Tổ chức mạng man và sự khác biệt với mạng pstn

mục lục Nội dung Trang Mở đầu PhầnI : Tổ chức mạng MAN khác biệt với mạng PSTN I Tỉng quan vỊ m¹ng tho¹i –PSTN II Tỉ chøc mạng MAN III Sự khác mạng MAN mạng PSTN Phần II: Hòa mạng MAN PSTN Phần III: Quá trình chuyển đổi phát triển lên mạng MAN loại bỏ mạng PSTN Phần IV: Kết nối mạng MAN vào mạng đờng trục NGN Phần V: Các dịch vụ mạng MAN I Dịch vụ Ethernet kênh thuê riêng-EWS II Dịch vụ Ethernet Frame Relay ERS III Dịch vụ Ethernet cung cấp kết nối mạng riêng ảo-VPN Phần VI: Bảo mật mạng MAN Phần I: Tổ chức mạng MAN khác biệt với mạng PSTN I.Tỉng quan vỊ m¹ng tho¹i - PSTN Xem xÐt lại dich vụ thoại thông thờng PSTN trớc vào tìm hiểu mạng MAN quan trọng Bởi thấy đợc khác biệt hai mạng I.1 Các thành phần PSTN: Các thành phần mạng điện thoại cố định bao gồm: thiết bị đầu cuối, vòng truy nhập, hệ thống tổng đài truyền dẫn vv I.1.1 Máy điện thoại cố định: (Telephone set) thiết bị đầu cuối mạng PSTN, đợc sử dụng để tiến hành gọi( telephone call) Nó thực chức sau: o Yêu cầu sử dụng hệ thống thoại ngời gọi nhấc máy o Báo cho ngời gọi hệ thống sẵn sàng phục vụ âm gọi âm mời quay số (dial tone) o Gửi tới hệ thống số điện thoại thuê bao bị gọi ngời gọi bấm phím quay số o Báo cho ngời gọi trạng thái thời máy bị gọi qua số âm báo (nh âm báo rung chuông, âm báo bận ) o Báo cho thuê bao bị gọi có gọi tới âm chuông âm nghe đợc khác o Chuyển tín hiệu tiếng nói thành tín hiệu điện để truyền dẫn tới đầu cuối xa ngợc lại chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu tiếng nói o B¸o cho hƯ thèng biÕt cc gäi kÕt thóc có bên đặt máy I.1.2 Vòng truy nhập nội hạt ( local loop) trung kế ( trunk ) Cơ sở hạ tầng mạng điện thoại bắt đầu với đôi dây đồng đơn giản nối từ máy thuê bao tới tổng đài nội hạt, gọi vòng truy nhập nội hạt, truyền tín hiệu thoại tơng tự Các đờng thông tin tổng đài gọi trung kế, thờng có độ sử dụng cao dung lợng lớn (ít E1/T1) I.1.3 Hệ thống chuyển mạch truyền dẫn Mạng lới điện thoại công cộng (PSTN) đợc hình thành nhờ hệ thống chuyển mạch truyền dẫn Các tổng đài đợc phân thành cấp, cấp thấp tổng đài nội hạt Tổng đài cấp đợc liên kết với thông qua hệ thống truyền dẫn Tuỳ vào hình thái địa lí, mật độ tập trung thuê bao mà việc bố trí mạng phân cấp khu vực, khu vực, quốc gia nhà cung cấp dịch vụ khác Nhng thông thờng việc nối mạng đợc thực theo mức minh hoạ hình sau: Trung tâm vùng Trung tâm khu vực Trung tâm liên tỉnh Trung tâm nội hạt Tín hiệu số có u điểm hẳn tín hiệu tơng tự nh: o Tính chống nhiễu tốt có khả phục hồi lại nguyên vẹn sau qua quÃng đờng truyền Hình1.1-Phân cấp mạng lới o Đợc xử lí phần cững phần mềm ghép kênh chuyển mạch Chuyển mạch thực dựa nguyên lí hoán đổi khe thời gian điều khiển theo chơng trình nạp sẵn