MAC (PBB/PBT) 31

1.3 Các tiêu chuẩn trong công nghệ truyền dẫn MAN - E 35

1.3.1 IEE 802.1Q và Q-in-Q 35

1.3.2 Tiêu chuẩn IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR) 37

1.4 Kết luận chương 1 41

Chương 2 DỊCH VỤ MẠNG MAN - E 42

2.1 Ưu điểm của các dịch vụ cung cấp qua MAN-E 43

2.2 Các loại dịch vụ MAN-E cơ bản 44

2.2.1 Dịch vụ E-Line 44

2.2.2 Dịch vụ E-LAN 46

2.2.3 Dịch vụ E-Tree 48

2.3 Các thuộc tính dịch vụ Ethernet 50

2.3.1 Giao diện vật lý Ethernet 50

2.3.2 Đặc tính băng thông 51

2.3.3 Các tham số hiệu năng 53

2.3.4 Nhận dạng lớp dịch vụ 56

2.3.5 Chuyển phát khung dịch vụ 59

2.3.6 Hỗ trợ gán nhãn VLAN 61

2.3.7 Ghép dịch vụ 63

2.3.8 Gộp nhóm và vấn đề an ninh mạng 64

2.4 Một số dịch vụ trong mạng MAN - E 65

2.4.1 Dịch vụ truy cập Internet 65

2.4.2 Dịch vụ LAN mở rộng 66

2.5 Kết luận chương 2 68

Chương 3 MẠNG MAN-E CỦA VNPT NGHỆ AN 69

3.1 Tình hình triển khai mạng MAN của VNPT Nghệ An 69

3.1.1 Tình hình triển khai mạng MAN của VNPT Nghệ An 69

3.1.2 Định hướng thiết kế khi xây dựng mạng MAN - E của VNPT Nghệ An .69

3.2 Cấu trúc mạng MAN - E Nghệ An 71

3.2.1 Sơ đồ vật lý mạng MAN - E Ngệ An 71

3.2.1 Cấu trúc phân lớp chức năng mạng MAN - E Nghệ An 74

3.3 Các dịch vụ trong mạng MAN - E Nghệ An 76

3.3.1 Dịch vụ Internet tốc độ cao HSI 77

3.3.2 Dịch vụ IPTV 78

3.3.3 Dịch vụ MegaWAN 81

3.3.4 Dịch vụ đường riêng Ethernet 82

3.3.5 Dịch vụ E – LAN 83

3.3.6 Dịch vụ hội nghị truyền hình 85

3.4 Kết luận chương 3 86

KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Truyền dẫn TDM trong mạng đô thị 14

Hình 1.2 So sánh TDM với Ethernet 16

Hình 1.3 Cấu trúc chung mạng MAN-E điển hình 17

Hình 1.4 So sánh mô hình OSI và cấu trúc MAN-E 19

Hình 1.5 Truyền tải khung Ethernet qua SONET/SDH 22

Hình 1.6 Chức năng EoS trong ADM 23

Hình 1.7 Chức năng EoS trong switch 23

Hình 1.8 Chức năng EoS và chuyển mạch trong ADM 24

Hình 1.9 Luồng tập trung ảo 25

Hình 1.10 Truyền dẫn Ethernet SONET/SDH 25

Hình 1.11 Cấu trúc Hub-and-Spoke 28

Hình 1.12 Cấu hình ring Gigabit Ethernet 28

Hình 1.13 Spanning Tree trong cấu hình ring Gigabit Ethernet 29

Hình 1.14 Cấu trúc gói tin MPLS 29

Hình 1.15 Mạng Ethernet đô thị MPLS 31

Hình 1.16 Các trường trong khung M-in-M 32

Hình 1.17 Cấu trúc nhãn VLAN 35

Hình 1.18 Các trường trong Q-in-Q 36

Hình 1.19 Nhãn P-VLAN được thêm vào khung dịch vụ của khách hàng 37

Hình 1.20 Mô hình mạng sử dụng RPR 38

Hình 1.21 Hoạt động thêm, bớt và chuyển tiếp trong RPR 39

Hình 1.22 Bảo vệ trong RPR 40

Hình 2.1 Mô hình dịch vụ cơ bản 42

Hình 2.2 Dịch vụ E-Line sử dụng EVC điểm-điểm 44

Hình 2.3 Dịch vụ E-Line tương tự Frame Relay 45

Hình 2.4 Dịch vụ E-line tương tự như sử dụng kênh riêng 45

Hình 2.5 Dịch vụ E-LAN sử dụng EVC đa điểm-đa điểm 46

Hình 2.6 Dịch vụ E-LAN trương tự Frame Relay 47

Hình 2.7 Thêm mới một UNI trường hợp sử dụng dịch vụ E-Line 47

Hình 2.8 Thêm mới một UNI trường hợp sử dụng một E-LAN 48

Hình 2.9 EVC gốc - đa điểm 49

Hình 2.10 Kiểu dịch vụ E-tree sử dụng EVC gốc – đa điểm 49

Hình 2.11 Dịch vụ E-Tree sử dụng nhiều UNI “gốc” 50

Hình 2.12 Thuộc tính màu của khung dịch vụ 52

Hình 2.13 Sự phân chia độ trễ khung 54

Hình 2.14 Ví dụ về mất khung trong EVC điểm-điểm 56

Hình 2.15 Định dạng khung VLAN 57

Hình 2.16 Hỗ trợ gán nhãn VLAN 61

Hình 2.17 Ghép nhiều dịch vụ với các EVC điểm-điểm 63

Hình 2.18 Truy nhập Internet qua một EVC điểm-điểm 65

Hình 2.19 LAN mở rộng sử dụng dịch vụ E-LAN 66

Hình 2.20 Ví dụ Intranet/Extranet L2VPN 67

Hình 3.1 Sơ đồ vật lý mạng MAN - E Nghệ An [3] 72

Hình 3.2 Cấu hình mạng lõi 73

Hình 3.3 Sơ đồ Logic mạng MAN - E Ngệ An [3] 74

Hình 3.4 Mô hình kiến trúc mạng theo phân lớp chức năng 75

Hình 3.5 Mô hình dịch vụ HIS truy nhập bằng giao diện Ethernet 77

Hình 3.6 Mô hình dịch vụ HIS truy nhập bằng đường xDSL 78

Hình 3.7 Mô hình dịch vụ IPTV trên mạng MAN- E 79

Hình 3.8 Mô hình dịch vụ MegaWAN trên mạng MAN- E 81

Hình 3.9 Mô hình dịch vụ EPL trên mạng MAN- E 82

Hình 3.10 Mô hình dịch vụ E-LAN trên mạng MAN- E 84

Hình 3.11 Mô hình dịch vụ hội nghị truyền hình 85

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Ý nghĩa các trường trong M-in-M 32

