Nội dung khoá luận tốt nghiệp

     Từ yêu cầu của đề tài “Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang”  thì luận văn đã nêu lên  được các vấn đề liên quan. Đó là giới thiệu một cách khái quát về yêu cầu của đề tài, nói lên được tổng quan về công nghê IP. Công nghệ mà đang trở thành chuẩn phổ biến của nhiều dịch vụ mạng mới. Đã nêu lên công nghệ IP đang sử dụng hiện nay và xu hướng phát triển công nghệ IP trong tương lai. Luận văn cũng đã nêu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang hiện nay. Các cách thức truyền tải dựa trên các phương pháp đã làm chủ, các giải pháp mới có tính khả thi cho tương lai. Đưa ra vấn đề không thể thiếu và rất quang trọng là  vấn đề vê cách thức điều khiển, báo hiệu trong truyền tải IP trên mạng quang cũng đã được đề cập.

 

MỤC LỤC

 

Chữ viết tắtAAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATMADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen rẽAPS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự độngARP Address Resolution Protocol Giao thức phân chia địa chỉATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tin không đồng bộBGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biênCAC Call Admission Control Điều khiển nhận cuộc gọiCBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổiCIDR Classless Inter-Domain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớpCLP Cell Loss Priority Độ ưu tiên mất tế bàoCoS Class of Services Lớp dịch vụCRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư thừa theo chu kỳDPT Dynamic Packet Transport Truyền tải gói độngDTM Dynamic Transfer Mode Chế độ truyền tải độngDVMRP Distance Vector Multicast Routing

ProtocolGiao thức định tuyến vecto khoảng cách

DWDM Density Wavelength Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao

DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo kênh

1

EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoàiFCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khungFDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện số phân bố theo cáp quangFDL Fibre Delay Line Trễ đường cáp quangFEC Forward Equivalence Class (in MPLS) Lớp phát chuyển tương ứngFEC Forward Error Correction (in error

correction)Sửa lỗi trước

GbE Gigabit Ethernet Ethernet tốc độ GigabitHDLC High-level Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu số mức caoID Identity Mã nhận dạngIEEE Institute of Electrical and Electronic

EngineersViện đào tạo các kỹ sư điện và điện tử

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng trongIP Internet Protocol Giao thức InternetIPng IP next generation IP kế tiếpIPS Intelligent Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ thông minhIPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 4IPv6 IP version 6 (=IPng) Giao thức Internet phiên bản 6ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa truy nhậpISO International Standards Organisation Tổ chức tiêu chuẩn quốc tếISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ InternetITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế

L2 Layer 2 Lớp 2L3 Layer 3 Lớp 3LAN Local Area Network Mạng cục bộLAPS LAN Adapter Protocol Support

ProgramHỗ trợ giao thức đáp ứng LAN

LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển đườngLDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãnLF Link Failure Sự cố tuyếnLIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãnLLC Logical Link Control Điều khiển đường logicLOF Loss of Frame Mất khungLOP Loss Of Packet Mất góiLOS Loss Of Signal Mất tín hiệuLSP Lable Switched Path Đường chuyển mạch nhãnLSR Lable Switch Router Định tuyến chuyển mạch nhãnMAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập

2

MAPOS Multiple Access Protocol Over SONET Giao thức đa truy nhập qua SONET

MBGP Multicast Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên quảng báMPS Multi Protocol Lambda Switching Chyển mạch Lamda đa giao thứcMPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMPOA Multi Protocol Over ATM Đa giao thức theo ATMNGN Next Generation Network Mạng thế hệ mớiOADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ ghép xen rẽ quangOAM Operation, Administration and

MaintenanceKhai thác, Quản trị và Bảo dưỡng

OBS Optical burst switching Chuyển mạch cụm quangOC Optical Carrier Sóng mang quangOCH Optical Channel Kênh quangOCHP Optical Channel Protection Bảo vệ kênh quangOE Opto-electronic conversion Chuyển đổi quang-điệnODL Optical Delay Line Trễ đường quangOEO Optical- Electronical- Optical Quang-Điện-QuangOEXC Opto-Electric Cross-Connect Kết nối chéo quang-điệnOL Optical Label Nhãn quangOLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường quangOLC Optical Label Channel Kênh nhãn quangOLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quangOMS Optical Multiplex Section Ghép vùng quangOMSP Optical Multiplex Section Protection Bảo vệ ghép vùng quangON Optical Network Mạng quangOEO Optical-Electrical-Optical Quang-Điện-QuangOOO Optical-Optical-Optical Quang-Quang-QuangOP Optical Packet Gói quangOPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang OS Operating System Hệ thống khai thácOSC Optical Supervisory Channel Kênh giám sát quangOSI Open System Interconnection Liên kết nối hệ thống mởOSPF Open Shortest Path First Thuật toán tìm đường ngắn nhấtOTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép quang theo thời gianOTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quangPDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộPOL Packet Over Lightwave Chuyển mạch gói qua bước sóngPOS Packet Over SONET/SDH Gói qua SONET/SDHPPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm điểm

3

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụQoSig quality of signal Chất lượng tín hiệuRSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyênSDH Synchronous Digital Hierarchy Truyền dẫn đồng bộSDL Simple Data Link Đường dữ liệu đơn giảnSDLC Synchronous Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu đồng bộSLA Service Level Agreement Sự thỏa thuận mức dịch vụSNAP Sub Network Access Point Điểm truy nhập mạng conSONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộSTM Synchronous Transport Module Chế độ truyền tải đồng bộSVC Switched Virtual Channels Kênh chuyển mạch ảoTCA Traffic Conditioning Agreement Sự thỏa thuận điều kiện lưu lượngTCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tảiTDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thờigianTOS Type Of Service Kiểu dịch vụVC Virtual Connection (in ATM) Kết nối ảo (trong ATM)VC Virtual Container (in SDH) Gói ảo (trong SDH)VCI Virtual Channel Identifier Bộ nhận dạng kênh ảoVP Virtual Path Đường ảoWAN Wide Area Network Mạng diện rộngWC Wavelength conversion Chuyển đổi bước sóngWDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng 

 

            Lời mở đầu      Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó lưu lượng IP không ngừng tăng nhanh và dần thay thế các loại giao thức khác. Hằng năm, lưu lượng số tăng hơn lưu lượng thoại gấp 2 ÷ 4 lần. Đến năm 2010, lưu lượng số đã đạt đến gấp hàng chục lần lưu lượng thoại.

      Kiến trúc mạng IP ngày nay được xây dựng theo ngăn mạng xếp chồng những công nghệ như ATM, SDH và WDM. Do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của kiến trúc này là dư thừa tính năng; và chi phí liên quan đến vận hành khai thác cao. Hơn nữa, kiến trúc này trước đây sử dụng để cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoại và thuê kênh, không được thiết kế phù hợp cho mạng số liệu. Do đó nó không thật sự

4

thích hợp đối với các ứng dụng hoạt động dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và đặc biệt là những ứng dụng có nguồn gốc IP.

      Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải pháp mới khai thác IP trên kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tần truyền dẫn vô cùng lớn. Những giải pháp này cố gắng giảm tối đa tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hoá công việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt. Hiện nay có nhiều kiến trúc mạng đã được nhận diện và triển khai trong thực tế. Tất cả chúng đều liên quan đến việc đơn giản hoá các ngăn giao thức nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có nhiều đặc tính hứa hẹn như DoS (Data over SONET/SDH), Gigabit Ethernet (GbE) và Resilient Packet Ring (RPR) ngoài kiến trúc IP trên ATM/SDH/WDM.

      Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuất chuyển mạch quang đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển hoạt động và hoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hoá cấp bách nhất hiện nay. Các tổ chức và diễn đàn quốc tế OIF (Optical Internetworking Forum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiệt lập nên các phương pháp xác định việc điều khiển và kết nối giữa mạng WDM và IP.

      Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô tại Khoa Điện Tử Viễn Thông- Trường Đại Học Công Nghệ, nhất là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Kim Giao- người đã trực tiếp hướng dẫn em.

    CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP1.1 Giới thiệu chung          

      Như chúng ta đã biết Internet là một mạng máy tính toàn cầu, do hàng nghìn mạng máy tính từ khắp mọi nơi nối lại tạo nên. Khác với cách tổ chức theo các cấp: nội hạt, liên tỉnh, quốc tế của một mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, mạng Internet tổ chức chỉ có một cấp, các mạng máy tính dù nhỏ, dù to khi nối vào Internet đều bình đẳng với nhau. Do cách tổ chức như vậy nên trên Internet có cấu trúc địa chỉ, cách đánh địa chỉ đặc biệt, trong khi cách đánh địa chỉ đối với mạng viễn thông lại đơn giản hơn nhiều.

5

      Đối với mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, khách hàng ở các vùng khác nhau hoàn toàn có thể có cùng số điện thoại, phân biệt với nhau bằng mã vùng, mã tỉnh hay mã quốc tế. Đối với mạng Internet , do cách tổ chức chỉ có một cấp nên mỗi một khách hàng hay một máy chủ  đều có một địa chỉ internet duy nhất mà không được phép trùng với bất kỳ ai. Do vậy mà địa chỉ trên Internet thực sự là một tài nguyên.

      Hàng chục triệu máy chủ trên hàng trăm nghìn mạng. Để địa chỉ không được trùng nhau cần phải có cấu trúc địa chỉ đặc biệt quản lý thống nhất và một Tổ chức của Internet gọi là Trung tâm thông tin mạng Internet - Network Information Center (NIC) chủ trì phân phối, NIC chỉ phân địa chỉ mạng (Net ID)  còn địa chỉ máy chủ trên mạng đó  do các Tổ chức quản lý Internet của từng quốc gia một tự phân phối. (Trong thực tế để có thể định tuyến (routing ) trên mạng Internet ngoài địa chỉ IP còn cần đến tên riêng của các máy chủ (Host) - Domain Name).

1.2 IPv4

      Địa chỉ IPv4 gồm 32 bit, chia thành bốn octet, mỗi octet là một byte. Địa chỉ IP được chia thành năm lớp A, B, C, D và E. Giả sử Net_ID và Host_ID lần lượt là định danh mạng và trạm. Địa chỉ IP được biễu diễn dưới dạng <Net_ID><Host_ID>. Với IPv4 chúng ta có 232 (4,3 tỷ) địa chỉ.

      Kề từ khi chính thức đựơc đưa vào sử dụng và được định nghĩa trong kiến nghị RFC791 năm 1981 đến nay, Ipv4 đã chứng minh được khả năng dễ triển khai, dễ phối hợp và hoạt động và tạo ra sự phát triển bùng nổ của các mạng máy tính. Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại với sự phát triển công nghệ hiện nay, hầu như tất cả tất cả các thiệt bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, hơn nữa sự tăng vọt ồ ạt các ứng dụng và công nghệ cũng như các thiết bị di động khác đã làm cho không gian địa chỉ Ipv4 ngày càng chật hẹp và bộc lộ nhiều điểm yếu của Ipv4:

Thiếu địa chỉ IP do sự tăng quá nhanh của các host trên mạng Internet đã dẫn đến tình trạng thiếu địa chỉ IP trầm trọng để gán cho các node. Trong những năm 1990, CIDR đựơc xây dựng dựa trên khái niệm mặt nạ địa chỉ (address mask). CIDR đã tạm khắc phục được những vấn đề nêu trên. Khía cạnh tổ chức mang tính thứ bậc của CIDR đã cải tiến khả năng mở rộng của Ipv4. Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời như kĩ thuật subnetting (1985), kĩ thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), các kĩ thuật trên đã không cứu với IPv4 ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các nhu cầu tương lai.  Do đó, một vài giải pháp tạm thời, chẳng hạn dùng RFC1918 trong đó dùng một phần không gian địa

6

chỉ làm các địa chỉ dành riêng và NAT là  một công cụ cho phép hàng ngàn host truy cập vào Internet chỉ một vài IP hợp lệ để tận dụng tốt hơn không gian địa chỉ của IPv4.

Quá nhiều các routing entry (bản ghi định tuyến) trên các backbone router : Với tình hình hiện tại, do không có sự phân cấp địa chỉ IPv4 nên số lượng các routing entry trở nên rất lớn, lên tới 110.000 bản ghi. Việc này làm chậm quá trình xử lý của router, làm giảm tốc độ mạng.

An ninh của mạng : với IPv4, đã có nhiều giải pháp khắc phục nhược điểm như IPSec, DES, 3DES… nhưng các giải pháp này đều phải cài đặt thêm và có nhiều phương thức khác nhau với mỗi loại sản phẩm chứ không đựơc hỗ trợ ở mức bản thân của giao thức.

Nhu cầu về các ứng dụng thời gian thực hay vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS : Các thách thức mới từ việc nảy sinh các dịch vụ viễn thông, các yêu cầu truyền thời gian thực cho các dịch vụ multimedia, video, âm thanh qua mạng, sự phát triển của thương mại điện tử đã đặt ra việc đảm bảo QoS cho các ứng dụng QoS trong IPv4 cũng được xác định trong trường TOS và phần nhận dạng tải trọng của gói tin IP. Tuy nhiên trường TOS này có tính ít tính năng.

1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4

      Do các vấn đề đặt ra ở trên nên một phiên bản của giao thức mới đã được giới thiệu. Xuất phát điểm của IPv6 có tên gọi là Ipng (Internet Protocol Next Generation). Sau đó, IPng được gán với phiên bản 6 và lấy tên chính thức là IPv6. Quan điểm chính khi thiết kế từng bước thay thế IPv4, không tạo ra sự biến đổi quá lớn với các tầng trên và dưới.

Mở rộng của không gian địa chỉ : Địa chỉ của IPv6 bao gồm 128bit so với 32bit của địa chỉ IPv4. Với phạm vi của địa chỉ IPv6, việc cung cấp địa chỉ trở nên thoải mái hơn rất nhiều. Về mặt lý thuyết, 128bit địa chỉ có khả năng cung cấp 2128 địa chỉ, nhiều hơn địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần. Số địa chỉ này sẽ đáp ứng được sự bùng nổ của các thiết bị IP trong tương lai. Ngoải ra IPv6 còn cung cấp phương thức mới tự động cấu hình địa chỉ và xây dựng một phép kiểm tra tính duy nhất của địa chỉ IP.

Kết cấu địa chỉ định tuyến được phân cấp hiệu quả: Địa chỉ IPv6 được thiết kết để tạo ra cơ sở định tuyến phân cấp, hiệu quả và có khả năng tập hợp lại dựa trên sự phân cấp thành nhiều mức của các nhà cung cấp dịch vụ (ISP). Như vậy các bảng định tuyến trên các router backbone sẽ gọn nhẹ hơn nhiều.

7

Dạng header mới: Phần Header của IPv6 được giảm xuống tới mức tối thiểu bằng việc chuyển tất cả các trường phụ thuộc hoặc không cần thiết xuống phần header còn lại nằm ngay sau phần header của IPv6. Việc tổ chức hợp lý phần header này làm tăng hiệu quả xử lý tại các router trung gian. IPv6 header và IPv4 header là không tương thích với nhau, do đó các node phải được cài đặt 2 phiên bản IP mới có thể xử lý được các header khác nhau này.

Tự động cấu hình địa chỉ: Tương tự như IPv4, IPv6 cũng cung cấp khả năng cấu hình địa chỉ tự động DHCP, ngoài ra còn đưa thêm khả năng tự động cấu hình địa chỉ khi không có DHCP Server. Trong một mạng, các host có thể tự động cấu hình địa chỉ của nó bằng cách sử dụng IPv6 Prefix nhận đựơc từ router (gọi là địa chỉ link-local). Hơn nữa trong một mạng mà không có router thì host cung có thể cấu hình địa chỉ link-local để liên lạc với các host khác.

Bảo mật: Hỗ trợ IPSec đã được hỗ trợ ngay bản thân của IPv6. Yêu cầu bắt buộc này như là một tiêu chuẩn cho an ninh mạng, đồng thời mở rộng khả năng làm việc được với nhau của các loại sản phẩm.

Chất lượng dịch vụ tốt hơn (QoS): Phần header của IPv6 được đưa thêm vào một số trường mới. trường nhãn luồng (flow label) ở IPv6 header được dùng để đánh nhãn cho các luồng dữ liệu. Từ đó các Router có thể có những xữ lý khác nhau với các gói tin thựôc các luồng dữ liêuk khác nhau. Do trưòng Flow label nằm trong IPv6 header nên QoS vẫn được đảm bảo khi phần tải trọng được mã hoá bởi IPSec.

Khả năng mở rộng tốt: IPv6 có khả năng mở rông tốt bằng việc sử dụng header mở rộng ngay sau phần IPv6 header. Điều này cho phép thêm vào các chức năng mạng mới. Không giống như IPv4, phần lựa chọn địa chỉ có 40 byte thì với IPv6, phần mở rộng chỉ bị hạn chế bởi kích thước của gói tin IPv6.

Có 3 loại địa chỉ IPv6. Đó là Unicast, Anycast và Multicast

Địa chỉ Unicast xác định một giao diện đơn. Địa chỉ Anycast xác định một tập các giao diện sao cho một Packet gửi

đến một địa chỉ Anycast sẽ được phát tới một thành viên của nó. Địa chỉ Multicast xác định một nhóm các giao diện, sao cho một Packet

gửi đến một địa chỉ Multicast sẽ được phát tới tất cả mọi giao diện của nhóm. Không có địa chỉ Broadcast trong IPv6, nó đã được thay thế bằng địa chỉ Multicast.

      Một đặc tính mới của IPv6 so với IPv4 đó là khả năng hỗ trợ QoS tại lớp mạng. Tuy nhiên, điều này được thực hiện gián tiếp qua nhãn luồng và chỉ thị

8

ưu tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng như không thực hiện chức năng dành trước tài nguyên mạng. Dù sao khi các tính năng của IPv6 được sử dụng với các giao thức dành trước tài nguyên mạng như RSVP chất lượng dịch vụ từ đầu đến cuối được đảm bảo.