Hai cách ghép kênh phân biệt cách thức đồng ghép cận đồng (với hệ thống PDH) ghép đồng (với hệ thống SDH) Máy điện thoại Hệ thống chuyển mạch phân theo thời gian Mạch giao tiếp thuê bao Tín hiệu số đợc ghép kênh tín hiệutín số hiệu tơng tự Mạng truyền dẫn số Hình 1.2-Mô tả sơ lợc mạng điện thoại chuyển mạch kênh I.2 Báo hiệu mạng PSTN Mạng điện thoại với thành phần nh hoạt động đợc thiếu hệ thống báo hiệu Trong thông tin điện thoại, báo hiệu nghĩa chuyển hớng dẫn thông tin từ điểm tới điểm khác thích hợp để thiết lập giám sát gọi Báo hiệu đợc chia làm hai loại: o Báo hiệu mạch vòng thuê bao, báo hiệu máy điện thoại với tổng đài nội hạt o Báo hiệu tổng đài I.2.1 Báo hiệu mạch vòng thuê bao Để bắt đầu gọi, thuê bao điện thoại nhấc máy Thao tác đợc thực tạo tín hiệu tới tổng đài, cho tổng đài biết thuê bao muèn thiÕt lËp cuéc gäi Ngay tæng đài thu đợc tín hiệu thuê bao, gửi cho thuê bao tín hiệu mời quay số sau thuê bao bắt đầu quay số mong muốn Khi quay số xong, thuê bao thu đợc từ tổng đài tín hiệu trạng thái gọi, tín hiệu hồi âm chuông, tín hiệu gọi đà đợc nối, tín hiệu báo bận số tín hiệu đặc biệt khác Một ví dụ tín hiệu mạch vòng thuê bao đợc minh hoạ hình sau, A thuê bao gọi, B thuê bao bị gọi Tổng đài Thuê bao A A nhấc máy Tín hiệu mời quay số Thuê bao B Số đợc quay Tín hiệu hồi âm chuông Tín hiệu chuông B nhấc máy Đàm thoại Đặt máy Đặt máy Hình1.3-Báo hiệu mạch vòng thuê bao Số máy thuê bao bị gọi đợc gửi dới dạng xung dạng tone Nếu dạng tone, mà đợc dùng DTMF I.2.2 Báo hiệu tổng đài: Tín hiệu tổng đài bao gồm hai phần báo hiệu trạng thái (mang thông tin trạng thái đờng dây) báo hiệu ghi (mang thông tin địa điều khiển) Nội dung thông tin gần giống với tín hiệu mạch vòng thuê bao đợc quy định bảng mà báo hiệu Hình sau mét vÝ dơ vỊ c¸c tÝn hiƯu cđa b¸o hiƯu tổng đài Tổng đài Thuê bao A Tổng đài Chiếm Thừa nhận chiếm Thuê bao B B trả lời Đàm thoại Tín hiệu báo hiệu tổng đài lại đợc chia thành tín hiệu Báo Hiệu Liền Kênh, tín hiệu báo hiệu kênh thoại (trong băng) kênh liên kết với kênh thoại Tín hiệu Báo Hiệu Kênh Chung, tín hiệu báo ợc thoại đợc dùng chung cho số hiệu kênh tách biệt vớiXoá cácngkênh lớn kênh thoại Việt nam, hai phơng pháp báo hiệu đợc sử dụng báo hiệu liền kênh R2 báoXoá hiệuthuận kênh chung SS7 a Phơng pháp báo hiệu R2: hiệu hoá tổngnăm đài 1968 Nó đợc phân loại Phơng pháp nàyHình1.4-Báo đà đợc ITU-T tiêu chuẩn thành báo hiệu giám sát báo hiệu chon lọc nh sau: o Báo hiệu giám sát tín hiệu giám sát đợc chuyển tới hệ thống chuyển mạch tuỳ theo kiện xảy hai đầu trung kế, ví dụ nh: rỗi, chiếm, chấp nhận chiếm, trả lời, xoá về, xoá Với trung kế số E1 tín hiệu đợc biểu diễn thay đổi trạng thái bit a,b khe thêi gian TS16 cđa c¸c khung 115 chu kì đa khung o Báo