Bảng 1.2 Ví dụ thuộc tính dịch vụ 59

Bảng 1.3 Các giao thức điều khiển lớp 2 60

Bảng 1.4 Các khả năng có thể hỗ trợ nhãn VLAN tại một UNI 63

DANH SÁCH THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng

bộARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉATMARP ATM Address Resolution

Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ

ATMBGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biênCBS Committed Burst Size Tốc độ cam kết

CE Customer Equiment Thiết bị phía khách hàngCIR Committe Information Rate Tốc độ thông tin cam kết

CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bứcCR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDPCR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP

EIR Excess Information Rate Tốc độ thông tin tối đaEPL Ethernet Private Line Dịch vụ Ethernet riêng điểm-

điểmEoMPLS Ethernet over Multiprotocol

Label Switching

Ethernet qua chuyển mạchnhãn đa giao thức

EVC Ethernet Virtual Circuit Kênh ảo Ethernet

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

IETF Internet Engineering Task

Force

Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IntServ Integrated Service Các dịch vụ được tích hợpL2VPN Layer 2 Virtual Private

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãnLSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãnMEF Metro Ethernet Forum Diễn đàn ethernet đô thịMEN Metro Ethernet Network Mạng ethernet đô thị

MPLS Multiprotocol Label

Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao

thứcMPOA Multiprotocol Over ATM Đa giao thức trên ATMNGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

NHRP Next Hop Resolution

Protocol

Giao thức phân giải chặng kế

tiếpOAM &P Operation Administrative

Management & Provide

Quản trị, vận hành và cung cấp

OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất

đầu tiênPBT Provider Backbone Transport Cung cấp truyền dẫn xương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RPR Resilent Packet Ring Vòng gói im lặng lại

RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài

nguyên

SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu tiênSTM Synchronous Transmission

Mode

Chế độ truyền dẫn đồng bộ

STP Spanning-Tree Protocol Giao thức chống lặp

SVC Signaling Virtual Circuit Kênh ảo báo hiệu

TCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

dẫn

T-MPLS Transport MPLS Truyền tải chuyển mạch nhãn

đa giao thức

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

UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệuUNI User Network Interface Giao diện mạng người dùng

VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo

VoD Video on Demand Dịch vụ video theo yêu cầuVNPT Vietnam Post &

Telecommunications

Tập đoàn BCVT Việt Nam

VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo

VPWS Virtual Private Wire Service Dịch vụ đường dây ảoVPLS Virtual Private LAN Service Dịch vụ mạng LAN ảo

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ MAN-E

Trong chương này sẽ tìm hiểu tổng quan về MAN - E, MAN sử dụngcông nghệ Ethernet có ưu điểm gì so với các công nghệ khác Mô tả cấu trúcchung của một MAN-E cùng với một số công nghệ có thể sử dụng để truyềntải khung Ethernet

1.1 Giới thiệu chung về MAN - E

1.1.1 Giới thiệu chung về MAN - E

MAN viết tắt của Metropolitan Area Network là một mạng dữ liệu băngrộng trong phạm vi địa lý cỡ một thành phố, một tỉnh cung cấp tích hợp cácdịch vụ truyền thông như dữ liệu, thoại và hình ảnh Mạng MAN- E là mạngEthernet đô thị là mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kết nối các mạng cục bộcủa các tổ chức và cá nhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet.Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng cung cấp dịch vụ mang lạinhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ lẫn khách hàng Bản thân côngnghệ Ethernet đã trở nên quen thuộc trong những mạng LAN của doanhnghiệp trong nhiều năm qua; giá thành các bộ chuyển mạch Ethernet đã trởnên rất thấp; băng thông cho phép mở rộng với những bước nhảy tùy ý lànhững ưu thế tuyệt đối của Ethernet so với các công nghệ khác Với nhữngtiêu chuẩn đã và đang được thêm vào, Ethernet sẽ mang lại một giải phápmạng có độ tin cậy, khả năng mở rộng và hiệu quả cao về chi phí đầu tư [1]Thực thể mạng bên phía khách hàng có thể nằm ở một tòa nhà, một công

ty hoặc một văn phòng nhỏ

Kết nối giữa các phần tử của mạng MAN thường là cáp quang hoặc cóthể là không dây Các công nghệ được sử dụng cho mạng MAN như ATM,FDDI, DQDB và SMDS

MAN-E được xây dựng để kết nối các mạng cục bộ của các tổ chức và cánhân với một mạng diện rộng WAN hay với Internet sử dụng các chuẩnEthernet MAN-E cung cấp dịch vụ truyền tải khung Ethernet và cung cấp cácgiao diện kết nối Ethernet tới khách hàng.

1.1.2 Các đặc tính của MAN-E

Để thấy được sự đơn giản và tiết kiệm về chi phí của MAN-E ta xét mộtmạng MAN sử dụng công nghệ TDM truyền thống Một mạng MAN sử dụngcông nghệ ghép kênh theo thời gian điển hình sẽ bao gồm nhiều thiết bị TDM

cả ở phía khách hàng và trong mạng truyền dẫn của nhà cung cấp Thiết bịTDM bao gồm các bộ ghép kênh số, các bộ nối chéo và ghép kênh xen rẽ

On-Net

Khách hàng CO

T1s

Hình 1.1 Truyền dẫn TDM trong mạng đô thị

Hình 1.1.mô tả hai trường hợp triển khai kết nối tới khách hàng là kết

nối on-net và kết nối off-net Trường hợp on-net, mạng có đường cáp

quang tới tận nhà khách hàng, và bên phía khách hàng sẽ có thiết bị ghépxen rẽ ADM cung cấp các đường T1 hoặc DS3/OCn tới từng người sửdụng đầu cuối riêng Trường hợp này, bộ ghép kênh số như M13 thực hiệnghép nhiều đường T1 thành một đường DS3 hoặc nhiều DS3 thành OCn

để có thể truyền dẫn qua mạng quang SONET/SDH tới tổng đài Kết nối

off-net là khi không có đường cáp quang tới nhà khách hàng, kết nối được

thực hiện qua các đường cáp đồng T1 hoặc DS3 được tập hợp lại tại tổngđài sử dụng bộ nối chéo truy nhập số DAC Luồng tổng này được truyềndẫn tới các tổng đài khác, kết thúc hoặc truy nhập tới WAN tùy theo dịch

vụ của khách hàng đang sử dụng

Triển khai và điều hành một mạng thuần TDM là rất tốn kém vì côngnghệ TDM không linh hoạt đối với nhu cầu của khách hàng Giá thành đểtriển khai một mạng đô thị bao gồm cả chi phí cố định về thiết bị, cơ sở hạtầng lẫn chi phí điều hành Chi phí điều hành mạng bao gồm các chi phí vềthiết kế, lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, quản lý… Giá thành để tạo nên dịch vụ

sẽ tác động lớn tới thành công của việc đưa dịch vụ đó tới khách hàng Chiphí cho các thiết bị truyền dẫn càng thấp thì giá thành dịch vụ được đưa tớikhách hàng càng thấp