      Đặc tính bảo mật của IPv6 hỗ trợ cho tính hợp pháp và bí mật cá nhân. Chúng cũng cung cấp chức năng cơ bản cho việc tính cước dịch vụ và lưu lượng tương lai theo cước phí.

      Nhằm cải thiện vấn đề định tuyến, định dạng mào đầu (cơ sở) của IPv6 sẽ được cố định; điều này cho phép giảm thời gian xử lý ở phần mềm do phần cứng thực hiện nhanh hơn nên định tuyến cũng sẽ nhanh hơn. Nhiều thay đổi chủ yếu tập trung ở phần phân tách số liệu. Trong IPv6, phân tách số liệu được thực hiện tại phía nguồn và khác với IPv4, bộ định tuyến có dung lượng kích thước gói giới hạn. Kết hợp với những thay đổi này bộ định tuyến IPv6 phải hỗ trợ tối thiểu 576 byte so với 68 byte của bộ định tuyến IPv4. Tất cả thông tin về phân tách được chuyển từ mào đầu IP tới phần mào đầu mở rộng nhằm đơn giản hóa giao thức và nâng tốc độ xử lý số liệu IP trong bộ định tuyến.

      Kiểm tra lỗi ở mức IP không được thực hiện trong IPv6 để giảm khối lượng xử lý và cải thiện định tuyến. Kiểm tra lỗi tiêu tốn nhiều thời gian, mất nhiều bit mào đầu và dư thừa khi cả lớp định tuyến và lớp truyền tải đều có chức năng kiểm tra tin cậy.

1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6.

      Đến bây giờ chúng ta có thể khẳng định rằng IPv6 chưa thể thay thế IPv4 ngay được. Hai phiên bản IP này sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm nữa. Về nguyên lý, có thể thực thi IPv6 bằng cách nâng cấp phần mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đưa ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi phí mua sắm thiết bị mới và bảo vệ vốn đầu tư quá khứ. Tuy nhiên, có một điều chưa chắc chắn đó là liệu tất cả các nhà khai thác Internet sẽ chuyển sang công nghệ IPv6 hay không? Điều này phụ thuộc rất lớn vào lợi ích mà nhà khai thác thu được khi chuyển sang nó. Hiện tại, vây quanh các nhà khai thác vẫn là các bộ định tuyến IPv4 và phần lớn lưu lượng trên mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu tố làm hạn chế sự thay đổi. Một đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc tính cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu hình và bảo dưỡng hơn so với mạng IPv4. Để dễ dàng khi chuyển sang IPv6 thì các ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên kết và phối hợp hoạt động với nhau (ví dụ các nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client khả năng thông tin với cả IPv4 và IPv6). Một điều quan trọng và tiên quyết cho việc phối hợp họat

9

động đó là IPv6 cần hoạt động theo kiểu Host ngăn kép: một cho ngăn giao thức IPv4 và một cho ngăn giao thức IPv6.

      Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng trước mắt sự xuất hiện IPv6 chỉ làm cho sự lựa chọn thêm khó khăn (cũng giống như lợi ích của việc định tuyến hiệu quả còn tùy thuộc vào liệu các nhà khai khác có sử dụng IPv6 không). Về lâu dài, sự nghi ngại về độ phức tạp và hiệu quả của IPv6 so với IPv4 sẽ được loại bỏ vì đến nay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn như QoS.

1.5 IPv6 cho IP/WDM

      Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những gì nên loại bỏ để làm cho truyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn. Trong bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý nhất để hiện thực hóa điều này, để mạng tối ưu hơn. Mào đầu nhỏ và hiệu quả cao, không có chức năng kiểm tra lỗi trong giao thức đó là ưu điểm của việc sử dụng IPv6. Điều này có nghĩa là yêu cầu cơ bản đối với hạ tầng WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là một trong những điểm giá trị nhất của nó. Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích ứng mới giữa IP và WDM cần được phát triển. Lớp thích ứng này phải có khả năng dành trước tài nguyên.

     Kịch bản này xem các bộ định tuyến IPv4 được thích ứng ở biên của mạng WDM, điều này đồng nghĩa với việc tạo ra một quá trình chuyển đổi dần dần tại biên giới giữa các thành phần mạng. Sử dụng IPv6 trong phần lõi của mạng WDM sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG2.1 Các thế hệ mạng WDM.

      Thế hệ WDM đầu tiên được sử dụng trong mạng WAN. Cấu hình mạng WAN WDM được cài đặt nhân công hoặc cố định. Đường truyền WDM cung cấp các kết nối điểm nối điểm với tốc độ thấp. Kỹ thuật chính trong WDM thế hệ đầu tiên là thiết kế và phát triển Laser WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, các giao thức truy nhập và định tuyến tĩnh. Các thiết bị xen, ré bước sóng quang WADM cũng được sử dụng trong mạng MAN. Các thiết bị đấu nối chéo quang DXC được sử dụng để kết nối các vòng Ring WADM. Các kết nối này có thể là băng thông rộng hoặc băng thông hẹp. Ứng dụng của các hệ thống

10

WDM thế hệ đầu tiên là các trung kế chuyển mạch cho tín hiệu thoại, các đường truyền E1, T1. 

      Thế hệ WDM thứ hai có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối trên lớp quang bằng cách sử dụng WSXC. Các đường quang này có cấu trúc (topology) ảo trên topology vật lý của cáp sợi quang. Cấu hình các bước sóng ảo này được cài đặt mềm dẻo hơn theo yêu cầu sử dụng. Kỹ thuật chính WDM thế hệ thứ hai là xen, rẽ bước sóng quang, các thiết bị đấu nối chéo, bộ biến đổi bước sóng quang tại các bộ đấu nối chéo, định tuyến động và phân bổ bước sóng quang, các giao diện để kết nối với các mạng khác.

      Thế hệ WDM thứ ba phát triển theo hướng mạng chuyển mạch gói quang không có kết nối. Trong mạng này, các nhãn hoặc mào đầu quang được gắn kèm với số liệu, được truyền cùng với tải và được xử lý tại các bộ chuyển mạch WDM quang. Căn cứ vào tỷ số của thời gian xử lý gói tin mào đầu và thời gian xử lý toàn bộ gói tin, các bộ chuyển mạch quang WDM có thể chia thành hai loại: Chuyển mạch nhãn (OLS) hoặc chuyển mạch nhóm (OBS). Một số ví dụ thiết bị WDM thế hệ ba là: Bộ định tuyến (Router) quang chuyển mạch nhãn, Router quang Gigabit, Chuyển mạch quang nhanh.

      Khả năng kết hợp với nhau trong vận hành giữa mạng WDM và mạng IP là vấn đề trọng tâm trong mạng WDM thế hệ ba. Kết hợp định tuyến và phân bổ bước sóng trên cơ sở chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được coi là chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (Generalized MPLS) thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội. Nhiều kỹ thuật phần mềm quan trọng như quản lý băng thông, đặt lại cấu hình, khôi phục, hỗ trợ chất lượng dịch vụ cũng đã được thực hiện. 

Hình 1 : Mạng WDM qua các thế hệ

2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM

      Nhu cầu truyền tải IP qua mạng ngày càng tăng. Trong khi IP được xem như là công nghệ lớp mạng phổ biến thì công nghệ WDM cung cấp khả năng dung lượng truyền dẫn lớn. Hơn nữa, khả năng cấu hình mềm dẻo của các bộ OXC đã cho phép xây dựng mạng linh hoạt hơn, nhờ đó các đường quang (lightpath) có thể lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển các lightpath này, tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiệt lập các lightpath nhanh

11

và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được tính tương tác giữa các nhà cung cấp thiệt bị.

      Đã có nhiều phương pháp để cung cấp dịch vụ gói IP trên mạng WDM được đề nghị: IP/ATM/SDH over WDM, IP/SDH over WDM, v.v.v. Tuy nhiên việc quản lý mạng theo các phương pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lâp, do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẩn lẫn nhau. Vì vậy, một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt để đó  là số lớp giao thức.

      Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghê IP và WDM tăng lên thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng Internet quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cung cung cấp một số chức năng có giá trị như lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang.

      Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM. Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn và tương lai sáng sủa, các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này. IP over WDM cung cấp khả năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự lặp chức năng giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao tác thiệt bị, dẫn đến giảm chi phí bảo dưỡng và quản lý. Do không phải qua lớp SDH và ATM nên gói số liệu có hiệu suất truyền dẫn cao nhất, đồng nghĩa với chi phí thấp nhất. Ngoài ra còn có thể phối hợn với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá thành khai thác. Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao. Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục.

Hình 2: Xu hướng tích hợp IP/WDM

2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

      Hiện nay đã có nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, phát triển, hoặc là đã được triển khai trên các mạng của các nhà khai thác trong nhưng

12

năm qua. Xu hướng nghiên cứu tích hợp IP quang đang diễn ra mạnh mẽ không chỉ ở trong dự án nghiên cứu phát triển của những trung tâm  nghiên cứu khoa học lớn mà nó còn lan rộng trong các phòng thí nghiệm Lab của các trường Đại học. Theo thống kê của EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunication) trong dự án hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp liên quan đến vấn đề truyền tải IP trên mạng quang.

      Khi đi vào tìm hiểu và nghiên cứu cho thấy 2 xu hướng khả thi, một là khai thác ưu điểm của công nghệ hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích thước gói thay đổi. Xu hướng kia là nghiên cứu ra các giao thức mới phù hợp với đặc tín lưu lượng IP. Điều này được thể hiện rõ khi ta gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng.

 Hình 3: Các mô hình phân lớp mạng

      Trong đó lớp thích ứng ATM (ALL 5) sẽ đóng vai trò cung cấp dịch vụ và chức năng định tuyến lớp 3.

      Chức năng Lớp 2 được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đã trưởng thành như SDH, ATM, Ethernet, DTM và WDM. Một số giao thức như MPOA/LAPS, RSP, POS, SDL được phát triển trong lớp mạng này thực hiện bao gói IP (Encapsulation) trong các định dạng khung cho truyền dẫn trên các bước sóng quang. Một điều dễ nhận thấy là các giao thức này đều được xây dựng quanh các công nghệ đã trưởng thành kể trên. Chúng ta hoàn toàn có thể lý giải được điều này: các dự án nghiên cứu phần lớn chịu ảnh hưởng bởi nguồn tài chính từ các nhà khai thác mạng, sản xuất thiết bị, như thế nó sẽ chỉ giải quyết những vấn đề đang tồn tại của họ. Chính vì vậy các nghiên cứu về giao thức truyền tải cũng chỉ tập trung vào những công nghệ này mà thôi.

      Lớp 1- giao diện vật lý, sẽ là các tế bào ATM (theo giao diện STM-1 hoặc STM-4), khung truyền dẫn SDH, Ethernet, DTM và Digital Wrapper (G.907). Các bước sóng quang đóng vai trò tuyến kết nối điểm - điểm giữa các nút trong mạng. Đôi khi người ta xem các bước sóng này tạo thành lớp quang đóng vai trò.

      Lớp 0, nghĩa là nó thuần tuý chỉ là tuyến vật lý cung cấp kết nối giữa các thành phần trong mạng truyền tải.

      Cấn nhớ thêm rằng là khi xuất hiện chuyển mạch gói quang (OPS), công nghệ này có khả năng hoạt động từ Lớp 1 đến lớp 3 trong mô hình OSI, thì gói

13

IP sẽ được sắp xếp trực tiếp trong gói quang mà không cần qua lớp trung gian. Tuy nhiên phải cần rất nhiều thời gian nữa thì công nghệ chuyển mạch gói quang mới có thể thương mại rộng rãi trên thị trường.

     Có thể nêu các phương pháp trên bằng các tên gọi sau:

IP/ATM/SDH/WDM IP/ATM/SDH(frame)/WDM IP/ATM/WDM IP/SDH/WDM IP/SDH(khung)/WDM IP/Ethernet/SDH/WDM IP/Ethernet/SDH(khung)/WDM IP/GbE/WDM IP/RPR/SDH(khung)/WDM IP/MAPOS /SDH(khung)/WDM IP/GFP/SDH/WDM IP/DTM/WDM IP/DTM/SDH(khung)/WDM IP/LAPS/SDH(khung)/WDM IP-MPLS/SDH(khung)/WDM IP-MPLS/quang (Digital Wrapper -G.907) IP-GMPLS/quang

      Cần biết rằng nguyên lý hoạt động của khung SDH (kỹ thuật ghép kênh SDH) có thể ứng dụng trong các thiết bị độc lập hoặc được tích hợp trong thiết bị khác mà có chung phần điều khiển với công nghệ khác. Đó là lý do người ta phân thành hai giải pháp sử dụng khung SDH trong thiết bị độc lập và thiết bị tích hợp (SDH (khung)), phù hợp theo hai mô hình xếp chồng và đồng cấp đang được ứng dụng trong mạng ngày nay.

2.2.3 Thích ứng IP trên WDM

2.2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM

Bảng 1: Ngăn giao thức sử dụng tích hợp cho IP/ATM/SDH

IP Được đóng thành các gói kích thước 250 đến 65535 byte.LLC/SNAP Điều khiển tuyến logic thêm 8 byte mào đầu vào gói IP để tạo

thành khối dữ liệu giao thức (PDU) ATM.AAL5 Lớp thích ứng ATM5 thêm 8 byte mào đầu (trường độ dài và 4

14

byte CRC) cộng với trường nhồi (0 đến 47 byte) để tạo thành một PDU AAL5 có kích thước bằng một số nguyên lần tải trọng ATM 48 byte

ATM Chia PDU AAL5 thành các tải trọng 48 byte và thêm 5 byte mào đầu để tạo thành các tế bào ATM 53 byte.

SDH Đặt các tế bào ATM vào tải trọng VC-4 hoặc VC-4 kết chuỗi SDH. Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và 9 byte mào đầu tuyến VC4 vào vùng tải trọng VC4 2340 byte. Trường hợp kết chuỗi các VC4 một VC4-Xc

 

      Truyền tải IP qua ATM được thực hiện dưới nhiều giao thức IP/ATM cổ điển, LAN mô phỏng, đa giao thức qua ATM,... Ở đây ta tập trung chủ yếu vào giao thức cổ điển đã được chuẩn hoá và hoàn thiện. Để truyền tải trong các tuyến WDM, phần lớn các định dạng truyền dẫn chuẩn sử dụng khung SDH. Ngăn giao thức cho giải pháp này được trình bày tóm lược  trong bảng trên.

- Kích thước gói sau lớp ATM

      AAL5_PDU = IPSIZE + SNAP_HD + AAL5_OH

                  = IPSIZE + 16.

      Cells/Packet = AAL5_PDU / 48.

      ATM_PSIZE = (Cells/Packet)*53 = 53*roundup [(IPSIZE + 16)/48]

Hình 4: Biểu diễn kiến trúc mạng khả thi sử dụng IP/ATM/SDH over WDM.

      Theo cách này, các gói IP được phân tách trong các tế bào ATM và được gán vào các Kết nối ảo (VC) qua Card đường truyền SDH/ATM trong bộ định tuyến IP. Tiếp đến các tế bào ATM được đóng trong khung SDH và được gửi tới chuyển mạch ATM hoặc trực tiếp tới bộ Transponder WDM để truyền tải qua lớp mạng quang (biểu diễn đơn giản như trong Hình 4 cho ring OADM).

      Hiện tại, một cách thực hiện đảm bảo QoS cho dịch vụ IP là cung cấp một băng tần cố định giữa các cặp thiết bị định tuyến IP cho từng khách hàng (quản lý QoS Lớp 2). ATM cung cấp tính năng thực hiện điều này với tính hạt băng tần thay đổi nhờ các Kênh ảo cố định (PVC) qua hệ thống quản lý ATM hoặc thiết lập Kênh chuyển mạch ảo (SVC) linh hoạt, tất cả nằm trong Luồng ảo

15

(VP). Hoặc cũng có thể sử dụng phương pháp ghép kênh thống kê cho phép người sử dụng có thể truy nhập băng tần phụ trong một khoảng thời gian ngắn. Điều này đảm bảo băng tần tuỳ ý và cố định từ 1 Mbit/s đến vài trăm Mbit/s cho các khách hàng khác nhau. Ngoài ra, với tính hạt mịn của băng tần có thể cho phép các bộ định tuyến IP kết nối logic dạng mạng nhện (Mesh) một cách dễ dàng, do trễ được giảm thiểu giữa các bộ định tuyến trung gian. Một lợi điểm khác của việc sử dụng giao thức ATM là khả năng thực hiện các hợp đồng lưu lượng khác nhau với nhiều mức chất lượng dịch vụ tuỳ theo ứng dụng yêu cầu. Đối với lưu lượng IP (thực chất là phi kết nối), mạng ATM sẽ chủ yếu sử dụng hợp đồng lưu lượng UBR (tốc độ bit không xác định). Tuy nhiên, nếu các ứng dụng IP nào đó yêu cầu mức QoS riêng, đặc biệt với các ứng dụng thời gian thực cần sử dụng Năng lực chuyển giao (ATC) khác như Tốc độ bit không đổi (CBR) hoặc VBR-rt. Tuy nhiên khi sắp xếp các gói IP có độ dài biến thiên vào các tế bào ATM có độ dài cố định chúng ta phải cần đến phần mào đầu phụ (do gói một gói IP có thể cần đến nhiều tế bào ATM), và đây được gọi là thuế tế bào. Sự khác biệt về kích thước cũng tạo ra yêu cầu lắp đầy khoảng trống trong các tế bào mà có phần mào đầu phụ. Một giải pháp để ngăn chặn yêu cầu trên là sắp xếp các gói trực tiếp liền kề nhau, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng rủi ro mất hai gói liền nhau khi tế bào bị mất.

IP/ATM cũng có thể được sử dụng trong MPLS. Trong trường hợp này, PVC không được thiết lập từ hệ thống quản lý ATM mà linh hoạt từ giao thức MPLS. Đối với MPLS dựa trên ATM, nhãn có thể được lưu trong VCI ATM.

