Kỹ thuật truyền dẫn IP trên quang và phương án triển khai trên mạng Viễn Thông Hà Nội

Đề tài : Kỹ thuật truyền dẫn IP trên quang và phương án triển khai trên mạng Viễn Thông Hà Nội Nội dung đồ án gồm 4 chương: Chương 1: Quá trình phát triển kỹ thuật truyền tải IP trên quang. Chương 2: Công nghệ WDM và công nghệ IP (Internet Protocol.) Chương 3: Các kiến trúc IP trên quang phổ biến. Chương 4: Phương án triển khai IP trên quang trên mạng Viễn Thông Hà Nội.

KHOA VIỄN THÔNG I

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

“Kỹ thuật truyền dẫn IP trên

quang và phương án triển khai trên

mạng Viễn Thông Hà Nội”

Người hướng dẫn : T.S HOÀNG VĂN VÕ Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ĐỨC QUANG

Lớp : D08VT1 Khoá : 2008 - 2013

Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Điểm:………… (bằng chữ……… )

Hà Nội, ngày…… tháng … năm 2012

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH VẼ iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG 2

1.1 QUÁ TRÌNH TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG 2

1.1.1 Xu hướng phát triển Internet 2

1.1.1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ trên nền IP 2

1.1.1.2 Xu hướng phát triển lưu lượng và thị trường IP 4

1.1.1.3 Xu hướng phát triển công nghệ 5

1.1.1.3.1 IP - Giao thức thống nhất của mạng truyền tải 5

1.1.1.3.2 IPv6 - Giao thức truyền tải của Internet thế hệ mới 7 1.1.2 Xu hướng tích hợp IP trên quang 8

1.1.2.1 Tổng quan về xu hướng tích hợp IP trên quang 8

1.2 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN 9

1.2.1 Giai đoạn I: IP trên ATM/SDH/DWDM 9

1.2.2 Giai đoạn II: IP trên NG-SDH/DWDM 10

1.2.3 Giai đoạn III: IP trên DWDM 10

1.3 YÊU CẦU ĐỐI VỚI TRUYỀN DẪN IP TRÊN QUANG 12

1.4 KẾT LUẬN 12

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ WDM VÀ CÔNG NGHỆ IP 13

2.1 CÔNG NGHỆ WDM 13

2.1.1 Các giai đoạn phát triển của WDM 13

2.1.2 Nguyên lý cơ bản 14

2.1.3 Các đặc điểm công nghệ 17

2.2 CÔNG NGHỆ DWDM 17

2.2.1 Nguyên lý 17

2.2.2 Một số vấn đề công nghệ lưu ý 17

2.2.2.1 Sợi quang 17

2.2.2.2 Hiệu ứng phi tuyến 17

2.2.3 Tán sắc và các phương pháp bù tán sắc 18

2.2.3.1 Tán sắc 18

2.2.3.2 Các phương pháp bù tán sắc 18

2.2.4 Khuyếch đại quang 19

2.3 CÔNG NGHỆ IP – INTERNET PROTOCOL 20

2.3.1 Giao thức IPv4 20

2.3.1.1 Mô hình phân lớp địa chỉ 20

2.3.1.2 Các kiểu địa chỉ phân phát gói tin 22

2.3.1.3 Mobile IP 22

2.3.1.4 Địa chỉ mạng con (subnet) 23

2.3.2 Cấu trúc tổng quan của một ID DATAGRAM trong Ipv4 24

2.3.3 Phân đoạn và tái hợp 28

2.3.3.1 Phân đoạn 28

2.3.3.2 Tái hợp 28

2.3.4 Định tuyến 29

2.3.4.1 Cấu trúc bảng định tuyến 29

2.3.4.2 Nguyên tắc định tuyến trong IP 30

2.3.5 Giao thức Ipv6 31

2.3.5.1 Sự ra đời của Ipv6 31

2.3.5.2 Khuôn dạng Datagram Ipv6 32

2.3.5.3 Các tiêu đề mở rộng của Ipv6 33

2.3.5.4 Các loại địa chỉ Ipv6 37

2.3.5.5 Các đặc tính của Ipv6 38

2.3.6 Thay thế Ipv6 cho Ipv4 38

2.3.7 Dịch vụ của IP 39

2.3.7.1 Internet 39

2.3.7.2 Voice over IP 40

2.3.7.3 Mobile Over IP 41

2.3.7.4 Mạng riêng ảo VPN 41

2.4 KẾT LUẬN 42

CHƯƠNG 3: CÁC KIẾN TRÚC IP TRÊN QUANG PHỔ BIẾN 43

3.1 TỔNG QUAN 43

3.2 CÁC KIẾN TRÚC IP TRÊN QUANG 43

3.2.1 Mô hình phân lớp IP trên quang 43

3.2.2 Các kiến trúc Ip trên quang 45

3.2.2.1 Giải pháp IP/ATM/SDH/WDM 45

3.2.2.2 Giải pháp Ip/ATM/WDM 47

3.2.2.3 Giải pháp IP/SDH/WDM 48

3.2.2.4 Giải pháp IP/GbE/WDM 50

3.2.2.5 Giải pháp IP/NG-SDH/WDM 51

3.2.2.7 Những vấn đề liên mạng MPLS 52

3.2.2.8 GMPLS – Mô hình cho mảng điều khiển quang tích hợp với công nghệ IP 54

3.2.2.9 Kiến trúc IP/WDM 56

3.2.2.10 IP over Optical 62

3.3 KẾT LUẬN 64

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT IP TRÊN QUANG VỚI HỆ THỐNG MẠNG VIỄN THÔNG HÀ NỘI 65

4.1 ĐỊNH HƯỚNG VÀ KẾ HOẠCH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ MẠNG CỦA VNPT HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2012-2015 VÀ SAU 2015 65

4.1.1 Định hướng phát triển công nghệ mạng 65

4.1.1.1 Định hướng phát triển công nghệ mạng giai đoạn 2012-2015 65

4.1.1.2 Định hướng phát triển công nghệ mạng sau 2015 65

4.1.1.2.1 Định hướng phát triển dịch vụ 66

4.1.1.2.2 Xu hướng hội tụ dịch vụ 66

4.2 HIỆN TRẠNG MẠNG CÁP QUANG VIỄN THÔNG CỦA VNPT HÀ NỘI 66

4.2.1 Mạng MAN-E 66

4.2.2 Mạng cáp quang 70

4.3 PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP IP TRÊN QUANG 74

4.3.1 Các chỉ tiêu phân tích và đánh giá 74

4.3.2 Đánh giá giải pháp IP/ATM/WDM 74

4.3.3 Đánh giá giải pháp IP/ SDH/WDM 76

4.3.4 Đánh giá giải pháp IP/GbE/WDM 78

4.3.5 Đánh giá giải pháp IP/WDM 77

4.4 PHƯƠNG ÁN ỨNG DỤNG IP TRÊN QUANG PHÁT TRIỂN MẠNG TRUYỀN DẪN CỦA VNPT HÀ NỘI 78

4.4.1 Giai đoạn 2012- 2015 79

4.4.2 Giai đoạn sau 2015 81

4.5 KẾT LUẬN 82

KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

DANH M C HÌNH V ỤC HÌNH VẼ Ẽ

Hình 1.1: Tiến trình phát triển của tầng mạng 11

Hình 2.1: Tiến trình phát triển mạng WDM 14

Hình 2.2: a) Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng 16

Hình 2.3: Mô hình phân lớp địa chỉ IP 21

Hình 2.4: Địa chỉ mạng con của địa chỉ mạng con 23

Hình 2.5: Định dạng datagram của IPv4 24

Hình 2.6: Trường TOS 25

Hình 2.7: Trường Flags 26

Hình 2.8: Cấu trúc bảng định tuyến 29

Hình 2.9: Định dạng datagram của IPv6 32

Hình 2.10: Lựa chọn mã hoá TLV 33

Hình 2.11: Khuôn dạng của Hop - by - Hop Options Heades 34

Hình 2.12: Khuôn dạng của Routing Header 35

Hình 2.13: Tiêu đề Frament IPv6 35

Hình 2.14: Ví dụ tiêu đề mở rộng trong IPv6 37

Hình 2.15: Mạng VPN 42

Hình 3.1: Tiến trình phát triển IP trên quang : IP over ATM/SDH/0ptical (a), IP over SDH/Optical (b), IP over Optical (c) 43

Hình 3.2: Phân lớp giải pháp IP/ATM/SDH/WDM 46

Hình 3.3: Giải pháp mạng khả thi sử dụng IP/ATM/SDH/WDM 46

Hình 3.4: Phân lớp giải pháp IP/ATM/WDM 47

Hình 3.5: Sơ đồ đấu nối thiết bị theo IP/SDH/WDM 49

Hình 3.6: Phân lớp giải pháp IP/SDH/WDM 49

Hình 3.7: Sơ đồ đầu nối của mạng truyền tải IP/GbE/WDM 50

Hình 3.8: Khung Gigabit Ethernet 51

Hình 3.9: Phân lớp giải pháp IP/NG-SDH/WDM 51

Hình 3.10: Phân lớp giải pháp IP/MPLS/WDM 52

Hình 3.11: Mạng lõi MPLS 53

Hình 3.12: Phân cấp phát chuyển của GMPLS 55

Hình 3.13: Mô hình mạng IP/WDM chồng lấn 60

Hình 3.14: Mô hình mạng IP/WDM ngang hàng 61

Hình 3.15: Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai 62

Hình 3.16: Chuyển mạch gói quang 64

Hình 4.1: Cấu trúc mạng MAN – E VNPT Hà Nội giai đoạn 2012 - 2013 69 Hình 4.2: Sơ đồ mạng truyền dẫn cáp quang Công ty Điện thoại Hà Nội 1 – VNPT Hà

Hình 4.3: Sơ đồ mạng truyền dẫn cáp quang Công ty Điện thoại Hà Nội 2 – VNPT Hà Nội…… 72 Hình 4.4: Sơ đồ mạng truyền dẫn cáp quang Công ty Điện thoại Hà Nội 3–VNPT Hà Nội…… … 73 Hình 4.5: Phương án kiến trúc mạng truyền dẫn IP trên quang của VNPT Hà Nội giai đoạn 2012-2015 81

Hình 4.6: Phương án kiến trục mạng truyền dẫn IP trên quang của VNPT Hà Nội sau 2015…

82

DANH M C B NG BI U ỤC HÌNH VẼ ẢNG BIỂU ỂU

Bảng 2.1: Miền giá trị của từng lớp địa chỉ 22 Bảng 3.1: So sánh 3 mô hình giải pháp mạng IP/WDM 62

Bảng 4.1: Khả năng duy trì của các lớp mạng trong giải pháp IP/ATM/SDH/WDM 75

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dân không đồng bộ

CSPF Constraint-based Shortest Path

First Routing

Định tuyến đường đi ngắn nhất trước tiên dựa trên ràng buộc

DBR Distributed Bragg Reflector Bộ phản xạ Bragg phân tán

DCN Data Communication Network Mạng truyền thông dữ liệu

DFB Distributed Feedback laser Laser hồi tiếp phân tán

DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình host động

DSLAM Digital subscriber Line Access

GMPLS Generalized Multiprotocol Label

Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

IPV4 Internet protocol version 4 Giao thức internet phiên bản 4IPV6 Internet protocol version 6 Giao thức internet phiên bản 6ISP Internet service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internetITU International telecommunication Liên minh viễn thông quốc tế

