Tài liệu PBB-TE: Công nghệ cho mạng truyền tải Ethernet ppt

PBB-TE: Công nghệ cho mạng truyền tải Ethernet Nguồn: khonggianit.vn PBB-TE Provider Backbone Bridging-Traffic Engineered là một công nghệ mới, hứa hẹn sẽ mang đến cho những nhà cung c

PBB-TE: Công nghệ cho mạng truyền tải Ethernet Nguồn: khonggianit.vn

PBB-TE (Provider Backbone Bridging-Traffic Engineered) là một công nghệ mới, hứa hẹn sẽ mang đến cho những nhà cung cấp dịch vụ khả năng truyền tải mạng Ethernet thuần túy lớp 2 Với PBB-TE, khả năng xây dựng một hệ thống mạng Metro Ethernet đúng nghĩa mà không còn cần sự hỗ trợ của những công nghệ đắt tiền như MPLS Sau nhiều năm nghiên cứu, IEEE và ITU-T đã mở rộng chuẩn Ethernet – PBB-TE, hướng vào những dịch vụ điểm – điểm Trong PBB-TE, hệ thống mạng được quản lý theo những chương trình quản trị thiết kế trước mà không còn sử dụng cơ chế tự học, chống lặp truyền thống của Ethernet

1 Công nghệ Ethernet và hạ tầng truyền dẫn

Cùng với công nghệ IP, Ethernet đã và sẽ vẫn là công nghệ chủ đạo trong các hệ thống mạng LAN của các doanh nghiệp Từ trước những năm 1990, Ethernet không được sử dụng cho việc kết nối mạng diện rộng vì những giới hạn về khoảng cách Kể từ khi ra đời, năm 1973 – 1975, Ethernet đã nhanh chóng chiếm vị trí hàng đầu trong những giao thức truy nhập trên toàn thế giới So với ATM,

Ethernet đã thực sự chứng tỏ ưu thế của mình Các hệ thống mạng ATM tuy được thiết kế với mục tiêu tăng tốc độ truyền thông, đảm bảo QoS nhưng không thể so sánh với Ethernet về mức độ đơn giản, chi phí đầu tư, chi phí quản trị Yếu tố hàng đầu trong thành công của Ethernet là sự đơn giản, dễ dàng truyền tải bản tin IP Một điều không thể phủ nhận là công nghệ IP đã trở thành công nghệ “bá chủ” trong thế giới mạng Internet nói chung cũng như mạng doanh nghiệp nói riêng

Hệ thống mạng dựa trên nền Ethernet được xây dựng từ 3 nhóm hạ tầng:

• Các bộ truy cập IP – IP-based DSL access multiplexer

• Thiết bị truy cập đa dịch vụ - MSAN (Multiservice Access Node)

• Hệ thống cáp truy cập

Bộ truy nhập IP DSLAM

Vào đầu năm 2001, kiến trúc mạng truyền số liệu thuê bao số dựa trên Ethernet đã được phát triển – các hệ thống IP DSLAM Một trong những người đi tiên phong

sử dụng IP DSLAM là nhà cung cấp dịch vụ băng rộng Yahoo tại Nhật Bản

(Yahoo!BB) Họ đã nhìn thấy ở IP DSLAM một sự hứa hẹn rất rẻ về giá thành truy cập băng rộng Tương tự ATM-DSLAM, các IP DSLAM cung cấp giao diện cáp đồng tới nhà thuê bao trên đường dây điện thoại truyền thống Nhưng khác với ATM, IP DSLAM sử dụng giao diện Ethernet (GigaEthernet) kết nối về các hệ thống thu gom là Router hoặc Switch Các hệ thống IP DSLAM đã phát triển nhanh chóng và được các hãng cung cấp dịch vụ truy cập sử dụng thay thế cho các

hệ thống DSLAM thế hệ cũ Tuy nhiên, để đạt được điều này, những nhà cung cấp IPDSLAM phải chứng tỏ rằng thiết bị mới ít nhất cũng tương đương ATM