2.2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM

      Một giải pháp khác là truyền tải trực tiếp bào ATM bao gói IP trên kênh WDM. Kịch bản này giống như kịch bản trên theo quan điểm kiến trúc. Sự khác biệt ở đây là các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà chúng được gửi trực tiếp qua môi trường vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật lý.

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

      Một số ưu điểm của việc sử dụng tế bào dựa trên giao diện SDH như trình bày ở trên:

Kỹ thuật truyền dẫn đơn giản đối với tế bào ATM cũng như các tế bào được gửi trực tiếp trên môi trường vật lý sau khi trộn.

16

Mào đầu lớp vật lý ít hơn  (khoảng 16 lần so với SDH) ATM là không đồng bộ nên không đòi hỏi cơ chế định thời nghiêm ngặt

với mạng.

      Tuy nhiên, nhược điểm của giải pháp này là phần mào đầu (thuế tế bào) cũng lớn tương tự như đối với truyền tải SDH; công nghệ này không được các nhà công nghiệp phát triển rộng rãi, và kỹ thuật truyền dẫn này chỉ có thể mang riêng các tế bào ATM.

      Tế bào ATM dựa trên các lớp vật lý được định nghĩa trong một số tổ chức tiêu chuẩn, 155 Mbit/s và 622 Mbit/s của ITU, và hiện tại thì Diễn đàn ATM đã hoàn thành chỉ tiêu cho tốc độ 622 Mbit/s và 2488 Mbit/s.

2.2.3.3 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM

      Truyền tải IP qua môi trường PDH có thể thực hiện dựa trên giao thức PPP và khung HDLC ở lớp 2. Hiện nay, ITU cũng đã chuẩn hoá giải pháp đóng gói IP trong khung PDH qua giao thức LAPS (X.85/Y.1321).

      Lớp vật lý bao gồm các bước sóng WDM và sợi quang. Để tăng cải thiện chức năng mạng (bảo vệ và khôi phục mạng) cho PDH thì các khung của nó sau đó sẽ được đóng trong các khung SDH trước khi truyền trên bước sóng quang.

      Ngày nay, do sự bùng nổ lưu lượng số liệu nên giới hạn tốc độ và phương pháp ghép kênh của PDH đã làm cho nó không thể tồn tại trong mạng truyền tải mới. Và sử dụng PDH sẽ làm giảm hiệu quả khai thác của mạng truyền tải quang. Giải pháp kết nối này chỉ còn hiện diện trong những mạng số liệu mà dung lượng kết nối rất thấp.

2.2.3.4 Các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên WDM

2.2.3.4.1Phương thức đóng khung HDLC (POS)

      Mạng truyền tải gói IP được đóng trong khung SDH truyền trên môi trường WDM được biểu diễn trong Hình 5.

      Các khung SDH được dùng để tạo nên khung bao gói IP đơn giản cho truyền dẫn WDM bằng bộ Transponder (thích ứng bước sóng) hoặc truyền tải lưu lượng IP trong khung SDH qua mạng truyền tải SDH cùng với lưu lượng khác sau đó mới sử dụng các tuyến WDM.

17

      Giải pháp này tận dụng ưu điểm của SDH để bảo vệ lưu lượng IP chống lại sự cố đứt cáp nhờ chức năng chuyển mạch tự động (APS). Điều này cũng có thể thực hiện trong lớp mạng quang dựa trên WDM.  

Hình 5. Ví dụ về mạng IP/SDH/WDM

      Card đường truyền trong bộ định tuyến IP thực hiện tạo khung PPP/HDLC. Tín hiệu quang phải phù hợp với truyền dẫn qua môi trường sợi quang trong phần tử mạng SDH hoặc bộ Transponder WDM. Có một số kiểu giao diện IP/SDH khác:

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

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

Bảng 2. Các giao thức sử dụng cho IP/SDH

IP Gói số liệu có độ dài cực đại 65535 byte

PPP Đóng khung gói theo PPP (RFC 1661). Thêm “trường giao thức” 1 hoặc 2 byte và thực hiện nhồi theo tuỳ lựa. PPP cũng cung cấp giao thức thiết lập tuyến nhưng không phải là quyết định trong IP/SDH.

HDLC Tạo khung (RFC 1662). Thêm 1 byte cờ để chỉ thị điểm bắt đầu của khung, hơn 2 byte cho mào đầu và 2 byte kiểm tra khung (FCS) tạo ra khung có độ dài tới 1500 byte. Cùng với PPP, HDLC tạo thành 7 hoặc 8 byte mào đầu thêm vào gói IP.

SDH Đặt các khung HDLC trong tải VC4 hoặc VC4 kết chuỗi (RFC 1619). Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và 9 VC4 byte Mào đầu luồng vào 2340 byte tải VC4 SDH. Đối với VC4 kết chuỗi, tải V4-Xc có độ dài X*2340. Các khung được phép vắt ngang qua ranh giới của các VC4. Giống như ATM, đa thức 1+x43 được sử dụng cho trộn tín hiệu để giảm thiểu rủi ro người sử dụng truy nhập với mục đích xấu mà có thể gây mất đồng bộ mạng.

      Phiên bản IP/WDM được xem xét ở đây sử dụng giao thức PPP và khung HDLC. Phiên bản này cũng được biết dưới tên gọi khác POS hoặc Gói trên SONET. PPP là một phương pháp chuẩn để đóng gói các gói IP và các kiểu gói khác cho truyền dẫn qua nhiều môi trường từ đường điện thoại tương tự tới SDH, và cũng bao gồm chức năng thiết lập và giải phóng các tuyến (LCP).

18

HDLC là phiên bản chuẩn hoá của SDLC theo ISO, giao thức này được IBM phát triển trong những năm 1970. Khung HDLC chứa dãy cờ phân định ranh giới ở điểm đầu và điểm cuối của khung cùng một trường kiểm tra CRC để kiểm soát lỗi.

Định dạng khung HDLC (POS)

                 POS_PSIZE = IPSIZE  + POS_OH = IPSIZE + 7 (CRC 16).

                 POS_PSIZE = IPSIZE  + POS_OH = IPSIZE + 9 (CRC 32). 

      Hình 6: Định dạng khung HDLC (POS)

2.2.3.4.2 MAPOS (Multiple-access protocol overl SONET)

      Giao thức MAPOS là giao thức lớp tuyến số liệu hỗ trợ IP trên SDH. Giao thức MAPOS cũng được gọi với một tên khác là Packet Over Lightwave (POL). Đây là một giao thức chuyển mạch gói phi kết nối dựa trên việc mở rộng khung POS (PPP-HDLC) được NTT phát triển. Trước đây MAPOS được phát triển với mục đích mở rộng dung lượng tốc độ cao SONET cho LAN nhưng hiện nay sự hiện diện của Gigabit Ethernet dường đã làm người ta lãng quên nó. Hiện tại cũng có một số chuyển mạch MAPOS được thử nghiệm ở Nhật bản (Tokyo).

      Trong hình Hình biểu diễn khung MAPOS thế hệ 1 và 2. Giao thức MAPOS /POL được xem như sự mở rộng thành phần khung HDLC. Các trường được truyền trong MAPOS là:

Dãy cờ, sử dụng cho đồng bộ khung. Địa chỉ, chứa địa chỉ đích HDLC (8 bit trong phiên bản 1 và 16 trong

phiên bản 2) Điều khiển, là trường điều khiển có giá trị 0x03, thuật ngữ chuyên môn

trong HDLC nghĩa là khung Thông tin không đánh số với bit Poll/Final được thiết lập bằng 0.

Giao thức, xác định giao thức cho việc bao gói số liệu trong trường thông tin của nó.

Thông tin, chữa gói số liệu tối đa  64 Kbyte. Dãy kiểm tra khung, được tính trên khắp các bit mào đầu, giao thức, và

trường tin

Cờ Địa chỉ đích

Điều khiển

Giao thứcTrường thông tin

FCS

19

0x7E 8 bit 0x03 (16bit) (0-65280 bytes) (16/32bit)

Cờ Địa chỉ đích Giao thứcTrường thông tin

FCS

0x7E 16 bit (16bit) (0-65280 bytes) (16/32bit)

      Hình 7: khung MAPOS Phiên bản 1 và Phiên bản 2

      Việc thực hiện giao thức MAPOS trong bộ định tuyến IP chuẩn với các giao diện POS đã được thực hiện trong khoảng thời gian ngắn. Chỉ có hai chức năng mới (Giao thức chuyển mạch nút - NSP và Giao thức phân chia địa chỉ- ARP) được thêm vào giao thức MAPOS .

2.2.3.4.3 Phương thức đóng khung LAP (Link Accsess Procedure-SDH)

      Giao thức truy nhập tuyến-SDH (LAPS) là một giao thức tuyến số liệu được thiết kế cho mục đích IP/SDH và Ethernet/SDH được ITU-T chuẩn hoá lần lượt trong khuyến nghị X.85, X.86. LAPS hoạt động như khung HDLC bao gồm dịch vụ liên kết số liệu và chỉ tiêu giao thức để thực hiện việc sắp xếp gói IP vào tải SDH.

      IP/SDH sử dụng LAPS như một sự kết hợp kiến trúc thông tin số liệu giao thức IP (hoặc các giao thức khác) với mạng SDH. Lớp vật lý, lớp tuyến số liệu và lớp mạng hoặc các giao thức khác được hiện diện tuần tự gồm SDH, LAPS và IP hoặc PPP. Mối liên hệ này được biểu diễn như ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n. Hình dưới mô tả IP/SDH như ngăn giao thức/lớp. 

Hình 8: Ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n sử dụng LAPS X.85 (Ngăn TCP/UDP/IP được thay bằng Ethernet đối với X.86)

   Định dạng khung của LAPS bao gồm:

Trường cờ: chỉ điểm bắt đầu và kết thúc khung (từ mã cố định 01111110)

Trường địa chỉ: liền ngay sau trường cờ được gán giá trị cố định để biểu thị trường cờ liền trước là cờ mở (nếu trường cờ mà không có trường địa chỉ liền sau thì được xem là cờ đóng và cũng được làm vai trò cờ mở của khung kế tiếp).

20

Trường điều khiển và SAPI: Trường điều khiển có giá trị hexa 0x03 và lệnh thông tin không đánh số với giá trị Poll/Final là 0. SAPI chỉ ra điểm tại đó dịch vụ tuyến số liệu cung cấp cho giao thức lớp 3.

Trường thông tin: chứa thông tin số liệu có độ dài tối đa 1600 byte. Dãy kiểm tra khung (FCS-32): đảm bảo tính nguyên dạng của thông tin

truyền tải LAPS_PSIZE = IPSIZE  + LAPS_OH = IPSIZE + 9

Cờ Địa chỉ

Điều khiển

Giao thức

Thông tin Nhồi Cờ

0x7e0x04 0x03 SAPI Thông tin LAPS, gói IP 32bit 0x7e

     Hình 9: Định dạng khung LAPS theo X.85

2.2.3.4.4 Phương thức đóng khung GFP (Generic Framing Procedure-GFP)

      Thủ tục lập khung tổng quát (GFP) được ANSI thảo luận đầu tiên trong T1X1.5; và hiện nay đã được ITU-T chuẩn hoá trong khuyến nghị G.704.1. GFP là một thủ tục lập khung để tạo nên tải có độ dài thay đổi theo byte từ các tín hiệu client mức cao hơn cho việc sắp xếp tín hiệu trong luồng đồng bộ.

      GFP là một thuật ngữ chung cho hai hướng xếp chồng: ở lớp phía dưới liên quan đến dịch vụ truyền tải sử dụng GFP; và ở lớp phía trên liên quan đến sắp xếp các dịch vụ cung cấp bởi GFP. Ở lớp phía dưới, GFP cho phép sử dụng bất cứ kiểu công nghệ truyền tải nào, mặc dù hiện chỉ chuẩn hoá cho SONET/SDH và OTN (Digital Wrapper, G.709). Tại lớp phía trên, GFP hỗ trợ nhiều kiểu gói khác nhau như IP, khung Ethernet, và khung HDLC như PPP. 

Hình 10: Mối quan hệ GFP với tín hiệu client và luồng truyền tải

      GFP có hai phương pháp sắp xếp để thích ứng các tín hiệu client vào trong tải SONET/SDH: GFP sắp xếp theo khung (GFP-F) và GFP trong suốt (GFP-T).

GFP-F: sử dụng cơ chế tìm hiệu chỉnh lỗi mào đầu để phân tách khung GFP nối tiếp (giống như cơ chế sử dụng trong ATM) trong dòng tín hiệu ghép kênh cho truyền dẫn. Do độ dài tải GFP thay đổi nên cơ chế này đòi hỏi khung tín hiệu client được đệm toàn bộ lại để xác định độ dài trước khi sắp xếp vào khung GFP.

GFP-T: một số lượng đặc tính tín hiệu client cố định được sắp xếp trực tiếp vào khung GFP có độ dài xác định trước (sắp xếp theo mã khối cho

21

truyền tải trong khung GFP, hiện chỉ mới định nghĩa cho mã 8B/10B trong chuẩn G.704.1 ITU-T).

Cấu trúc khung GFP (hình 11), nó bao gồm các thành phần cơ bản sau: Mào đầu lõi Phần tải tin Trường kiểm tra khung (CFS)

 

Đầu đề  chính

Đầu đề tải trọng

Đầu đề mở rộng

(tùy chọn) 

TẢI TRỌNG

Tổng kiểm tra

(tùy chọn)

PLI

cHEC (CRC-16)

  PTI     PFI  kiểu EXI

UPI

tHEC (CRC-16)

EXI

eHEC (CRC-16) 

TẢI TRỌNG

pFCS (CRC-32)

4 byte

4 byte

0-60 byte

22

n byte

0-4 byte

Thứ tự truyền bit

Thứ tự truyền byte

PLI: chỉ thị kích cỡ PDU

cHEC: kiểm tra lỗi đầu đề chính

PTI: chỉ thị kiểu tải trọng

000: số liệu khách hàng

100: quản lý khách hàng

PFI: chỉ thị FCS tải trọng

1: có FCS

0: không FCS

kiểu EXI: chỉ thị đầu đề mở rộng

0000: Null

0001: Chuỗi

0010: V

UPI: chỉ thị tải trọng người sử dụng

tHEC: HEC trường kiểu

EXI: chỉ thị  đầu đề mở rộng

eHEC: HEC mở rộng

Tải trọng: chứa khung PDU

pFCS: FCS tải trọng

Hình 11: Cấu trúc khung GFP

2.2.3.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT)

23

      Kết chuỗi ảo là một cơ chế cung cấp khả năng khai thác tải SONET/SDH hiệu quả  và mềm dẻo. Cơ chế này phá vỡ giới hạn do sự phân cấp tín hiệu truyền dẫn đồng bộ SONET/SDH được thiết kế cho tải PDH (tốc độ kênh được phân thành từng cấp thô STM-1, STM-4,...). Từ “ảo” ngụ ý nối xâu chuỗi các tải trong SONET/SDH để cung cấp băng tần mềm dẻo phù hợp với kích thước số liệu.

      Ý tưởng này đã được thực hiện trong giải pháp PoS , tuy nhiên mới nó mới chỉ dừng lại ở mức kết chuỗi tải ở mức luồng bậc cao tạo thành tuyến có dung lượng phù hợp với giao diện của các bộ định tuyến.  

Hình 12. Ví dụ kết chuỗi ảo trong hệ thống SDH

      Các tải kết chuỗi trong mạng được xử lý như những tải riêng biệt và độc lập. Do đó nhà khai thác mạng truyền tải có thể tự do thực hiện chức năng kết chuỗi mà không sợ ảnh hưởng đến hệ thống đang sử dụng hiện tại. Hơn nữa, hệ thống quản lý phần tử mạng (EMS)/Hệ thống quản lý mạng (NMS) ngày nay có thể cung cấp dễ dàng chức năng này.

2.2.3.4.6 LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)

      Như trình bày trên, kết chuỗi tải được thực hiện để tạo nên những tải có dung lượng khác nhau. Mặc dù một số lượng tải kết chuỗi có thể đã được xác định trước cho phần lớn ứng dụng nhưng thực tế chúng ta cũng cần phân phát động một số tải cho một vài ứng dụng cụ thể. LACS được thiết kế để thực hiện chức năng trên.

      LCAS là một giao thức báo hiệu thực hiện trao đổi bản tin giữa hai điểm kết cuối VC để xác định số lượng tải kết chuỗi. Ứng với yêu cầu của người sử dụng, số lượng tải kết chuỗi có thể tăng/giảm phù hợp với kích thước lưu lượng trao đổi. Đặc tính này rất hữu dụng với nhà khai thác để thích ứng băng tần giữa các bộ định tuyến thay đổi theo thời gian, theo mùa...

      Cơ chế hoạt động của LCAS dựa trên việc trao đổi gói điều khiển giữa bộ phát và bộ thu. Mỗi gói điều khiển sẽ mô tả trạng thái của tuyến trong gói điều khiển kế tiếp. Những thay đổi này được truyền đi tới phía thu để bộ thu có thể chuyển tới cấu hình mới ngay khi nhận được nó. Gói điều khiển gồm một loạt các trường dành cho những chức năng định trước và chứa thông tin truyền từ bộ phát đến bộ thu cũng như thông tin từ bộ thu đến bộ phát.

   Hướng đi:

24

Trường chỉ thị đa khung (MFI) Trường chỉ thị dãy (SQ) Trường điều khiển (CTRL) Bit nhận dạng nhóm (GID)

   Hướng về

Trường trạng thái thành viên (MST) Bit chấp thuận tái dãy số (RS-Ack)

2.2.3.5 IP/Gigabit Ethernet cho WDM

      Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong trong số những ứng dụng mạng LAN. Chuẩn Gigabit Ethernet có thể sử dụng để mở rộng dung lượng LAN tiến tới MAN và thậm chí cả đến cả WAN nhờ các Card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP; những Card này có giá thành rẻ hơn 5 lần so với Card đường truyền cùng dung lượng sử dụng công nghệ SDH. Nhờ đó, Gigabit Ethernet trở nên hấp dẫn trong môi trường Metro để truyền tải lưu lượng IP qua các mạch vòng WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự ly dài. Hơn thế nữa, các cổng Ethernet 10 Gbit/s sẽ được chuẩn hoá trong tương lai gần.