1

LEMS Link Elimination via Matching

Scheme

Loại bỏ tuyến nối thông qua lược

đồ ghépLMP Link Management Protocol Giao thức quản lý tuyến nối

LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối

MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý

MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa

NC&M Network Control and

Management

Quản lý và điều khiển mạng

OADM Optical Add/Drop Multiplexer Bộ ghẹp kênh xen/rẽ quang

OAM Operation and Maintenance Khai thác và bảo dưỡng

OAM&P Operation, Administration,

Maintenance and Provisioning

Khai thác, Quản lý, Bảo dưỡng và giám sát

OC-192 Optical carrier Level 192(9953.28

Mbps)

Hệ chuyển tải quang mức 192(9953,28 Mbps)

ODSI Optical Domain Service

Interconnect(ODSI) industry coalition

Liên minh công nghiệp liên kết nối dịch vụ miền quang

O-E-O Optical- Electrical - Optical Quang - Điên - Quang

RSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức dành sẵn tai nguyênSDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

SONE Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiểu truyền dẫn

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thơi

Mạng kết nối mô phỏng đầu cuối

VLSI Very Large Scale Integration Tích hợp mức độ rất lớn

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội không ngừng phát triển và mở rộng không ngừng Nhu cầu con ngườicũng từ đó mà không ngừng tăng lên Sự phát triển nở rộ của công nghệ IP đã mang lạimột bước tiến lớn lao cho nhân loại, rất nhiều ứng dụng công nghệ đã và đang đượcxây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng cao của con người

Công nghệ chuyển mạch số đang chiếm ưu thế khi có sự xuất hiện của côngnghệ IP, ATM, hay gần đây là MPLS Bên cạnh đó, công nghệ truyền dẫn cũng ngàycàng đạt được những thành tựu sửng sốt với dung lượng cao, chi phí thấp như WDMvà gần đây là DWDM

Sự hội tụ trong mạng Viễn Thông là điều mà các nhà nghiên cứu luôn hướngđến, với những giải pháp mang lại hiệu quả trong thực tế, chúng luôn có những tácđộng qua lại với nhau và có xu hướng kết hợp lại Và việc kết hợp mạng tryền dẫn IPtrên hệ thống thông tin quang ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM gọi tắt là

IP trên quang đang là chủ đề được quan tâm hàng đầu

Với những ưu điểm của kỹ thuật IP trên quang mà em đã tìm hiểu, em thử đặtgiả thiết triển khai nó trên mạng Viễn Thông Hà Nội Tất cả những kiến thức tìm hiểuđược và nội dung của việc triển khai thực nghiệm em xin trình bày trong đề tài đồ ántốt nghiệp: “Kỹ thuật truyền dẫn IP trên quang và phương án triển khai trên mạng ViễnThông Hà Nội”

Nội dung đồ án gồm 4 chương:

Chương 1: Quá trình phát triển kỹ thuật truyền tải IP trên quang

Chương 2: Công nghệ WDM và công nghệ IP (Internet Protocol.)

Chương 3: Các kiến trúc IP trên quang phổ biến

Chương 4: Phương án triển khai IP trên quang trên mạng Viễn Thông Hà Nội.Để hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp, em trân trọng cảm ơn Thầy Tiến sĩ HoàngVăn Võ - Viện phó Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện cùng các Thầy Cô khoa Viễnthông 1- Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn

em trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện đồ án

Do điều kiện thời gian có hạn nên trong đồ án của em không sao tránh khỏinhững thiếu sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy Cô

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT TRUYỀN TẢI IP TRÊN QUANG

1.1 QUÁ TRÌNH TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG

1.1.1 Xu hướng phát triển Internet

Cùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế tri thức, sự phát triển bùng nổcủa lưu lượng IP cũng như công nghệ truyền dẫn IP băng rộng/tốc độ cao có khả năngtruyền tải được tất cả các dịch vụ truyền thông hay dữ liệu làm cho truyền tải IP đangtrở thành phương thức truyền tải chính (all IP) trên tất cả cơ sở hạ tầng truyền tải thôngtin hiện nay cũng như trong tương lai

Ngày nay, nói đến xu hướng phát triển Internet chúng ta cần phải nói đến: xuhướng phát triển các dịch vụ trên nền IP, xu hướng phát triển lưu lượng và thị trường

IP cũng như xu hướng phát triển công nghệ truyền tải IP

1.1.1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ trên nền IP

 Phát triển các dịch vụ IP băng rộng

Ngày nay, thế giới đang bước sang kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, trong đóthông tin là động lực thúc đẩy sự phát triển của xã hội Do đó, nhu cầu truyền thôngngày càng lớn với nhiều dịch vụ mới băng rộng và đa phương tiện trong đời sống kinh

tế – xã hội của từng quốc gia cũng như kết nối toàn cầu Để đáp ứng được vai trò độnglực thúc đẩy sự phát triển của kỷ nguyên thông tin, các mạng truyền thông đó và đangđược phát triển với khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng,dung lượng lớn, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thụng tin của xó hội Do đó,các dịch vụ băng rộng hay tốc độ cao và chất lượng cao ngày càng phát triển Còn cácdịch vụ băng hẹp hay tốc độ có xu thế chững lại và giảm dần

Một số các dịch vụ băng rộng/tốc độ cao điển hình như: truyền hình quaInternet, thương mại điện tử, các ứng dụng y tế từ xa, chăm sóc sức khoẻ và nghiêncứu y học, chính phủ điện tử, công dân điện tử, doanh nghiệp điện tử, nghiên cứu vàgiảng dạy từ xa, thư viện kỹ thuật số, ứng dụng trong khoa học vũ trụ, thiên văn học vàvật lý học, ứng dụng trong khoa học địa lý, ứng dụng trong nghiên cứu hoá lý, các ứngdụng nâng cao khả năng nhận thức của con người,…

 Hội tụ dịch vụ thoại và dữ liệu trên nền IP

Với những ưu điểm vượt trội của mình, mạng chuyển mạch gói đang thay thếdần các hệ thống chuyển mạch kênh lỗi thời Mạng chuyển mạch gói ban đầu được tạo

ra chỉ để chuyển tải dữ liệu nhưng cùng với sự phát triển rất nhanh của công nghệ IP,việc chuyển thoại qua Internet đã trở thành hiện thực Internet cho phép hội tụ giữa sốliệu và thoại Kiến trúc mạng ngày nay đã thay đổi từ các mạng thoại và dữ liệu riêng

rẽ thành một mạng duy nhất hội tụ cả thoại và dữ liệu Dịch vụ thoại qua Internet VoIPtiếp tục được phát triển với ưu thế về giá cước rẻ Theo dự báo trên một tạp chí, số

2010, VoIP và điện thoại di động sẽ là hai hình thức viễn thông duy nhất còn lại trênthị trường Điện thoại cố định coi như "cáo chung" Hiện nay, các thế hệ máy di động

có khả năng gọi điện thoại Internet đa xuất hiện trên thị trường Các thiết bị này có thểkết nối với máy tính qua cổng USB hoặc cổng vô tuyến, sau đó phần mềm điều khiểntính năng gọi điện thoại Internet sẽ đảm nhận mọi nhiệm vụ còn lại với chất lượng âmthanh đạt loại khá

Tuy nhiên, với mạng hiện tại, dịch vụ VoIP vẫn chưa có được chất lượng dịch

vụ mong muốn Mạng BcN với các yêu cầu về QoS bảo đảm thời gian thực sẽ chophép cung cấp dịch vụ thoại chất lượng cao Một hệ thống chuyển mạch thường được

sử dụng bao gồm các chức năng điều khiển, chuyển tiếp và truy nhập, tuy nhiên hiệnnay từng chức năng này được phân tách ra thành các thiết bị khác nhau kết nối vớimạng gói IP và đều được dùng để xử lý thoại cũng như dữ liệu

Hơn nữa, năng lực dịch vụ hiện nay đã được mở rộng từ thoại truyền thống sang đaphương tiện Một trong những lý do quan trọng đó là băng thông của mạng đã được

mở rộng gấp 100 lần so với PSTN truyền thống (từ 64kbps lên đến hàng chục Mbps)và việc cung cấp các nền tảng dịch vụ là rất nhanh chóng đối với cả các dịch vụ ứngdụng hội tụ cố định-vô tuyến khác nhau cũng như các dịch vụ của nhà cung cấp mới(3rd-party)

Một vấn đề nữa là nguyên nhân cho hội tụ thoại và dữ liệu đó là tính kinh tế.các nhà cung cấp dịch vụ đều muốn giảm chi phí đầu tư (CAPEX) cũng như vận hànhmạng (OPEX) Việc đưa vào mạng các phần tử chất lượng cao cũng như việc pháttriển các công nghệ mạng lõi cho phép cung cấp cả thoại và dữ liệu sẽ làm giảm cácchi phí về công nghệ

 Hội tụ dịch vụ truyền thông quảng bá và viễn thông trên nền IP

Với xu hướng hội tụ về cung cấp dịch vụ vào một thiết bị đầu cuối trên cơ sởmạng băng rộng sử dụng IPv6, người sử dụng có thể xem trực tiếp các chương trìnhtruyền hình quảng bá trên máy điện thoại di động hoặc tại ti vi thông qua mạng cápCATV, qua hộp settop-box thu các chương trình DMB hoặc qua chính máy tính/PDAđời mới

Khái niệm Cellevision - truyền hình di động đã được đưa ra trên thế giới Năm

2006 được dự báo sẽ chính là năm để truyền hình di động cất cánh Cả thế giới Net vàtruyền hình sẽ nằm gọn trong túi người sử dụng Ngày càng có nhiều chương trìnhtruyền hình có thể download được về và xem trên thiết bị liên lạc cá nhân Thậm chímột số show còn công chiếu trên di động trước cả truyền hình Cùng với việc ngàycàng nhiều nhà cung cấp dịch vụ tham gia vào sân chơi này, cước phí của truyền hình

di động sẽ giảm dần Công nghệ Wi-Fi phát triển mạnh cũng sẽ giúp kéo giá thànhthấp xuống

Đối với Internet TV (truyền hình phân phát qua Internet), cần phải giả thiết rằngluôn sẵn có 2 hoặc 3 dịch vụ cho một hộ gia đình (các thành viên khác nhau trong giađình phải có cơ hội xem các chương trình khác nhau cùng một lúc cũng như có khảnăng khi lại chương trình trên VCR), do đó dung lượng cần thiết sẽ là 40-60 Mbit/scho HDTV và 8-12 Mbit/s cho SDTV.