Khó khăn lớn mà giao diện TDM gặp phải là băng thông cung cấpkhông truyến tính theo yêu cầu của khách hàng mà tăng theo các mức cốđịnh Ví dụ một giao diện T1 cung cấp luồng 1.5Mbps, mức tiếp theo làDS3 với 45Mbps, mức cao hơn là OC3 155Mbps… Khi băng thông kháchhàng yêu cầu lớn hơn 1.5Mbps thì buộc nhà cung cấp phải lắp nhiều đườngT1 hoặc đưa cho khách hàng đường DS3 Kéo theo đó phải thay đổi cả giaodiện vật lý đã cung cấp cho khách hàng Chi phí phát sinh trong việc thayđổi đó gây ảnh hưởng chính tới cả khách hàng và nhà cung cấp Không chỉthế, khi giao diện phía khách hàng thay đổi, nhà mạng cũng phải thay đổigiao diện tại tổng đài để thích ứng với kênh đã triển khai Việc này thườngxuyên xảy ra vì nhu cầu của khách hàng ngày càng đa dạng Các dịch vụnhư Channelized DS1, Channelized DS3 hay Channelized OCn có thể cungcấp linh hoạt thay đổi băng thông, tuy nhiên phải mất chi phí lớn cho cácrouter và giao diện cung cấp dịch vụ này Chính điều này làm cho giao diện

truy nhập Ethernet ngày càng tăng nhanh trong môi trường mạng đô thị Sovới các chuẩn TDM thì tốc độ Ethernet 10/100/1000 Mbps linh hoạt hơntrong việc ghép tách luồng.

Mô hình TDM

Mạng truyền tải đô thị

Như vậy, có thể tổng kết lại các ưu điểm của công nghệ Ethernet so vớiTDM thông thường như sau:

- Tính dễ sử dụng: Dịch vụ Ethernet dựa trên giao diện Ethernet chuẩn,

dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ Hầu như tất cả các thiết bị vàmáy chủ trong LAN đều dùng kết nối Ethernet

- Tính kinh tế: Sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết các sản phẩm

mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt Giá thành thiết bị thấp, chiphí quản trị và vận hành thấp hơn, cho phép thuê bao thêm băng thông khicần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần

- Tính linh hoạt: Dễ dàng tạo các dịch vụ: Intranet VPN, Extranet VPN,

kết nối Internet tốc độ cao tới ISP Thay đổi băng thông nhanh chóng, mềm dẻo

- Tính chuẩn hoá: MEF đang tiếp tục định nghĩa và chuẩn hóa các loại

dịch vụ và các thuộc tính này, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có khả năngtrao đổi giải pháp của họ một cách rõ ràng, các thuê bao có thể hiểu và sosánh các dịch vụ một cách tốt hơn.[1]

1.1.3 Cấu trúc mạng MAN-E

Lõi MAN Truy nhập MAN

Trung tâm dịch vu

POP Mạng lõi IP

Khách hàng

Hình 1.3 Cấu trúc chung mạng MAN-E điển hình

Cấu trúc vật lý mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể

mô tả như hình 1.3 Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ các khuvực (cơ quan, toà nhà ) trong khu vực của mạng Metro Mô hình điển hìnhthường được xây dựng xung quanh các vòng Ring quang với mỗi vòng Ring

truy nhập Metro gồm từ 5 đến 10 node Những vòng Ring này mang lưulượng từ các khách hàng khác nhau đến các điểm POP mà các điểm này đượckết nối với nhau bằng mạng lõi Metro Một mạng lõi Metro điển hình sẽ baophủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp.Một khía cạnh quan trọng của những mạng lõi Metro này là các trungtâm dữ liệu, thường được đặt node quan trọng của mạng lõi Metro có thể truynhập dễ dàng Những trung tâm dữ liệu này phục vụ chủ yếu cho nội dung cáchost gần người sử dụng Đây cũng chính là nơi mà các dịch vụ từ nhà cungcấp dịch vụ khác được cung cấp cho các khách hàng của mạng MAN-E Quátrình truy nhập đến đường trục Internet được cung cấp tại một hoặc một sốđiểm POP cấu thành nên mạng lõi Metro.

Theo định nghĩa của Metro Ethernet Forum tại MEF4 (Metro EthernetArchitecture Framework part 1), mạng Metro Ethernet sẽ được xây dựng theo

3 lớp: Lớp dịch vụ Ethernet - hỗ trợ những tính năng cơ bản của lớp; mộthoặc nhiều lớp truyền tải dịch vụ; có thể bao gồm lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợcho các ứng dụng trên nền lớp 2 Mô hình mạng theo các lớp dựa trên quan hệclient/server Bên cạnh đó, mỗi lớp mạng này có thể được thiết kế theo cácmặt phẳng điều khiển, dữ liệu, quản trị trong từng lớp, bao gồm:

- Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer): Lớp dịch vụ Ethernet có chức năng

truyền tải các dịch vụ hướng kết nối chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC Cácbản tin Ethernet sẽ được truyền qua hệ thống thông qua các giao diện hướngnội bộ, hướng bên ngoài được quy định rõ ràng, gán với các điểm tham chiếu.Lớp ETH cũng phải cung cấp các khả năng về OAM, khả năng phát triển dịch

vụ trong việc quản lý các dịch vụ Ethernet hướng kế nối Tại các giao diệnhướng bên ngoài của lớp ETH, các bản tin bao gồm: Ethernet unicast,multicast hoặc broadcast, tuân thủ theo chuẩn IEEE 802.3 – 2002

- Lớp truyền tải dịch vụ (Transport Layer): Lớp truyền tải dịch vụ hỗ trợ

kết nối giữa các phần tử của lớp ETH Có thể sử dụng nhiều công nghệ khác

nhau dùng để thực hiện việc hỗ trợ kết nối Một số ví dụ: IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, OTN ODUK, PDH DS1/E1, MPLS LSP… Các công nghệtruyền tải trên, đến lượt mình lại có thể do nhiều công nghệ khác hỗ trợ, cứ tiếptục như vậy cho đến lớp vật lý như cáp quang, cáp đồng, không dây.

- Lớp dịch vụ và ứng dụng (Application Layer):

Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ các dịch vụ sử dụng truyển tải trên nềnEthernet của mạng MEN Có nhiều dịch vụ trong đó bao gồm cả các việc sửdụng lớp ETH như một lớp TRAN cho các lớp như: IP, MPLS, PDH…[6]1.1.4 So sánh cấu trúc mạng MAN-E với mô hình OSI

- So sánh mô hình OSI và cấu trúc MAN-E:

Lớp ứng dụng

Lớp vận chuyển Lớp phiên

Cấu trúc MAN-E điển hình

Mô hình OSI

Hình 1.4 So sánh mô hình OSI và cấu trúc MAN-E

- Mô hình OSI:

+ Lớp vật lý (Physical layer):

Lớp này đưa ra các tiêu chuẩn kỹ thuật về điện, cả các chức năng để tạothành và duy trì kết nối vật lý trong hệ thống Các đặc điểm cụ thể của lớpnày là: mức điện áp, thời gian chuyển mức điện áp, tốc độ truyền vật lý,khoảng cách tối đa, các đầu nối….