      Hình 13 biểu diễn ví dụ mạng IP dựa trên giao diện Gigabit Ethernet. Các Card đường truyền Gigabit Ethernet hoặc chuyển mạch Ethernet Lớp 2 nhanh được sử dụng cho các bộ định tuyến IP trong mạng.

      Mạng Ethernet tốc độ bit thấp (ví dụ 10Base-T hoặc 100Base-T) sử dụng kiểu truyền hoàn toàn song công, ở đây băng tần truyền dẫn hiệu dụng được chia sẻ giữa tất cả người sử dụng và giữa hai hướng truyền dẫn. Để kiểm soát sự truy nhập vào băng tần chia sẻ có thể sử dụng công nghệ CSMA-CD. Điều này sẽ làm giới hạn kích thước vật lý của mạng vì thời gian chuyển tiếp không được vượt quá “khe thời gian” có độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10Base-T và 100Base-T). Nếu tốc độ bit là 1Gb/s mà sử dụng độ dài khung nhỏ nhất 512 bit thì mạng Ethernet chỉ đạt chừng 10m vì thế độ dài khung tối thiểu trong trường hợp này được định nghĩa bằng 4096 bit cho Gigabit Ethernet. Điều này hiện làm giới hạn kích thước mạng trong phạm vi 100m. Tuy nhiên, kiểu hoàn toàn song công vẫn hấp dẫn trong môi trường Gigabit Ethernet.

      Khi Gigabit Ethernet (1000Base-X) sử dụng kiểu song công nó trở thành một phương pháp tạo khung và bao gói đơn giản và tính năng CSMA-CD không còn được sử dụng. Chuyển mạch Ethernet cũng được sử dụng để mở

25

rộng topo mạng thay thế cho các tuyến điểm - điểm.  

Giao diện

Gigabit Ethernet

Giao diện

Gigabit Ethernet

Giao diện

Gigabit Ethernet

Chuyển mạch

Gigabit Ethernet

Giao diện

Gigabit Ethernet

Định tuyến

IP

Định tuyến

IP

OADM

OADM

OADM

OADM

GbE

GbE

Ví dụ: WDM 32

26

Hình 13: Truyền tải IP trên vòng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet

      Cấu trúc khung Gigabit Ethernet biểu diễn trong Hình . Độ dài tải cực đại của Gigabit Ethernet là 1500 byte nhưng có thể mở rộng tới 9000 byte (Khung Jumbo) trong tương lai. Tuy nhiên, kích thước tải lớn hơn sẽ khó tương hợp với các chuẩn Ethernet trước đây và hiện tại cũng chưa có chuẩn nào cho vấn đề này.   

Phần trống   12Phần mào đầu   7

Phân định ranh giới bắt đầu   1

Địa chỉ đích   6

Địa chỉ nguồn   6

Độ dài khung   2

Trường điều khiển tuyến logic + tải tin

(độ dài tối đa 1500 byte)

  .

.

Dãy kiểm tra khung   4

Tổng số mào đầu   38

Hình 14. Khung Gigabit Ethernet

      Khung Ethernet được mã hoá trong sóng mang quang sử dụng mã 8B/10B. Trong 8B/10B mỗi byte mã hoá sử dụng 10 bit nhằm để đảm bảo mật độ chuyển tiếp phù hợp trong tính hiệu khôi phục đồng hồ. Do đó thông lượng đầu ra 1Gb/s thì tốc độ đường truyền là 1,25Gb/s. Việc mã hoá cũng phải đảm bảo chu kỳ trống được lấp đầy ký hiệu có mật độ chuyển tiếp phù hợp giữa trạng thái 0 và 1 khi các gói không được phát đi nhằm đảm bảo khả năng khôi phục đồng hồ.

      Gigabit Ethernet cung cấp một số CoS như định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.1Q và 802.1p. Những tiêu chuẩn này dễ dàng cung cấp CoS qua Ethernet bằng cách gắn thêm Thẻ cho các gói cùng chỉ thị ưu tiên hoặc cấp độ dịch vụ mong muốn cho gói. Những Thẻ này cho phép tạo những ứng dụng liên quan đến khả năng ưu tiên của gói cho các phần tử trong mạng. RSVP hoặc DiffServ cũng được hỗ trợ bằng cách sắp xếp trong 802.1p lớp dịch vụ.

27

2.2.3.6 IP/SDL trực tiếp trên WDM

     Tuyến số liệu đơn giản (SDL) là một phương pháp lập khung được Lucent đề xuất. So với HDLC, khung SDL không có cờ phân ranh giới thay vì đó nó sử dụng trường độ dài gói tại điểm bắt đầu khung. Điều này rất thuận lợi ở tốc độ bit cao khi thực hiện đồng bộ (rất khó thực hiện đối với dãy cờ). Định dạng SDL có thể đưa vào trong tải SDH cho truyền dẫn WDM hoặc thiết bị SDH. Định dạng này cũng có thể được mã hoá trực tiếp trên các sóng mang quang: SDL định rõ tính năng tối thiểu đủ để thực hiện điều này.

      SDL sử dụng 4 byte mào đầu gồm độ dài gói như biểu diễn trong Hình 15. Gói có thể dài tới 65535 byte. Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC-16 hoặc CRC-32) có thể tuỳ lựa sử dụng cho gói và nó có thể bị thay thế sau mỗi gói. Tất cả các bit trừ mào đầu được trộn theo bộ trộn x48.  Các bộ trộn của phần phát và thu được duy trì đồng bộ qua các gói đặc biệt truyền không thường xuyên. 

Hình 15. Cấu trúc mào đầu SDL

      SDL không có bất kỳ byte thêm nào dành cho các giao thức chuyển mạch bảo vệ (giống như byte K1 và K2 của SDH). Sử dụng các CRC tải tuỳ lựa còn cho phép giảm sát tỷ lệ lỗi bit.

2.2.4 Nghiên cứu các giao thức mới

2.2.4.1 RPR/SRP (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol)[1]

      Giao thức mạng vòng gói tự phục hồi RPR đã được IEEE tiêu chuẩn hoá vào tháng 7 năm 2004. RPR là một giao thức truyền số liệu mới trên mạng vòng gói diện đô thị (MAN) và mạng vòng diện rộng (WAN). Nhóm công tác 802.17 đã được đề xuất RPR tiêu chuẩn có các đặc điểm chủ yếu:

Cung cấp 255 trạm trên một mạng vòng. Mạng vòng tối ưu có chu vi cực đại là 2000km. Cung cấp truyền đơn hướng, đa hướng và quảng bá. Đa dạng dịch vụ. Tăng độ rộng băng tần hữu dụng vượt xa các công nghê hiện tại. Topo tự động và trạm có khả năng cắm phích là chạy. Truyền khung chất lượng cao:

Phục hồi dịch vụ nhỏ hơn 50 ms Không cho phép mất gói trong MAC. Có thể bảo vệ khi có sự cố tại nhiều hơn một điểm.

28

Có các chức năng điều hành, quản lý và bảo dưỡng (OAM).

      Công nghệ này sử dụng các bộ định tuyến IP trong cấu hình Ring kép (hình 16): 

     Hình 16: Mô hình của RPR/SRP

      Mô hình lớp RPR và mối liên quan tới mô hình tham khảo kết nối hệ thống mở (OSI) được minh hoạ tại hình 17.  

     Hình 17: Mối liên quan giữa mô hình RPR và mô hình tham khảo OSI

      Phân lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC), phân lớp tuyến số liệu MAC và các phân lớp trung gian được quy định trong mô hình này như là giao diện dịch vụ MAC và giao diện dịch vụ vật lý PHY do các phân lớp cung cấp.

      Trong RPR sử dụng một giao thức mới, đó là: SRP (Giao thức sử dụng lại không gian). Mục đích chính của nó là tối ưu việc sử dụng băng tần.

      Chuyển tải gói linh hoạt (DPT) là công nghệ truyền dẫn được phát triển nhờ các hệ thống Cisco đã đưa vào sử dụng giao thức điều khiển truy nhấp môi trường (MAC) lớp 2 mới, được gọi là giao thức tái sử dụng không gian (SRP). SRP có khả năng phát triển mạng vòng gói IP quang. Hình 18 là cấu trúc mạng vòng kép truyền gói trên sợi quang có khả năng tái sử dụng không gian 

     Hình 18: Cấu trúc mạng vòng kép truyền gói trên sợi quang có khả năng tái sử dụng không gian

      SRP đã được IETF đề xuất. SRP thực chất là giao thức MAC lớp 2 dành cho LAN, MAN và WAN. Các giao diện chuyển tải gói linh hoạt được sử dụng để kết nối giao diện khách hàng MAC với thiết bị SDH hoặc với các hệ thống DWDM hoặc các sợi dự trữ, bởi vì SRP cung cấp giao diện SDH tiêu chuẩn.

      Các mạng vòng DPT sợi quang kép có hướng truyền ngược nhau. Cả sợi bên trong và sợi bên ngoài đều được sử dụng để truyền các gói số liệu và các gói điều khiển. Có một vài loại gói điều khiển, thí dụ như gói phát hiện topo, gói chuyển mạch bảo vệ và gói điều khiển sử dụng độ rộng băng tần. Các gói điều khiển của mạng vòng này được truyền trên mạng vòng kia.

29

      SRP sử dụng cơ chế tước bỏ đích. Trong SRP, các gói số liệu chỉ được truyền giữa nguồn và đích, tạo ra khả năng trao đổi lưu lượng đồng thời trên các phần khác của mạng vòng. Vì vậy được gọi là khả năng tái sử dụng không gian nhằm sử dụng có hiệu quả độ rộng băng tần.

      Trạm S3 trao đổi số liệu 1,5 Gbit/s với trạm S4. Tại thời điểm đó, các trạm S2 và S5 có thể trao đổi số liệu với nhau lên tới 1 Gbit/s. Mặt khác, các trạm S0 và S1 có thể sử dụng hết 2,5 Gbit/s trên phần bên trái của mạng vòng. Như vậy số lượng tổng của số liệu được trao đổi trong mạng vòng này là 5 Gbit/s.

2.2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode)

      Phương thức truyền tải gói đồng bộ động (TDM) là một kỹ thuật dùng để khai thác hiệu quả dung lượng truyền dẫn, hỗ trợ lưu lượng băng rộng thời gian thực và lưu lượng multicast. Nó khắc phục được các nhược điểm của chuyển mạch kênh truyền thống trong khi đó lại nổi bật ở khả năng: cung cấp băng thông linh hoạt và đáp ứng dịch vụ chất lượng phân biệt.

      DTM là nỗ lực kết hợp những ưu điểm của cơ chế chuyển giao số liệu đồng bộ và cận đồng bộ. Về cơ bản nó hoạt động giống như cơ chế ghép kênh theo thời gian truyền thống (TDM) nghĩa là đảm bảo một lượng băng tần xác định giữa các host và phần băng tần lớn dành cho chuyển giao số liệu linh động. Ngoài ra, cơ chế DTM có điểm chung như cơ chế chuyển giao không đồng bộ (như ATM) cho phép tái phẩn bổ băng tần giữa các host. Điều này nghĩa là mạng có thể thích ứng với những thay đổi về lưu lượng và phân chia băng tần giữa các host theo nhu cầu.

      Các host nối vào mạng DTM thông tin với nhau qua các kênh (mạch). Một kênh DTM là một tài nguyên linh động có thể thiết lập băng tần từ 512 kbit/s theo bước lượng tử 512 kbit/s cho đến băng tần cực đại. Các kênh này hiện diện trên môi trường vật lý nhờ cơ chế ghép kênh theo thời gian (TDM). Tổng dung lượng được chia thành các khung 125 s và tiếp tục chia nhỏ thành khe thời gian 64 bit. Nhưng cấu trúc khung này tạo cho nó khả năng tương hợp với SDH/SONET. Một số kiểu dành trước khe thời gian tương ứng với QoS khác nhau theo yêu cầu của client, ví dụ như trễ không đổi, băng tần tối thiểu và nỗ lực tối đa.

      Để liên kết giữa các tuyến DTM khác nhau cần phải sử dụng chuyển mạch DTM. Chuyển mạch trong DTM là kiểu đồng bộ, nghĩa là trễ chuyển mạch đối với mọi kênh là như nhau. Các kênh DTM có bản chất quảng bá, nghĩa là bất

30

kỳ kênh nào tại bất kỳ thời điểm nào cũng có thể dùng cho kết nối giữa một người gửi và nhiều người nhận. Do đó trên mạng có thể có nhiều nhóm quảng bá đồng thời.

      DTM phù hợp cho công nghệ mạng đường trục bởi vì nó có thông lượng bit rất lớn. DTM được xem như một giải pháp thay thế cho ATM/SDH bởi vì phạm vi hoạt động của nó từ Lớp 1 tới lớp 3 và có cả giao thức báo hiệu lẫn chuyển mạch. DTM có thể hoạt động độc lập hoặc qua các ống SDH/SONET, mặc dù sự xếp chồng này không có gì ưu điểm hơn DTM thuần tuý.

      IP/DTM (IPOD) mang nhiều ưu điểm của SDH và ATM bởi vì kỹ thuật đơn giản và khả năng hoạt động của nhiều kênh trên một giao diện. Các luồng IP có thể sắp xếp trên các kênh DTM. Tuy nhiên, DTM không hiệu quả băng IP do nó sử dụng các kênh có dung lượng tối thiểu là 512 kbit/s.

      DTM đủ dung lượng để xử lý WDM. Ở đây giả thiết là một bước sóng WDM sẽ mang một kênh DTM mà chỉ có thể thực hiện khi DTM hỗ trợ phương thức truyền dẫn này.

      Nhược điểm của DTM đó là số lượng nhà cung cấp quá ít (hiện có 3 nhà cung cấp thiết bị Dynarc, Net Insight và Ericsson) tất cả đều ở Thuỵ Điển. Ngoài ra những giải pháp của chúng cũng không tương hợp với nhau.

2.2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS)[6]

      MPLS là cơ chế truyền tải dữ liệu dạng chuyển gói (packet-switched). Trong mô hình OSI, MPLS có thể xem như nằm giữa lớp 2 và lớp 3 …Vì vậy MPLS có thể được xem như là giao thức thuộc lớp 2.5. MPLS được thiết kế để thống nhất các loại dịch vụ chuyển tải dữ liệu cho cả mạng chuyển gói và chuyển mạch, hỗ trợ cả IP, ATM, SONET, Ethernet…Do đó sử dụng MPLS sẽ tiết kiệm được chi phí rất nhiều .

      MPLS hoạt động dựa vào một header được chèn giữa 2 header của lớp 2 và lớp 3 trong mô hình OSI gọi là label stack. Một layer stack gồm các thành phần sau :

20 bit xác định nhãn (label) 3 bit  xác định ưu tiên chất lượng dich vụ (QoS) 1 bit bottom xác định header này có phải là header cuối (trước

header IP) hay chưa, trong trường hợp sử dụng nhiều stack khi truyền qua nhiều mạng.

8 bit xác định thời gian sống của gói tin MPLS ( TTL)

31

 

     Hình 19: Định dạng MPLS

      Nhãn xác định gói tin thuộc loại ứng dụng nào, từ đó xác định mức độ ưu tiên của gói khi được truyền qua mạng .

      Để xây dựng một mạng MPLS, các thiết bị cơ bản nhất cần sử dụng là LER ( Label Edge Router ) và LSR (Label Switch Router )

      Ở đầu vào, Label Edge Router sẽ kiểm tra gói tin được đưa tới và quyết định có đánh nhãn gói tin hat không. Việc đánh nhãn sẽ dựa vào một cơ sở dữ liệu đặc biệt được lưu trong LER. Sau đó, một header MPLS sẽ được chèn vào. Gói dữ liệu được chuyển đi.  

           Hình 20: LER gắn nhãn cho gói

      Gói dữ liệu truyền đi sẽ lần lượt đi qua các LSR,các LSR sẽ không thêm vào hay bớt đi nhãn nào, nó chỉ thay đổi các nhãn và chuyển gói tin đến LSR tiếp theo, các LSR xác định việc đổi nhãn hay LSR tiếp theo dựa vào một bản dữ liệu trong router. Nếu dữ liệu không chứa nhãn nào, nó sẽ hoạt động như một router bình thường  

Hình 21: Hoạt động của LSR

      Do vậy, các đường dẫn sẽ được thiết lập giữa các LER và LSR. Những đường dẫn này được gọi là Label switch paths (LSPs). Các đường dẫn này có các đặc tính khác nhau mà dựa vào đó, ta có thể xác định được mức tải cao nhất trong mạng, xác suất các gói tin bị hỏng…  

      Hình 22: Mô hình thể hiện LSPs

      Ở đầu ra, LER sẽ tách header MPLS ra và gói dữ liệu sẽ được truyền đi một cách bình thường .

Ngoài ra MPLS cho phép xác định chế độ ưu tiên cho dữ liệu, thuật ngữ mạng là FEC (Forward Equivalence Class ). Thực chất, việc xác định mức độ ưu tiên cho dữ liệu là rất quan trọng. Do có những dữ liệu quan trọng cần chất lượng mạng cao hơn. MPLS cho phép chọn mức độ ưu tiên để cung cấp chất lượng mạng hợp lý cho các loại dữ liệu này .

32

Việc xác định mức độ ưu tiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giao thức truyền, cổng dịch vụ

Sau đó, dựa vào mức độ FEC của gói thông tin đã được đánh nhãn mà các loại đường truyền khác nhau có thể được thực hiện.