DSLAM về các tính năng và cung cấp băng thông rộng hơn, tốc độ kết nối nhanh hơn, giá thành đầu tư rẻ hơn, thiết kế mạng đơn giản hơn Thách thức lớn nhất là việc xây dựng một kiến trúc quản lý dịch vụ cho hệ thống mạng IP sao cho tương đương với những tiêu chuẩn đã được chấp nhận của hệ thống ATM DSLAM Trở ngại lớn nhất cho việc ứng dụng các IP DSLAM là chưa có cơ chế nào để kiểm soát hoàn toàn luồng dữ liệu IP Tuy nhiên, lợi ích cũng như sự hấp dẫn về chi phí của IP DSLAM đã và đang là động lực thúc đẩy các hãng cung cấp dịch vụ chuyển dần sang các hệ thống DSLAM dựa trên IP Hiện nay, có thể nói, phần lớn các nhà cung cấp đã ngừng đầu tư ATM DSLAM Châu Á là vùng đi tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ IP, tiếp theo sau đó là Châu Âu, Trung Mỹ, Mỹ Latinh Bắc

Mỹ cũng dần dần chuyển sang triển khai các hệ thống IP DSLAM của Alcatel

Bộ truy nhập đa dịch vụ - MSAN

Multi Service Access Node – bản thân tên gọi này đã cho thấy khả năng và ứng dụng của nó Sau khi đã thay thế các hệ thống truy nhập băng rộng từ ATM sang

IP, người ta đã dần dần có ý định ứng dụng những công nghệ dựa trên Ethernet để thay thế các hệ thống TDM truyền thống Tuy nhiên, sự chuyển đổi này đòi hỏi có thời gian và gặp khá nhiều khó khăn Những hệ thống TDM và thoại truyền thống (PSTN) đã là nền tảng viễn thông trong nhiều năm Không dễ dàng để có những hệ thống đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ thoại, truyền số liệu với chất lượng tương đương PSTN nhưng lại rẻ hơn và thuận tiện lắp đặt hơn Cần phải có những phương pháp, công nghệ mới để thay thế MSAN là một sự thay thế lý tưởng trong thời gian quá độ chuyển lên mạng thuần IP

Hệ thống MSAN được chia làm 2 khối Khối phục vụ cho thoại Thoại qua IP (VoIP) từ lâu đã được ứng dụng trong các mạng viễn thông bởi sự hấp dẫn về chi phí đầu tư và chi phí vận hành Với những công nghệ hiện tại (H248), thoại qua IP

đã được chứng minh về mặt chất lượng dịch vụ là không thua kém so với thoại truyền thống (PSTN)

Khối thứ 2 là bộ truy nhập dựa trên TDM Từ năm 2005 tới nay, rất nhiều triển lãm giới thiệu công nghệ đã tập trung vào khái niệm PWE3 (Pseudo-wire), công nghệ cho phép chuyển đổi từ truy nhập TDM sang truy nhập Ethernet/IP dựa trên

sự giả lập T1/E1 trên nền Ethernet Các hệ thống MSAN có thể cung cấp cả kết nối băng rộng cũng như kết nối thoại truyền thống trên cùng một khung giá thiết

bị Với những giao diện thỏa mãn báo hiệu cũng như kết nối Ethernet, việc triển khai các hệ thống đa truy nhập càng trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết

Mạng truy nhập quang

Hệ thống truy nhập quang thụ động Ethernet (EPON) là giải pháp đã được chấp nhận rộng rãi bên cạnh các giải pháp khác sử dụng PON để truyền tải TDM, ATM như: APON, BPON hoặc GPON Hiện nay, EPON đã chứng tỏ được khả năng ứng

dụng cho truy nhập tới khách hàng của mình Với chi phí về cáp quang ngày càng giảm, nhu cầu băng thông ngày càng lớn, cũng như sự phức tạp trong việc duy trì mạng truy nhập dựa trên cáp đồng đã tạo điều kiện thuận lợi cho áp dụng những công nghệ như EPON, GEPON hoặc 10GEPON

Mô hình truy nhập quang EPON có thể tham khảo:

Hình 1 : Mô hình mạng truy nhập quang EPON

2 Các công nghệ xây dựng mạng Metro Ethernet

Có thể coi thời điểm thành lập forum Metro Ethernet năm 2001 là mốc đánh dấu cho sự ra đời của mạng Metro dựa trên nền công nghệ Ethernet Mục tiêu của forum là đề xuất ra các mô tả khuyến nghị cho truy nhập đa dịch vụ, cho phép các doanh nghiệp có thể kết nối hệ thống mạng LAN qua hạ tầng mạng cáp quang đô thị Các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đã dần dần chuyển đổi hệ thống sang cung

cấp các dịch vụ băng thông rộng, VPN, các dịch vụ truyền số liệu dựa trên nền Ethernet Khách hàng vốn đã quá quen thuộc với công nghệ mạng LAN Ethernet nên có thể dự đoán rằng các dịch vụ E-LINE, E-LAN của mạng Metro Ethernet sẽ nhanh chóng nhận được sự ủng hộ của người dùng cuối Sự tiện dụng này có thể nhấn mạnh vào các điểm:

• Băng thông lớn và dễ dàng điều chỉnh Băng thông tới khách hàng có thể từ

10 Mbps cho đến 100 Mbps hoặc Gbps

• Giao diện kết nối RJ45 đã rất phổ biến trong các mạng LAN Với nhưng quy định rõ ràng về chuẩn kết nối Ethernet [2], việc kết nối tới các thiết bị đầu cuối của khách hàng như Router hoặc Switch sẽ rất thuận tiện, đơn giản

Về mặt cấu hình mạng Metro Ethernet có thể chia làm 3 loại chính:

• Mạng thuần Ethernet – Pure Ethernet

• Ethernet dựa trên nền MPLS – EoMPLS

• Ethernet dựa trên công nghệ PBB-TE – Provider Backbone Bridging- Traffic Engineering

Một loại thứ tư là công nghệ Ethernet trên nền mạng SDH, NG-SDH nhưng chúng

ta sẽ không xét đến trong phạm vi bài này

2.1 Mạng thuần Ethernet - Pure Ethernet

Hệ thống mạng thuần Ethernet sử dụng hạ tầng xây dựng từ những thiết bị hoàn toàn thuộc lớp 2 (Datalink) Với hạ tầng đơn giản như vậy, chi phí đầu tư ban đầu

và chi phí vận hành sẽ được giảm đi rất nhiều và có thể nói là rẻ nhất trong số các

mô hình mạng Metro Ethernet Trong thời kỳ đầu, với những hạn chế về công nghệ truy cập của Ethernet – sử dụng chung hạ tầng truy cập nên không thể đáp ứng được cho yêu cầu kỹ thuật của các nhà cung cấp dịch vụ vốn có yêu cầu kiếm

soát chặt chẽ dự liệu truyền qua mạng Từ cuối những năm 90 của thế kỷ trước, với công nghệ đóng gói VLAN (VLAN Stacking, Vlan Tunneling), dữ liệu của của khách hàng đã có thể được phân chia độc lập với những đối tượng dữ liệu khác Trong công nghệ Q-IN-Q (802.1ad), bên cạnh trường VLAN Tagging 12 bit truyền thống, nhà cung cấp dịch vụ Metro Ethernet sẽ bổ sung thêm một trường VLAN tagging 12 bit thứ 2 để phân biệt các bản tin trong môi trường của nhà cung cấp và bản tin trong môi trường của khách hàng

Hình 2 : Bản tin Q-IN-Q

Công nghệ Q-IN-Q đơn giản nhưng vẫn đảm bảo được phần nào những yêu cầu đặt ra về chất lượng dịch vụ Sử dụng 3 bit trong trường CoS cho phép phân chia được 8 loại yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau, có khả năng kiểm soát lưu lượng khá linh hoạt, đáp ứng được những yêu cầu đặt ra cho một hệ thống mạng

chuyển mạch gói Các gói tin có thể được đánh dấu tùy theo dịch vụ hoặc tùy theo khách hàng Trường CoS cho phép có thể ánh xạ 1-1 với 3 bit IP Precedence hoặc một phần với 6 bit DSCP