Ngoài ra, dịch vụ Web-TV (các trang World-Wide-Web được phân phát qua

TV quảng bá) sẽ cùng phát triển với TV số

Trong mạng hội tụ băng rộng, khách hàng có thể sử dụng các dịch vụ như :

- Thông tin liên lạc thấy hình thông qua máy điện thoại cố định: các máy điệnthoại tại nhà riêng và công sở sẽ được phát triển sang kiểu mới Chỉ cần chạm vào mànhình máy tính/ti vi trong khi đang xem ti vi hoặc đang làm việc trên máy tính để thựchiện cuộc gọi Người bị gọi sẽ xuất hiện trên màn hình để trả lời bạn

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

- Dịch vụ ở phòng ngủ: Máy tính và điện thoại trong phòng ngủ sẽ được tíchhợp vào ti vi Với ti vi người sử dụng có thể thực hiện cuộc gọi thấy hình hay lướt webhay xem ti vi cùng một lúc Do vậy, mọi người có thể dành nhiều thời gian hơn cho giađình và sẽ dễ dàng giám sát hoạt động của con cái từ xa Toàn gia đình có thể lướt trênmạng và chuyện trò với nhau

- Không có sự khác biệt giữa thông tin cố định và di động: ti vi và điện thoại sẽhợp nhất thành một thiết bị Khách hàng có thể thực hiện cuộc gọi thấy hình hay lướtweb trong khi đang xem ti vi WiBro sẽ huỷ bỏ hàng rào ngăn cách giữa kết nốiInternet cố định và vô tuyến BcN cũng sẽ cung cấp dịch vụ VoIP khi bạn đang dichuyển

- Mọi thứ đều được nối mạng: người sử dụng sẽ không cần máy tính tốc độ caovới bộ nhớ lớn nữa Chỉ cần có một số chức năng cơ bản trên máy tính vì có thể xemphim trên Internet mà không phải download hay cất giữ file trên máy tính riêng nữa.Người sử dụng cũng có thể dễ dàng truy nhập tất cả các file trên mạng vì mọi thứ đềuđược lưu trữ trên mạng

1.1.1.2 Xu hướng phát triển lưu lượng và thị trường IP

Thoại là hình thức thông tin đã xuất hiện từ lâu và ngày nay lưu lượng thoạiđang đi vào trạng thái ổn định mà trong quá trình phát triển khó có thể có được sự độtbiến nào Trong khi đó, xã hội loài người đang chuyển sang xã hội thông tin, nhu cầutrao đổi số liệu lớn nên lưu lượng số liệu ngày càng cao Sự ra đời và phổ biến củaInternet đã khiến cho nhu cầu trao đổi thông tin tăng, dẫn đến bùng nổ lưu lượngInternet Theo số liệu thống kê trên thế giới trong 5 năm qua, lưu lượng Internet đãtăng 86% mỗi năm, hơn 6 lần tốc độ phát triển của lưu lượng thoại Hiện nay, khoảng

45% dân số EU kết nối Internet Các nước Châu Á tuy tỷ lệ kết nối Internet hiện cònthấp, nhưng trong một vài năm tới sẽ tăng rất nhanh, đặc biệt là các thị trường tiềmnăng như Trung Quốc và Ấn Độ.

Ngoài ra, ngày nay giao thức IP không chỉ còn sử dụng để truyền dẫn số liệucho Internet mà nó còn được sử dụng để truyền dẫn các loại lưu lượng khác nhau nhưthoại, video là các dịch vụ QoS Vì vậy, lưu lượng lớn truyền tải IP sẽ rất lớn

Sự bùng nổ của mạng số liệu IP Trong vài năm tới, lưu lượng trong mạng

đường dài sẽ tăng khoảng 60%/ năm, gấp 3 lần năm trước Có một sự khác nhau rấtlớn giữa sự tăng trưởng của Internet (100-120% mỗi năm) với sự tăng trưởng của dịch

vụ thoại (chỉ gần 10% một năm) Dự báo lưu lượng IP sẽ phát triển khoảng 120% mỗi năm trong vòng vài năm tới, đưa nó từ vị thế tương đương sang vị thế vượttrội so với dịch vụ đường dài khác

90%-Tỷ trọng dịch vụ IP tăng mạnh Phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà

quản lý mạng đồng ý rằng tương lai của mạng sẽ là công nghệ IP Sự kết hợp của việcgiảm chi phí và chuyển đổi công nghệ mạng sẽ làm dịch vụ IP hoàn toàn có thể thaythế được các dịch vụ truyền thống Ví dụ như các dịch vụ IP quan trọng như VoIP, IP-VPN sẽ thay thế nhanh thị phần của các dịch vụ truyền thống Sự mở rộng lợi thế vềchi phớ và khả năng thay thế tăng sẽ cho phép các dịch vụ IP can thiệp thực sự vào sựphát triển của củc dịch vụ truyền thống

Doanh thu dịch vụ IP đường dài tăng nhanh Một phần lớn doanh thu có từ các

dịch vụ dữ liệu và thoại truyền thống trong khi cước phí cho một bit cao hơn và tốcđộ phát triển của nhu cầu dịch vụ lại thấp hơn dịch vụ IP Khi doanh thu và lưu lượngcủa dịch vụ truyền số liệu lớn thì sự đe doạ thay thế của IP sẽ làm cước phí các dịch

vụ truyền thống giảm Tỏc động của cuộc cách mạng về công nghệ mạng sẽ làm thayđổi bộ mặt của thị trường viễn thông: doanh thu chuyển từ các dịch vụ truyền thốngvới cước phí cao sang dịch vụ IP với giỏ rẻ Điều này hạn chế sự tăng trưởng của tổngdoanh thu của các nhà khai thác truyền thống trong khi lưu lượng vẫn tăng rất nhanh

1.1.1.3 Xu hướng phát triển công nghệ

1.1.1.3.1 IP - Giao thức thống nhất của mạng truyền tải

Trước kia, việc thiết kế mạng lưới truyền thông là hoàn toàn do những nhà kinhdoanh tự phát triển và ở dưới sự khống chế của bản quyền về kỹ thuật, chẳng hạn nhưnhững tiêu chuẩn về giao thức truyền thông trong "Kiến trúc hệ thống mạng truyềnthông" (System network architecture) của IBM, appletalk của Apple, netware củaNovell Inc và DECnet của Digital Equipment Corporation Điều đó đã dẫn đến bấtcập cho việc kết nối liên mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông Tại thờiđiểm đó, các mạng truyền thông lớn hỗ trợ nhiều bộ giao thức truyền thông (networkprotocol suites) khác nhau là một hiện tượng bình thường, đồng thời vấn đề nhiều thiết

bị mạng không giao lưu được với nhau, vì thiếu một giao thức chung, cũng không

Để khắc phục bất cập đó, hệ thống Kết nối các hệ thống mở (Open SystemsInterconnection, viết tắt là OSI) là một nỗ lực tiêu chuẩn hóa mạng máy tính do Tổchức tiêu chuẩn hoá quốc tế (ISO), cùng với với Bộ phận Tiêu chuẩn Hoá Truyềnthông của ITU (ITU-T) tiến hành từ năm 1982 OSI là một cố gắng của các tổ chứctrong công nghiệp hòng giải quyết mâu thuẫn giữa các nhà kinh doanh, để tất cả có thểcùng đồng tình với một tiêu chuẩn về kỹ thuật mạng truyền thông, đồng thời tạo điềukiện cho các sản phẩm của những nhà kinh doanh khả năng liên tác (phối hợp và làmviệc) với nhau

Lúc đầu, mô hình tham chiếu OSI là một tiến bộ quan trọng trong việc giảngdạy về lý thuyết mạng lưới truyền thông Nó khuyến khích ý tưởng về một mô hìnhchung của giao thức tầng cấp, định nghĩa sự liên tác giữa các thiết bị và phần mềmdành cho việc kết nối mạng lưới truyền thông

Song có nhiều ý kiến cho rằng chồng giao thức (protocol stack) của OSI đề raquá phức tạp và tính thực thi rất tháp Với chủ trương sử dụng kỹ thuật "nâng cấp đồngbộ" (forklift upgrade) trong công nghệ mạng lưới truyền thông, mô hình này đòi hỏimột cách cụ thể việc huỷ bỏ toàn bộ những giao thức hiện đang sử dụng, thay thếchúng với mô hình mới, áp đặt việc thay đổi trên toàn bộ các tầng cấp của chồng giaothức

Phương cách của OSI cuối cùng bị bộ giao thức TCP/IP của Internet che khuất.Tính thực dụng của TCP/IP trong liên kết mạng lưới truyền thông, cùng với hai côngtrình thực thi của những giao thức đã được đơn giản hóa, biến TCP/IP thành tiêu chuẩnkhả thi Sự xụp đổ của dự án OSI năm 1996 gây những tổn thất trầm trọng đến danhtiếng và tính hợp pháp của các tổ chức tham gia, đặc biệt là ISO Điều đáng tiếc nhất làviệc những cơ quan ủng hộ OSI quá trì trệ trong việc nhận biết và thích ứng với tính

ưu việt của bộ giao thức TCP/IP

Bộ giao thức IP/TCP không chỉ đơn giản, tiện lợi, tạo khả năng kết nối linh hoạtvà hiệu quả, mà còn có chi phí thấp Các giao thức IP/TCP đã và đang được sử dụngrộng rãi trên toàn cầu trong nhiều thập kỷ qua Các dịch vụ thông tin hoạt động theophương thức này đã phát triển rất mạnh mẽ, đã đáp ứng được sự nhu cầu trao đổithông tin trên toàn cầu

Một số ưu điểm của giao thức IP:

 Phương thức chuyển mạch gói, các giao thức định tuyến sử dụng giao thức IPcho phép truyền tải lưu lượng với hiệu suất cao, tận dụng băng thụng truyền tải, do đótiết kiệm được dung lượng kênh truyền dẫn

 Phần lớn các phần mềm ứng dụng thực hiện trao đổi dữ liệu mạng liên kết trongcác sản phẩm máy tính cá nhân, máy chủ, các thiết bị định tuyến đều được thiết kế để

có thể chạy trên nền mạng IP Đây là một lợi thế rất lớn của công nghệ này

 Các thuật toán định tuyến ứng dụng giao thức IP cho phép trao đổi dữ liệu trongmạng liên kết một cách mềm dẻo, linh hoạt

 Công nghệ sử dụng giao thức IP có khả năng tích hợp đa dịch vụ, dựa trên nềntảng giao thức IP, người sử dụng có thể kiến tạo rất nhiều các ứng dụng, các loại hìnhdịch vụ khác nhau và các dịch vụ gia tăng trên nền tảng các ứng dụng cơ bản đượccung cấp bởi mạng IP

Sự phát triển của giao thức IP:

Sự phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát triển của Internet Rất nhiềuvấn đề nảy sinh trong Internet cần được giải quyết Sức mạnh của Internet có thểthuyết phục được chính phủ hầu hết các nước, các công ty lớn nên những dự án liênquan đến Internet được đầu tư thoả đáng Ngoài ra, bản thân những nhà nghiên cứuđều sử dụng Internet trong công việc hàng ngày Đó là những nhân tố thúc đẩy Internetphát triển, hoàn thiện dịch vụ, mở rộng các tính năng mới…

Phiên bản IPv4 đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong hơn 20năm qua nhờ thiết kế linh hoạt và hiệu quả Tuy vậy với sự bùng nổ các dịch vụ và cácthiết bị trên Internet hiện nay IPv4 đã bộc lộ những hạn chế Không gian địa chỉ 32 bitcủa Ipv4 không còn đáp ứng được sự phát triển Internet toàn cầu Ngoài ra một số yếu

tố khác thúc đẩy việc thay đổi Ipv4 là ứng dụng thời gian thực và bảo mật

IETF đã tốn khá nhiều công sức và thời gian để đưa ra phiên bản mới là Ipv6.Giao thức IPv6 giữ lại nhiều đặc điểm làm nên thành công của Ipv4: hỗ trợ phi kết nối,khả năng phân đoạn, định tuyến nguồn

Sự bùng nổ của lưu lượng IP:

Cùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế tri thức, sự phát triển bùng nổcủa lưu lượng IP cũng như công nghệ truyền dẫn IP băng rộng/tốc độ cao có khả năngtruyền tải được tất cả các dịch vụ truyền thống hay dữ liệu làm cho truyền tải IP đangtrở thành phương thức truyền tải chính (all IP) trên cơ sở hạ tầng truyền tải thông tinhiện nay cũng như trong tương lai

Sự tăng trưởng theo cấp số nhân của luồng lưu lượng IP được kết hợp với sựtăng trưởng lớn mạnh liên tục của việc sử dụng Internet và intranet diện rộng, sự hội tụnhanh chóng của các dịch vụ IP tiên tiến, khả năng kết nối đơn giản, dễ dàng và linhhoạt đã tạo ra một sự dịch chuyển mang tính đột biến trong quá trình phát triển củamạng truyền thông Sự dịch chuyển này không chỉ xảy ra trên lĩnh vực nội dung màcòn ở cách thức của truyền tải lưu lượng Nó đã làm thay đổ hoàn toàn quan điểm thiết

kế của các mạng truyền thông

1.1.1.3.2 IPv6 - Giao thức truyền tải của Internet thế hệ mới

IP phiên bản 6 là phiên bản mới của giao thức Internet vốn đã trở nên hết sứcphổ biến với chúng ta ngày nay (IP hay TCP/IP) Sự ra đời của IPv6 bắt nguồn từ chỗngười ta đã phát hiện ra những vẫn đề nảy sinh trong mạng IP khi mà Internet đã pháttriển với tốc độ vượt bậc Bởi vậy IP v6 được đưa ra như một giải pháp cho những vấn

Trước kia, Internet được thiết kế và xây dựng dựa trên giao thức IP phiên bản 4để hỗ trợ các ứng dụng phân tán khá đơn giản như truyền file, thư điện tử, đăng nhập

từ xa, world wide web, song ngày nay nhiều loại hình dịch vụ mới với tính chất đaphương tiện, thời gian thực đang trở nên phổ biến Khả năng đáp ứng của Internet hiệntại đối với các chức năng và loại hình dịch vụ mới này là khá hạn chế Hơn nữa, mộtmôi trường liên mạng cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, kế hoạch điều khiểnnghẽn mạch linh hoạt và các đặc điểm bảo mật mà IP hiện tại không đáp ứng được.Ngoài ra, sự bùng nổ về người sử dụng trên Internet cũng khiến cho chúng ta phải đốimặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng nếu chỉ sử dụng 32 bit địa chỉ củagiao thức IP phiên bản 4

IP phiên bản 6 được thiết kế bao gồm những chức năng và định dạng mở rộnghơn IP phiên bản 4 Ngược lại với IP phiên bản 4 (chỉ sử dụng 32 bit để đánh sốkhoảng 4 tỷ địa chỉ), IP phiên bản 6 sử dụng tới 128 bit, do đó đựa số địa chỉ Internet

có thể được sử dụng lên tới 3.4*1038 hay khoảng 340 tỷ tỷ tỷ tỷ địa chỉ

Một vấn đề thứ hai xảy ra với giao thức IP phiên bản 4 là khó khăn của việcchọn đường trong một hệ thống mạng luôn thay đổi như Internet Trong IP phiên bản

6, các giải pháp chọn đường đã được tối ưu để giải quyết triệt để các vấn đề trên

Khả năng đánh địa chỉ cũng như chọn đường chỉ là hai trong số rất nhiều tínhnăng của IP phiên bản 6 Những khả năng này được phát triển dựa trên những nhu cầucủa các doanh nghiệp cho một cấu trúc mạng có khả năng chuyển đổi cao, tăng cườngbảo mật và toàn vẹn dữ liệu, tích hợp các tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ, có khả năng

tự động cấu hình mạng, tích hợp với công nghệ di động, truyền thông dữ liệu

1.1.2 Xu hướng tích hợp IP trên quang

1.1.2.1 Tổng quan về xu hướng tích hợp IP trên quang

Bên cạnh sự phát triển mạng mẽ của công nghệ IP, ngày nay công nghệ thôngtin quang ngày càng phát triển mạnh mẽ Đặc biệt, khi công nghệ truyền dẫn quangghép kênh theo bước sóng -WDM (Wavelength Division Multilexing), mà giai đoạntiếp theo của nó là ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao - DWDM (DenseWavelength Division Multilexing), ra đời với những ưu điểm vượt trội về băng thôngrộng/tốc độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) và chất lượng truyền dẫn cao cũng tạo nên một

sự phát triển đột biến trong công nghệ truyền dẫn

Từ sự bùng nổ lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP vàcông nghệ thông tin quang đã tạo nên một cuộc cách mạng trong mạng truyền tải củacác mạng truyền thông Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầngmạng tạo thành một giải pháp tích hợp để truyền tải đang là vấn đề mang tính thời sự.Trong hầu hết các kiến trúc mạng viễn thông đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sựthống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên quang Đặc biệt, truyền tải IP trên mạngquang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN

Cho đến nay người ta đã tạo ra được nhiều giải pháp liên quan đến vấn đề làmthế nào truyền tải các gói IP qua môi trường sợi quang Và nội dung của chúng đều tậptrung vào việc giảm kích thước mào đầu trong khi vẫn phải đảm bảo cung cấp dịch vụchất lượng khác biệt (nhiều cấp dịch vụ), độ khả dụng và bảo mật cao

Có hai hướng giải quyết chính cho vấn đề trên đó là: giữ lại công nghệ cũ (theotính lịch sử), phát triển các tính năng phù hợp cho lớp mạng trung gian như ATM vàSDH để truyền tải gói IP trên mạng WDM, hoặc tạo ra công nghệ và giao thức mớinhư MPLS, GMPLS

Đối với kiến trúc mạng IP được xây dựng theo ngăn mạng sử dụng những côngnghệ như ATM, SDH và WDM, do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của kiến trúcnày là dư thừa các tính năng và chi phí cho khai thác và bảo dưỡng cao Hơn nữa, kiếntrúc này trước đây sử dụng để cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoại và thuêkênh Bởi vậy, nó không còn phù hợp cho các dịch vụ chuyển mạch gói mà được thiết

kế tối ưu cho số liệu và truyền tải lưu lượng IP bùng nổ

Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đã đề xuất những giải pháp mới chokhai thác IP trên một kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băngtần truyền dẫn Những giải pháp này cố gắng giảm mức tính năng dư thừa, giảm màođầu 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 Tất cả chúng đều liên quan đến việc đơngiản hoá các ngăn giao thức, nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có nhiềuđặc tính hứa hẹn như các giải pháp gói trên SONET/SDH (POS), Gigabit Ethernet(GbE) và Dynamic Packet Transport (DPT) Tuy nhiên, các giải pháp gói trên GigabitEthernet (GbE) và Dynamic Packet Transport (DPT) thường được sử dụng cho lớptruy nhập

1.2 CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN

Do hạn chế về khả năng phát công nghệ mà kĩ thuật IP trên quang không thểthực hiện ngay lập tức truyền tải gói tin IP trực tiêp trên quang Để đạt được kỹ thuậtnày cần phải trải qua một quá trình phát triển Một cách tương đối, quá trình này đượcchia làm ba giai đoạn phát triển và được minh hoạ trong hình 1.1

1.2.1 Giai đoạn I: IP trên ATM/SDH/DWDM

Đây là giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải IP trên quang Theo hình

vẽ, các gói IP trước khi đưa vào mạng truyền tải quang(OTN) phải thực hiện chia cắtthành các tế bào ATM Sau đó khi xuống tầng SDH, các tế bào ATM được sắp xếp vàcác khung VC-n đơn hay khung nối móc xích VC-n-Xc Cuối cùng các luồng SDHđược ghép kênh quang và truyền trên sợi quang Tới bên đích, quá trình này lại đượcthực hiện ngược lại để khôi phục lại các gói IP

Như vậy, trong mạng có sự tham gia của nhiều tầng IP, ATM, SDH, DWDM do

đó chi phí cho lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng là còn cao và hiệu suất truyền chưa cao.Tuy nhiên, khi mà công nghệ của các bộ định tuyến còn hạn chế về mặt tốc độ, dung

lượng thì việc xử lý truyền dẫn IP trên quang thông qua ATM và SDH vẫn có lợi vềmặt kinh tế và đáp ứng được thực tế.

1.2.2 Giai đoạn II: IP trên NG-SDH/DWDM

So với giai đoạn 1, tầng ATM đã bị loại bỏ và các gói IP được chuyển trực tiếpxuống tầng NG-SDH Như vậy, đã loại bỏ được các chức năng, sự hoạt động và chiphí bảo dưỡng cho riêng mạng ATM Điều này có thể thực hiện được khi bộ địnhtuyến IP đã được chế tạo thành công, có những ưu điểm vượt trội so với chuyển mạchATM về mặt tính năng, dung lượng Router IP là phương tiện có chức năng địnhhướng cho đơn vị truyền dẫn ưu việt: gói IP

Trong giai đoạn này, việc có thêm kỹ thuật MPLS bổ sung vào tầng IP sẽ xuấthiện hai khả năng mới Thứ nhất, nó cho phép thực hiện kỹ thuật lưu lượng nhờ vàokhả năng thiết lập kênh ảo VC - giống như các đường cụ thể trong mạng chỉ gồm cácrouter IP Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiển ra khỏi mặt định hướng nên chophép giao thức điều khiển IP quản lý trạng thái thiết bị mà không yêu cầu xác định rõbiên giới của các IP datagram Như vậy, có thể dễ dàng xử lý đối với các IP datagram

có độ dài thay đổi

1.2.3 Giai đoạn III: IP trên DWDM

Mặc dù đã có những giải pháp được đề nghị cho dịch vụ IP trên quang nhưngnhững giải pháp này gặp không ít khó khăn Nguyên nhân chủ yếu là do sự phức tạp là

sự phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng Các lớp độc lập với nhau gâychồng chéo và mâu thuẫn Vì vậy cần phải giảm số lớp giao thức tham gia để tối ưuhóa hoạt động quản lý, tăng tính mềm dẻo của giao thức cũng như giảm chi phí xâydựng

Từ ý tưởng đó mà công nghệ IP over WDM ra đời Đây là một công nghệ khámới mẻ và còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với những lợi ích của nó thì côngnghệ này đã và đang được triển khai nghiên cứu và sử dụng

IP over WDM cung cấp khả năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênhquang, giảm sự trùng lặp chức năng giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trungtâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao tác thiết bị, dẫn đến giảmchi 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 cóthể phối hợp với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằmgiảm giá thành khai thác Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao Rõ ràng đây làmột kết cấu mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụngcho các mạng đường trục

Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuấtchuyển mạch quang đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển động vàhoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hóa cấpbách nhất hiện nay Các tổ chức và diễn đàn quốc tế OIF (Optical InternetworkingForum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiết lập nên các phương pháp xác

Hình 1.1: Tiến trình phát triển của tầng mạng

A T M SDH

WDM

Các luồng

thuê riêng

Các kênh thuê riêng

Frame relay

Internet

cơ bản

Kênh bước sóng thuê riêng

A T M SDH

WDM

Các luồng

thuê riêng

Các kênh thuê riêng Frame

Kênh bước sóng thuê riêng

Giai đoạn 3

NG-SDH Công nghệ

khác

GbE IP

1.3 YÊU CẦU ĐỐI VỚI TRUYỀN DẪN IP TRÊN QUANG

Giao thức IP thực hiện truyền dẫn dựa trên cơ sở đơn vị truyền dẫn là các IPdatagram Và các datagram này định tuyến hoàn toàn độc lập vơi nhau cho dù có xuấtphát từ cùng một nguồn và đến cùng một đích Và để đảm bảo sử dụng các tài nghuyêncủa mạng với hiệu suất cao thì các gói tin có thể đi theo bất kì hướng nào mà tàinguyên rỗi Vì thế đòi hỏi năng lực địng tuyến của các node mạng phải cao