hiệu lựa chọn hay báo hiệu liên ghi có 15 tín hiệu hớng 15 tín hiệu hớng đợc tạo thành cách sử dụng kết hợp tần số tần số băng để truyền nhận loại thông tin khác nh số thuê bao gọi bị gọi, loại thuê bao, v.v Tín hiệu hớng có nghĩa khác tuỳ vào nhóm đợc sử dụng Tín hiệu hớng phân hai nhóm: I-1, I-2, , I-15 II-1, II-2, , II-15 TÝn hiƯu híng vỊ ph©n hai nhãm: A-1, A-2, , A-15 vµ B-1, B-2, , B-15 ViƯc chuyển nghĩa chuyển nhóm đợc thực tín hiệu A-3 A-5 b Báo hiệu số (SS7): SS7 hệ thống báo hiệu kênh chung đợc phát triển để đáp ứng yêu cầu báo hiệu tiên tiến mạng thoại số hoá hoàn toàn SS7 không hỗ trợ báo hiệu mạng PSTN việc thiết lập gọi, xử lí trao đổi thông tin mà chọn đờng, khai thác, tính cớc đặc biệt hỗ trợ dịch vụ IN (Intelligent Network) Vì báo hiệu số phần kiến thức lớn, nên dới xin trình bày sơ lợc Mạng SS7 đợc sử dụng để chuyển tin nhằm thiết lập, quản lí giải phóng gọi nh trì mạng báo hiệu Là mạng báo hiệu kênh chung nên toàn thông tin báo hiệu đợc mang mặt phẳng báo hiệu chung mặt logic tách khỏi mặt phẳng kênh thoại Mạng SS7 bao gồm loại phần tử báo hiệu: o Điểm chuyển mạch dịch vụ (SSP): chuyển mạch nội hạt hay tandem kết nối kênh thoại thực chức chuyển mạch cần thiết để bắt đầu hay kết thúc gọi o Điểm chuyển giao báo hiệu (STP): chọn đờng chuyển tin báo hiệu mạng o Điểm điểu khiển dịch vụ (SCP): cung cấp truy nhập tới sở liệu, phần tử để cung cấp ứng dụng IN mạng STP STP SCP SCP STP STP SSP SSP H×nh1.5-KiÕn trúc mạng SS7 Các tuyến báo hiệu kết nối điểm báo hiệu với nhau, tuyến song công đồng thời truyền nhận tin Tuyến báo hiƯu thêng lµ 56 hay 64 kb/s, cã thĨ lµ đờng riêng kênh đờng E1 Tuỳ vào chức điểm cuối mà tuyến đợc gọi theo tên khác Chồng giao thức SS7 so sánh với mô hình tham chiếu OSI đợc mô hình hình sau: Mô hình OSI Líp SS7 TCAP ISUP TUP Líp Líp Líp SCCP Líp MTP L3 Líp MTP L2 Líp MTP L1 H×nh1.6-Chång giao thøc SS7 so sánh với mô hình OSI o Phần chuyển giao tin (MTP) L1, L2, L3 cung cÊp c¸c giao thøc truyền tải cho tất giao thức SS7 khác Chức MTP bao gồm đặc tả giao diện mạng, chế chuyển thông tin tin cậy, chọn đờng xử lí tin o Phần điều khiển kết nối báo hiệu (SCCP) định địa chọn đờng từ đầu cuối tới đầu cuối cho giao thức nh TCAP o Phần ngời sử dụng thoại (TUP) dùng để kết nối gọi thoại hay fax o Phần ngời sử dụng ISDN (ISUP) thiết lập trì kết nối cho thoại liệu o Phần ứng dụng khả giao dịch (TCUP) cung cấp truy nhập tới sở liệu xa để lấy thông tin định tuyến sử dụng tính thực thể mạng xa Trong tầng MTP (L1) định nghĩa đặc tính vật lí, điện chức đờng liên kết số liệu báo hiệu phơng tiện truy nhập Tuyến báo hiệu đợc truy nhập chức chuyển mạch có khả tự động cấu hình lại tuyến báo hiệu Tầng MTP (L2) thực chức liên kết báo hiệu, tạo liên kết điểm tới điểm tin