Hình 3 : Cơ chế đảm bảo QoS trong Ethernet

Trong hệ thống mạng cung cấp dịch vụ Metro, Ethernet được sử dụng như một công nghệ thay thế cho ATM và Frame Relay Các chỉ số ATM PVI, VCI được thay thế bằng VLAN tag Ngoài ra, với bản chất truyền đa điểm, Ethernet còn có khả năng cung cấp dịch vụ kết nối đa điểm – đa điểm mà ATM và Frame Relay không cung cấp được Hạn chế lớn nhất của hệ thống mạng Metro Ethernet dựa trên VLAN là giới hạn 4096 VLAN tag Nếu mỗi khách hàng sử dụng 1

VLAN-ID thì mỗi vùng mạng chỉ có thể cung cấp tối đa 4096 đường kết nối Với giải pháp Q-IN-Q, khi chèn thêm một trường VLAN tag trong bản tin của nhà cung cấp, tối đa, có thể cung cấp tới 1677216 nhãn dịch vụ

Với sự hỗ trợ về khoảng cách của cáp quang Gigabit (tối đa tới 70 km ~ 100 km), công nghệ mạng Metro Ethernet với VLAN, quản lý dịch vụ 802.1p đang thực sự

là một giải pháp hấp dẫn với những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông Giá thành đầu tư thấp, chi phí duy trì, khai thác giảm cũng là một lý do để chú ý đến công nghệ Metro Ethernet thuần lớp 2

2.2 Ethernet trên nền MPLS

Sử dụng mạng Metro Ethernet thuần lớp 2 có một hạn chế là khả năng quản lý chất lượng dịch vụ chưa mềm dẻo và đảm bảo theo mong muốn Ngoài ra, vấn đề

về tốc độ hội tụ của mạng cũng là một trở ngại Thông thường với hệ thống mạng lớp 2, giao thức Spanning-Tree cho phép mạng hội tụ trong khoảng thời gian từ 50 giây đến hơn 1 phút Đối với yêu cầu độ hội tụ nhỏ hơn 50ms của mạng cung cấp viễn thông thì còn có một khoảng cách quá xa Một mô hình thứ 2 được đưa ra là

sử dụng công nghệ Ethernet với hỗ trợ của MPLS (Multi Protocol Label Switch)

Mô hình lai ghép giữa việc sử dụng hạ tầng mạng Ethernet tại nhiều miền lớp 2, trung chuyển qua lớp CORE MPLS cho phép đảm bảo về độ hội tụ mạng và các tính năng điều khiển chất lượng dịch vụ Trong mô hình này, toàn bộ mạng Metro Ethernet sẽ được chia làm nhiều vùng nhỏ, độc lập với nhau Những vấn đề về số lượng VLAN, hội tụ mạng sử dụng spanning-tree sẽ được giải quyết trong nội bộ vùng Những bản tin Ethernet (Ethernet frame) liên vùng sẽ được đóng gói vào các

“đường hầm” qua vùng mang lõi lớp 3 với sự hỗ trợ của MPLS Quá trình được thực hiện như sau:

• Với lớp mạng lõi sử dụng IP, Các bản tin Ethernet đi qua lớp mạng lõi sẽ được đóng gói sử dụng L2TPv3[3]

• Với lớp mạng lõi sử dụng MPLS, các giao thức EoMPLS về báo hiệu và đóng gói sẽ được sử dụng để đóng gói các bản tin Ethernet Cả hai loại hình dịch vụ điểm – điểm hoặc đa điểm – đa điểm đều được hỗ trợ Mô hình EoMPLS cho điểm – điểm được mô tả trong [4],[5] Mô hình EoMPLS cho

đa điểm – đa điểm được mô tả trong [6],[7]

Trong cả hai mô hình, giá trị VLAN tag có thể thay đổi khi frame được đóng gói truyền qua đường hầm Điều này tạo khả năng quản lý độc lập giữa các miền lớp

2 Bên cạnh đó, giá trị VLAN tag còn có thể sử dụng lại trong các miền lớp 2 khác nhau Càng nhiều miền lớp 2 thì càng có nhiều EVC được tạo ra Giả sử toàn bộ

các kết nối EVC đều là điểm – điểm thì nhà cung cấp có n miền lớp 2 có thể có tới 4096*n/2 kết nối EVC