Nhiệm vụ của lớp này là thực hiện việc kết nối các phần tử của mạngthành một hệ thống bằng các kết nối vật lý, ở mức này sẽ có các thủ tục đảmbảo cho các yêu cầu hoạt động nhằm tạo ra các đường truyền vật lý cho cácchuỗi bit thông tin

+ Lớp kết nối dữ liệu (Data Link Layer):

Lớp kết nối dữ liệu cung cấp khả năng truyền dữ liệu thông qua một kếtnối vật lý Lớp này cung cấp các thông tin về: địa chỉ vật lý, cấu trúc mạng,phương thức truy cập các kết nối vật lý, thông báo lỗi và quan lý lưu thôngtrên mạng

+ Lớp mạng (Network Layer):

Lớp mạng cung cấp khả năng kết nối và lựa chọn đường đi giữa hai trạmlàm việc có thể được đặt ở hai mạng khác nhau Trong lớp mạng các gói dữliệu có thể truyền đi theo từng đờng khác nhau để tới đích Do vậy, ở mức nàyphải chỉ ra được con đường nào dữ liệu có thể đi và con đường nào bị cấm tạithời điểm đó

+ Lớp vận chuyển (Transport Layer):

Lớp Transport chia nhỏ dữ liệu từ trạm phát và phục hồi lại thành dữ liệunhư ban đầu tại trạm thu và quyết định cách xử lý của mạng đối với các lỗiphát sinh khi truyền dữ liệu Lớp này nhận các thông tin từ lớp tiếp xúc, phânchia thành các đơn vị dữ liệu nhỏ hơn và chuyển chúng tới lớp mạng Nó cónhiệm vụ bảo đảm độ tin cậy của việc liên lạc giữa hai máy, thiết lập, bảo trì

và ngắt kết nối của các mạch ảo

+ Lớp phiên (Session Layer):

Lớp phiên có nhiệm vụ thiết lập, quản lý và kết thúc một phiên làm việcgiữa hai máy Lớp này cung cấp dịch vụ cho lớp Presentation Nó đồng bộhoá quá trình liên lạc giữa hai máy và quản lý việc trao đổi dữ liệu.

+ Lớp biểu diễn dữ liệu (Presentation Layer):

Lớp biểu diễn dữ liệu đảm bảo lớp ứng dụng của một máy có thể đọcđúng các thông mà một máy khác gửi tới Nó có nhiệm vụ định dạng lại dữliệu đúng theo yêu cầu của ứng dụng ở lớp trên Các chức năng như nén dữliệu, mã hoá thuộc về lớp này

Như đã trình bày ở mục 1.1.3 Cấu trúc điển hình của MAN-E điển hìnhgồm 3 lớp: Lớp dịch vụ Ethernet, Lớp truyền tải dịch vụ, Lớp dịch vụ ứngdụng Như vậy cấu trúc điển hình của MAN-E được xây dựng dựa trên môhình kết nối các hệ thống mở OSI

1.2 Các công nghệ truyền tải Ethernet trong MAN- E

Các ứng dụng và dịch vụ MAN-E không nhất thiết phải yêu cầu Ethernetlàm công nghệ truyền dẫn lớp dưới, mạng MAN-E còn có thể được xây dựngtrên nền các công nghệ khác như:

- Ethernet qua mạng quang đồng bộ

- Gigabit Ethernet

- Chuyển mạch nhãn đa giao thức

- Công nghệ MAC - in - MAC

1.2.1 Ethernet qua mạng quang đồng bộ

Ethernet qua mạng quang đồng bộ (Ethernet Over SONET/SDH)-EOS.Gải pháp này được thực hiện để tận dụng hạ tầng mạng MAN có sẵn với côngnghệ SONET/SDH Vấn đề chủ yếu trong giải pháp này là việc quản lý băngthông, bởi vì các vòng ring SONET/SDH dung lượng thấp dễ dàng bị quá tảivới các dịch vụ dữ liệu

Lợi ích của EOS là cung cấp dịch vụ Ethernet trong khi vẫn giữ đượcnhững đặc tính của hạ tầng SONET/SDH như sự phục hồi nhanh, giám sátchất lượng đường truyền và sử dụng mạng quản lý OAM&P củaSONET/SDH Các khung Ethernet vẫn được giữ nguyên và được đóng vàotrọng tải SONET/SDH [1]

Khung EoS Tải trọng SONET/DSH

Hình 1.5 Truyền tải khung /SDH Ethernet qua SONET

Trong hình 1.5 toàn bộ khung Ethernet sẽ được đưa vào trọng tảiSONET/SDH tại đầu vào và được trích xuất ra tại đầu ra Có hai chuẩn có thể

áp dụng để có thể truyền tải khung Ethernet qua mạng SONET/SDH:

- LAPS – Link Acess Procedure SDH là chuẩn được định nghĩa bởi

ITU-T trong X.86 LAPS là giao thức phi kết nối tương tự như HDLC

- GFP – Generic Framing Procedrure là một chuẩn của ITU-T sử dụngSDL (Simple Data Link) GFP khác với LAPS là có thể tương thích với cácgiao thức khác ngoài Ethernet như PPP, FICON, SCON

Chức năng EOS có thể nằm tại thiết bị truyền dẫn SONET/SDH hoặc tạithiết bị chuyển mạch Điều này đôi khi tạo ra sự cạnh tranh giữa nhà cung cấpthiết bị truyền dẫn và thiết bị chuyển mạch.

SONET/SDH

E o S

E o S

Ethernet

Hình 1.6 Chức năng EoS trong ADM

Hình 1.6 chỉ trường hợp chức năng EOS được thực hiện tại bộ ghép xen

rẽ ADM thông qua một bộ ánh xạ kết hợp tạo khung được đặt tại card đườngdây Ánh xạ là thêm một khung X.86 hoặc GFP bao bọc toàn bộ khungEthernet, việc tạo khung là thực hiện đóng gói khung Ethernet vào trongSONET/SDH SPE SONET/SDH SPE sau đó được truyền tải trên ringSONET/SDH, tới đầu ra khung Ethernet được mở đóng gói

E o S

Hình 1.7 Chức năng EoS trong switch

Hình 1.7 chỉ trường hợp chức năng EOS được thực hiện tại thiết bịchuyển mạch Ở đây sẽ có sự khác biệt giữa thiết bị số liệu và thiết bị truyềndẫn, hai thiết bị này có thể thuộc quản lý của hai nhóm khác nhau của cùng mộtnhà mạng Điều này làm cho việc triển khai dịch vụ mới trở nên dễ dàng Dịch

vụ mới được thực hiện ở lớp trên mà không liên quan đến phần truyền dẫn Tuynhiên trường hợp này sẽ yêu cầu thiết bị chuyển mạch phải có đầy đủ các đặctính của SONET/SDH Trường hợp hình 1.6 phần SONET/SDH kết thúc tạiADM, thiết bị chuyển mạch Ethernet chỉ thấy một đường Ethernet tổng

Hình 1.8 là trường hợp chức năng chuyển mạch gói, ADM và EOS thựchiện trên cùng một thiết bị Mô hình này là tối ưu, tuy nhiên nếu muốn có sựtách biệt giữa truyền dẫn và dịch vụ số liệu thì sẽ là một khó khăn.