      MPLS trong vai trò công nghệ đường trục phải được cung cấp dịch vụ thích hợp cho lưu lượng mạng bao gồm bảo vệ lưu lượng mang trên LSP. Chuyển mạch bảo vệ MPLS liên quan đến khả năng lớp MPLS khôi phục nhanh chóng và hoàn toàn lưu lượng trước những thay đổi trạng thái của lớp MPLS. Thời gian bảo vệ lớp MPLS phải so sánh được với thời gian bảo vệ của lớp SDH.

      Cần phải tái định tuyến lớp MPLS do:

Tái định tuyến trong lớp IP là rất chậm, nó được tính theo giây. Trong một số phần mạng lớp SDH và quang thường bị giới hạn trong

topo ring và không gồm bảo vệ mesh.Cơ chế bảo vệ của lớp mạng quang và SDH có thể không đủ hiệu quả để bảo vệ cho hoạt động lớp cao hơn. Điều này có nghĩa là khi cung cấp chức năng bảo vệ tuyến thì chúng không dễ cung cấp bảo vệ luồng MPLS.

MPLS cung cấp đặc tính hạt băng tần nhỏ cho bảo vệ và cho phép thực hiện sự phân biệt giữa các kiểu lưu lượng được bảo vệ.

Chuyển mạch bảo vệ cần được thiết kế sao cho cung cấp độ mềm dẻo cho nhà khai thác mạng để họ có những giải pháp khác khi quyết định kiểu bảo vệ gì cho LSP MPLS.

Các khả năng cơ bản của MPLS được liệt kê sau đây:

Hỗ trợ liên kết điểm-điểm và multicast. Phân cấp định tuyến, hợp nhất VC và tăng cường khả năng mở

rộng. Định tuyến hiện. Hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng và giao thức lớp liên kết đồng

thời. Cung cấp khả năng điều khiển lưu lượng và QoS. Hỗ trợ truy nhập máy chủ và VPN.

  

Các ưu điểm của MPLS:

33

Khả năng tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển v.v... trong MPLS tránh được sự phức tạp trong NHRP, MPoA, IPoA

Khả năng mở rộng đơn giản. Tăng chất lượng mạng, có thể triển khai các chức năng định tuyến

mà các công nghệ trước không thể thực hiện được như định tuyến hiện (explicit routing), điều khiển lặp v.v..

Tích hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng toàn bộ các thiết bị hiện tại trên mạng.

Tách biệt đơn vị điều khiển với đơn vị chuyển mạch cho phép MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN. Việc bổ sung các chức năng mới sau khi triển khai mạng MPLS chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển.

Các nhược điểm của MPLS:

Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phúc tạp trong kết nối.

Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt. Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn

đề chèn gói tin khi trung nhãn (interleave).

2.2.5 Chuyển mạch kênh quang WDM

2.2.5.1 Kỹ thuật WDM

      Nguyên tắc hoạt động của chuyển mạch kênh quang dựa trên nguyên lý ghép kênh WDM, nghĩa là sử dụng các nguồn bước sóng được điều khiển và bộ ghép kênh bước sóng để sắp xếp nhiều kênh trong phổ quang. Điểm hấp dẫn nhất của chuyển mạch kênh WDM là sử dụng lượng băng tần rất lớn trong phổ sợi quang.

2.2.5.2 Chuyển mạch kênh quang: Định tuyến bước sóng

      Hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống sử dụng trong mạng lõi quang phải cần đến biến đổi quang điện. Từng kênh cơ sở riêng rẽ được tạo ra và định tuyến trong miền điện. Thiết bị quang sử dụng để chuyển đổi và xếp những kênh này vào trong phổ quang. Bộ biến đổi quang điện sử dụng công nghệ đắt tiền và tiêu tốn nhiều năng lượng. Hơn nữa công nghệ này tương đối chậm so với giải pháp toàn quang bởi vì mất thời gian xử lý tín hiệu điện.

34

      Hiện nay công nghệ này chưa giải quyết được dịch vụ số chuyển mạch số liệu với tốc độ bit 10 Gbit/s.

      Giải pháp thay thế cho chuyển mạch điện là thực hiện xử lý tín hiệu trong miền quang sử dụng công nghệ định tuyến bước sóng liên quan đến chuyển mạch kênh WDM. Chuyển mạch kênh WDM gồm các bộ tách/ghép kênh liên kết với nhau qua ma trận chuyển mạch quang.  

     Hình 23: Chuyển mạch điện sử dụng trong miền quang

      Các bộ tách/ghép có trách nhiệm phân tách và kết hợp các kênh bước sóng sao cho từng kênh riêng lẻ ở tuyến đầu vào được định tuyến tới tuyến đầu ra mong muốn. Kỹ thuật này có ưu điểm trong việc tái sử dụng các bước sóng và có khả năng chuyển mạch và tái cấu hình các luồng quang. Chuyển mạch kênh WDM cũng cho phép lưu lượng bước sóng tạm thời chuyển qua hay xen/rẽ tại các nút trung gian mà không qua biến đổi điện. 

Hình 24: Hệ thống định tuyến bước sóng sử dụng ma trận chuyển mạch quang

      Trong mạng chuyển mạch kênh WDM, luồng quang trong sợi được gán cho những bước sóng khác nhau. Nếu hai tập hợp lưu lượng đến có cùng bước sóng thì không thể chia sẻ luồng quang sẵn có cho tuyến đầu ra do thiếu bước sóng, mạng có thể xử lý theo 3 cách:

Đưa ra sự ưu tiên cho một trong hai khối lưu lượng và thêm thời gian trong hàng đợi, nói cách khác cần đến bộ nhớ trong nút chuyển mạch

Phát chuyển một trong hai khối lưu lượng tới nút trung gian (ở đó đã có bước sóng cho sử dụng)

Biến đổi một trong những bước sóng xung đột thành bước sóng khác mà chưa   sử dụng.

      Hai quá trình đầu chỉ có thể được thực hiện ở miền điện và sử dụng bộ đệm tiêu thụ nguồn và thời gian. Giải pháp thứ ba dễ thực hiện và không cần bất cứ quá trình biến đổi quang/điện nào.

2.2.6 Chuyển mạch gói quang.[2]

      Chuyển mạch gói quang (OPS-Optical Packet Switching) đã được khẳng định tính kinh tế sử dụng băng tần rất hiệu quả và khả năng hỗ trợ các dịch vụ khác nhau. Khi công nghệ chuyển mạch quang cải thiện, chúng ta có thể thực

35

hiện mạng chuyển mạch quang dựa trên gói, khi đó các gói được chuyển mạch và định tuyến độc lập qua mạng trong miền quang mà không cần biến đổi sang điện tại mỗi nút. Như vậy chuyển mạch gói quang cho phép một mức độ cao hơn việc ghép kênh thống kê trên các liên kết sợi quang và điều khiển chùm lưu lượng tốt hơn chuyển mạch kênh.

      Khả năng ứng dụng vào mạng Viễn thông Việt nam nằm trong xu hướng phát triển mạng truyền tải tiến tới mạng toàn quang, chuyển mạch quang sẽ tiến tới chuyển mạch gói quang hoàn toàn có thể thực hiện được trong tương lai khi mà công nghệ phát triển cho phép thực hiện các kỹ thuật xử lý tín hiệu quang.

2.2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang.

      Giải pháp chuyển mạch quang hứa hẹn nhất là chuyển mạch chùm quang và chuyển mạch nhãn quang. Vấn đề mấu chốt của những kỹ thuật này nằm ở giải pháp đệm và xử lý số liệu quang. Hiện giải pháp và công nghệ để giải quyết vấn đề này chưa hoàn thiện. Mào đầu gói xử lý ở miền điện nhằm để điều khiển hoạt động chuyển mạch. 

Hình 25: Mô hình chung cho chuyển mạch gói quang

Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang

      Ý tưởng cơ bản cho việc thực hiện đệm quang là sử dụng Dây trễ quang (ODL) hoặc một số dạng đệm cục bộ để lưu một vài gói chen lấn cho đến khi cổng đầu ra ở trạng thái sẵn sàng. Bộ đệm ODL nhìn chung sử dụng một dãy các sợi trễ quang có độ dài khác nhau và chuyển mạch quang. Phần trước sẽ hoạt động như bộ đệm quang thời gian ngắn trong khi phần sau sử dụng để điều khiển và định tuyến các gói quang qua đường tương ứng. Mỗi vòng quang trễ gói theo thời gian xác định. Bộ đếm giữ vết của số gói trong bộ đệm. Các gói tới được ghi và định tuyến tới độ dài khả dụng. Thiết kế kiểu bộ đệm này rất đơn giản. Tuy nhiên, thời gian nhớ này là rất ngắn do nó phải lưu các gói chen lấn chỉ trong một thời gian giới hạn tương ứng với thời gian truyền sóng dọc theo độ dài sợi trễ. Dung lượng nhớ phụ thuộc vào độ dài vật lý trong đường trễ và  bởi kích cỡ của nút chuyển mạch quang. Kiểu bộ đệm này thường lớn và không có khả năng mở rộng.

      Bộ đệm vòng sợi quang là giải pháp mềm dẻo để mở rộng sự nhớ này bằng cách quay vòng gói trong vòng sợi cho đến khi xuất hiện khe thời gian mở. Vấn đề cố hữu của phương pháp này là tín hiệu phải được khuếch đại trong suốt những lần quay vòng đó. Điều này vừa làm tăng phát xạ tự phát và công suất tiêu thụ (do sử dụng bộ khuếch đại).

36

Chuyển mạch chùm quang

      Chùm quang bao gồm một số lượng gói thay đổi được kết hợp với nhau nhờ một nhãn phụ hoặc gói điều khiển.

      Trong chuyển mạch chùm quang, tải gói được gửi theo tuyến sau một lượng trễ đã biết của mào đầu. Ý tưởng này cho phép nút chuyển mạch quang kế tiếp một lượng thời gian để xử lý mào đầu vào thực thi quyết định chuyển mạch trước khi tải số liệu tới. Theo cách này, các gói có thể đi từ lối vào tới lối ra qua các luồng trong mạng chuyển mạch quang. 

Hình 26: Kiến trúc chuyển mạch chùm quang

      Kiến trúc của chuyển mạch chùm quang được trình bày trong Hình 26. Các kênh bước sóng điều khiển c được tách xuống/thêm vào sau bộ tách/ghép WDM. Xử lý gói hoặc nhãn điều khiển và điều khiển chuyển mạch được thực hiện trong miền điện. Quá trình biển đổi O/E và ngược được sử dụng ở đây. Việc trao đổi nhãn cho phép thiết lập luồng chuyển mạch nhãn trên mạng (chuyển mạch chùm kết nối định hướng). Phần lớn các giao thức chuyển mạch chùm quang không cần đến tại các nút trung gian.

Chuyển mạch nhãn quang

      Chuyển mạch nhãn quang là một trường hợp đặc biệt của chuyển mạch chùm quang.

Trong chuyển mạch nhãn quang, toàn bộ gói (mào đầu và tải) được chuyển mạch theo một luồng. Tải sẽ được chuyển đến bộ đệm chuyển mạch quang (ODL) để giải phóng thời gian cho xử lý mào đầu và thực thi quyết định chuyển mạch. Tải được lưu ở bộ đệm trong một thời gian cố định (trễ thời gian) để thực hiện xử lý mào đầu. Giá trị trễ thời gian là riêng cho mỗi nút chuyển mạch trung gian và có bản chất độc lập với luồng gói chuyển qua.

Chuyển mạch gói quang:

      Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để

37

thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi.

      Hình 27 là một ví dụ của nút chuyển mạch gói quang cơ bản. Một nút bao gồm một chuyển mạch quang có khả năng cấu hình dựa trên gói. Khối chuyển mạch tái cấu hình dựa trên thông tin tiêu đề của một gói. Tiêu đề gói được xử lý bằng điện nó hoặc có thể mang trong băng cùng gói hoặc trên một kênh điều khiển riêng. Phải mất một thời gian để tiêu đề và chuyển mạch thiết lập, các gói có thể bị trễ bằng cách truyền qua đường trễ sợi quang.

Kiến trúc chuyển mạch gói quang :

      Về nguyên tắc chuyển mạch gói toàn quang tổ chức dựa trên gói tiêu đề và điều khiển được thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm nữa mới thực hiện được. Trong thời điểm hiện nay chuyển mạch gói quang sử dụng điều khiển điện tử để xử lý tiêu đề gói là thực tế hơn. Trong chuyển mạch gói quang tiêu đề hoặc nhãn được đọc và so sánh với một bảng định tuyến. Tải số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng ra tương ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn). Điều quan trọng là tải tin được truyền trong suốt qua chuyển mạch. 

Hình 27: Kiến trúc một chuyển mạch gói quang

      Phần tải và phần mào đầu gói sẽ được truyền trên cùng kênh bước sóng. Chuyển mạch gói sẽ gồm những khối chức năng sau:

Giao diện đầu vào quang: thực hiện cân chỉnh gói quang tới. Lõi chuyển mạch bước sóng và không gian quang: gồm các bộ đệm

quang (FDL) để giải quyết vấn đề chen lấn gói. Giao diện đầu ra quang: thực hiện việc chèn và ghi lại mào đầu quang

nếu yêu cầu 3R. Bộ xử lý phần mào đầu điện: thực hiện biến đổi quang/điện, điều khiển

đồng bộ (cân chỉnh gói tới bằng cách kiểm soát trễ), điều khiển chuyển mạch/đệm và ghi lại mào đầu.

Giao diện xen/rẽ điện: thực hiện biến đối O/E (hoặc E/O) và gửi gói quang tới lõi chuyển mạch (hoặc giao diện số liệu) ở nút nguồn (hoặc ở nút đích).

Mục tiêu xây dựng mạng quang ngày nay là bổ sung khả năng thiết lập động lớp truyền tải quang dựa trên các bộ nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) với một kiến trúc và quản lý và điề khiển phù hợp. Trong tương lai gần mạng OTN sẽ có khả năng hỗ trợ số lượng lớn dung lượng lên tới 40 Gbit/s. Mô hình này được minh hoạ trên hình sau:

38

 

   Hình 28: Mạng truyền tải quang

      Hình 28 biểu thị cấu trúc OTN bao gồm các OXC được nối với nhau dưới dạng mesh, mỗi sợi sử dụng rất nhiều bước sóng (hàng trăm bước sóng) , các OXC có khả năng kết nối hang nghìn kênh bước sóng. Như vậy OTN sẽ cung cấp luồng quang tới client như là các bộ định tuyến IP, các phần tử mạng SONET/SDH và chuyển mạch ATM. Trên hình vẽ này chỉ ra liên kết giữa 2 bộ định tuyến IP. Thêm vào đó một lớp điều khiển chuyển mạch cần để thiết lập tuyến trên mạng và nó tương tác với bộ điều khiển OXC để khởi tạo chuyển mạch trong OXC. Một kênh báo hiệu giữa các nút đảm bảo rằng mỗi OXC biết được trạng thái tài nguyên mạng, các tuyến khả dụng….

      Việc thiết lập mạng truyền tải quang động sẽ cho phép cung cấp nhanh các tuyến dung lương cao, do vậy trong tương lai bước phát triển công nghệ cho phép cung cấp số lượng lớn các kênh quang. Nếu được như vậy trong tương lai chỉ cần chuyển mạch kênh quang là thoả mãn nhu cầu băng tần. Tuy nhiên không phải là như vậy do lý do sau, ví dụ trong mạng OTN chỉ cần đưa ra tính chất hạt tại mức bước sóng và nếu nguồn lưu lượng là chùm, dung lượng kênh được sử dụng có thể sẽ xảy ra xung đột trên phạm vi mạng. Trong tương lai OXC được phát triển cho mạng OTN có thể hỗ trợ cho lớp chuyển mạch gói quang. Hình 28 mô tả mạng quang bao gồm OXC và chuyển mạch gói quang OPS. 

      Hình 29: Chuyển mạch gói quang tại nút lõi và nút biên

      Trên hình 29 chuyển mạch gói quang sử dụng trong nút lõi, các gói được chuyển qua mạng tại chuyển mạch ở nút lõi ở đó tuyến được lựa chọn và tiêu đề được trao đổi. Bằng cách này OPS sẽ tối ưu được tài nguyên mạng và tối ưu được tổng dung lượng mạng như vậy sẽ làm giảm kích cỡ của OXC. Tạo các nút chuyển mạch biên có giao diện với cả mạng truyền tải OTN và IP.

Những vấn đề mà chuyển mạch quang đang gặp phải: Giới hạn kỹ thuật chính hiện đang gặp phải của những kỹ thuật này là sự

phân giải chen lấn giữa các gói và thiếu bộ đệm quang. Sự phân giải chen lấn là cơ chế cần thiết để giải quyết sự xung đột điển hình khi nhiều gói hiện diện trên cùng bước sóng được truyền từ các cổng đầu vào khác nhau và đến cùng một cổng đầu ra ở tại cùng một thời điểm. Đây là vấn đề chung của chuyển mạch gói và được biết dưới tên gọi nghẽn ngoài.

39

Vấn đề này được giải quyết bằng cách đệm toàn bộ gói chen lấn loại trừ gói đã được định tuyến tới cổng đầu ra. Một giải pháp hiệu quả là gửi toàn bộ gói tới đích của chúng với khoảng thời gian có thể nhận biết.

Phân giải chen lấn toàn quang có năng lực thực thi tốc độ cao nên đáp ứng được các yêu cầu thông lượng lớn của mạng quang. Giải pháp này được xem là một giải pháp mạnh để giải quyết vấn đề ngẽn ngoài với lượng nhỏ bộ nhớ quang gồm định tuyến lệch và điều chỉnh bước sóng.

