Báo cáo bài tập lớn môn học mạng thế hệ sau đề tài tìm hiểu công nghệ gpon

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Môn học: MẠNG THẾ HỆ SAU Đề tài: Tìm hiểu cơng nghệ GPON Giảng viên: PGS.TS Trương Thị Diệu Linh Nhóm Gồm phần: Giới thiệu Kiến trúc GPON Cơ chế ghép kênh Các cơng nghệ GPON Cấu trúc gói tin DownStream UpStream PHẦN GIỚI THIỆU • Mạng quang thụ động Gigabyte (GPON's) mạng dựa cáp quang để cung cấp thơng tin GPON hình thức hàng đầu Passive Optical Networks (PON) GPONS cung cấp tỷ lệ 1:n sợi đơn Trái ngược với dây đồng tiêu chuẩn hầu hết mạng, GPON có hiệu suất lượng cao 95% Ngồi hiệu quả, mạng quang thụ động gigabyte cung cấp giải pháp chi phí thấp để thêm người dùng thơng qua tách PHẦN KIẾN TRÚC GPON • Cấu hình hệ thống G-PON bao gốm OLT, ONU, chia quang sợi quang Sợi quang kết nối tới nhánh OLT chia quang n sợi khác sợi phân nhánh kết nối tới ONU Kiến trúc bao gồm: • OLT ( Optical Line Terminal): thiết bị kết cuối cáp quang tích cực lắp đặt phía nhà cung cấp dịch vụ thường đặt đài trạm • ONT ( Optical Network Terminal): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối OLT thơng qua mạng phân phối quang (ODN) dùng ch trường hợp cung cấp kết nối quang tới nhà thuê bao (FTTH) • ONU ( Optical Network Unit): thiết bị kết cuối mạng cáp quang tích cực, kết nối với OLT thơng qua mạng phân phối quang (ODN) thường dùng cho trường hợp kết nối tới building tới vỉa hè, cabin ( FTTB, FTTC, FTTCab) • Bộ chia/ghép quang thụ động (Splitter): dùng để chia/ghép thụ động tín hiệu quang từ nhà cung cấp dịch vụ đến khách hàng ngược lại giúp tận dụng hiệu sợi quang vật lí Splitter thường đặt điểm phân phối quang (DP) điểm truy cập quang (AP) Bộ chia/ghép quang có loại, loại thiết bị bọc kín mở cần thiết đặt điểm măng xơng • • FDC- Fiber Distribution Caninet: Tủ phối quang FDB- Fiber Distribution Box: Hộp phân phối quang loại nhỏ 2.1 Thiết bị đầu cuối đường truyền quang - OLT • OLT thiết bị đóng vai trị điểm cuối cung cấp dịch vụ mạng quang thụ động Nó thiết bị tổng hợp Ethernet hoạt động thường đặt trung tâm liệu phịng thiết bị OLT kết nối tới mạng chuyển mạch thông qua giao diện chuẩn hóa Ở phía phân tán, OLT đưa giao diện truy nhập quang ứng với chuẩn G-PON tốc độ bit, quỹ công suất, jiter,… OLT bao gồm phần chính: Chức giao diện cổng dịch vụ Chức kết nối chéo Giao diện mạng phân tán quang • • Các khối OLT mố tả hình sau: • Khối lõi PON ( PON core shell) • Khối gồm phần, phần giao diện ODN chức PON TC Chức PON TC bao gồm tạo khung, điều khiển truy cập phương tiện, OAM, DBA quản lí ONU Mỗi PON TC lựa chọn hoạt động theo chế độ ATM, GEM Dual Khối đấu nối chéo ( cross – connect shell ) • Cross-connect shell cung cấp đường truyền thông PON core shell Service shell Các công nghệ sử dụng cho đường truyền phụ thuộc vào dịch vụ, kiến trúc bên OLT yếu tố khác OLT cung cấp chức kết nối chéo tương ứng với chế độ lựa chọn (ATM, GEM Dual) Khối dịch vụ ( service shell ) • Phần hỗ trợ chuyển đổi giao diện dịch vụ giao diện khung TC phần PON • 2.2 Thiết bị đầu cuối mạng quang ONU • ONU, gọi modem, kết nối với điểm kết cuối (TP) cáp quang kết nối với định tuyến bạn qua cáp LAN / Ethernet Nó chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện để đưa đến thiết bị đầu