cậy phần tử báo hiệu mạng, có chế sau: phát sửa lỗi, truyền lại gói, thị trạng thái kênh liên kết Tầng sử dụng gói gọi đơn vị báo hiệu, gồm ba loại: FISU, LSSU, MSU thực chức nh phát lỗi, giám sát độ sẵn sàng kênh, thị trạng thái kênh chuyên trở tin báo hiệu Tầng MTP (L3) với chức mạng báo hiệu, đa định nghĩa chức thủ tục truyền chung độc lập với tuyến báo hiệu riêng rẽ Có hai loại chức tầng : xử lí tin báo hiệu quản lí mạng báo hiệu IP/MPLS National backbone II Tổ chøc m¹ng MAN GE Optical GE Optical C-PE Colocation - The equipment will be installed in the same building with users, enterprise Mạng đô thị (MAN): mạng đợc cài đặt phạm vi đô thị trung tâm kinh tế xà hội, có bán kính khoảng 100km trë l¹i UNI GE Optical Cisco 7609 GSR12410 Cisco 7609 GSR12410 Hệ thống điều khiển NMS mạng MAN có khả quản lý vận hành STM-64 hệ thống quản lý khai thác dịch vụ End- to- End MPLS/RPR/ Cat3700 UNI GE Optical Cat3700 UNI GE Ring GE Ring Cat4500 GE Optical Cisco 7609 darkfiber GSR12410 GSR12410 Cisco 7609 Líp Core cã cÊu tróc vßng ring sư dơng c«ng nghƯ DPT/RPR UNI GE Optical Cisco 7609 Aggregation POP Colocation - The equipment will be installed in the same room with Remote Access for the TDM exchange & access to Optical Ring Level GSR12410 GSR12410 Cisco 7609 MAIN POP: Colocation - The equipment will be installed in the same room with Main TDM exchanges & access to Optical Ring Level Technology: MPLS VPN, VPLS Other equipment would be installed in main POP including BRAS, Media Gateway, Data Center, NMS, Softswitch, etc FUTURE EXPANSION: Multiple Ring RPR FUTURE EXPANSION: Option - deploy NG-SDH with RPR Option - deploy RPR at Catalyst C¸c Router 7609 kÕt nèi víi thành vòng ring Router 7609 họ sản phẩm mạnh cđa Cisco, cung cÊp hiƯu st sư dơng cao, hiƯu vận hành khả cung cấp nhiều dịch vụ với chi phí vận hành thấp Mạng MAN sử dụng công nghệ DPT/RPR đợc tối u hóa cho dịch vụ tảng IP, thay phức tạp SONET/SDH nhờ sử dụng Ethernet đồng thời giữ lại u điểm SONET/SDH Công nghệ DPT/RPR sử dụng đồng thời hai vòng ring, truyền tải liệu vòng ring thứ hai theo chiều ngợc lại cách đồng thời Nhờ sử dụng STM16 thông lợng tăng gấp đôi, tơng đơng GBps Thời gian phục hồi có cố vòng ring nhỏ 50ms nhỏ Lớp Access sử dụng thiết bị LAN Switch Catalyst 3750 để cung cấp cổng nối LAN cho khách hàng Các LAN Switch đợc tổ chức kết nối thoe hình ring Các LAN Switch đợc kết nối lên mạng trục qua giao tiếp Ethernet 1.Yêu cầu mạngMAN Theo số liệu phân tích, thời gian đầu thập kỷ này, ngời ta mong muốn số liệu chiếm đến 80% tất lu lợng viễn thông, chủ yếu dựa chuẩn IP Mặc dù thiết bị SONET/SDH sử dụng công nghệ kết nối mạng quang, nhng chúng đợc thiết kế cho lu lợng thoại không phù hợp với nhu cầu số liệu Các vòng ring