Mặt khác nhược điểm lớn nhất của IP chính là trễ lớn do phải chia sẻ tài nguyênvà các gói tin phải xử lí tiêu đề và có thể phải phân tách datagram (nếu cần) tại mỗinode trung gian trên đường truyền dẫn

Để khắc phục có thể ứng dụng rộng rãi phiên bản mới của IP là IPv6 có thựchiện định tuyến và phân đoạn datagram ngay tại nguồn Ngoài ra có thể sử dụng cácgiao thức giúp định tuyến nhanh hơn như sử dụng giao thức MPλSS

Để có thể đưa kỹ thuật này vào thực tế, một yêu cầu khá quan trọng khác là tínhhiện hữư của công nghệ cũng như giá thành của nhà cung cấp (thường yêu cầu có khảnăng bảo vệ đầu tư ban đầu) hay các thiết bị của khách hàng

Nền tảng truyền dẫn của kĩ thuật IP over Optical, là hệ thống ghép kênh bướcsóng WDM Để tìm hiểu về kĩ thuật IP over Optical trước hết chúng ta tìm hiểu nhữngkhái niệm về công nghệ cơ bản được sử dụng trong hệ thống ghép kênh bước sóngWDM Sau đó sẽ đề cập đến phiên bản nâng cấp của hệ thống này, đó là hệ thống ghépkênh bước sóng mật độ cao DWDM Các nội dung này được trình bày trong chương 2

Bên cạnh đó cũng tìm hiểu về giao thức ở trong chương 2 Giao thức này địnhnghĩa về một phương tiện truyền tải hữu hiệu cho cả số liệu thoại , video Tìm hiểu

về giao thức IP sẽ giúp ta biết được cách đóng gói của tín hiệu truyền , hoạt động cũngnhư ưu và nhược điểm của phương thức truyền dẫn các gói tin IP

1.4 KẾT LUẬN

Việc kết hợp IP trên quang trở thành xu hướng hội tụ tất yếu Truyền tải IP trênquang đáp ứng được mong mỏi của các nhà cung cấp cũng như người sử dụng Việc đềxuất các giai đoạn ứng với từng mô hình truyền tải IP trên quang với mục đích sử dụngcông nghệ mới ngay trên nền tảng có sẵn, giảm bớt chi phí đầu tư và có thêm nhiềuthời gian để làm quen công nghệ Trong một tương lai không xa việc truyền tải IP trựctiếp trên sợi Quang sẽ mang lại sự hội tụ đầy đủ cho Mạng Viễn Thông

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ WDM VÀ CÔNG NGHỆ IP

Trong chương này chúng ta sẽ cũng tìm hiểu về công nghệ WDM và Công nghệ

IP để hiểu rõ tại sao chúng lại là giải pháp tối ưu cho hệ thống Viễn Thông hiện tại

2.1 CÔNG NGHỆ WDM

2.1.1 Các giai đoạn phát triển của WDM

Thế hệ WDM đầu tiên chỉ cung cấp các liên kết vật lý point to point mà chỉ hạnchế trong các đường trục mạng WAN Các cấu hình mạng WAN WDM là cấu hìnhtĩnh hoặc cấu hình nhân công Bản thân liên kết WDM chỉ cung cấp các kết nối end-to-end tốc độ tương đối thấp.Những vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ đầu bao gồm thiết

kế và phát triển các laser và các bộ khuếch đại WDM, và các giao thức truy nhập môitrường truyền dẫn và định tuyến bước sóng tĩnh WADM cũng có thể được sử dụngtrong các mạng MAN, ví dụ như sử dụng topology ring Để liên kết các ring WADM,bộ đấu chéo DXC (Digital Cross Connect) được đưa ra để cung cấp các kết nối bănghẹp và băng rộng Thông thường các hệ thống này được dùng để quản lý các đườngtrung kế chuyển mạch thoại và các liên kết T1

WDM thế hệ thứ 2 có khả năng thiết lập liên kết lightpath end-to-end địnhhướng trong lớp quang nhờ việc đưa ra bộ WSXC Các lightpath tạo nên một topology

ảo bên trên topology sợi vật lý Topo ảo có thể được cấu hình lại một cách động để đápứng lại những thay đổi lưu lượng và/hoặc lập kế hoạch mạng Các vấn đề kỹ thuật củaWDM thế hệ thứ 2 bao gồm việc đưa ra các thiết bị tách/ghép và đấu chéo bước sóng,khả năng chuyển đổi bước sóng tại các bộ đấu chéo, định tuyến động và phân bổ bướcsóng Cũng trong thế hệ thứ 2 này, kiến trúc mạng cũng nhận được quan tâm, đặc biệtlà về giao diện để liên kết với các mạng khác Cả hai thế hệ đầu và thế hệ 2 của mạngWDM đã được sử dụng trong các mạng truyền dẫn đang hoạt động Chi phí hiệu quảcủa chúng trong các mạng đường dài đã được chấp nhận

Thế hệ thứ 3 của mạng WDM đưa ra một mạng chuyển mạch gói quang, trong

đó các tiêu đề hoặc các nhãn quang được gắn kèm với dữ liệu, được truyền đi cùng vớitrường tin, và được xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM Dựa trên tỷ lệ của thờigian xử lý tiêu đề gói tin và chi phí truyền dẫn gói tin, mạng WDM chuyển mạch gói

có thể được thực thi hiệu qủa sử dụng chuyển mạch nhãn hoặc chuyển mạch chùmquang Chuyển mạch gói quang thuần tuý trong các mạng toàn quang hiện vẫn đangđược nghiên cứu

Bộ định tuyến gói tin toàn quang, không sử dụng bộ đệm mang đến một loạtnhững vấn đề kỹ thuật mới cho việc lập kế hoạch mạng: Giải quyết tranh chấp,điềukhiển lưu lượng, dự phòng, tương thích với các bộ định tuyến IP truyền thống

Các ví dụ của các thiết bị WDM thế hệ thứ 3 là: Các bộ định tuyến chuyểnmạch nhãn quang; Các bộ định tuyến quang Gigabit;Các bộ chuyển mạch quang tốc độcao

Khả năng tương thích giữa các mạng WDM và các mạng IP trở thành vấn đềchính cần quan tâm trong các mạng WDM thế hệ thứ 3 Định tuyến tích hợp và phân

bổ bước sóng dựa trên giao thức MPLS/GMPLS đã bắt đầu xuất hiện Những vấn đề

kỹ thuật phần mềm mấu chốt khác bao gồm quản lý băng thông, tái cấu hình và phụchồi đường đi, và hỗ trợ chất lượng dịch vụ

Hình 2.1 chỉ ra tiến trình phát triển của mạng WDM Lưu lượng lõi thể hiện cảthể tích của lưu lượng và kích thước của mỗi lưu lượng Lưu lượng trong mạng truynhập được ghép kênh trước khi được truyền đi trên mạng đường trục

Hình 2.1: Tiến trình phát triển mạng WDM 2.1.2 Nguyên lý cơ bản

Khi các hệ thống Thông tin quang đã được triển khai rộng rãi và cùng với sựphát triển mạnh mẽ của Internet đã đặt cho các nhà nghiên cứu một bài toán Làm saođể tăng được dung lượng hệ thống quang mà không phải lắp thêm các đường cáp mới

Mặt khác sự ra đời của các nguồn quang laser bán dẫn có phổ hẹp cho phép phổcủa tia sáng rất là nhỏ so với băng thông của sợi quang

Về mặt lí thuyết có thể làm tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống bằng cáchtruyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi nếu các nguồn phát có phổcách nhau hợp lí và ở đầu thu có thể thu được tín hiệu quang riêng biệt khi sử dụng cácbộ tách sóng Và đây chính là cơ sở của kĩ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM

Nguyên lí cơ bản là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát đượcghép kênh và truyền dẫn trên cùng một sợi quang ở đầu thu tín hiệu gồm nhiều bướcsóng đến từ sợi quang đó được tách kênh để thực hiện xử lí theo yêu cầu của từngbước sóng

Như vậy, WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của một liên kết được táchthành các vùng phổ cố định không chồng lấn Mỗi vùng tương ứng với một kênh có

bước sóng  xác định Kênh này được sử dụng truyền dẫn cho một tín hiệu với một tốcđộ bit xác định Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau

Điều này cho phép WDM được xem như hệ thống truyền dẫn mà tín hiệu đượctruyền trong suốt đối với dạng mã và tốc độ bit

Trong kỹ thuật ghép bước sóng quang có hai loại hệ thống ghép bước sóng: hệthống ghép bước sóng hai hướng (2 hướng trên một sợi quang) và hệ thống ghép bướcsóng một hướng (hai hướng đi và về trên 2 sợi quang) Hình 2.2 mô tả 2 loại hệ thốngnày

Trong hệ thống ghép kênh bước sóng theo một hướng tại đầu phát thiết bị ghépbước sóng được dùng để kết hợp các bước sóng khác nhau sau đó truyền trên cùng mộtsợi Tại đầu thu thiết bị tách bước sóng sẽ tách các bước sóng này trước khi đưa tớicác bộ thu quang Để có thể truyền dẫn thông tin hai hướng thì cần lắp đặt hai hệ thốngghép kênh bước sóng theo một hướng ngược chiều nhau

Trong hệ thống ghép bước sóng theo một hướng, thiết bị ghép bước sóng được

sử dụng để kết hợp các bước sóng khác nhau, sau đó truyền trên cùng một sợi và tạiđầu kia thiết bị tách bước sóng sẽ tách các bước sóng này trước khi đưa tới các bộ thuquang Hướng ngược lại cũng tương tự được ghép và truyền trên sợi thứ 2 (hình 2.2a)

Trong hệ thống ghép bước sóng hai hướng, tín hiệu được truyền đi theo mộthướng tại bước sóng 1,2, N và hướng ngược lại tại bước sóng sóng λS’1, λS’2,…,λS’N trên cùng một sợi quang Chúng thường thuộc hai vùng phổ khác nhau và đượcgọi là băng đỏ và băng xanh (hình 2.2b)

Hệ thống ghép bước sóng một hướng được phát triển và ứng dụng rất rộng rãi

Hệ thống ghép bước sóng hai hướng yêu cầu phát triển công nghệ cao hơn vì khi thiết

kế gặp phải nhiều vấn đề như can nhiễu kênh (MPI), ảnh hưởng của phản xạ quang,cách ly giữa các kênh hai chiều , xuyên âm , nhưng so với hệ thống WDM mộthướng hệ thống WDM hai hướng giảm được số lượng bộ khuyếch đại sợi quang

tách kênh

Máy thu quang

Máy thu quang

tách kênh

Bộ

tách kênh/

Ghép kênh

Máy thu quang Máy phát quang

Bộ

ghép kênh

Máy thu quang

Máy thu quang

2.1.3 Các đặc điểm công nghệ

Công nghệ WDM có các đặc điểm cơ bản sau :

- Tận dụng tài nguyên dải tần rất rộng của sợi quang Do đó có thể giảm chi phí đầu tư

- Có khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu

- Có khả năng thực hiện truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang

- Giảm yêu cầu xử lí tốc độ cao cho một số linh kiện quang

- Cấu hình mạng có tính linh hoạt, tính kinh tế và độ tin cậy cao.

