Nghiên cứu giải pháp công nghệ truyền tải dữ liệu IP trên quang và ứng dụng cho mạng đường trục của VNPT

Mặt khác, cùng với sự ra đời của Ipv6 sự ra đờicủa công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bư ớcsóng -WDM Wavelength Division Multilexing, mà giaiđoạn tiếp theo của nó là ghép kênh qua

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ B ƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS HO ÀNG VĂN VÕ

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học việnCông nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng 10 năm 2012

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ B ưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên củanền kinh tế tri thức, trong đó thông tin là đ ộng lực thúcđẩy sự phát triển của xã hội, đã tạo nên một cuộc cáchmạng bùng nổ lưu lượng Internet và lưu lư ợng truyền tải

dữ liệu tính toán qua mạng với giao thức truyền tải IP

Sự bùng nổ về công nghệ thông tin cũng góp phầnlàm cho nguồn tài nguyên địa chỉ IPv4 đang dần cạn kiệt

Để khắc phục khó khăn này và đáp ứng nhu cầu xã hội,công ngệ IPv6 đã ra đời

Mặt khác, cùng với sự ra đời của Ipv6 sự ra đờicủa công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bư ớcsóng -WDM (Wavelength Division Multilexing), mà giaiđoạn tiếp theo của nó là ghép kênh quang theo bư ớc sóngmật độ cao - DWDM (Dense Wavelength DivisionMultilexing) với những ưu điểm vượt trội về băng thôngrộng/tốc độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) và ch ất lượngtruyền dẫn cao (với tỷ lệ lỗi bit đạt tới 10‾¹¹) đã tạo nênmột cuộc cách mạng trong mạng truyền tải của các mạngtruyền thông cũng như cấc mạng truyền tải dữ liệu

Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ

sở hạ tầng mạng tạo thành một giải pháp tích hợp truyềntải IP trên quang tạo nên nhân tố then chốt xây dựng nênmột mạng truyền tải dữ liệu thế hệ mới

Chính vì vậy, các hãng trên thế giới đã tập trungnghiên cứu, phát triển và triển khai công nghệ truyền tải

dữ liệu IP trên quang

Do đó, học viên đã chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp công nghệ truyền tải dữ liệu IP trên quang và ứng dụng cho mạng đường trục của VNPT” được đặt ra nhằm

tìm hiểu kiến trúc, công nghệ mạng truyền tải dữ liệu IP

trên quang và đề xuất được phương án phát triển truyềntải dữ liệu IP trên quang cho mạng đường trục của VNPTlàm đề tài luận văn thạc sỹ.

Để thực hiện được mục tiêu đó, đề tài được thực hiện vớicác nội dung sau:

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ truyền tải

dữ liệu IP trên quang Mở đầu bằng cách trình bày cơ sở

khoa học và tính thực tiễn của công nghệ truyền tải dữ liệu IP trên quang, nhằm giúp đọc giả dễ tiếp cận với đề tài Sau đó, giới thiệu chung về công nghệ IP ( IPv6, cách thức chuyển dần từ IPv4 sang IPv6, IPv6 cho truyền tải IP trên quang), về công nghệ truyền tải quang (ghép k ênh đa bước sóng WDM

Chương 2 : Các giải giải pháp truyền tải dữ liệu

IP trên quang: Chương này sẽ trình bày chi tiết từng giải

pháp truyền trải IP trên quang đã liệt kê tại chương 1 Đồng thời, tiến hành so sánh các giải pháp này để chọn lựa ra giải pháp phù hợp cho mạng viễn thông đ ường trục của Việt nam.

Chương 3 : Ứng dụng công nghệ truyền tải dữ

liệu IP trên quang cho m ạng đường trục của VNPT :

Đây được coi là chương quan trọng nhất và có ý nghĩa thực tiễn của luận văn Đó chính l à quả chính của việc nghiên cứu khoa học đạt được của luận văn (đề xuất giải pháp áp dụng, xây dựng lộ trình áp dụng công nghệ truyền tải dữ liệu IP tr ên quang cho mạng đường trục của VNPT).

CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

TRUYỀN TẢI IP TRÊN WDM

1.1 Xu thế mạng truyền tải dữ liệu

1.1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ

1.1.1.1 Phát triển các dịch vụ băng rộng

Một số các dịch vụ băng rộng hay tốc độ cao điển hìnhnhư sau:

- Truyền hình qua Internet

- Thương mại điện tử

- Các ứng dụng y tế từ xa, chăm sóc sức khỏe vànghiên cứu y học

- Ứng dụng trong nghiên cứu hóa lý

- Các ứng dụng nâng cao khả năng nhận thức củacon người

1.1.1.2 Hội tụ dịch vụ thoại và dữ liệu

1.1.1.3 Hội tụ dịch vụ truyền thông quảng bá v à truyền tải dữ liệu IP

Trong mạng hội tụ băng rộng, khách hàng có th ể sử dụngcác dịch vụ như :