2.2.4.2.2 Định tuyến lệch

      Phương pháp này phù hợp với chuyển mạch quang sử dụng một lượng nhỏ bộ nhớ quang. Khi có xung đột, trước tiên gói sẽ được định tuyến tới cổng đầu ra chính xác nếu không được, nó sẽ định tuyến đến bất kỳ cổng đầu ra khả dụng nào. Kỹ thuật này áp dụng trong trường hợp mạng có thể cung cấp đường định tuyến thay thế để gói vẫn có thể đến đích khi có sai hỏng đường định tuyến ở một hoặc nhiều nút chuyển mạch. Mặc dù phương pháp này không đòi hỏi thực hiện đệm gói song các gói đi lệch sẽ trải qua các tuyến dài hơn do đó trễ có thể lớn hơn mức cho phép. Bên cạnh đó, nó cũng làm tăng khả năng nghẽn mạng và trễ tín hiệu phụ.

2.2.7 Kết luận

     Để truyền tải IP trên mạng quang cần phải thực hiện các chức năng mỗi lớp ứng theo mô hình OSI. Các gói IP Lớp 3 sẽ được bao trong các khung Lớp 2, các khung Lớp 2 sau đó sẽ được truyền dẫn không lỗi qua các tuyến truyền dẫn quang Lớp 1.

      Mặc dù có rất nhiều giải pháp để thực hiện việc truyền gói IP trên mạng quang nhưng hầu như đều xoay quanh việc thích ứng những công nghệ đã được làm chủ như ATM, SDH và Ethernet đảm nhiệm chức năng Lớp 2 và 1.

Sử dụng ngăn giao thức ATM (IP/ATM): IP/ATM qua SONET/SDH: sử dụng ALL5/ATM bao gói IP và sau đó

sắp xếp vào tải SONET/SDH trước khi truyền trên bước sóng quang. IP/ATM trực tiếp trên WDM: sử dụng ALL5/ATM bao gói IP và truyền

trực tiếp trên bước sóng quang dựa trên tế bào. Thích ứng các giao thức sắp xếp gói IP vào tải SONET/SDH (DoS): Sử dụng giao thức LAPS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải

SONET/SDH truyền trên các bước sóng quang, Sử dụng giao thức MAPOS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải

SONET/SDH truyền trên bước sóng quang,

40

Sử dụng giao thức GFP để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên các bước sóng quang,

Sử dụng giao thức POS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên bước sóng quang.

Sử dụng khung Ethernet để bao gói IP, thích ứng giao tiếp vật lý phù hợp với môi trường cáp sợi quang (PHY).

      Các giải pháp mới được thiết kế để giải quyết vấn đề phức tạp khi sử dụng những công nghệ cũ (ATM, SDH) cho chức năng Lớp 2 (chuyển mạch). Chúng đều có đặc tính đơn giản trong kiến trúc nhưng lại chưa được làm chủ:

Sử dụng khung DTM bao gói IP và truyền trực tiếp trên sợi quang hoặc qua khung SONET/SDH.

Sử dụng công nghệ RPR, các gói IP được bao trong khung IEEE 802 nhờ giao thức sắp xếp SRP.

      MPLS là một trong những công nghệ được chú ý nhiều nhất hiện nay. Bản thân MPLS không phải là giao thức tạo khung Lớp 2, nó hỗ trợ năng lực định tuyến cho các bộ định tuyến IP thông qua việc gán nhãn. Nhờ đó công nghệ này đem lại khả năng thiết kế lưu lượng mềm dẻo và hỗ trợ QoS/CoS cho lưu lượng IP. Hỗ trợ MPLS được xem như một trong những tiêu chí để đánh giá kiến trúc mạng truyền tải IP hiện nay.

      Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng truyền tải IP gắn liền với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang. Sự mở rộng chức năng của chuyển mạch quang tới lớp cao hơn sẽ tạo ra một kiến trúc mạng vô cùng đơn giản, và đó cũng là mục tiêu hướng đến trong tương lai; kiến trúc mạng chỉ gồm hai lớp: IP/quang. Hiện nay các sản phẩm chuyển mạch bước sóng quang đã được thương mại hoá (OXC). Chuyển mạch chùm quang (OBS), chuyển mạch gói quang (OPS) và chuyển mạch nhãn quang (OLS) đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển. Vấn đề về công nghệ đang là rào cản chính trong lĩnh vực này.

2.3 Phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP over WDM

      Tích hợp IP quang sẽ đòi hỏi những thay đổi trong lĩnh vực báo hiệu và điều khiển. Sự khác biệt đáng kể về băng tần của gói IP, gói quang, kênh TDM, bước sóng quang và sợi quang đã cho thấy điểm yếu của các giao thức đã và đang được sử dụng (chỉ được thiết kế tối ưu cho chuyển mạch kênh hoặc gói). Với những giao thức như vậy tài nguyên mạng sẽ không được khai thác hiệu quả. Ở một khía cạnh khác, hiện có rất nhiều các nhà cung cấp thiết bị sử dụng

41

những giao thức độc quyền, do đó sẽ nảy sinh những vấn đề tương thích giữa các hệ thống thiết bị.

      Phần này sẽ nghiên cứu về những giải pháp báo hiệu và điều khiển hiện đang được quan tâm đối với mạng IP quang. Qua đó sẽ làm rõ hai khái niệm về G-MPLS và ASON liên quan trực tiếp đến kiến trúc mạng IP/quang và xem xét khả năng ứng dụng cũng như vấn đề tiêu chuẩn hoá của chúng.

2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển

      Các mạng theo phương thức chuyển mạch kênh như TDM và đường thuê riêng thường có độ trễ thấp, độ thăng giáng trễ ít và tỷ lệ lỗi thấp. Do đó QoS thường rất cao nhưng việc cung cấp băng tần cho các dịch vụ phải được thực hiện trước nên thiếu tính linh động. Mạng chuyển mạch gói (như ATM, FR, Ethernet và IP) linh hoạt hơn. Ví dụ, việc ghép kênh theo thống kê cho phép phân bổ băng tần cho các dịch vụ  linh động hơn. Tuy nhiên, tại mỗi nút trung gian, mỗi gói thành phần của một bản tin đều được xử lý, độ trễ của mỗi gói tại mỗi nút là khác nhau nên độ trễ lớn và gây nên độ thăng gián trễ rộng hơn, tỷ lệ lỗi và QoS thấp hơn hoặc không thể đoán trước được.

      Có nhiều cách để cải thiện QoS của các kỹ thuật chuyển mạch gói mà vẫn giữ lại các ưu điểm của chúng. Chẳng hạn vào đầu thập kỷ 90 đã phát triển kỹ thuật ATM, cho phép mạng truyền cả lưu lượng thoại, video và số liệu. ATM dùng các gói có kích thước như nhau và nhỏ nên cải thiện được hiệu quả truyền dẫn, duy trì QoS ở mức cao. Báo hiệu cho ATM là mở rộng của các giao thức báo hiệu như Q.931 cho ISDN và SS7 cho báo hiệu kênh chung.

      Trong khi đó, mạng IP đã được triển khai rộng rãi để hỗ trợ các ứng dụng theo phương thức gói. IP là giao thức lớp 3, xử lý và định tuyến các gói để tạo các dịch vụ datagram, phi kết nối. các IP Router hoạt động theo kiểu ‘hop-by-hop”.

      Nhận thấy tính hấp dẫn của phương thức điều khiển thiết kế lưu lượng và để đơn giản hoá các khái niệm định tuyến gói như chuyển mạch nhãn, IETF đã phát triển kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS vào năm 1996. MPLS sử dụng giao thức thiết lập đường RSVP và giao thức phân phối nhãn để tạo các đường chuyển mạch nhãn LSP giữa điểm vào và ra của mạng, gán nhãn cho các gói. MPLS được thiết kế để thiết lập các đường chuyển mạch nhãn trong các mạng dịch vụ gói (IP, ATM, FR) trên nền mạng quang. Sự phát triển rầm rộ của sợi quang và WDM đã cho thấy một cơ chế tương tự có thể được sử dụng để thiết lập các luồng quang dưới lớp con WDM.

42

      Các thiết kế mạng số liệu ban đầu có khả năng tận dụng các giao thức báo hiệu do ITU chuẩn hoá (Q.931, Q.2931) và của ATM Forum (PNNI).

      Bước đầu tiên trong quá trình này là vào năm 1998 đã phát triển MPλS. Mục đích của nó là để xác định tập các giao thức dựa trên MPLS để điều khiển các thiết bị WDM nhằm cung cấp các luồng quang chuyển mạch bước sóng trong mạng quang.

      Hình dưới mô tả quá trình phát triển các giao thức báo hiệu và định tuyến cũng như mối quan hệ giữa chúng.  

L3 (Packet)

IP

L2 (data Link)

ATM 

MPLS

PNNI

(Q.2931)

Q.931/SS7      

MPλS    

OSRP    

GMPLS    

43

ASON

     Kiểu mạng                    Giao thức báo hiệu và định tuyến

   Năm                    1980s      1996     1998       1998       2000       2001

L1(Physical)

   TDM/ISDN 

SONET/SDH

DWDM         

      Hình 30. Quá trình phát triển các giao thức báo hiệu, định tuyến

      Điều rõ ràng là cơ chế điều khiển cần phải bao gồm cả quá trình hồi phục và khả năng cung cấp không chỉ cho lớp WDM mà cho cả lớp SONET/TDM và lớp sợi quang phía dưới. Do đó, vào khoảng năm 2000, IETF đã mở rộng MPλS thành GMPLS. Quá trình mở rộng này mang đến một số cải tiến như: mở rộng nhãn cho cả các khe TDM, truyền hai chiều, tăng cường khả năng báo hiệu, kết hợp các khả năng định tuyến (khám phá topo mạng và topo dịch vụ).

      Năm 2000 ban Viễn thông của ITU và ANSI T1X1 cũng bắt đầu nghiên cứu về mạng quang chuyển mạch tự động ASON, là một bộ phận của mạng truyền tải chuyển mạch tự động ASTN.

2.3.2 G-MPLS[11]

2.3.2.1 Giới thiệu

      Với sự bùng nổ nhu cầu lưu lượng trong những năm gần đây, mạng quang được xem là giải pháp hữu hiệu để đáp ứng nhu cầu. Các hệ thống SDH, WDM và các thiết bị đấu nối chéo OXC cũng phát triển mạnh mẽ nhằm tăng dung lượng và phạm vi mạng. Mảng điều khiển quang được thiết kế nhằm đơn giản hoá, tăng tính đáp ứng và mềm dẻo trong việc cung cấp các phương tiện trong mạng quang. MPLS đã trở thành mô hình định tuyến mới cho mạng IP. G-

44

MPLS là sự mở rộng của MPLS nhằm hướng tới mảng điều khiển quang cho mạng quang.

      IETF và OIF đã phát triển tiêu chuẩn G-MPLS để đảm bảo sự phối hợp giữa các lớp mạng khác nhau. Hiện tại lớp truyền tải (lớp quang) và lớp số liệu (điển hình là Lớp 2 và/hoặc IP) tách hẳn nhau và hoạt động độc lập nhau. G-MPLS tập hợp các tiêu chuẩn với một giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thông tin giữa lớp truyền tải và lớp số liệu. Nó mở rộng khả năng định tuyến lớp số liệu đến mạng quang. G-MPLS có thể cho phép mạng truyền tải và mạng số liệu hoạt động như một mạng đồng nhất.

      GMPLS được phát triển trong nỗ lực nhằm làm đơn giản hoá và bỏ bớt mô hình mạng bốn lớp hiện tại. GMPLS loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằng cách thu hẹp các lớp mạng. Nó không phải là một giao thức đơn hay tập không đổi các giao thức, mà đó là phương thức để kết hợp nhiều kỹ thuật trên cùng một kiến trúc đơn và quản lý chúng với một tập đơn các giao thức quản lý.

      Nhiều công ty hiện đang triển khai mạng GMPLS để đơn giản việc quản lý mạng và tạo ra một mặt điều khiển tập trung. Điều này cho phép tạo ra nhiều dịch vụ hơn cho khách hàng trong khi đó giá thành hoạt động lại thấp.

      GMPLS cũng hứa hẹn sẽ mang lại chất lượng dịch vụ tốt hơn và thiết kế lưu lượng trên internet, một xu hướng hiện tại và cũng là mục tiêu chính của bất cứ nhà cung cấp dịch vụ nào.

2.3.2.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS

      MPLS đã mở rộng bộ giao thức IP nhằm cải thiện quá trình phát chuyển của các Router. Đối với các Router, khi nhận được một gói tin phải qua quá trình phân tích địa chỉ và tìm kiếm tuyến khá phức tạp để xác định trạm kế tiếp bằng cách kiểm tra địa chỉ đích trong header của gói. MPLS đã đơn giản thủ tục này bằng cách dựa vào một nhãn đơn giản khi phát chuyển. MPLS còn có khả năng đặt các lưu lượng IP trên các đường xác định trước qua mạng. Bằng cách này MPLS tạo ra sự bảo đảm về băng tần và các đặc tính dịch vụ khác cho mỗi ứng dụng cụ thể của User (người sử dụng). Với mỗi dịch vụ cụ thể, một bảng lớp phát chuyển tương đương (FEC) biểu diễn một nhóm các dòng lưu lượng có cùng yêu cầu về xử lý lưu lượng được tạo ra. Một nhãn đặc biệt sau đó được dùng để gán cho một FEC. Tại lối vào mạng MPLS, các gói IP đến được được kiểm tra và gán một “nhãn” bởi router nhãn ở biên mạng (LER). Các gói đã được gán nhãn sau đó được phát chuyển dọc theo một LSP và tại đây các Router chuyển mạch nhãn (LSR) dựa vào trường nhãn trong gói để đưa ra

45

quyết định chuyển mạch. LSR không cần kiểm tra tiêu đề IP của gói để tìm trạm kế tiếp. Nó đơn giản chỉ bỏ nhãn hiện tại và đưa vào một nhãn mới cho trạm kế tiếp. Cơ sở thông tin nhãn tạo ra các nhãn mới (để chèn vào gói) và một giao diện ra (dựa vào nhãn vào trên  giao diện vào).

      Báo hiệu để thiết lập LSP xử lý lưu lượng được thực hiện nhờ sử dụng giao thức phân phối nhãn trên mỗi nút MPLS. Có một số giao thức phân phối nhãn khác nhau trong đó hai giao thức phổ biến nhất là RSVP- xử lý lưu lượng (RSVP-TE) và CR-LDR. RSVP-TE là phiên bản mở rộng của RSVP để phân phối các nhãn và tạo khả năng xử lý lưu lượng. CD-LDP được thiết kế riêng cho mục đích này.

      MPLS  gồm cả các mở rộng của các giao thức định tuyến trạng thái tuyến IP hiện tại, các mở rộng MPLS đối với OSPF và IS-IS cho phép các nút không chỉ trao đổi các thông tin về topo mạng mà những thông tin về tài nguyên và thậm chí về chính sách cũng được trao đổi. Thuật toán định tuyến dựa trên các ràng buộc sử dụng các thông tin này để tính toán các đường tối ưu cho các LSP và cho phép thực hiện các quyết định về quá trình xử lý lưu lượng phức tạp một cách tự động khi chọn tuyến qua mạng.

2.3.2.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS

      IETF đã mở rộng bộ giao thức MPLS để có khả năng hỗ trợ cả các thiết bị chuyển mạch theo thời gian, bước sóng và không gian qua G-MPLS. Điều này cho phép mạng dựa trên G-MPLS xác định và cung cấp đường tối ưu dựa trên các yêu cầu lưu lượng của user (người sử dụng). Một số cấu trúc G-MPLS được chỉ ra như ở bảng sau:   

     Bảng 3. Một số cấu trúc của G-MPLS

Miền Chuyển mạch

Loại lưu lượng

Lược đồ phát chuyển

Thiết bị điển hình

Thuật ngữ

 Gói, cell

 IP, ATM

Nhãn như phần ghép thêm vào header, kết nối kênh ảo (VCC)

 IP Router, ATM switch

 Khả năng chuyển mạch gói (PSC)

 Thời gian

 TDM/SONET

Khe thời gian trong chu kỳ lặp lại

Hệ thống kết nối chéo số

 Khả năng TDM

46

DCS, ADM Bước sóng

 Trong suốt

 Lambda

 DWDM

Khả năng chuyển mạch Lambda (LSC)

Không gian vật lý

Trong suốt Quang, đường OXC Khả năng Chuyển mạch sợi (FSC)

Khác biệt giữa MPLS và GMPLS

      G-MPLS được mở rộng từ MPLS, tuy nhiên trong khi MPLS hoạt động trong mảng số liệu thì G-MPLS được ứng dụng trong mảng điều khiển, thực hiện quản lý kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh (như TDM, chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch sợi).

      Một điểm khác nữa giữa MPLS và G-MPLS là MPLS yêu cầu luồng chuyển mạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó G-MPLS mở rộng khái niệm LSP, LSP trong G-MPLS có thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên mạng. Chẳng hạn, có thể thiết lập LSP giữa các bộ ghép kênh ADM SDH tạo nên TDM LSP hoặc có thể thiết lập giữa hai hệ thống chuyển mạch để tạo nên LSC LSP hoặc giữa các hệ thống nối chéo chuyển mạch sợi để tạo nên FSC LSP.

2.3.2.4 Bộ giao thức G-MPLS

      Sự phát triển MPLS thành G-MPLS đã mở rộng giao thức báo hiệu (RSVP-TE, CR-LDP) và giao thức định tuyến (OSPF-TE, IS-IS-TE). Các mở rộng này gồm các đặc tính mạng quang và TDM/SONET. Giao thức quản lý tuyến là một giao thức mới để quản lý và bảo dưỡng mặt điều khiển và mặt số liệu giữa hai nút lân cận. LMP là giao thức dựa trên IP bao gồm cả các mở rộng đối với RSVP-TE và CR-LDP.

      Bảng sau tóm tắt các giao thức và các mở rộng của G-MPLS:

     Bảng 4. Các giao thức và các mở rộng của GMPLS

  Định tuyến

  OSPF-TE,

Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tự động về topo mạng, hiển thị các tài nguyên khả dụng. Một số tăng cường chímh gồm:

47

IS-IS-TE

- Cho biết loại bảo vệ tuyến (1+1, 1:1, không bảo vệ).