- Kênh truyền dẫn IP vì vậy đáp ứng được các dịch vụ băng thông rộng lớn.

2.2 CÔNG NGHỆ DWDM

2.2.1 Nguyên lý

Nguyên lý ghép kênh bước sóng mật độ cao DWDM cũng chính là nguyên lýghép kênh bước sóng WDM nhưng khoảng cách giữa các kênh bước sóng gần hơn , sốkênh được ghép nhiều hơn Thường khoảng cách kênh ghép là 0,4 nm (50GHZ) Vì sốkênh ghép nhiều nên cần chu ý lựa chọn thiết bị cũng như các hiện tượng như hiệu ứngphi tuyến, tán sắc vì chúng có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống

2.2.2 Một số vấn đề công nghệ lưu ý

2.2.2.1 Sợi quang

Vấn đề ảnh hưởng nghiêm trọng trong hệ thống DWDM chính là các hiệu ứng phi tuyến, để giảm hiệu ứng phi tuyến của sợi thường sử dụng sợi có diện tích hiệu dụng cao như một số loại sợi quang mới: sợi SMF- 28e, sợi LEAF

2.2.2.2 Hiệu ứng phi tuyến

Hiêụ ứng phi tuyến trong sợi quang không những dẫn đến sự tổn hao nănglượng méo tín hiệu mà còn làm cho cường độ và pha của tín hiệu trong một kênh nào

đó của hệ thống ảnh hưởng đến tín hiệu trong kênh khác, hình thành xuyên nhiễu phituyến, làm giảm mức tín hiêụ của từng kênh dẫn đến suy giảm tỉ số S/N, v.v

Các biện pháp khắc phục hiệu ứng phi tuyến của sợi quang bao gồm

+ Lựa chọn sợi quang phù hợp

+ Giảm công suất phát của các kênh đảm bảo công suất tổng phát vào sợi quang

Khi hệ thống ghép vài chục kênh tín hiệu thì ảnh hưởng của hiệu ứng FWM là chính Vì vậy mục tiêu đặt ra là phải giảm ảnh hưởng của hiệu ứng FWM Trong hệ thống DWDM thì người ta đưa ra phương pháp tạo khoảng cách giữa các kênh tín hiệubằng nhau và sử dụng sợi quang NZ-DSF (G.655) Như vậy vừa giảm ảnh hưởng của FWM hỗ trợ truyền dẫn nhiều kênh lại làm cho tán sắc ở vùng bước sóng 1550 nm không quá lớn (1 - 6ps/nm.km)

2.2.3 Tán sắc và các phương pháp bù tán sắc

2.2.3.1 Tán sắc

Tán sắc là hiện tượng những sóng ánh sáng có tần số khác nhau truyền dẫn vớitốc độ khác nhau trong cùng một môi trường Tán sắc là bản chất của sợi quang Tánsắc gây ra hiện tượng trải rộng xung tín hiệu (dãn xung) làm cho biến dạng số liệutrong khi truyền và tỷ số lỗi bit tăng cao do đó ảnh hưởng tới tốc độ truyền dẫn vàkhoảng cách trạm lặp Bộ khuyếch đại quang đã cải thiện khoảng cách giưã các trạmlặp (bị giới hạn bởi suy hao) trên tuyến rất nhiều Nhưng do nhu cầu ngày càng lớn vềcác dịch vụ mới có tốc độ cao nên tán sắc trở thành tham số chính giới hạn khả năngnâng cao dung lượng của tuyến cáp quang Chính vì vậy chúng ta cần phải làm giảmảnh hưởng của tán sắc

+ Sử dụng các bộ bù tán sắc

Hai giải pháp đầu về mặt công nghệ là một vấn đề rất lớn Dưới đây xin phép trình bầy giải pháp thứ 3: sử dụng các bộ bù tán sắc

a) Phương pháp bù tán sắc bằng điều chế tự dịch pha (SPM)

Tán sắc sẽ gây ra hiện tượng chirp (dịch tần) tuyến tính trong xung Mặt kháckhi một xung tín hiệu có công suất P nằm ở trong ngưỡng phi tuyến cuả sợi (trongtrường hợp đơn kênh P khoảng 18dB, trong trường hợp ghép kênh thì tổng công suấtcác kênh khoảng 20dB), sườn lên của xung bị dịch về phía bước sóng dài do hiệu ứngSPM và hiện tượng này gọi là chirp phi tuyến Với các sợi quang tiêu chuẩn G.652,G.653 sử dụng trên tuyến (trừ các sợi bù tán sắc có tán sắc âm) thì chirp phi tuyến nàyngược với chirp tuyến tính Xung sẽ bị chirp một lượng bằng tổng hai chirp trên Nhưvậy trong trường hợp này xung phải chịu một lượng chirp bằng chirp tuyến tính trừ đichirp phi tuyến nên xung dường như đã được hiệu ứng SPM "bù chirp do tán sắc gâyra"

Ưu điểm

+ Tăng đáng kể khoảng cách trạm lặp nên giảm số trạm lặp trên tuyến

+ Cho phép tận dụng số sợi G.652 có sẵn trên tuyến

Nhược điểm:

+ Có thể xảy ra hiện tượng nén xung không mong muốn do dễ bị bù quá

+ Ngoài hiệu ứng SPM, xung truyền dẫn trong sợi còn phải chịu ảnh hưởng củacác hiệu ứng phi tuyến khác như các hiệu ứng dịch tần, hiệu ứng trộn bốn bướcsóng dẫn đến việu giảm chất lượng tín hiệu

Phương pháp này yêu cầu độ rộng phổ laser phải tốt (cỡ ps)

b) Phương pháp bù bằng sợi có tán sắc âm

Phương pháp naỳ dựa trên nguyên lý sau: Tán sắc của sợi đơn mode nói chunglà tổng của tán sắc dẫn sóng và tán sắc vật liệu Như vậy về mặt nguyên tắc với mộtcấu trúc thành phần hợp lý có thể tạo ra sợi có tán sắc đủ lớn, ngược sóng tại công tácđịnh trước Dựa theo tính chất này trên mỗi khoảng lặp đặt thêm một đoạn sợi có tánsắc âm có độ dài hợp lý thì có thể bù được phần nào tán sắc

Sợi tán sắc âm có ưu điểm là hầu như không phụ thuộc vào phân cực bù đượcmột khoảng tán sắc rộng Nhưng phương pháp này cũng có nhược điểm là cần mộtlượng sợi lớn vì độ tán sắc được bù tỷ lệ thuận với chiều dài sợi

Ưu điểm:

+ Thiết bị bù tán sắc hoàn toàn thụ động

+ Bù được khoảng tán sắc lớn

Nhược điểm:

+ Suy hao của bộ bù tán sắc lớn và phụ thuộc vào khoảng tán sắc phải bù

+ Phải giám sát công suất tín hiệu truyền để tránh các hiện tượng hiệu ứng

c) Phương pháp bù tán sắc bằng Pre – Chirp ( dịch tần trước)

Nguyên lý của phương pháp này là thực hiện dịch phổ trong khoảng thời giancủa xung quang Nói cách khác pre- chirp là sự sắp đặt lại các bước sóng sao cho bướcsóng có ánh sáng dài hơn bước sóng tập chung ở sườn lên và ánh sáng có bước sóngngắn hơn bước sóng trung bình tập trung ở sườn xuống của xung tín hiệu phát Khi tínhiệu truyền trong sợi các bước sóng dài hơn sẽ bị dịch chuyển nhiều hơn Do vạy nếuchọn khoảng cách truyền hợp lý thì xung sẽ không dãn ở đầu thu tức là đã tránh đượcanhr hưởng của tán sắc

Phương pháp này có nhược điểm là chỉ bù được tán sắc trong một khoảng nhỏ.Hơn nữa để sử dụng phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật ở phía phát rất cao Pre- chirpthường được kết hợp trong đầu phát để bù một phần chirp do nguồn phát gây ra, do đó

nó phải kết hợp với một số phương pháp bù tán sắc khác thì mới bù được hoàn toàntán sắc gây ra trên các tuyến dài

2.2.4 Khuyếch đại quang

Như ta đã biết các bộ khuyếch đại quang sợi thường có phổ khuyếch đại khôngđồng đều dẫn đến các bước sóng khác nhau ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn của

hệ thống Mặt khác như ta đã biết hệ thống DWDM có số lượng kênh bước sóng trongdải phổ truyền dẫn là rất lớn Vì vậy yêu cầu cần có các bộ khuyếch đại có độ bằngphẳng rất cao để đảm bảo các kênh có hệ số khuyếch đại như nhau và nên sử dụng cácbộ khuyếch đại hai tầng.…

2.3 CÔNG NGHỆ IP – INTERNET PROTOCOL

IP - Internet Protocol là giao thức được thiết kế để kết nối các hệ thống chuyểnmạnh gói nhằm mục đích phục vụ trao đổi thông tin giữa các mạng Đơn vị truyền dẫnlà các datagram được truyền từ nguồn tới đích với nguồn và đích là các host được chỉthị bằng một địa chỉ có độ dài xác định IP còn cung cấp khả năng phân mảng và táihợp các gói tin nếu cần thiết Giao thức này thực hiện phân phát datagram theophương thức phi kết nối nghĩa là các datagram được truyền đi theo các hướng độc lậpvới nhau

Đầu tiên giao thức IP được sử dụng cho mạng Internet Đây là mạng truyền sốliệu lớn nhất và được coi là kho thông tin khổng lồ mà ai cũng có thể truy nhập trừ một

số trang web đặc biệt sử dụng cho mục đích riêng Ngày nay giao thức IP được ứngdụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thoại , mobile, video

Phần này sẽ tìm hiểu về giao thức IP và các ứng dụng Phiên bản đầu tiên củagiao thức IP là IPv4 ra đời từ năm 1978 và hiện nay vẫn sử dụng rộng rãi Phiên bảnsau này là IPv6 ra đời để thay thế IPv4 IPv6 có một không gian địa chỉ cực lớn và cókhả năng hỗ trợ QoS

2.3.1 Giao thức IPv4

2.3.1.1 Mô hình phân lớp địa chỉ

Trong giao thức IP việc nhận diện các máy được thực hiện thông qua các địachỉ của máy địa chỉ này nằm trong hệ thống đánh địa chỉ được dùng để quản lý cácmáy cũng như việc truy xuất từng máy

Có ba khái niệm địa chỉ :

- Địa chỉ logic (logical address) chính là IP address được sử dụng 32 bit đẻ đánhđịa chỉ của máy Địa chỉ này do tổ chức IAB quản lý và mỗi địa chỉ được cấp duy nhấtcho một máy

- Địa chỉ vật lý (physical address) : là địa chỉ phần cứng của một node nằmtrong mạng (ví dụ Ethernet là 48 bit) địa chỉ này chỉ là địa chỉ duy nhất trong mộtmạng LAN hay WAN

- Địa chỉ cổng (port address) gán nhãn cho các dịch vụ đồng thời

Hệ thống đánh địa chỉ dùng để định danh duy nhất cho tất cả các máy Mỗi máyđược gán một địa chỉ số nguyên 32 bit duy nhất và địa chỉ này cũng chỉ được dànhriêng cho máy đó Máy sử dụng địa chỉ này trong tất cả các mối liên lạc của nó 32 bitđịa chỉ này lại được phân thành các lớp sau:

Hình 2.3: Mô hình phân lớp địa chỉ IP

+ Lớp A cho phép định danh 27- 2 mạng và tối đa 224 - 2 host trên mỗi mạng lớp nàydùng cho các mạng có số trạm cực lớn

+ Lớp B cho phép định danh tới 16384 mạng với tối đa 65534 host trên mỗi mạng.+ Lớp C cho phép định danh tới 221 - 2 với tối đa 254 host trên mỗi mạng

+ Lớp D WDM dùng để gửi datagram tới một nhóm các host trên một mạng

+ Lớp E dự phòng để dùng trong tương lai

Mỗi địa chỉ IP là một cặp net ID và host ID với net ID xác định một mạng vàhost ID xác định một máy trên mạng đó Một địa chỉ IP có host ID = 0 dùng để hướngtới mạng định danh bởi vùng net ID Ngược lại một địa chỉ có vùng host ID gồm toàn

số 1 được dùng để hướng tới tất cả các host nối vào mạng được định danh net ID cũnggồm toàn số 1 thì nó hướng tới tất cả các host trên tất cả các mạng

Địa chỉ IP có độ dài 32 bit thường được chia làm 4 vùng (mỗi vùng một byte)và biểu diễn dưới dạng kí hiệu chấm thập phân Nhìn vào các giá trị thập phân ta cóthể biết được máy tính đó có lớp địa chỉ nào (A,B.C.D hayE) như bảng 2.1

Địa chỉ logic giúp đơn giản hoá việc quản lý và cấp phát địa chỉ nhưng các máychỉ có thể liên lạc với nhau khi biết địa chỉ phần cứng của nhau Vì vậy người ta sửdụng giao thức ARP để ánh xạ địa chỉ IP thành địa chỉ vật lý khi gửi các gói tin quamạng Đồng thời máy cũng phải xác định địa chỉ IP của mình ngay sau khi khởi độngnhờ giao thức RARP

Bảng 2.1: Miền giá trị của từng lớp địa chỉ

2.3.1.2 Các kiểu địa chỉ phân phát gói tin

Có ba loại địa chỉ để phân phát gói tin :

 Unicast : datagram đến một máy xác định vì thế nó có đầy đủ cả net ID và host

2.3.1.3 Mobile IP

Một nhược điểm của địa chỉ IP là nó còn mang thông tin mạng (phần net ID)nên địa chỉ tham chiếu đến các liên kết chứ không phải là các máy tính Vì thế khi máytính di chuyển từ mạng này sang mạng khác thì địa chỉ IP của nó cũng thay đổi theo

Để một máy tính xách tay có thể kết nối vào mạng Internet và có thể di chuyển

từ mạng này sang mạng khác mà không thay đỏi địa chỉ IP người ta đưa ra khái niệmmobile IP Trong đó một máy tính được cung cấp hai địa chỉ , địa chỉ đầu có thể coi làđịa chỉ cơ bản của máy có liên quan đến mạng gốc của máy là cố định và thường trực,địa chỉ thứ hai được xem như là địa chỉ phụ là tạm thời nó thay đổi khi máy tính di dờisang mang khác và chỉ hợp lệ khi máy tính đang nối vào một mạng nào đó Khi máytính di chuyển đến một mạng mới thì nó phải được lấy địa chỉ tạm thời và gửi địa chỉnày vào một đại lý đặt tại mạng gốc Khi đó hoạt động của máy tính trên mạng nhưsau: nó tạo các datagram gửi đến một máy thì địa chỉ đích là địa chỉ của máy cần gửivà địa chỉ nguồn là địa chỉ gốc của nó

Khi có máy khác cần gửi dữ liệu đến nó thì không thể gửi trực tiếp đén mà phảigửi qua bộ định tuyến có chức năng đại lý gốc kết nối vào mạng gốc Đại lý gốc sẽ

chuyển dữ liệu đến Mobile IP chỉ hiệu quả trong những tình huống mà một máy ít dichuyển và ở nguyên một vị trí mới nào đó trong một thời gian tương đối dài đặc biệt làđang truy nhập mạng và trao đổi dữ liệu (Khác với điện thoại di động là có thể dichuyển liên tục).

2.3.1.4 Địa chỉ mạng con (subnet)

Trong mô hình phân lớp địa chỉ IP ở trên mỗi mạng vật lý được gán địa chỉmạng duy nhất và mỗi máy tính trên mạng đó sẽ có tiền tố địa chỉ chính là địa chỉmạng đó

Ưu điểm chính của việc chia địa chỉ IP thành hai phần là làm cho kích thướccủa bảng định tuyến giảm Đó là nhờ thay vì lưư trữ tất cả các đường đến từng máymỗi đường một dòng bẩng định tuyến có thể lưư trữ một dòng cho mỗi mạng và chỉkiểm tra phần mạng của địa chỉ đích khi thực hiện các quyết định định tuyến Phần địachỉ host chỉ được kiểm tra khi đã xác định được datagram này có đích là mạng

Với sự phát triển của mạng Internet trên toàn cầu thì số lượng máy tính cũngtăng lên nhanh chóng nên kích thước bảng định tuyến rất lớn Ngoài ra mô hình địa chỉban đầu không dung nạp được tất cả các mạng hiện có trên Internet Đặc biệt là địa chỉlớp B yêu cầu đặt ra là phải mở rộng số địa chỉ lớp B Có nhiều cách khác nhau nhưproxy ARP sử dụng các bộ định tuyến trong suốt nhưng phổ biến và được sử dụngrộng rãi trên mạng Internet hơn cả là kỹ thuật đánh địa chỉ mạng con Lúc này thaycho địa chỉ IP chỉ gồm hai phần net ID và host ID thì phần host ID lại chia ra thànhsubnet ID và host ID Ví dụ địa chỉ lớp B có 16 bit host ID được chia thành 8 bitsubnet ID và 8 bit host ID

0 15 16 23 24 31

1 0 net ID subnet ID host ID

Hình 2.4: Địa chỉ mạng con của địa chỉ mạng con

Không có quy định nào về việc sử dụng bao nhiêu bit cho subnet ID vì thế phầnsubnet ID thường có độ dài biến đổi tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng của từng tổ chức

Vì vậy ngoài địa chỉ IP mọt host còn phải biết được có bao nhiêu bit sử dụng chosubnet ID và bao nhiêu cho host ID Để giải quyết vấn đề này người ta sử dụng mặt lạmạng con (subnet mask)

Subnet mask là một dãy giá trị 32 bit bao gồm các bit 1 chỉ phần net ID vasubnet ID, các bit 0 chỉ phần host ID Subnet mask thường được biểu diễn dưới dạng

cơ số 16 Ví dụ một máy có địa chỉ lớp B có subnet mask là 0xFFFFFFc0 = 1111 1111

1111 1111 1111 1111 1100 0000 thì nó có 16 bit net ID, 10bit subnet ID và 6 bit hostID

2.3.2 Cấu trúc tổng quan của một ID DATAGRAM trong Ipv4

Hình 2.6 là cấu trúc của một datargram trong phiên bản IPv4

Hình 2.5: Định dạng datagram của IPv4

Việc xử lý datagram xảy ra trong phần mềm nội dung và định dạng của nókhông bị rằng buộc bởi bất kì phần cứng nào Vì vậy nó đáp ứng được yêu cầu củamạng Internet là hoàn toàn độc lập với các chi tiết cấp thấp ý nghĩa của các trường nhưsau:

+ Vers (4 bit) : chứa các phiên bản giao thức IP đã dùng để tạo datagram nóđảm bảo cho máy gửi máy nhận và các boọ định tuyến cùng thống nhất với nhau vềđịnh dạng datagram Tất cả các phần mền IP được yêu cầu kiểm tra vùng phiên bảntrước khi sử lí một datagram để đảm bảo rằng nó phù hợp với định dạng và phần mềmđang sử dụng Nếu chuẩn thay đổi , máy tính sẽ từ chối những datagram có phiên bảnkhác để tránh tình trạng hiểu sai nội dung của datagram

Với IPv4 thì giá thị trường là 4(0100)

+ HL - Internet Header Length (4 bit) cung cấp thông tin về độ dài vùng tiêu đềcủa datagram được tính theo các từ 32 bit Ta nhận thấy răng tất cả các trường trongtiêu đề có độ dài cố định trừ hai trường Options và Padding tương ứng Phần tiêu đềthông thường nhất không có Options và Padding dài 20 octet và giá trị trường độ dàinày sẽ bằng 5

+ TOS - Type of Service (8bit) TOS xác định cách các datagram được sử lýnhờ các tham số yêu cầu về chất lượng dịch vụ Khi một datagram được truyền quamột mạng cụ thể nó sẽ được gán các giá trị cho các tham số này Nó gồm các vùng sau:

Vers HL TOS Total Length

Identification Flags Fragment offset Time to Live Protocol Header Checksum

Source AddressDestination Address

Data

D - delay (1 bit): D = 0 độ trễ thông thường.

D = 1 độ trễ thấp

T - Throughput (1bit) T = 0 lưu lượng thông thường

T = 1 lưu lượng cao

R - Reliability (1bit) R = 0 độ tin cậy thông thường

R = 1 độ tin cậy cao

Hai bit cuối cùng dùng để dự trữ chưa sử dụng

Các phần mềm TCP/IP hiện nay thường không cung cấp tính năng TOS mà tínhnăng này được tạo bởi các hệ thống mới như 4.3BSD Các giao thức định tuyến mớinhư OSPF và IS - IS sẽ đưa ra các quyết định định tuyến dựa trên cơ sở trường này

+ Total Length (16bit) cho ta độ dài của IP datagram tính theo octet bao gồm

cả phần tiêu đề và phần dữ liệu Kích thước của phần dữ liệu được tính bằng cách lấyTotal Length trừ đi HL Trường này có 16 bit nên cho phép độ dài của datagram cóthể lên đến 65535 octet Tuy nhiên các tầng liên kết sẽ phân mảnh chúng vì hầu hếtcác host chỉ có thể làm việc với các datagram có độ dài tối đa là 576 byte Ngày nay cómột số ứng dụng (đặc biệt là có ứng dụng có NFS) có thể cho phép IP datagram 8192byte

+ Identification (16bit) chứa một số nguyên duy nhất xác định datagram domáy gửi gán cho datagram đó Giá trị này hỗ trợ cho việc ghép nối các fragment củamột datagram nó sẽ sao chép hầu hết các tiêu đề của datagram Khi một bộ định tuyếnphân đoạn một datagram nó sẽ sao chép hầu hết các vùng tiêu đề của datagram vàomõi fragment trong đó có cả Identification Nhờ đó máy đích sẽ biết được fragmentđến thuộc datagram nào Để thực hiện gán giá trị Identification một kỹ thuật được sửdụng trong phần mềm IP là lưu trữ một bộ đếm trong bộ nhớ tăng nó lên moĩ khi cómột datagram mới được tạo ra và gán kết quả cho vùng Identification của datagram

đó

+ Flags (3bit): tạo các cờ điều khiển khác nhau.