- Thông tin liên lạc thấy hình thông qua máy điệnthoại cố định

- 3 trong 1: không cần thiết phải có 3 thiết bị ti vi,Internet và máy điện thoại riêng lẻ nữa Người sử dụng chỉcần 1 máy PDA để xem ti vi, lướt web hoặc thực hiệncuộc gọi

- Dịch vụ ở phòng ngủ:

- Không có sự khác biệt giữa thông tin cố định và diđộng

- Mọi thứ đều được nối mạng

1.1.2 Xu hướng phát triển lưu lượng và thị trường IP

Sự bùng nổ của mạng số liệu IP.

Tỷ trọng dịch vụ IP tăng mạnh.

Doanh thu dịch vụ IP đường dài tăng nhanh.

1.1.3 Xu hướng phát triển công nghệ

1.1.3.1 IP - Giao thức thống nhất của mạng truyền tải

dữ liệu

a Các ưu việt của giao thức IP

- Phương thức chuyển mạch gói, các giao thức địnhtuyến sử dụng giao thức IP cho phép truyền tải lưu lượngvới hiệu suất cao, tận dụng băng thông truyền tải, do đótiết kiệm được dung lượng kênh truyền dẫn

- Phần lớn các phần mềm ứng dụng thực hiện traođổi dữ liệu mạng liên kết trong các sản phẩm máy tính cánhân, máy chủ, các thiết bị định tuyến đều được thiết kế

để có thể chạy trên nên mạng IP

- Các thuật toán định tuyến ứng dụng giao thức IPcho phép trao đổi dữ liệu trong mạng liên kết một cáchmềm dẻo, linh hoạt

- Công nghệ sử dụng giao thức IP có khả năng tíchhợp đa dịch vụ, dựa trên nền tảng giao thức IP, người sửdụng có thể kiến tạo rất nhiều các ứng dụng, các loại hìnhdịch vụ khác nhau và các dịch vụ gia tăng trên nền tảngcác ứng dụng cơ bản được cung cấp bởi mạng IP

b Sự phát triển của giao thức IP

Sự phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát

triển của mạng Internet, đã làm cho gao thức IPv4 không

đáp ứng nổi về không gian địa chỉ vì vậy IPv6 đã ra đời vàgiữ lại nhiều đặc điểm l àm nên thành công c ủa IPv4: hỗtrợ phi kết nối, khả năng phân đoạn, định tuyến nguồn

c Sự bùng nổ của lưu lượng IP

Cùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế trithức, sự phát triển b ùng nổ của lưu lượng IP cũng nhưcông nghệ truyền dẫn IP băng rộng/tốc độ cao có khả năngtruyền tải được tất cả các dịch vụ truyền thông hay dữ liệulàm cho truyền tải IP đang trở th ành phương thức truyềntải chính

Sự tăng trưởng theo cấp số nhân của luồng l ưulượng IP được kết hợp với sự tăng tr ưởng lớn mạnh liêntục của việc sử dụng mạng Internet v à intranet diện rộng,

d IPv6 - Giao thức truyền tải của mạng truyền

dữ liệu thế hệ mới

IP phiên bản 6 là phiên bản mới của giao thứcInternet vốn đã trở nên hết sức phổ biến với chúng ta ng àynay (IP hay TCP/IP) Sự ra đời của IPv6 bắt nguồn từ chỗngười ta đã phát hiện ra những vẫn đề nảy sinh trongmạng IP khi mà Internet đã phát triển với tốc độ vượt bậc

IP phiên bản 6 được thiết kế bao gồm những chứcnăng và định dạng mở rộng hơn IP phiên bản 4

1.1.3.2 Xu hướng truyền tải dữ liệu tích hợp IP tr ên quang [3]

Sự phát triển mạnh mẽ của công ngh ệ IP và sựbùng nổ về lưu lượng IP đã tạo nên một cuộc cách mạngtruyền tải của các mạng viễn thông Trong hầu hết cáckiến trúc mạng viễn đề xuất cho tương lai đều thừa nhận

sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên quang.Đặc biệt, truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân

tố then chốt

Có hai hướng giải quyết chính cho vấn đề tr ên đólà: giữ lại công nghệ cũ (theo tính lịch sử), phát triển cáctính năng phù hợp cho lớp mạng trung gian nh ư ATM vàSDH để truyền tải gói IP tr ên mạng WDM, hoặc tạo r acông nghệ và giao thức mới như MPLS, GMPLS

1.2.Các giai đoạn phát triển tiến tới mạng IP tr ên WDM.