- Nhận và thông báo các liên kết không có địa chỉ IP-ID link.

- Giao diện ID vào, ra.

- Khám phá tuyến khác nhau cho dự phòng.    Báo hiệu

   RSVP-TE

CR-LDP

Giao thức báo hiệu dùng cho quá trình thiết lập các LSP mang lưu lượng. Các tăng cường chính gồm:

- Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng không phải chuyển mạch gói.

- Thiết lập các LSP 2 hướng.

- Báo hiệu để thiết lập đường dự phòng.

- Thúc đẩy việc gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất.

- Hỗ trợ chuyển mạch băng tần- tập các bước sóng gần nhau được chuyển mạch với nhau.

   Quản lý tuyến

   LMP

Quản lý kênh điều khiển: được thiết lập bởi các tham số tuyến và đảm bảo sự an toàn cho cả tuyến.

Kiểm tra việc kết nối tuyến: Đảm bảo kết nối vật lý tuyến giữa các nút lân cận, sử dụng một PING - như bản tin kiểm tra.

Liên hệ các đặc tính tuyến: Xác định các đặc tính tuyến của các nút gần kề

Cô lập lỗi: Cô lập các lỗi đơn hoặc lõi kép trong miền quang

      Trong ngăn xếp, giao thức định tuyến IS-IS-TE tương tự với OSPF-TE nhưng thay vì dùng IP, giao thức mạng phi kết nối (CLNP) sử dụng để mang các thông tin IS-IS-TE.

     Hình 31 mô tả ngăn xếp bộ giao thức G-MPLS:    

48

    

  LMP

RSVP-TE

CR-LDP

BGP

UDP

OSPF-TE

TCP

IP

PPP/Lớp thích ứng

SONET

Chuyển mạch bước sóng

MAC/GE

   ATM

Chuyển tiếp khung

       Sợi Quang          

Hình 31. Ngăn xếp giao thức G-MPLS

2.3.2.5 Mục tiêu và các chức năng mặt điều khiển GMPLS

49

      Mặt điều khiển GMPLS trước hết để giải quyết vấn đề quản lý kết nối, bao gồm cả các dịch vụ kết nối theo kiểu gói và kênh, các khía cạnh của quá trình quản lý tính toán, quản lý thực hiện, an toàn và quản lý chính sách. Mặt điều khiển GMPLS cơ bản là một mặt điều khiển kết nối phân tán dựa trên IP. Điều này không loại trừ việc sử dụng GMPLS kết hợp với các giải pháp khác như hệ thống mạng quản lý tập trung. Sau đây xem xét một số chức năng mức cao và các yêu cầu dịch vụ của GMPLS.

Tự động hoạt động: Mặt điều khiển bao gồm các chức năng quản lý phân tán và các giao diện cần thiết cho quá trình quản lý kết nối tự động trong mạng. Một trong các mục tiêu cơ bản của mặt điều khiển là các hoạt động tự động. Mặt điều khiển phân tán GMPLS có thể cung cấp các khả năng điều khiển mạng tăng cường và giảm các hoạt động phức tạp, tốn nhiều thời gian không cần thiết. Đồng thời nó cũng thuận tiện cho việc phối hợp hoạt động và kết hợp giữa mạng với các kỹ thuật mặt số liệu khác.

Tối ưu việc lựa chọn đường: Việc lựa chọn các tuyến trong mảng điều khiển bởi GMPLS có thể được tối ưu hoá để đảm bảo tính hiệu quả, sử dụng tài nguyên mạng  hiệu quả và các thực hiện thoả mãn yêu cầu khác.

Phục hồi nhanh các đường số liệu: Việc phục hồi này có thể được thực hiện nhờ lựa chọn tuyến trước lúc xảy ra sự cố  (offline) hoặc được tính toán đường ngay thời điểm có sự cố (online). Việc tính toán online và cơ chế phục hồi phân tán sẽ mang lại thời gian hồi phục nhanh hơn so với phương pháp hiện tại của NMS tập trung. Khi các sự cố mạng xảy ra đồng thời thì vấn đề hồi phục sẽ trở nên phức tạp. Để đảm bảo các yêu cầu về hồi phục số liệu, mặt điều khiển DCN phải được thiết kế tin cậy.

Xử lý cảnh báo: Các cảnh báo liên quan đến mặt điều khiển do chính các thực thể quản lý phải được thông báo cho mặt điều khiển. Việc xử lý cảnh báo phụ thuộc vào mặt quản lý.

Đặc trưng hơn, GMPLS dựa trên mặt điều khiển phân tán bao quanh các mạng truyền tải đa lớp cần đáp ứng được các yêu cầu sau:

Tính khả mở: Quá trình thực hiện của mặt điều khiển không nên phụ thuộc nhiều vào kích thước mạng dùng GMPLS (chẳng hạn số nút, số liên kết vật lý, ...). Mặt điều khiển cần duy trì độ thực hiện ổn định càng nhiều càng tốt so với kích thước mạng.

Tính mềm dẻo: Mặt điều khiển phải có độ mềm dẻo về mặt chức năng và cung cấp các điều kiện hoạt động về cấu hình.

2.3.2.6 Kiến trúc các thành phần của mặt điều khiển GMPLS

2.3.2.6.1 Yêu cầu của mặt điều khiển

50

      Mặt điều khiển và mặt số liệu hoạt động đảm bảo độ tin cậy là vấn đề sống còn đối với mạng quang. Mặt điều khiển phải được thiết kế sao cho khi xảy ra các sự cố thì các kết nối cũng không bị ảnh hưởng. Và ngay cả khi các kết nối bị hỏng trong trường hợp mặt số liệu có sự cố thì mặt điều khiển cũng phải có khả năng định tuyến lại. Nhìn chung mặt điều khiển GMPLS cần:

Có khả năng đáp ứng cho tất cả các mạng chuyển mạch gói và mạng chuyển mạch kênh như IP, ATM, OTN, SONET/SDH.

Đủ linh hoạt để thích nghi với các kịch bản mạng khác nhau (các mô hình kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ). Mục tiêu này đạt được bằng cách chia mặt điều khiển thành các thành phần chức năng khác nhau. Mỗi thành phần có thể yêu cầu nhiều công cụ cho các kịch bản mạng khác nhau. Mỗi công cụ cần có khả năng cấu hình và mở rộng. Điều này cho phép các nhà cung cấp thiết bị và các nhà cung cấp dịch vụ quyết định sắp xếp logic các thành phần này, và cũng cho phép nhà cung cấp dịch vụ thực hiện các chính sách cũng như vấn đề an toàn mạng.

      Về mặt chức năng, mặt điều khiển GMPLS có thể chia thành các thành phần như: Khám phá tài nguyên lân cận và quản lý kết nối, định tuyến, báo hiệu. Mặt điều khiển GMPLS cần một mạng trao đổi số liệu để tạo các bản tin điều khiển. Nó có các giao diện cho mặt quản lý và phần tử mạng như bộ điều khiển hệ thống, cơ cấu chuyển mạch.

2.3.2.6.2 Mạng thông tin số liệu hỗ trợ mặt điều khiển GMPLS

      Mặt điều khiển GMPLS bao gồm các bộ điều khiển phân tán để trao đổi và phối hợp với nhau nhằm hoàn tất các hoạt động kết nối. Mạng thông tin số liệu (DCN) cần thiết để trao đổi các bản tin điều khiển giữa các bộ điều khiển. Đối với mạng IP truyền thống, không có mặt điều khiển riêng vì điều khiển và lưu lượng số liệu User dùng chung một mạng. Đối với các mạng mạch, cần một mạng số liệu độc lập vì một chuyển mạch kênh điển hình không xử lý lưu lượng User trong mặt truyền tải của nó. Để mặt điều khiển GMPLS có khả năng đáp ứng các mạng mạch, khái niệm DCN phải được giới thiệu. DCN hỗ trợ mặt điều khiển GMPLS có thể sử dụng các loại môi trường vật lý:

Lưu lượng điều khiển có thể được truyền qua một kênh thông tin trong số các liên kết mạch mang số liệu giữa các LSR. Chẳng hạn môi trường có thể là các byte tiêu đề SONET/SDH hoặc OTN.

Lưu lượng điều khiển có thể được truyền qua kênh thông tin riêng, chia sẻ cùng liên kết vật lý với các kênh số liệu. Chẳng hạn, môi trường có thể là bước sóng riêng, một STS-1 hoặc một DS-1.

51

Lưu lượng điều khiển có thể truyền qua một liên kết thông tin riêng giữa các LSR, riêng biệt so với các liên kết mang số liệu. Chẳng hạn môi trường có thể là một LAN riêng biệt hoặc một liên kết điểm-điểm.

Các yêu cầu mặt điều khiển GMPLS đối với DCN

      Các hoạt động của mặt điều khiển GMPLS phụ thuộc nhiều vào DCN khi trao đổi các bản tin điều khiển. Do đó, DCN phải đáp ứng các yêu cầu sau:

DCN hỗ trợ mặt điều khiển GMPLS cũng phải hỗ trợ IP. DCN phải cung cấp thông tin (trực tiếp hoặc gián tiếp) giữa bất kỳ hai

LSR nào cần trao đổi lưu lượng điều khiển. DCN phải an toàn: Yêu cầu này xuất phát từ hai khía cạnh định tuyến và

báo hiệu. Thực tế, thông tin định tuyến được trao đổi qua mặt điều khiển là đặc trưng của nhà cung cấp dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ không muốn tiết lộ các thông tin trong mạng ra ngoài biên mạng của họ, thậm chí cho chính các khách hàng của họ. Trong khi đó, mạng mặt điều khiển phải ngăn chặn tất cả tấn công của các dịch vụ kết nối.

DCN phải tin cậy và cung cấp khả năng chịu đựng lỗi. DCN là hệ thống truyền tải cho các bản tin mặt điều khiển GMPLS. Nếu DCN lỗi, không bản tin GMPLS nào được trao đổi giữa các bộ điều khiển GMPLS. Độ tin cậy của DCN phải được đảm bảo ngay cả khi mạng truyền tải dịch vụ có các lỗi nặng xảy ra.

DCN phải hỗ trợ chức năng ưu tiên phát chuyển bản tin. Quá trình thực hiện tổng thể của mặt điều khiển GMPLS phụ thuộc nhiều vào việc truyền tải các bản tin điều khiển của chúng. Các hoạt động nhạy cảm với thời gian như chuyển mạch bảo vệ cần đảm bảo QoS ở mức cơ bản. Hơn nữa, việc truyền các bản tin cần được đảm bảo hoặc khôi phục nhanh chóng ngay cả khi mạng có sự cố.

DCN cần có khả năng mở rộng, nâng cấp: Độ thực hiện của DCN không nên phụ thuộc vào kích cỡ mạng vì mặt điều khiển hỗ trợ mạng có thể được mở rộng khi triển khai mạng mới.

Việc phối hợp hoạt động DCN mặt điều khiển là bước đầu tiên để hướng đến tích hợp mặt điều khiển. Nhu cầu cần có một kiến trúc DCN mặt điều khiển chung và ngăn xếp giao thức để mặt điều khiển của các mạng khác nhau có thể thông tin với nhau.

Tách riêng mặt điều khiển và mặt truyền tải 

      Mặt điều khiển GMPLS không nên có bất cứ giả định nào về loại môi trường vật lý sử dụng cho DCN của nó, mà cần hàm ý rằng mặt điều khiển GMPLS và mặt truyền tải của nó cần phải tách nhau ra, ít nhất cũng về mặt

52

logic. Điều này ảnh hưởng đến thiết kế mặt điều khiển GMPLS ở một số khía cạnh:

DCN mặt điều khiển có thể có một topo vật lý khác so với mạng truyền tải của nó.

Việc khám phá tài nguyên lân cận mặt điều khiển có thể cần phải phụ thuộc các cơ chế khác với việc khám phá lân cận dựa trên DCN.

Giao diện điều khiển và truyền tải có thể được tách riêng nhau. Do đó, hai mặt điều khiển gần nhau không yêu cầu phải có một kênh điều khiển trực tiếp miễn là chúng trao đổi được với nhau qua DCN.

Điều này hàm ý rằng việc định tuyến các bản tin mặt điều khiển trong DCN mặt điều khiển được tách về mặt logic so với định tuyến các LSP trong mặt truyền tải.

Khả năng hoạt động của mặt điều khiển và mặt truyền tải cần duy trì độc lập nhau. Điều này yêu cầu tách biệt giữa các thông báo và các mã trạng thái cho mặt điều khiển và mặt truyền tải. Trong trường hợp sự cố mặt điều khiển (chẳng hạn lỗi kênh thông tin hoặc lỗi thực thể điều khiển), các hoạt động kết nối LSP mạch mới có thể không được chấp nhận nhưng các kết nối đã tồn tại sẽ không bị hỏng.

Các bản tin báo hiệu không nhất thiết truyền dọc theo đường số liệu. Vì thế một số khái niệm cơ bản trong MPLS cần định nghĩa lại trong một phạm vi lớn hơn.

Cả báo hiệu dựa trên IP và các giao thức định tuyến cần phải được tăng cường để phù hợp với sự thay đổi này.

2.3.2.7 Báo hiệu trong GMPLS

      Báo hiệu là một trong các chức năng quan trọng của mặt điều khiển GMPLS. Các chức năng cơ bản bao gồm: Tạo LSP, loại bỏ LSP, thay đổi LSP, thông báo lỗi LSP, xử lý lỗi LSP, khôi phục LSP. Để tạo ra giao thức báo hiệu mặt điều khiển GMPLS hiệu quả và tin cậy, cần tuân thủ một số nguyên tắc cơ bản.

2.3.2.7.1 Các chức năng cơ bản

     Mặt điều khiển GMPLS giả sử hỗ trợ các mạng IP và mạng truyền tải. GMPLS cần thừa hưởng những giao thức báo hiệu của MPLS, chẳng hạn như tạo LSP, xoá LSP,... Ngoài ra, giao thức báo hiệu GMPLS còn một số yêu cầu khác. Vì mạng truyền tải mang lượng băng tần khổng lồ và hỗ trợ nhiều ứng dụng, một sự cố về mạng như đứt cáp sẽ gây ra hậu quả rất nghiêm trọng. Việc phát hiện lỗi và khôi phục LSP nhanh trở thành yêu cầu cơ bản đối với mạng truyền tải. Tóm lại, báo hiệu mặt điều khiển GMPLS cần hỗ trợ:

53

Tạo LSP Xoá LSP Thay đổi LSP Khôi phục LSP Xử lý loại bỏ LSP

     Tạo LSP

     Hoạt động tạo LSP bắt đầu khi nút GMPLS đầu vào nhận một yêu cầu LSP. Nút này thường thực hiện các quá trình cấp phép chính gồm điều khiển tiếp nhận và kiểm tra tài nguyên. Nếu cấp phép được xác nhận, nút GMPLS vào cần chọn một đường cho LSP với các thông tin có thể và bắt đầu quá trình. Một bản tin tạo LSP sẽ chuyển từ nút vào và di chuyển dọc theo đường được chọn. Trong mạng truyền tải, một bản tin xác nhận được yêu cầu từ nút ra đến nút vào. Đối với LSP hai hướng, bản tin bắt tay ba hướng sẽ cung cấp trong giao thức báo hiệu để thực hiện cả hai phía của quá trình thiết lập LSP.

     Trong khi tạo LSP, tài nguyên có thể được cấp phát trước hoặc sau khi toàn bộ đường đã được đăng ký trước.

     Xoá LSP

     Khi LSP không cần nữa hoặc LSP mà mạng đã loại bỏ, tài nguyên do các LSP này sở hữu cần được giải phóng. Một bản tin yêu cầu xoá được tạo ra trong giao thức báo hiệu. Hoạt động xoá có thể bắt đầu từ một nút GMPLS bất kỳ, báo hiệu xoá cần được thiết kế sao cho xử lý được ba trường hợp.

     Trong mạng truyền tải, LSP được xoá từng phần sẽ gây phức tạp. Trong khi xoá LSP, một nút GMPLS lỗi dọc theo LSP sẽ dẫn đến không hoàn thành được việc xoá LSP. Một bản tin xác nhận xoá do nút đề xuất xoá yêu cầu để đảm bảo đã hoàn tất thủ tục xoá. Trong hoạt động xoá, có thể xuất hiện các tình trạng chạy đua giữa bản tin yêu cầu xoá và việc cấp phát lại tài nguyên. Dựa vào tình trạng này, các cảnh báo có thể xuất hiện tại các nút dọc theo LSP. Để hỗ trợ một môi trường như vậy, cần một cơ chế để cho phép hoặc không các cảnh báo kết hợp với LSP trước để cấp phát lại tài nguyên.

     Có hai giải pháp để tránh tình trạng này:

Các nút dọc theo đường sẽ thông báo cơ cấu LSP, gần như tín hiệu ASP SONET.

Các nút dọc theo đường sẽ được khai báo nhờ một phần trong bản tin xoá. Sau khi xác nhận, chúng sẽ cấp phát lại tài nguyên.

54

     Thay đổi LSP

     Một LSP có thể yêu cầu được thay đổi các đặc tính của nó, chẳng hạn như băng tần. Yêu cầu cơ bản của việc thay đổi LSP được gọi là “thay đổi trước khi không đáp ứng được” (made - before – break). Giao thức báo hiệu cần được thiết kế để hỗ trợ chức năng này. Một giải pháp thực hiện được có thể bao hàm việc chia sẽ tài nguyên giữa LSP cũ và LSP mới.