Bit 0: dự trữ, được gán giá trị 0

Bit 1: DF DF = 0: có thể phân mảnh

+ MF gọi là bit vẫn còn fragment để hiểu vì sao chúng ta cần tới bit này xétphần mêm IP tại đích cuối cùng đang cố gắng kết hợp lại một datagram Nó sẽ nhậncác fragment (có thể không theo thứ tự) và cần biết khi nào nhận tất cả fragment củamột datagram Khi một fragment đến trường Total Length trong tiêu đề là để chỉ độdài của fragment chứ không phải độ dài của datagram ban đầu nên máy đích không thểdùng trường Total Length để nó biêt đã nhậm đủ các fragment hay chưa Bit MF sẽgiải quyết vấn đề này: Khimáy đích đã nhận được fragment với MF = 0 nó biết rằngfragment này chuyển tải dữ liệu thuộc phần cuối cùng của datagram ban đầu từ cáctrường Framebt Offset và Total Length nó có thể tính độ dài của datagram ban đầu.Bằng cách kiểm tra Fragment Offset và Total Length của tất cả các fragment đến máy

sẽ nhận biết được các fragment đã nhận đủ để kết hợp thành datagram ban đầu chưa

+ Fragment Offset (13bit) trường này chỉ vị trí fragment trong datagram nó tính theo đơn vị 8 octet một (64 bit) như vậy độ dài của các Fragment là bội số của 8octet trừ đi Fragment cuối cùng Fragment đầu tiên có trường này bằng 0

+ Time to Live (8 bit) trường này xác định thời gian tối đa mà datagram đượctồn tại trong mạng tính theo đơn vị thời gian là giây Tại bất cứ một router nào nó đềugiảm một đơn vị khi sử lý tiêu đề datagram và cả thời gian mà datagram phải lưu lạitrong router Ngoài ra tính cả thời gian datagram truyền trên mạng Khi giá trị này bằngkhông thì datagram sẽ bị huỷ Vì vậy giá trị này phải đảm bảo đủ lớn để datagram có

Để thực hiện điều này trước khi truyền các datagram tờ nguồn tới đích sẽ cómột bản tin ICMP được phát đi để xác định được thời gian tối thiểu Và trong khitruyền các datagram nếu thiếu thời gian thì cũng sẽ có một bản tin ICMP quay lạinguồn để thông báo thêm thời gian cho các datagram truyền sau đó Đây là một trườngquan trọng vì nó sẽ đảm bảo cho các IP datagram không bị quẩn trong mạng Côngnghệ hiện nay gán giá trị cho trường thời gian sống là số router lớn nhất mà cácdatagram phải truyền qua khi đi từ nguồn tới đích Mối khi datagram đi qua một routerthì giá trị của trường này sẽ giảm đi 1và khi giá trị trường này băng 0 thì datagram bịhuỷ

+ Protocol (8bit) giá trị này thường xác định giao thức cấp cao nào (TCP, UDP,ICMP) được sử dụng để tạo thông điệp được truyền tải trong phần data củaIPdatagram về thực chất giá trị của đường này đặc tả định dạng của trường data

+ Header checksum (16 bit) trường này chỉ dùng để kiểm soát lỗi cho tiêu đề

IP datagram Trong quá trình truyền các router sẽ sử lý tiêu đề nên có một số trường

bị thay đổi (như Time to Live ) vì thế nó sẽ được kiểm tra và tính toán lại tại mỗi điểmnày

Thuật tính toán như sau : đầu tiên giá trị của trường này được gán bằng 0 Sau

đó tiêu đề IP datagram sẽ được chia thành từng từ 6bit và được cộng modul 2 với nhautheo từng vị trí bit kết quả được gán cho checksum.Đàu thu (kể cả các route và đích)

sẽ tiến hành cộng tất cả 16 bit của tiêu đè IP datagram (cả trường checksum) nhậnđược Nếu bằng 0 thì kết quả truyền là tốt nếu khác 0 thì kết quả truyền sai lỗi

+ Source Address (32 bit) xác định địa chỉ IP nguồn của IP datagram nó khôngthay đổi trong suốt quá trình datagram được truyền

+ Destination Address (32 bit) xác định địa chỉ IP đích của datagram nó khôngthay đỏi trong suốt quá trình datagram được truyền

+ Options (độ dài thay đổi )trường này chứa các thông tin được lựa chọn chodatagram nó có thể có hoặc không có chứa một lựa chọn hoặc nhiều lựa chọn Các lựachọn có gồm:

- Chọn lựa bảo an và kiểm soát thẩm quyền,

- Chọn lựa bản ghi định tuyến (record route),

- Chọn lựa ghi nhận thời gian (timestamp),

- Chọn lựa nguồn định tuyến (source route) hỗ trợ hai dạng loose source routervà strict source route

+ Padding (độ dài thay đổi) trường này sử dụng để đảm bảo cho tiêu đề của IPdatagram luôn là bội của 32 bit (bù cho trường option có độ dài thay đổi) nhờ đó đơngiản cho cấu trúc phần cứng trong xử lý tiêu đề IP datagram

+ Data (độ dài thay đổi) mang dữ liệu của lớp trên có độ dài tối đa 65.535 Byte.Tiêu đề với các trường có độ dài cố định có thể tăng tốc độ xử lý bằng cáchcứng hoá quá trình xử lý thay cho xử lý bằng phần mềm Tuy nhiên việc xử dụng phần

cứng sẽ làm tăng chi phí thiết bị cũng như không mềm dẻo bằng phần mềm khi cónhững điều kiện bị thay đổi.

2.3.3 Phân đoạn và tái hợp

2.3.3.1 Phân đoạn

Các IP datagram có độ dài tối đa là 65535 byte nhưng thực tế frame của các liênkết truyền dẫn có các kích thước vùng truyền dẫn bị giới hạn giá trị giới hạn này gọi làđơn vị truyền dẫn lớn nhất MTU của liên kết

Mặt khác các datagram lại phải qua nhiều liên kết khác nhau trước khi đến đíchnên MTU cũng thay đổi theo từng liên kết MTU có giá trị nhỏ nhất trong các MTUcủa các liên kết tạo nên đường truyền dẫn được gọi là path MTU (MTU của đườngtruyền các datagram có thể định tuyến theo các con đường khác nhau nên path MTUgiữa hai host không phaỉ là một hằng số nó sẽ phụ thuộc vào tuyến lựa chọn địnhtuyến tại thời gian đang sử dụng Path MTU hướng thuận khác với path MTU hướngngược

Để các datagram có thể đóng gói vào các frame của tầng liên kết thì IP phải cókhả năng phân đoạn datagram của mình thành các fragment có kích thước phù hợpViệc phân đoạn có thể ở ngay nguồn hay các bộ định tuyến mà tại đó các datagram cókích thước lớn hơn kích thước vùng dữ liệu của frame Các frament đầu sẽ có kíchthước tối đa sao cho vừa với vùng dữ liệu của frame riêng frament cuôí cùng sẽ làphần dữ liệu còn lại (nhỏ hơn hoặc bằng vùng dữ liệu cuẩ frame) Quá trình phân đoạnđược thực hiện nhờ các trường flag , Frament offset và làm thay đổi các trường TotalLength, header checksum

2.3.3.2 Tái hợp

Các Fragmen được truyền như những datagram độc lập cho đến máy đích mớiđược tái hợp lại Thực hiện tái hợp sẽ nhờ vào trường flag để biết được fragment phụthuộc vào datagram Như vậy các fragment có giá trị bốn trường Identification , sourceaddress, destination address và protocol giống nhau sẽ thuộc vào cùng một datagraamđể truyền lên lớp cao

Chỉ khi phía thu nhận đủ Fragment thì mới thực hiện quá trình tái hợp vì vậycần có các bộ đệm một bảng theo bit chỉ các khối Fragment đã nhận được vào bộ đệm

dữ liệu vào vị trí của nó phụ thuộc vào Frament offset : bit trong bảng tương ứng vớiFragment nhận được sẽ độc lập Nếu nhận được Fragment đầu tiên có Fragment offsetbằng 0 tiêu đề của nó được đặt vào bộ đệm tiêu đề Nếu nhận được Fragment cuốicùng (có MF của trường bằng 0) thì độ dài tổng sẽ được tính Khi đã nhận đủ cácFragment (biết được bằng cách kiểm tra các bit trong bảng khối Fragment) thì sau đócác datagram được gửi lên tầng trên Mặt khác bộ đếm thời gian tái hợp nhận giá trịlớn nhất là giá trị của bộ đếm thời gian tái hợp hiện thời hoặc giá trị trường Time toLive trong Fragment

Chú ý : trong quá trình tái hợp nếu bộ đếm thời gian tái hợp đã hết thì các tàinguyên phục vụ cho quá trình tái hợp (các bộ đếm, một bảng theo bit chỉ thị các khối

không sử lý gì datagram Khi tái hợp giá trị khởi đầu của bộ đếm thời gian tái hợpthường thấp hơn giới hạn thời gian thưcj hiện tái hợp Đó là vì thời gian thực hiện táihợp sẽ tăng lên nếu Time to Live trong Fragment nhận được giá trị lớn hơn giá trị hiệnthời của bộ đếm thờì gian tái hợp nhưng nó lại không giảm nếu nhỏ hơn.

Đối với các datagram có kích thước nhỏ trong quá trình truyền không phải phânmảnh (có trường Fragment offset và vùng MF của trường cờ bằng 0) thì phía thukhông cần thực hiện tái hợp mà datagram được gửi luôn lên tầng trên

Việc tái hợp các Fragment ở đích cuối cùng có hạn chế sau: sau khi phân đoạncác Fragment có thể đi qua mạng MTU lớn hơn do đó không tận dụng được hiệu quảtruyền dẫn Ngoài ra như ta đã biết các Fragment chỉ được tái hợp lại khi đã nhận đủ.Với số lượng Fragment lớn thì xác suất mất Fragment cao hơn khi đó kéo theo xácsuất mất datagram cũng cao nên vì chỉ cần một Fragment không về đến đích trước khibộ đếm thời gian bằng 0 thì toàn bộ datagram sẽ mất

Nhưng việc kết hợp các gói tin tại đích sẽ giúp cho chức năng các router đơngiản hơn xử lý nhanh hơn và tránh được tình trạng tái hợp rồi phân mảnh vì thế cơ cấunày vẫn được sử dụng trong IP

2.3.4 Định tuyến

Định tuyến là một trong các chức năng quan trọng của giao thức IP Datagram

sẽ được định tuyến bởi host tạo ra nó và có thể còn một số host khác (có chức năngnhư router ) phần dưới đây sẽ tìm hiểu về định tuyến trong IP

2.3.4.1 Cấu trúc bảng định tuyến

Thành phần cơ bản được sử dụng trong quá trình định tuyến đó là bảng địnhtuyến Trước hết chúng ta sẽ xem xét cấu trúc của bảng định tuyến ở phần này Cấutrúc bảng định tuyến như ở hình 2.9

Mask Destination add Next hop add Flag Referene - cout Use Interface

Hình 2.8: Cấu trúc bảng định tuyến

Giải thích các thành phần :

+ Mask: subnet mask được dùng cho địa chỉ của máy đích

+ Destination add : địa chỉ IP của router tiếp theo trên đường truyền

+ Flag: là các cờ dùng để báo hiệu Có 5 loại cờ khác nhau:

- U: khi được lập có nghĩa là các router tiếp theo(next hop router) đang cònchạy

- G: khi lập có nghĩa là tuyến của datagram phải đi qua một router (undirectdelivery) khi tắt có nghĩa là datagram được truyền trực tiếp đến máy đích (direct