1.2.1 Giai đoạn đầu IP trên ATM/SDH/WDM.

Đây là giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải

IP trên WDM Các gói IP trư ớc khi đưa vào mạng truyềntải quang phải thực hiện chia cắt th ành các tế bào ATM.Sau đó khi xuống tầng SDH, các tế b ào ATM được sắpxếp và các khung VC-n đơn hay khung nối móc xích VC-n-Xc Cuối cùng các luồng SDH được ghép kênh quang vàtruyền trên sợi quang Tới bên đích, quá trình này lại đượcthực hiện ngược lại để khôi phục lại các gói IP

1.2.2 Giai đoạn thứ hai IP trên SDH/DWDM.

So với giai đoạn 1, tầng ATM đ ã bị loại bỏ và cácgói IP được chuyển trực tiếp xuống tầng NG -SDH Nhưvậy, đã loại bỏ được các chức năng, sự hoạt động v à chiphí bảo dưỡng cho riêng mạng ATM

1.2.3 Giai đoạn ba IP trên DWDM.

Trong giai đoạn này, tầng SDH cũng bị loại bỏ v à IPdatagram được chuyển trực tiếp xuống tầng quang Mỗigiao thức IP sẽ tương ứng có một bước sóng tương ứng.Trong giai đoạn này có thể sử dụng giải phápIP/GMPLS/DWDM, đ ể thực hiện thêm chức năng quản lý

cơ sở hạ tầng các mạng viển thông và thực hiện chứcnăng điều khiển IP/DWDM v à giải phápIP/MPLS/DWDM

CHƯƠNG 2 - CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI DỮ LIỆU IP/WDM

2.1 Công nghệ truyền tải WDM

2.1.1 Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM 2.3.2 Các kiến trúc IP/WDM

2.3.2.1 Kiến trúc IP/ATM/SDH/WDM

Hình 2.1 Phân lớp giải pháp IP/ATM/SDH/WDM

● Tầng IP: Nhận dữ liệu được phân mảnh thành các

datagram có độ dài từ 250 đến 65535 byte Sau đó cácdatagram này được chuyển xuống tầng thấp h ơn Quátrình ngược lại, sẽ là các datagram từ tầng dưới được táihợp lại thành gói IP, rồi chuyển cho các dịch vụ

● Tầng điều khiển logic v à giao thức truy cập mạng

nhánh LLC/SNAP

● Tầng thích ứng ATM (AAL5) : Có chức năng

truyền dẫn dữ liệu phi kết nối cho l ưu lượng Internet vớitốc độ thay đổi VBR

● Tầng ATM : Phân tách các PDU -AAL5 thành các tải

48 byte, sau đó thêm 5 byte tiêu đ ề cho mỗi phần tải 48byte để tạo ra các tế bào ATM 53 byte

● Tầng SDH : Ghép các tế bào ATM vào trong m ột

VC4 hoặc ghép chuỗi tải VC4 của SDH

2.3.2.2 Giải pháp IP/ATM/WDM

Một khả năng khác của việc tích hợp IP với WDM

đó là truyền tải trực tiếp bào ATM trên kênh WDM Theoquan điểm về mặt kiến trúc, các tế bào ATM không đượcđóng trong các khung SDH mà chúng đư ợc gửi trực tiếptrên môi trường vật lý thông qua tế b ào ATM tạo trên lớpvật lý

Hình 2.1 : Phân lớp giải pháp IP/ATM/WDM.

Một số ưu điểm của việc sử dụng ATM/SDH như trình bày

ở trên :

- Kỹ thuật truyền dẫn đ ơn giản đối với tế bào ATMkhi các tế bào được truyền trực tiếp tr ên môi trường vật lýsau khi đã được ngẫu nhiên hoá

- Mào đầu của tín hiệu truyền tr ên lớp vật lý ít hơn(khoảng 16 lần so với SDH)

- ATM là phương th ức truyền dẫn không đồng bộnên không đòi hỏi cơ chế định thời nghiêm ngặt với mạng

2.3.2.3 Giải pháp IP/SDH/WDM

Có thể thực hiện một cách đ ơn giản để truyền dẫnkhung SDH có đóng gói các IP datagram qua m ạng WDMnhờ sử dụng các Transp onder (là bộ thích ứng bước sóng)

Ta cũng có thể truyền dẫn các khung SDH mang thông tincủa các IP datagram tr ên mạng truyền tải SDH đồng thờivới các loại lưu lượng dịch vụ khác Nh ưng cùng với sựphát triển của cơ sở hạ tầng mạng truyền tải quang OTNthì truyền dẫn trên mạng WDM là tất yếu và có nhiều ưuđiểm hơn

Để thực hiện truyền dẫn IP tr ên SDH có thể sử dụngcác giao thức PPP/HDLC hay LAPS

Giải pháp này tận dụng ưu điểm của SDH để bảo vệlưu lượng IP chống lại sự cố đứt cáp nhờ chức năngchuyển mạch tự động (APS) Điều n ày cũng có thể thựchiện trong lớp mạng quang dựa tr ên WDM

Hình 2.2 : Phân lớp giải pháp IP/SDH/WDM.