sợi quang thành phố trở nên không đủ lu lợng số liệu tăng Các nhà cung cấp quan tâm nhanh chóng xây dựng mạng MAN riêng Để hỗ trợ dịch vụ thoại dịch vụ số liệu dựa IP, họ phải quan tâm đến nhiều vấn ®Ị nh ®é tin cËy, sù c©n b»ng, tÝnh mỊm dẻo hiệu mạng: + Mạng phải có độ tin cậy cao, có dự phòng phần cứng hỗ trợ Topo ring, có khả bảo vệ phục hồi sợi quang + Mạng phải có cân hay khả cấp phát băng thông theo cách thức phù hợp với hiệp định mức dịch vụ (SLA) đà qui định + Kiến trúc mạng phải mềm dẻo, mở rộng đến nhiều điểm cuối hỗ trợ nhiều ứng dụng khác Các ứng dụng tự cấp phát băng thông có phạm vi từ vài chục Kbps đến hàng Gbps Tính mềm dẻo yêu cầu quan trọng mạng khu vực Thành phốvì phải có khả thích ứng với số lợng ngời sử dụng ứng dụng ngày tăng + Mạng phải có khả hỗ trợ dịch vụ với hoạt động định tr ớc đoán trớc đợc, bao gồm ứng dựng thoại trễ tối thiểu Đảm bảo hoạt động theo kiểu lu lợng cho phép dịch vụ tích hợp mạng truy nhập chung + Mạng phải có đợc tối u hóa cho topo ring MAN cho kiểu lu lợng mà mang - số liệu Mạng truy nhập kiểu gói kết hợp với bảo vệ dịch vụ nhng phải đạt đợc hiệu Hệ thống phải có hiệu chi phí để hoạt động + Mạng phải hỗ trợ dịch vụ thoại tồn Loại dịch vụ mang lại lợi nhuận chủ yếu yêu cầu độ khả dụng độ tin cậy tạo lợi nhuận đáng kể mà nhà cung cấp xây dựng mô hình dịch vụ Lựa chọn công nghệ cho đờng trục a Lựa chọn giao thức: Có ba loại công nghệ hỗ trợ cho việc xây dựng mạng đờng trục truyền thông đa phơng tiện ATM, Frame Relay IP + ATM đợc thiết kế để truyền liệu nhạy cảm với thời gian nh thoại video vµ lµ mét giao thøc híng kÕt nèi ( Connection- oriented ) Sử tế bào ( cell ) với độ dài cố định ( chuyển mạch khung chuyển mạch gói, thông số thay đổi ), ATM đợc tối u cho ứng dụng tốc độ cao với yêu cầu định độ trễ ATM thờng đợc triển khai mạng trục xợng sống tốc độ cao, đợc sử dụng cho kết nối truy xuất biên + Frame Relay công nghệ hớng đến dịch vụ WAN băng hẹp với chi phí thấp Frame Relay cung cấp dịch vụ kênh ảo cố định (Permanent Virtual Circuit ) hay kênh ảo thay đổi ( Switched Virtual Circuit) nhng thiÕu rÊt nhiỊu tÝnh th«ng minh việc đánh địa định tuyến Frame Relay đợc dùng chủ yếu cho kết nối điểm - điểm + IP giao thức dạng không kết nối, sử dụng giao thức tầng UDP ( User Datagram Protocol ) vµ TCP ( Transmission Control Protocol để thiết lập phiên làm việc mạng RTP ( Real Time Protocol ) lµ mét giao thøc IP dùng để triển khai ứng dụng thời gian thực nh thoại video IP có tính mạnh chức báo hiệu , đánh địa dạng vào ứng dụng trở nên giao thức mạng đợc sử dụng rộng r·i nhÊt hiƯn IP lµ mét giao thøc líp nên tận dụng đợc lợi Ých cđa giao thøc líp nh ATM, Frame Relay IP chạy dễ dàng ứng dụng hình dựa Web, IP-PABX, IP phone, Các ứng dụng sở IP ngày