EoSSwitch/ADM

Hình 1.8 Chức năng EoS và chuyển mạch trong ADM

Công nghệ EOS cũng làm cho việc sử dụng băng thông của dịch vụ khônghiệu quả Bởi vì các tốc độ luồng SONET/SDH không linh hoạt trong việc mởrộng băng thông và băng thông của SONET/SDH không phù hợp với các tốc độEthernet Để hạn chế điều này người ta sử dụng VCAT (Virtual Concatenation).Với chuẩn ghép kênh SONET/SDH thông thường thì việc cung cấp mộtbăng thông phù hợp với yêu cầu của khách hàng là rất khó khăn Bởi vì tốc

độ SONET/SDH quá nhỏ hoặc quá lớn so với yêu cầu Trong cấu hình ringSONET/SDH thì một phần băng thông bị lãng phí, không phải lúc nào cũngđược sử dụng

VCAT sẽ gom một số đường tốc độ thấp tạo thành đường tốc độ caohơn VCAT được thực hiện ở lớp 1 (L1), tức là VCAT sẽ tập hợp các kênhkhác nhau và đưa lên lớp trên như một kênh vật lý VCAT cũng cho phép gộpn*STS/STM hoặc n*VT/VC tạo thành một đường có tốc độ phù hợp

Hình 1.9 minh họa cho việc sử dụng hiệu quả băng thông Với một băngthông yêu cầu là 300Mbps (khoảng 6 đường STS-1), trường hợp ghép kênhthông thường, nhà mạng sẽ sử dụng nhiều giao diện DS3 và thực hiện ghép kênhphía khách hàng để cung cấp cho khách hàng băng thông vừa ý (DS3 là giaodiện vật lý cung cấp tốc độ 45Mbps còn STS-1 là định dạng khung SONET cóthể truyền tải tốc độ 50Mpbs) Việc sử dụng nhiều giao diện DS3 ở phía khách

hàng là không hiệu quả, bởi vì sẽ làm tăng giá thành và không đạt được băngthông cao nhất do kỹ thuật chia sẻ tải Cách khác, nhà mạng có thể cung cấp chokhách hàng một đường OC12 (12 STS-1), nhưng như vậy thì nhà mạng sẽ chịu

lỗ bởi vì còn thừa 6 STS-1 không thể sử dụng cho khách hàng khác

Ghep luồng tiêu chuẩn OC48(48 STS-1)

Ghép luồng ảo OC48(48 STS-1)

Băng thông cung cấp

Băng thông yêu cầu = 300Mbps

Hình 1.9 Luồng tập trung ảo

Với VCAT, nhà mạng có thể cung cấp cho khách hàng đường 300Mbpsbằng cách kết hợp 6 STS-1 như một đường lớn hơn

ADM-1

E o S

E o S

ADM-2

XC

FE FE

GE GE

Hình 1.10 là một ví dụ về việc cung cấp cả dịch vụ kết nối Ethernet vàdịch vụ TDM trên cùng một hạ tầng mạng SONET/SDH Nếu thiết bị SONET/SDH có hỗ trợ VCAT thì giao diện Gigabit Ethernet có thể được truyền tải quamột luồng 21STS-1, giao diện Fast Ethernet có thể truyền tải qua luồng 2STS-1

và giao diện DS3 truyền tải qua luồng 1STS-1 Trong nhiều trường hợp, tốc độcủa giao diện Ethernet không nhất thiết phải tương ứng với tốc độ của SONET/SDH Một giao diện 100Mbps Ethernet có thể được truyền tải qua một, haihoặc ba luồng STS-1 (50Mbps) Trường hợp này cần có các kỹ thuật hàng đợi,điều chỉnh để giảm thiểu việc mất gói do quá tải gây ra

Chức năng EOS và VCAT được thực hiện tại điểm đầu vào và đầu ra,không nhất thiết phải thực hiện ở mọi trạm trên đường truyền dẫn Như tronghình 1.10 thiết bị nối chéo XC thực hiện kết nối hai vòng ring như thôngthường Tuy nhiên để VCAT có thể phát huy hiệu quả thì các thiết bị đều phải

hỗ trợ VCAT, nếu không việc tiêt kiệm băng thông sẽ không thực hiện được.Nếu thiết bị trên vòng ring hỗ trợ phân chia kênh mức STS-1 hoặc cao hơn thìkênh nhỏ nhất VCAT hỗ trợ là STS-1 Nếu thiết bị hỗ trợ VCAT tới mức VT1.5 (T1) thì băng thông cao nhất của STS-1 trên vòng ring vẫn bị lãng phíthậm chí khi CPE được chỉ định là n*VT 1.5 thông qua VCAT Ví dụ tronghình 1.10, nếu thiết bị ADM 1 và 2 hỗ trợ VCAT tới mức VT 1.5 nhưng thiết

bị nối chéo chỉ thực hiện nối chéo ở mức DS3 thì việc tiết kiệm băng thôngkhông được thực hiện

Cơ chế điều khiển dung lượng kênh (LCAS): VCAT là công cụ hiệu quảtrong việc cung cấp cho khách hàng băng thông theo yêu cầu Tuy nhiên nhucầu về băng thông của khách hàng luôn luôn thay đổi Để tránh tình trạngthêm bớt liên kết liên tục theo nhu cầu của khách hàng người ta sử dụngLCAS LCAS là một giao thức cho phép thay đổi kích cỡ kênh bất kỳ lúc nào.LCAS cũng được sử dụng để kiểm tra tính kết nối của đường truyền để thêmhoặc bỏ đường truyền mà không cần phải phá vỡ hoạt động Sử dụng kết hợp

EOS với LCAS, VCAT có thể đạt hiệu quả cao khi triển khai dịch vụ Ethernetqua SONET/SDH.