Tuy nhiên các mô tả EoMPLS hiện đều đang tồn tại dưới dạng các bản draft của IETF nên chúng đều đang được phát triển, chuẩn hóa dưới những khái niệm

VPWS (Virtual Private Wire Services) và VPLS (Virtual Private Lan Service)

Sử dụng MPLS hỗ trợ cho Ethernet sẽ dẫn tới sự phức tạp trên các hệ thống

switch Các switch Metro sẽ phải có khả năng điều khiển, nhận biết gói tin MPLS

và sẽ làm tăng chi phí đầu tư cũng như chi phí vận hành Tuy nhiên, với những hứa hẹn về chất lượng dịch vụ MPLS và khả năng thống nhất cao thì định hướng EoMPLS cũng đang là một hướng được quan tâm rất nhiều

2.3 Hạ tầng mạng metro sử dụng PBB-TE

PBB-TE là một định hướng mới trong triển khai mạng Metro Ethernet và đang ở trong mục theo dõi của nhóm 802.1ah Công nghệ PBB-TE cho phép cung cấp hạ tầng mạng Ethernet trên diện rộng với chất lượng khắt khe tương đương với những tiêu chuẩn viễn thông đã đặt ra Về mặt chi phí, PBB-TE tương đương với các công nghệ mạng thuần Ethernet Nhưng về mặt kiểm soát chất lượng dịch vụ cũng như độ hội tụ của mạng thì PBB-TE có những mặt ưu điểm vượt trội

PBB-TE sử dụng công nghệ Ethernet đã có lược bỏ những thành phần về chống lặp, quản lý mạng Spanning – Tree Protocol (STP ) như Ethernet thông thường Người quản lý mạng sẽ trực tiếp cấu hình các hệ thống switch, chỉ rõ ra con đường kết nối, truyền dữ liệu của từng switch Các đường truyền qua hệ thống mạng sẽ không còn phụ thuộc vào việc học của các switch mà do người quản trị cấu hình định trước

Các bản tin Ethernet sẽ được sửa đổi, thêm một số trường thông tin để để mở rộng khả năng phục vụ cũng như khả năng hỗ trợ Định hướng của PBB-TE là tuân theo

những mô tả của chuẩn IEEE802.1ah – Provider Backbone Bridged Network và

bổ sung những tính năng quản lý chất lượng dịch vụ trên những đường trunking trong mạng Hình dưới đây mô tả những bước cải tiến của bản tin Ethernet:

Hình 4 : Bản tin MAC-IN-MAC

Các bản tin VLAN thông thường (802.1Q) đã được gắn thêm trường C-VID để phân biệt VLAN phía khách hàng Bên trong hạ tầng mạng của nhà cung cấp, trường S-VID sẽ dùng để thực hiện đánh dấu các đường trunking truyền tải dịch

vụ

Phần tiếp theo sẽ tập trung giới thiệu công nghệ PBB-TE do Nortel và Siemens đề xuất triển khai cho hạ tầng mạng Metro Ethernet của VNPT

a Hoạt động của PBB-TE

PBB-TE hoạt động dựa trên các hệ thống bridge được cấu hình định trước với mô hình IVL (Independent VLAN Learning) sử dụng hai thông số là MAC và B-VID có độ dài là 60 bit Trường địa chỉ MAC nguồn và I-SID (Service Instant Identifier) được đọc tại điểm biên của mạng trục, dùng để phân biệt giữa các gói tin có cùng B-MAC, B-VID

Mô hình dưới đây mô tả quá trình truyền dữ liệu Metro Ethernet từ phía UNI đến mạng trục của nhà cung cấp

Hình 5 : Truy cập vào mạng PBB-TE

Tại điểm truy cập UNI của mạng Metro có thể có những trường hợp truy cập:

• Toàn bộ lưu lượng tại cổng Ethernet được gắn vào một I-SID 1

• Lưu lượng qua một VLAN được gắn vào một I-SID 2