2.3.2.4 Giải pháp IP/SDL/WDM

Kỹ thuật tuyến số liệu đ ơn giản (SDL) là một phươngpháp lập khung được Lucent đề xuất So với HDLC,khung SDL không có c ờ phân ranh giới thay v ì đó nó sửdụng trường độ dài gói tại điểm bắt đầu khung Điều n àyrất thuận lợi ở tốc độ bit cao khi thực hiện đồng bộ (rất

khó thực hiện đối với dãy cờ) Định dạng SDL có thểđưa vào trong tải SDH cho truyền dẫn WDM hoặc thiết bịSDH Định dạng này cũng có thể được mã hoá trực tiếptrên các sóng mang quang : SDL đ ịnh rõ tính năng tốithiểu đủ để thực hiện điều n ày.

Hình 2.3 : Phân lớp giải pháp IP/SDL/WDM.

SDL sử dụng 4 byte mào đầu Gói số liệu đơn giản có thểdài tới 65535 byte Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC -16 hoặcCRC-32) có thể tuỳ lựa sử dụng cho gói v à nó có thể bịthay thế sau mỗi gói Tất cả các bit trừ m ào đầu được trộntheo bộ trộn x48 Các bộ trộn của phần phát và thu đượcduy trì đồng bộ qua các gói đặc biệt truyền không th ườngxuyên

2.3.2.5 Giải pháp IP/GbE/WDM

Ethernet là chuẩn hiện nay đang được sử dụng rộngrãi, bởi hầu hết các dịch vụ thông tin ứng dụng trên nền mạngInternet và mạng LAN Chính vì vậy, Gigabit Ethernet rất phùhợp trong môi trường Metro để truyền tải lưu lượng IP qua cácmạch vòng WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự lydài Hiện nay, các cổng Ethernet 10 Gbit/s đã được chuẩn hoá.Hình 1.3

Hình 2.4: Sơ đồ đầu nối của mạng truyền tải

IP/GbE/WDM.

2.3.2.6 Giải pháp IP/NG-SDH/WDM

Đây là giải pháp sử dụng công nghệ NG -SDH thay choSDH Mô hình phân lớp giải pháp IP/NG-SDH/WDMđược chỉ ra ở hình 1.2 Cho đến nay đã có nhiều tổ chứctiêu chuẩn đã nghiên các giao thức nhằm sắp xếp lưulượng số liệu vào trong tải đồng bộ SDH Trong đó bộ tiêuchuẩn GFP, VCAT, LCAS là b ộ giao thức đã được ITUchuẩn hóa và đang được sử dụng trên thực tế để truyền tảilưu lượng IP trên mạng SDH

Hình 2.5: Phân lớp giải pháp IP/NG-SDH/WDM.

2.3.2.7 Giải pháp IP/MPLS/WDM

MPLS trên quang là việc làm thế nào để sử dụngMPLS tại tầng quang Tầng k ênh quang cung cấp các kếtnối quang đầu cuối tới đầu cuối giữa các điểm truy nhập.Trong mạng dữ liệu, các chức năng chủ chốt đều đ ượcthực hiện bởi mặt điều khiển kỹ thuật l ưu lượng MPLS.Đặc biệt, có thể mở rộng một loạt các giao thức MPLS TE

để điều khiển hoạt động các thiết bị OXC v à IP router.Trong trường hợp này, các OXC có khả năng lập trình vớicác kết cấu chuyển mạch có thể thay đổi các kết nối v àmặt điều khiển hoàn hảo sẽ thực hiện được các chức năng

bị vi quang tham gia trong hệ thống đó Trong t ương lai,

sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụngcác bộ định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbpsphù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng nh ư cácthiết bị truyền dẫn DWDM có kích th ước và cấu hình khácnhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nổi bật.

Hình 2.7 : Giả pháp phân lớp IP/WDM.

2.3.2.9 Giải pháp IP trực tiếp tr ên sợi quang

Giải pháp này thuộc về tương lai mà hệ thốngtruyền dẫn số liệu đang hướng tới là khả năng truyền dẫn

IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang WDM(DWDM) Giải pháp này đạt được sự tối ưu về lớp, nângcao tối đa hiệu suất truyền dẫn của mạng

Mô hình phân lớp giải pháp IP trực tiếp trên WDMđược chỉ ra ở hình 2.24

Hình 2.8: Giải pháp IP trực tiếp trên sợi quang.

2.3.3 Các mô hình kết nối mạng IP/WDM

Công nghệ mạng IP/WDM được nghiên cứu theohai chủ đề chính : khả năng cho phép thiết lập cấu hìnhmạng linh hoạt và kỹ thuật chuyển mạch trong mạng