cuối ONU ln có nhiều cổng Ethernet để kết nối với dịch vụ IP CPU, điện thoại, điểm truy cập không dây thành phần video khác Các khối chức GPON ONU hầu hết giống OLT Vì ONU hoạt động giao diện PON đơn ( nhiều hai giao diện với mục đích bảo vệ), chức kết nối chéo bị bỏ Tuy nhiên, thay cho chức này, chức dịch vụ MUX DMUX hỗ trợ để xử lí lưu lượng Cấu hình điển hình ONU mơ tả hình Mỗi PON TC lựa chọn chế độ ATM, GEM Dual để hoạt động 2.3 Mạng phân phối quang ODN • Mạng phân phối quang kết nối OLT với nhiều ONU sử dụng thiết bị tách/ghép quang mạng cáp quang 4.2 Ranging • Do khoảng cách ONU đến sợi quang khác nên thời gian truyền gói tin từ ONU đến sợi quang khác Vì vậy, ONU bắt đầu truyền liệu từ bắt đầu time slot t thời gian đến sợi quang t+dt (dt thời gian từ ONU đến sợi quang chính) Nếu ONU truyền liệu liên tục hết thời gian time slot sợi quang chính, liệu ONU đè lên time slot => xung đột • Vì để khắc phục vấn đề này, OLT tính toán độ trễ ONU gán độ trễ cho ONU tương ứng nhằm phân bổ trễ đồng với tất ONU mạng Quá trình gọi Ranging • Ranging bắt đầu cách Ranging request message từ OLT đến ONU cụ thể Dựa phản hồi RTD (Round trip delay – tổng thời gian tín hiệu từ nguồn đến đích quay trở lại nguồn), độ trễ cân (equalization delay) tính tốn Sau đó, thơng tin chuyển tiếp tới ONU Bây ONU đặt khoảng cách ảo từ OLT ONU khác Do đó, liệu khơng có xung đột truyền dẫn • Do thơng điệp từ OLT đến ONU broadcast nên cần phải triển khai mã hóa cho mục đích bảo mật => sử dụng mã hóa AES DBA (Dynamic Bandwidth Assignment) • DBA phương pháp cho phép điều chỉnh nhanh phân bổ băng thông người dùng dựa yêu cầu băng thơng thời đặc biệt tốt cho việc truyền liệu upstream theo burst.  • Có hai loại thuật toán DBA: Status Reporting DBA (SR-DBA: DBA báo cáo trạng thái) và Non-Status Reporting DBA (NSR-DBA: DBA không báo cáo trạng thái) SR-DBA • Khối DBA OLT liên tục thu thập thông tin từ DBA reports (trạng thái đệm T-CONT ONU gửi lên) gửi kết thuật toán dạng BW Map (Bandwidth Map) cho ONU • Dựa BW Map nhận được, ONU gửi liệu upstream vào timeslot tương ứng SR-DBA Luồng hoạt động: Dựa kết thuật toán DBA từ gói upstream trước, OLT gửi BW Map phần header gói downstream Dựa BW Map nhận được, ONU lấy thơng tin timeslot gửi báo cáo liệu chờ T-CONT vào timeslot OLT nhận báo cáo, cập nhật BW Map lại gửi BW Map vào gói downstream ONU nhận BW Map gửi liệu vào timeslot định NSR-DBA • Trong NSR-DBA, OLT dự đốn băng thơng cấp phát cho ONU dựa lưu lượng sử dụng băng thông từ ONU • Nếu OLT quan sát thấy ONU liên tục gửi liệu timeslot, OLT tăng băng thông cấp phát cho ONU Ngược lại, ONU khơng gửi liệu timeslot, OLT giảm băng thông cấp phát tương ứng.  • NSR-DBA có ưu điểm ONU không cần quan tâm đến DBA, nhiên nhược điểm lớn khơng có cách để OLT biết để cấp phát băng thông cho nhiều ONU cách hiệu Cơ chế tính tốn băng thơng DBA • • DBA sử dụng mức độ ưu tiên dịch vụ để tính tốn băng thơng • Băng thơng tối đa băng thông tối thiểu đặt giới hạn băng thông ONU, đảm bảo băng thông khác cho dịch vụ có mức độ ưu tiên khác Thông thường, dịch vụ thoại hưởng mức ưu tiên cao nhất, sau dịch vụ video dịch vụ liệu thấp mức độ ưu tiên dịch vụ • DBA đặt SLA (Service Level Agreement – thỏa thuận mức độ dịch vụ) cho ONU OLT cấp băng