1.2.2 Gigabit Ethernet (GE)

Công nghệ Ethernet không chỉ giới hạn ở là một công nghệ truy nhập màcòn có thể sử dụng làm công nghệ truyền dẫn Khi sử dụng Ethernet làm côngnghệ truyền dẫn thì phần mạng truy nhập có thể xây dựng theo kiểu ring hoặckiểu hub-and-spoke

Với cấu hình hub-and-spoke sẽ có các node tập trung lưu lượng từ nhữngnode khác như trong hình 1.11 Các switch sẽ được đặt ở gần POP hoặc CO

sử dụng sợi quang riêng hoặc bước sóng để kết nối giữa các node Mặc dù cấuhình này tốn kém hơn kiểu ring nhưng vẫn được nhiều nhà mạng coi là tốthơn ring Băng thông đến khách hàng có thể mở rộng bởi vì toàn bộ đườngcáp dành cho khách hàng Có hai kiểu bảo vệ có thể thực hiện Kiểu thứ nhấttải lưu lượng sẽ được chia đều trên hai đường liên kết, nếu có sự cố thì lưulượng sẽ dồn sang đường còn lại Kiểu bảo vệ thứ hai là có hai đường liên kết

từ hai swittch khác nhau tới nhà khách hàng Trong hai đường này sẽ có mộtđường ở trạng thái dự phòng không sử dụng do đó phải sử dụng giao thứcSTP giữa những node này [1]

Cấu hình ring có thể coi là một tập hợp các liên kết điểm - điểm giữacác switch Băng thông của ring được chia sẻ cho các node Ngoài ra băngthông này còn được dành cho quản lý, bảo vệ Trong cấu hình này phải sửdụng STP để tránh vòng lặp vô hạn của gói tin STP sẽ khóa một số cổng

dư thừa, đo đó kém tin cậy hơn bảo vệ của RPR, SONET/SDH Khi có sự

cố xảy ra thì STP sẽ điều chỉnh lại cổng bị khóa để thiết lập đường liênkết mới như hình 1.13

SW2

SW3

Ethernet Switch CO

Core

Đường tập trung

Spanning Tree

Hình 1.11 Cấu trúc Hub-and-Spoke

1GB Ethernet Ring

SW1

SW2

SW3

Ethernet Switch CO

Core

Đường liên kết điểm-điểm

Hình 1.12 Cấu hình ring Gigabit Ethernet

Cổng bị

Hoạt động bình thường

Hình 1.13 Spanning Tree trong cấu hình ring Gigabit Ethernet.

1.2.3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (Multi-Protocol Label Switching) viết tắtMPLS được sử dụng trong các mạng hiệu năng cao để định truyến và chuyểntiếp dữ liệu Chức năng cơ bản của MPLS là cho phép các router thiết lập cácluồng điểm - điểm (còn gọi là các luồng chuyển mạch nhãn - LSP) với các đặctính QoS xác định qua bất kỳ mạng loại gói hay tế bào MPLS có thể coi nhưmột giải pháp công nghệ tổ hợp, mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tạilớp 3 và tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như một kỹ thuật chuyển tiếp.MPLS hoạt động giữa lớp liên kết dữ liệu (L2) và lớp mạng (L3), MPLS

có thể hoạt động với các giao thức mạng lớp 2 khác nhau như Ethernet, ATM,Frame Relay, PPP

S=

0

TT L

Tiêu

đề IP

Tiêu

đề TCP

Tải

Hình 1.14 Cấu trúc gói tin MPLS

Phần tiêu đề của gói tin MPLS bao gồm một hoặc nhiều một chồngnhãn Một chồng nhãn bao gồm 4 trường sau:

- 20 bit trường giá trị nhãn.

- 3 bit trường kiểu lưu lượng dành cho QoS

- 1 bit cờ chỉ chồng nhãn cuối, nếu cờ được đặt thì chồng nhãn đó là cuốicùng trong tiêu đề của gói tin MPLS

- 4 bit trường thời gian sống - TTL

Các router thực hiện chuyển mạch dựa trên nhãn gọi là các LSR (LabelSwitch Router) Nhãn được phân phối giữa các LSR bằng giao thức phân phốinhãn LDP (Label Distribution Protocol) Các đường chuyển mạch nhãn LSP(Label Switched Path) được thiết lập có thể tạo một mạng riêng ảo hoặc đểtruyền tải lưu lượng qua mạng LSP cũng tương tự như PVC trong ATMnhưng LSP không phụ thuộc vào giao thức hoạt động ở lớp 2

Như vậy MPLS có các ưu điểm sau đáp ứng các yêu cầu cơ bản đốivới MAN-E:

- Hỗ trợ nhiều dịch vụ trong đó có 3 dịch vụ cơ bản là Line, LAN và E-Tree

E Có khả năng mở rộng mạng và dịch vụ

- Hỗ trợ nhiều tính năng QoS

- Độ tin cậy cao, có khả năng phục hồi nhanh

- Các tính năng vận hành khai thác OAM thuận tiện và nhanh chóng

- Được hỗ trợ bởi nhiều hãng lớn như Cisco, Acatel, Juniper…

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS(Generalized Multiprotocol Labed Switching là bước phát triển theo củacông nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol LabedSwitching)

MAC SA

VLAN Tag

Eth

CR C

LSR LSR

LSR

MAN - E

LSR LSR

LSR LSP3 LSP2

LSP1 UNI A

quang [1]

1.2.4 Công nghệ MAC-in-MAC

Công nghệ MAC-in-MAC hay PBB/PBT là công nghệ được khởi xướng bởihãng Nortel Networks và hiện nay đã được tiêu chuẩn hóa thành 802.1ah Côngnghệ MAC-in-MAC hiện đang cạnh tranh với MPLS trong các mạng MAN-E.Công nghệ MAC-in-MAC giải quyết được các hạn chế của công nghệ Q-in-Q như khả năng phân chia địa chỉ MAC của nhà cung cấp và khách hàng,khả năng mở rộng mạng và nhận dạng dịch vụ MAC-in-MAC cũng cho phépcác tính năng về điều khiển, phân loại lưu lượng và đảm bảo QoS…

M-in-M thực hiện thêm địa chỉ MAC nguồn và MAC đích của nhà cungcấp, nhãn VLAN và nhận dạng dịch vụ của nhà cung cấp vào khung Ethernettại giao diện NNI.

C-MAC DA C-MAC SA C-EthernetType C-VLAN Tag C-Payload

P-MAC DA P-MAC SA P-EthernetType P-VLAN Tag P-ServiceLabel

P-EthernetType P-VLAN CoS P-CR P-VLAN ID

P-EthernetType Service ID

Hình 1.16 Các trường trong khung M-in-M.