2.3.2.7.2 Hỗ trợ phục hồi

     Phục hồi nhanh các sự cố mạng là một khía cạnh rất quan trọng của mạng truyền tải hiện tại và tương lai. Các nhà cung cấp mạng truyền tải yêu cầu khả năng phục hồi nhanh để đảm bảo độ tin cậy và tính sẵn sàng cho các kết nối của khách hàng. Việc chọn chính sách phục hồi cần có sự cân bằng giữa việc sử dụng tài nguyên mạng và thời gian gián đoạn dịch vụ. Các sơ đồ phục hồi khác nhau hoạt động với sự cân bằng khác nhau giữa các yêu cầu dung lượng dư và thời gian ngắt dịch vụ. Lược đồ phục hồi GMPLS cần bao gồm ít nhất là bảo vệ tuyến, bảo vệ đường riêng, khôi phục đường dùng chung, định tuyến lại động.

2.3.2.7.3 Hỗ trợ xử lý loại trừ

     Các mức khác nhau của việc loại trừ có thể xuất hiện trong mạng GMPLS ở cả mặt số liệu và mặt điều khiển. Một số loại trừ cần xem xét trong thiết kế báo hiệu GMPLS gồm:

Nút vào, nút trung gian, nút ra có thể từ chối việc tạo LSP. Nếu tài nguyên được cấp phát trước khi xác nhận LSP, việc từ chối tạo thành LSP có thể phải cấp phát lại những tài nguyên này.

Một nút phát hiện sự cố của thủ tục phục hồi, việc loại trừ này sẽ dẫn đến phục hồi tuyến LSP.

Nếu một quá trình phục hồi LSP lỗi, vì các lý do như mặt điều khiển GMPLS dọc theo đường hồi phục có sự cố hoặc thiếu tài nguyên dọc theo đường hồi phục. Điều này có thể dẫn đến cấp phát lại các tài nguyên đã được cấp phát từng phần cho LSP hồi phục này ngay để những tài nguyên này được dùng cho việc khởi tạo và khôi phục các LSP khác.

     Một quá trình xoá LSP bị lỗi do lỗi mặt điều khiển dọc theo đường LSP.

2.3.2.7.4 Phối hợp báo hiệu

55

     Tất cả các bản tin báo hiệu không tồn tại độc lập. Những chức năng và hoạt động cần được phối hợp với nhau. Nếu không một bản tin báo hiệu có thể làm cho một bản tin báo hiệu khác không được xử lý đúng.

     Báo hiệu GMPLS cần phân biệt giữa thiết lập đường hoạt động và thiết lập đường phục hồi. Báo hiệu MPLS có thể thiết lập 2 LSP tách riêng liên kết/nút cùng lúc cho mỗi yêu cầu. Lưu lượng số liệu có thể được chia vào các LSP hoặc chuyển vào một đường. Một đường khác được sử dụng chỉ khi đường đầu tiên bị lỗi. Điều này có tính khả thi vì LSP thứ hai không chiếm băng tần nếu không có số liệu phát trong đường này. Trong mạng truyền tải, vấn đề lại khác. Để sử dụng hiệu quả băng tần, đường hồi phục có thể cần được thiết lập sau khi đường dịch vụ bị lỗi. Đường hồi phục được tính toán trước hoặc ngay lúc đó. Một điểm khác nữa giữa thiết lập đường hoạt động và đường phục hồi là vấn đề trễ thời gian. Cụ thể là  thiết lập đường hồi phục yêu cầu trễ thời gian lâu hơn. GMPLS cần có khả năng hỗ trợ cả các LSP đơn hướng và LSP hai hướng. Các mạng viễn thông truyền thống điển hình là hai hướng. Các nghiên cứu gần đây cho thấy lưu lượng số liệu trên Internet là không đối xứng. Các LSP đơn hướng cho lưu lượng số liệu là hợp lý hơn. Mặc dù các dịch vụ dùng cả LSP đơn hướng và đa hướng hiện nay chưa xác định, giao thức báo hiệu GMPLS cần phải chuẩn bị để hỗ trợ cả các ứng dụng trong cùng một cấu trúc. Điều này tạo ra sự tranh giành nhau giữa LSP đơn hướng và LSP hai hướng cũng như giữa các LSP hai hướng từ hai hướng khác nhau.

     Hoạt động xoá LSP và quá trình hồi phục nhanh LSP có thể phối hợp tốt với nhau. Mặt điều khiển GMPLS là một hệ thống phân tán. Hoạt động của một nút sẽ không làm cho nút khác khó hiểu.

     Mặt điều khiển GMPLS có thể xảy ra sự cố. Sau khi khôi phục, giao thức báo hiệu sẽ thiết kế một số cơ chế để đồng bộ các cơ sở thông tin quản lý LSP và các tài nguyên liên kết với tài nguyên lân cận của chúng. Trong thời gian mặt điều khiển bị lỗi, LSP có thể bị xoá bỏ và tài nguyên liên kết được cập nhật. Hai giải pháp thực hiện có thể là:

Sử dụng bản tin thẩm vấn lân cận để đồng bộ hoá cơ sở thông tin của nó. Sử dụng bản tin làm mới LSP để đồng bộ cơ sở thông tin của nó.

2.3.2.8 Các lợi ích của G-MPLS

      G-MPLS mang lại nhiều lợi ích nổi bật, thể hiện cụ thể trong các vấn đề sau: 

Thiết kế lưu lượng qua lớp

56

Tích hợp việc khôi phục và bảo vệ Cung cấp  dịch vụ nhanh chóng Tăng lợi nhuận Cho phép thực hiện các quá trình linh hoạt, tự động và có tính mềm dẻo

cao trong môi trường mạng quang tĩnh. Các tiêu chuẩn mở: G-MPLS có thể hoạt động trong môi trường đa nhà

cung cấp thiết bị, đa lớp và đa nhà khai thác. Các mạng đồng nhất: Các mạng quang và mạng số liệu có thể được giám

sát, quản lý, bảo dưỡng như một mạng đơn sử dụng một hệ thống quản lý đơn.

Xử lý các sự cố và bảo dưỡng: Nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cô lập và xử lý các sự cố về mạng nhờ các cảnh báo tự động của hệ thống quản lý cũng như các sự cố giữa mạng truyền tải và mạng số liệu.

2.3.2.9 Các vấn đề còn tồn tại của GMPLS

      Bên cạnh những ưu điểm vượt trội của GMPLS mang lại so với các phương thức điều khiển hiện tại, nó cũng bộc lộ một số vấn đề cần dược bổ sung như:

An toàn: Định tuyến IP truyền thống kiểm tra nội dụng header của gói nhận được để xác định trạm kế tiếp. Bước này tuy mất thời gian nhưng cho phép thiết lập được các firewall, vì các thông tin cần thiết trong tiêu đề gói như địa chỉ đích, địa chỉ nguồn là không đổi trong cả quá trình. Ngược lại, các nhãn MPLS/GMPLS được sử dụng để thúc đẩy quá trình phát chuyển và chỉ có giá trị trong nội bộ, chẳng hạn nhãn được hiểu và sử dụng chỉ trong các thiết bị GMPLS. Những nhãn này không thể được dùng để điều khiển truy nhập hoặc cho mục đích bảo mật mạng. Chỉ một cách để thiết lập bảo mật trong mạng GMPLS là bắt buộc bảo mật truy nhập trong thời gian thiết lập kết nối, như các mạng hướng kết nối khác.

Vấn đề phối hợp hoạt động: Sự thành công của GMPLS phụ thuộc vào khả năng thông tin với nhiều cơ sở hạ tầng mạng hiện tại như ATM, FR. Phối hợp hoạt động với mạng ATM và FR sẽ cho phép truyền tải các thông tin mặt số liệu và điều khiển được trao đổi giữa hai mạng giống nhau (ví dụ hai mạng ATM) thông qua một mạng khác (ví dụ GMPLS). Việc thực hiện chức năng phối hợp hoạt động giữa những mạng này gặp một số vấn đề:

Phối hợp ở mặt điều khiển là rất phức tạp vì mỗi mạng sử dụng một tập các giao thức khác nhau (ví dụ định tuyến, giao diện mạng đến mạng riêng (PNNI) trong mạng ATM so với giao diện OSPF-TE trong mạng GMPLS).

57

Chuyển mạch GMPLS có thể dựa trên gói, TDM, bước sóng, sợi, băng tần. Điều này tạo ra một vài kết hợp trong việc phối hợp mặt số liệu giữa mạng GMPLS và mạng ATM hoặc mạng FR.

      Một số diễn đàn công nghiệp hiện đang thực hiện một số vấn đề cụ thể về phối hợp hoạt động giữa các mạng (ví dụ MPLS Forum, ATM Forum, ...). Các giải pháp thực tế phải giúp nhà quản lý mạng quản lý cả mạng MPLS và mạng truyền thống. Những giải pháp này hiện tại vẫn chưa được xác định.

Sự cân bằng mạng: Khi các tài nguyên mới được gỡ bỏ hoặc thêm vào mạng GMPLS, tập các thông tin điều khiển được trao đổi lớn hơn đối với mạng IP truyền thống.GMPLS sử dụng mô hình thiết kế lưu lượng bao gồm giới thiệu một số tham số lưu lượng, kết hợp với các liên kết số liệu, định tuyến dựa trên các ràng buộc thực hiện, LSP,...Vấn đề này tuy chưa được kiểm nghiệm tuy nhiên về mặt lý thuyết mạng MPLS/GMPLS sẽ cần thời gian tương quan lớn hơn so với một mạng IP truyền thống khi mạng bị sự cố.

Hệ thống quản lý mạng: Tham số quan trọng nhất trong việc quản lý một mạng IP truyền thống, ví dụ mạng Internet là địa chỉ đến. Ngược lại, hệ thống quản lý mạng GMPLS cần lưu vết của hàng nghìn (thậm chí hàng triệu) LSP cho trạng thái hoạt động của chúng, các đường định tuyến, thiết kế lưu lượng,... Điều này dẫn đến hệ thống quản lý mạng GMPLS phức tạp hơn so với mạng Internet truyền thống.

2.3.3 Mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)[9]

2.3.3.1 Khái niệm

      ASON được Study Group 15 của ITU-T, ban tiêu chuẩn về viễn thông của ITU-T phát triển.

ASON là một kiến trúc xác định các thành phần trong mặt điều khiển quang và các tương tác giữa các thành phần này. Nó cũng xác định những tương tác sẽ xuất hiện giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau, từ đó yêu cầu các giao thức chuẩn.

      Cũng như hầu hết các dự án khác của ITU, ASON được phát triển theo kiểu từ trên xuống dưới top-down, bắt đầu bằng danh sách các yêu cầu, tiếp đến là kiến trúc lớp cao  rồi đến kiến trúc các thành phần đơn.

      ASON được đề xuất như một bước tiến của quá trình quản lý kết nối mạng quang. Nó có thể cung cấp:

58

Mở rộng dịch vụ mới một cách nhanh chóng. Khả năng hỗ trợ SLA lớn hơn Đáp ứng một cách nhanh chóng đối với lưu lượng và các sự cố mạng

động. Hỗ trợ các kiến trúc mạng bất kỳ Cho phép điều khiển băng thông bởi người sử dụng hoặc bởi lớp trên

(chẳng hạn  lớp IP). Có thể được sử dụng cùng với kết nối ảo, động trong SDH.

2.3.3.2 Mô hình ASON

      ASON là mô hình tham chiếu nên không thể được thực hiện một cách trực tiếp. Kiến trúc ASON được trình bày như hình 26. 

      ASON gồm 3 mặt tách biệt trong mạng:

Mặt truyền tải quang: Cung cấp các chức năng cần thiết cho việc truyền tải các tín hiệu lớp khách, tạo ra khả năng kết nối chéo các thông tin đặc thù của các kênh quang.

Mặt điều khiển ASON: Cung cấp các chức năng cần thiết cho việc thiết lập các kết nối end - to- end cho các tín hiệu lớp khách với các đặc tính do khách hàng yêu cầu trong giai đoạn thiết lập.

Mặt quản lý mạng: Thực hiện chức năng quản lý liên quan đến mặt truyền tải và mặt điều khiển.

Bên cạnh đó, ASON cũng bao gồm các giao diện sau: Giao diện người sử dụng-mạng UNI: ASON UNI hoạt động giữa lớp

client quang và mạng, mang báo hiệu giữa user và mạng báo hiệu ASON. ASON UNI cho phép client ASON thực hiện một số chức năng:

Khởi tạo kết nối Xoá kết nối Thay đổi (sửa kết nối) Thẩm vấn trạng thái

Một số chức năng có thể được cấu hình tự động hoặc bằng tay tại giao diện này như: đăng ký client, phân giải địa chỉ, khám phá dịch vụ và nút lân cận.

Giao diện trong nút tới nút (I-NNI): I-NNI định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng báo hiệu như OCC trong mạng quang, mang các bản tin báo hiệu giữa các bộ điều khiển kết nối quang ASON và giới hạn việc sử

59

dụng trong một miền đơn (nhà khai thác hoặc mạng con). Hai nhiệm vụ của I-NNI là định tuyến và báo hiệu.

Giao diện ngoài nút tới nút E-NNI: E-NNI định nghĩa giao tiếp giữa các mảng điều khiển ASON trong các vùng quản lý khác nhau, mang thông tin báo hiệu giữa các vùng ASON tách biệt.

So với I-NNI, E-NNI có một số khác biệt như: Không chứa các thông tin về topo mạng Không bao gồm việc điều khiển tài nguyên ở đây. Giao diện điều khiển kết nối ASON CCI: CCI định nghĩa giao diện giữa

các phần tử báo hiệu ASON (OCC) và phần tử mạng truyền tải. Giao diện quản lý mạng ASON: NNI-A/T: Giao diện quản lý mạng giữa

TMN và mặt điều khiển hoặc mặt truyền tải.

Các yêu cầu chung của ASON

      Trong bất cứ trường hợp nào thì mảng điều khiển cũng phải được thiết kế có độ tin cậy cao, có khả năng mở rộng và hiệu quả. Hơn thế nữa, nó phải cho phép nhà cung cấp điều khiển tốt hơn để thiết lập kênh một cách nhanh chóng và chính xác. Về cơ bản mảng điều khiển này cần thực hiện:

Phục vụ cho nhiều công nghệ mạng truyền tải (như SDH, OTN, PXC) Đủ linh hoạt để thích ứng nhiều kịch bản mạng khác nhau. Mảng điều khiển ASON có một số thành phần chung như khám phá tài

nguyên, tách thông tin trạng thái, thành phần quản lý luồng và lựa chọn luồng. Các modul chức năng bao gồm:

Khám phá tài nguyên Kết thông tin trạng thái Lựa chọn luồng Quản lý luồng.

2.3.3.3 Các chức năng của ASON  

      ASON được xây dựng dựa trên mô hình xếp chồng, do đó có thể cung cấp nhiều dịch vụ Och khác nhau cho các lớp dịch vụ khách như dịch vụ Och cố định, dịch vụ Och chuyển mạch tự động,...

2.3.3.3.1 Chức năng mạng lõi ASON

      Chức năng mạng lõi ASON chủ yếu liên quan đến chuyển mạch các kênh quang (chứa các bước sóng) trong mạng.

60

      Các chức năng này chủ yếu được hỗ trợ bởi quá trình báo hiệu giữa các nút mạng qua giao diện NNI. Các chức năng này bao gồm:

Khám phá topo mạng (hoặc khám phá tài nguyên): Nhờ có chức năng này mà các giao thức định tuyến có đủ thông tin về cấu hình mạng (và tài nguyên mạng) cho việc tính toán tuyến. Cụ thể bao gồm việc nhận biết các yếu tố mạng được kết nối với nhau về mặt vật lý như thế nào. Thông tin này được trao đổi qua NNI và được lưu trong cơ sở dữ liệu của mỗi phần tử mạng.

Định tuyến quang: Cho phép tìm một đường quang từ nút nguồn tới nút đích với một số ràng buộc cụ thể. Do vậy phải có các thông tin về cấu hình mạng và các ràng buộc yêu cầu.

Báo hiệu: gồm tập các chức năng liên quan đến mạng báo hiệu (hoặc các kênh điều khiển) cho phép trao đổi các bản tin báo hiệu và quản lý qua các giao diện giữa các NE, giữa NMS và NE hoặc giữa ASON và lớp khách.

Bảo vệ/khôi phục end-to-end: nhằm khôi phục kết nối quang end-to-end do sự cố gây ra, gồm tách lỗi, huỷ bỏ đường, định tuyến quang, chức năng thiết lập đường sử dụng để thực hiện việc bảo vệ và khôi phục end-to-end một cách tự động.

Cấp phát tự động các kênh quang (Och): Chức năng này cho phép cung cấp các kênh Och end-to-end một cách tự động, gồm:

Kênh do NMS hoặc client yêu cầu qua UNI Tính toán tuyến Thiết lập kênh quang: giành trước tài nguyên, cấu hình các

đấu nối chéo.

Quản lý các nút và liên kết: Quản lý nút nhằm quản lý một số đặc tính của nút như trạng thái cổng, khả  năng chuyển mạch. Quản lý liên kết bao gồm quản lý các đặc tính như trạng thái liên kết, khả năng liên kết. Thông tin cần thiết cho việc quản lý được lưu trong cơ sở thông tin quản lý nội bộ.

Chính sách: đây là các chức năng cho phép quản lý dựa trên các chính sách để triển khai trong một số lĩnh vực khác nhau như QoS, bảo mật, quản lý dịch vụ và sử dụng tài nguyên mạng. Chức năng này cần cho việc xử lý và điều khiển quá trình truyền thông tin qua các giao diện (UNI, NNI) và một số hoạt động phía khách hàng.

CAC (Connection Admission Control): CAC có thể thực hiện tại mạng lõi.

61

2.3.3.3.2 Chức năng biên của ASON

Mô hình đường biên mạng

      Các nút ở biên mạng không chỉ là điểm vào, ra của các dòng lưu lượng mà còn là điểm kết cuối của các đường quang (hoặc kênh quang). Lưu lượng lớp khách xuất phát từ các thiết bị biên như bộ định tuyến IP, chuyển mạch ATM, kết nối chéo SDH, thiết bị Frame Relay và được đưa đến nút biên mạng (nút biên vào).

      Lưu lượng giữa các nút lõi được mang bởi các kênh quang (

62