thông dựa dịch vụ, SLA điều kiện thực tế ONU Các dịch vụ có mức độ ưu tiên cao hưởng băng thơng cao AES • Như trình bày trên, downstream sử dụng chế broadcast, tức ONU nhận toàn liệu từ OLT ONU lấy liệu thuộc dựa vào GEM Port ID (do GEM Port ID nhất) • Do đó, hacker lập trình ONU loại bỏ chế lọc liệu GEM Port ID giám sát tất liệu người dùng Điều rõ ràng khơng an tồn Mã hóa AES sử dụng để giải vấn đề AES • • Quy trình mã hóa: • ONU tạo key mã hóa gửi cho OLT • • OLT tạo key switching time encryption port gửi lại cho ONU OLT gửi gói downstream yêu cầu key từ ONU Mã hóa AES sử dụng phần payload gói GEM downstream Payload giải mã key tương ứng PHẦN CẤU TRÚC GĨI TIN DOWNSTREAM VÀ UPSTREAM • Downstream 5.1.1 Quy trình Downstream • OLT đóng gói khung Ethernet gói liệu cổng GEM để truyền downstream • Các khung hội tụ truyền dẫn GPON (GTC - GPON Transmission Convergence) chứa GEM PDU truyền tới tất ONT / ONU kết nối với cổng GPON • ONT / ONU lọc liệu nhận dựa GEM Port ID có tiêu đề GEM PDU giữ lại liệu quan trọng GEM Port ONT / ONU • ONT giải mã liệu gửi khung Ethernet đến người dùng cuối thông qua cổng dịch vụ • Gói downstream GTC chứa Khối điều khiển Vật lý downstream (Physical control block downstream - PCBd) GTC payload • • • • • Psync: đánh dấu bắt đầu gói downstream • • Upstream BW Map: Gồm cặp (Slot Start, Slot Stop) cho T-CONT truyền upstream Ident (Identification domain): sử dụng để xếp frame frame PLOAMd: Dùng để báo cáo ONU Message liệu downstream BIP (Bit Interleaved Parity): Dùng để kiểm tra mã chẵn lẻ (parity) Plend (Length of downstream Payloads): cung cấp độ dài upstream Bandwidth map (US BW Map) Plend truyền hai lần để dự phòng Trường GTC Payload chứa chuỗi GEM (GPON Encapsulation Method) frame Downstream GEM frame lọc ONU dựa vào trường 12-bit Port-ID chứa header GEM frame Mỗi ONU cấu hình để nhận port-ID Mỗi Port-ID để xác định GEM frame Cấu trúc gói tin Downstream • Quy trình Upstream Upstream • • ONT / ONU gửi khung Ethernet đến GEM Port • Hàng đợi TCONT sử dụng khe thời gian dựa DBA sau truyền GEM PDU ngược dịng tới OLT • • Cổng GEM đóng gói khung Ethernet GEM PDU thêm PDU vào hàng đợi TCONT theo quy tắc gán cổng GEM hàng đợi TCONT OLT giải mã GEM PDU, lấy khung Ethernet OLT gửi khung Ethernet vào cổng dịch vụ tương ứng theo quy tắc gán cổng dịch vụ Cấu trúc gói tin Upstream • PLOu (Upstream Physical Layer Overhead): dùng để chỉnh frame, đồng hóa nhận biết ONU • • PLOAM: Gồm ONU message dùng để bảo trì quản lý • DBRu (Upstream Dynamic Bandwidth Report): Báo cáo DBA gửi từ ONU nhằm điều chỉnh băng thơng • Payload: Có thể DBA report Data frame PLSu (Upstream Power Level Sequence): Dùng để điều chỉnh công suất quang ONU Tài liệu tham khảo • https://forum.huawei.com/enterprise/en/gpon-frame-structure/thread/8212 77-100181 • https://clgtvt1.blogspot.com/2015/03/gpon-kien-thuc-can-ban-ve-gpon.htm l?fbclid=IwAR0Rfg3V7Rpe0TbcZl6zl2zneJFUc-qOVZmOMNO1I9ZWscaDiSf u7AJtrXM • https://www.ad-net.com.tw/ranging-mechanism-in-gpon-upstream/ • https://clgtvt1.blogspot.com/2015/03/gpon-vlans-va-gem-ports.html?fbclid =IwAR0Bu-GAsz_9c85vpcioSPOD789tY9TjLH8buAtFgPjmDZ_WBn_pYLOc RLo • https://www.fibermall.com/blog/gpon-ranging-and-informationsecurity.htm THANK YOU FOR LISTENING!