Trong M-in-M nhãn VLAN có khuôn dạng giống với nhãn VLAN của Q-in-Q Truy nhiên trong M-in-M P-VLAN ID của nhãn P-VLAN nhận dạng VLAN của nhà cung cấp mà các khung dịch vụ củakhách hàng chạy qua đó P-VLAN CoS xác định lớp dịch vụ cho phân loại

P-và điều khiển lưu lượng Service ID nhận dạng dịch vụ trong mạng củanhà cung cấp M-in-M cung cấp tới 16 triệu dịch vụ Bảng 1.1 tóm tắt cáctrường trong M-in-M

Bảng 1.1 Ý nghĩa các trường trong M-in-M

Tiêu đề của nhà cung cấp Đánh địa chỉ mạng nhà cung cấp

ID của P-VLAN Nhận dạng VLAN của nhà cung cấp

Trong M-in-M, nhà cung cấp dịch vụ sẽ chuyển lưu lượng dựa trên địachỉ MAC của nhà cung cấp Các khung dịch vụ của khách hàng sẽ được đưa

vào đường hầm logic M-in-M và không được dùng để chuyển mạch trongmạng của nhà cung cấp Vì vậy mạng của nhà cung cấp dịch vụ và mạng củakhách hàng riêng rẽ nhau.

- M-in-M có một số đặc điểm nổi bật sau:

+ Quản trị VLAN của khách hàng: M-in-M tạo đường hầm trong suất

cho các khung dịch vụ Ethernet của khách hàng Tại giao diện UNI, nhà cungcấp dịch vụ ánh xạ các giá trị của C-VLAN ID và C-VLAN CoS vào Service

ID và P-VLAN CoS chỉ định cho dịch vụ đó Như vậy khách hàng có thể tự

do phân các giá trị C-VLAN ID và C-VLAN CoS theo nhu cầu của họ màkhông phải quan tâm đến nhà cung cấp dịch vụ Các nhà cung cấp dịch vụcũng không lo lắng phối hợp với VLAN ID với các khách hàng

+ Cung cấp các VLAN của nhà cung cấp dịch vụ: M-in-M P-VLAN ID

cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân chia mạng của họ thành các khu vực đểđơn giản hóa việc đảm bảo QoS VLAN của nhà cung cấp cho phép hỗ trợnhiều loại dịch vụ của khách hàng

+ Học và phân chia địa chỉ MAC của nhà cung cấp và khách hàng:

Đường hầm logic M-in-M cho phép tách biệt địa chỉ MAC của nhà cung cấp

và khách hàng Vì vậy mạng chỉ cần học địa chỉ MAC của các thiết bị của nhàcung cấp việc học địa chỉ MAC chỉ thực hiện khi có các thiết bị Ethernet mớiđược thêm vào mạng của nhà cung cấp Vì vậy mạng của nhà cung cấp sẽgiảm được đáng kể các khung broadcast, tăng độ ổn định và băng thông hữuích cho lưu lượng khác

+ Khả năng mở rộng và nhận dạng dịch vụ: M-in-M nhận dạng dịch vụ

từ hai khía cạnh Thứ nhất là các dịch vụ ở giao diện UNI được nhận dạng bởiService ID, đây chính là điểm mà một hoặc nhiều C-VLAN ID được ánh xạvới một dịch vụ nào đó Thứ hai P-VLAN ID nhận dạng P-VLAN của nhàcung cấp mà qua đó các dịch vụ được chuyển qua M-in-M hỗ trợ 4096 P-

VLAN và tới một triệu dịch vụ M-in-M sử dụng nhãn P-VLAN để quản lýlưu lượng thông qua P-VLAN UD và P-VLAN CoS cho phép nahf cung cấpdịch vụ tính toán thiết kế mạng cho dịch vụ được hỗ trơ trước khi kích hoạtdịch vụ Mỗi P-VLAN được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của một dịch vụnào đó Vì vậy việc vận hành khai thác mạng và kích hoạt dịch vụ nhanhchóng hơn.

+ Ánh xạ và bảo toàn nhãn C-VLAN: M-in-M lưu các nhãn C-VLAN do

các khung dịch vụ của khách hàng được tạo đường qua mạng Vì vậy nhàcung cấp dịch vụ có thể chuyển các khung dịch vụ của khách hàng qua mạngmột các trong suất Nhà cung cấp dịch vụ chỉ ra Service ID của một dịch vụnào đó và ánh xạ C-VLAN ID cảu khách hàng vào một Service ID và C-VLAN CoS vào một P-VLAN CoS

+ Cung cấp sự trong suất với các giao thức điều khiển cảu khách hàng:

M-in-M tạo đường hầm cho các khung dịch vụ của khách hàng, tất cả các bảntin của giao thức điều khiển Ethernet (BPDU) được truyền trong suất trongđường hầm qua mạng nhà cung cấp Điều này cho phép các giao thưucs điềukhiển Ethernet được sử dụng độc lập giữa mạng của nhà cung cấp và mạngcủa khách hàng M-in-M lược bỏ bớt tính năng về spanning-tree, flooding vàbroadcasting của mạng Ethernet truyền thống Thời gian phục hồi lâu cũngnhư phương thức truyền quảng bá không được sử dụng trong mạng của nhàcung cấp Trong M-in-M, mặt phẳng điều khiển được triển khai tập trung nênđơn giản hơn trong lớp quản lý Về mặt kỹ thuật, khi tập trung điều khiển thìviệc điều khiển định tuyến cũng như các gioa thức báo hiệu sẽ bớt phức tạp.Trong mạng M-in-M không nhất thiết phải có các giao thức định tuyến BGP,OSPF, IS-IS hay các giao thức báo hiệu như LDP… giảm bớt độ phức tạptrên vùng điều khiển và chuyển công việc này cho phần quản trị dịch vụ Vìvậy thiết bị công nghệ M-in-M có giá thành rẻ hơn so với các thiết bị MPLS

do lược bớt các tính năng định tuyến và báo hiệu trên thiết bị chuyển mạch

1.3 Các tiêu chuẩn trong công nghệ truyền dẫn MAN - E

1.3.1 IEE 802.1Q và Q-in-Q

IEEE 802.1Q là chuẩn được thiết kế cho việc gán nhãn VLAN 4 bytestiêu đề sẽ được thêm vào khung IEEE802.3 tiêu chuẩn và được gọi là nhãnVLAN Hình vẽ 1.17 minh họa các trường của nhãn VLAN

Quyền ưu tiên (3 bit)

Đối với mạng doanh nghiệp, các VLAN được dùng để giới hạn lưu lượngmạng nội bộ Các khung Ethernet của mạng nội bộ sẽ được nhận dạng và ưutiên qua các trường VLAN ID và User Priority Thuật ngữ CE-VLAN ID đượcdùng để nhận dạng VLAN ID trong khung dịch vụ của khách hàng Nhãn CE-VLAN để nhận dạng nhãn VLAN trong khung dịch vụ của khách hàng

Như ta thấy 802.1Q có giới hạn về số lượng VLAN có thể nhận dạngđược là 4096, không có sự phân biệt rõ ràng giữa mạng của nhà ung cấp vàmạng của khách hàng ( không có đánh địa chỉ và VLAN ID riêng) vì thếkhông đảm bảo an ninh mạng Để khắc phục vấn đề này gười ta sử dụng Q-in-

Q (viết tắt của 802.1Q-in-802.1Q) hay 802.1ad Trong Q-in-Q nhà cungcấpdichj vụ sẽ thêm một VLAN ID hay còn gọi là P-VLAN vào khung IEEE802.1Q của khách hàng như minh họa dưới đây.

C-MAC DA C-MAC SA P-VLAN Tag C-VLAN Tag C-EthernetType C-Payload

P-EthernetType P-VLAN CoS P-CFI P-VLAN ID

Hình 1.18 Các trường trong Q-in-Q

Nhãn P-VLAN được thêm vào sau địa chỉ MAC nguồn Nhãn P-VLANbao gồm P-VLAN ID của nhà cung cấp dịch vụ gồm 12 bit hỗ trợ 4096 giá trị,trường P-VLAN CoS gồm 3 bit cung cấp 8 lớp dịch vụ cho mỗi P-VLAN ID.Ttrường Provider Ethernet Type thường dùng giá trị khác 8100h để chỉ ra nhãnP-VLAN này không phải là nhãn IEEE802.1Q VLAN tiêu chuẩn, trường P-CFI thường bằng 0 Nhãn P-VLAN được sử dụng để nhận dạng dịch vu

Nhãn C-VLAN sẽ không bị tác động tới bởi nhà cung cấp Sau dây làmột số đặc điểm cả khả năng của Q-in-Q

Quản lý VLAN khách hàng : Nhà cung cấp sử dụng một P-VLAN chomỗi dịch vụ Nhà cung cấp sẽ ánh xạ C-VLAN ID của khách hàng vào mộtdịch vụ được nhận dạng bởi một P-VLAN ID Như vậy C-VLAN ID sẽ đượcgiữ nguyên, khách hàng có thể tự do lựa chọn C-VLAN ID và C-VLAN CoS

Thêm nhãn P-VLAN

C-MAC DA C-MAC SA P-VLAN Tag C-VLAN Tag C-EthernetType C-Payload

P-VLAN

Hình 1.19 Nhãn P-VLAN được thêm vào khung dịch vụ của khách hàng

Học địa chỉ MAC và phân chia địa chỉ MAC giữa nhà cung cáp dịch vụ vàkhách hàng : Q-in-Q không cung cấp bất kỳ một sự phân chia nào giữa các địachỉ MAC của nhà cung cấp và khách hàng Vì vậy khi sử dụng Q-in-Q cho dịch

vụ E-LAN, thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp phải học toàn bộ các địa chỉ

MA trong mạng không phân biệt của nhà cung cấp hay của khách hàng Do đólàm cho mạng của nhà cung cấp trở thành một mạng lớn như hình vẽ [1]

1.3.2 Tiêu chuẩn IEEE 802.17 Resilient Packet Ring (RPR)

RPR là một giao thức lớp MAC được thiết kế để tối ưu quản lý băngthông và dễ dàng triển khai dịch vụ dữ liệu trên một mạng ring RPR đượckhởi nguồn từ khi Cisco sử dụng công nghệ DPT để tối ưu quản lý và phụchồi băng thông cho các mạng ring Sau đó DPT được nhóm IEEE 802.17nghiên cứu và đưa ra chuẩn RPR RPR là giao thức lớp MAC vận hành ở lớp

2 của mô hình OSI, nó không nhận biết lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn nên

có thể làm việc với WDM, SDH hay truyền dẫn dựa trên Ethernet (sử dụngGBIC - Gigabit Interface Converter) Ngoài ra, RPR đi từ thiết bị đa lớp đếndịch vụ mạng thông minh lớp 3 như MPLS MPLS kết hợp thiết bị rìa mạng

IP lớp 3 với thiết bị lớp 2 như ATM, Frame Relay Sự kết hợp độ tin cậy và

khả năng phục hồi của RPR với ưu điểm quản lý lưu lượng và khả năng mởrộng của MPLS VPN và MPLS-TE được xem là giải pháp xây dựng MANtrên thế giới hiện nay [6]

Hình 1.20 Mô hình mạng sử dụng RPR

Hình vẽ 1.20 chỉ ra mô hình triển khai RPR cơ bản Các CMTS (CableModem Termination System – hệ thống đầu cuối điều giải cáp) tập hợp lưulượng đến thông qua cáp đồng trục từ nhà khách hàng rồi chuyển tới router RPR

Có nhiều router RPR kết nối với nhau bằng một ring OC48, sau đó lưu lượngđược tập trung chuyển đến một hub trung tâm để thực hiện kết nối ra Internet

Có thể nhận thấy RPR sử dụng các ruoter còn EOS sử dụng các swtich

Lí do bởi vì RPR xuất thân từ DPT của Cisco sử dụng router để thực hiện cácdịch vụ định tuyến IP trên mạng ring IEEE 802.17 có hướng làm RPR độclập với lớp 2 và lớp 3, nhưng thực tế RPR được chấp nhận dành cho các dịch

vụ lớp 3 Đồng thời cũng ít router hỗ trợ dịch vụ lớp 2

Hoạt động xen, rẽ và chuyển tiếp gói RPR: RPR có ba hoạt động chính làxen, rẽ và chuyển tiếp gói tương tự như cơ chế add/drop trong SONET/SDH Ởđây các kênh được thêm, bớt và kết nối chéo bên trong vòng ring

IEEE 802.3 MAC xử lý các gói tại mỗi node của vòn ring bất kể nodeđích là nod kế tiếp Ngược lại RPR 802.17 MAC chuyển tiếp gói tin trongvòng ring mà không thực hiện bất kỳ bước đệm hoặc chuyển mạch trung giannào nếu như gói không thuộc về node Do đó giảm thiểu được công việc củatừng node.

Xen

tiếp Chuyển tiếp

Hoạt động của RPR MAC

802.17 MAC

802.3 MAC

Chuyển mạch gói/ Hàng đợi

Hình 1.21 Hoạt động thêm, bớt và chuyển tiếp trong RPR

Hình 1.21 minh họa hoạt động của RPR, lưu lượng không thuộc về nodeđược chuyển tiếp trong vòng ring được thực hiện bởi IEEE 802.17 MAC.Trong hoạt động của Ethernet IEEE 802.3 MAC lưu lượng được xử lý, lưuđệm tại mỗi node để chức năng chuyển mạch xác định giao diện đầu ra

Ưu điểm của RPR so với SONET/SDH là toàn bộ các gói đến vòng ringđều được chia sẻ đầy đủ băng thông, cơ chế quản lý băng thông của RPRcho phép tránh được nghẽn Trong SONET/SDH mỗi khe thời gian đượcdành cho một kênh, băng thông dành cho kênh sẽ bị bỏ ra khỏi vòng ring khikhông có lưu lượng nào