đợc ¸p dơng réng r·i ViƯc lùa chän IP lµm giao thức sở cho loại ứng dụng gần nh tất yếu tính khả thi tính hiệu Việc đầu t cho mạng đờng trục dựa sở giao thức IP giúp tiết kiệm đợc chi phí đầu t vốn ( CapEx ) thiết bị IP có giá thành rẻ thiết bị ATM chi phí vận hành ( OpEx ) cịng víi lý lµ vËn hµnh mạng IP đơn giản nhiều vận hành mạng ATM Với lý nêu trên, mạng đờng trục đợc xây dựng mạng đa dịch vụ dựa sở giao thức IP b Lựa chọn phơng tiện truyền thông - - Cáp đồng: phơng tiện truyền thông đợc sử dụng nhiều viễn thông Trớc có đời cáp quang cáp đồng phơng tiện truyền thông phổ biến Tuy nhiên băng thông cáp đồng có giới hạn, tốc độ truyền liệu không cao Ngày nay, công nghệ đời cho phép tận dụng tối đa băng thông có cáp đồng, ví dụ nh công nghệ xDSL (Digital Subscriber Line) cã thĨ cho phÐp trun sè liƯu đôi dây cáp đồng với tốc độ lên tới hàng chục Mbps cự ly ngắn (ví dụ VDSL hoạt động tần số 30 Mhz có tốc độ đờng xuống 52 Mbps tốc độ đờng lên 16 Mbps nhng cự ly cho phép vài trăm mét) - Cáp quang: đời cáp quang công nghệ truyền dẫn cáp quang thực bớc đột phá viễn thông Với băng thông gần nh vô hạn, cáp quang truyền dẫn đợc nhiều loại số liệu tốc độ cao (lên tới tốc độ Gbps) Hiện cáp quang đợc sử dụng tộng rÃi khắp giới mạng đờng trục quốc gia quốc tế, nh đến ngời sử dụng công sở hay hộ gia đình - Khuyến nghị sử dụng cáp quang để xây dựng mạng đ ờng trục đờng nơi tập trung lu lợng thông tin mạng c Lựa chọn công nghệ - Do quy mô mạng khu vực Thành phố nên mạng đờng trục đợc xây dựng với phơng tiện truyền thông vật lý cáp sợi quang cáp quang sử dụng trực tiếp với thiết bị mạng dễ dàng mở rộng băng thông tơng lai với tốc độ lên tới hàng trăm Gbps - Trong số topo mạng đợc sử dụng nay, topo ting có nhiều u điểm mặt kỹ thuật nh mềm dẻo việc triển khai mở rộng mạngm, có khả tự khắc phục cố, tính tự bảo vệ cao, v.v Các công nghệ đợc ứng dụng phổ biến mạng khu vực Thành phố là: Chuyển tải gói qua mạng SONET/SDH (Packet Over SONET/SDH- POS), Ethernet tèc ®é cao (Gigabit EthernetGE) công nghệ Ring gói phục hồi nhanh (Resilient Packet Ring RPR) Sau tìm hiểu ba loại công nghệ công nghệ gigabit ethernet Giới thiệu Ngày nay, Ethernet đợc đồng nghĩa với chuẩn IEEE 802.3 CSMA/CD LAN Tại thời điểm bắt đầu, xuất phát từ ý tởng mạng đại học Hawaii ALOHA (Mỹ), Ethernet mạng cục công ty Xerox, Intel Digital Equipment xây dựng phát triển, mạng thông dụng mạng LAN Ethernet LAN đợc xây dựng theo tiêu chuẩn lớp cấu trúc mạng ISO, mạng Ethernet cho phép đa vào mạng loại máy tính khác kể máy tính mini Ethernet LAN ví dụ mạng sử dụng chế CSMA/CD (Phơng pháp đa truy cập sử dụng sóng mang có phát xung đột Multiple Access/ Colision Detection), truyền tin cách ngẫu nhiên truyền lại có xung đột Mạng CDMA/CD ví dụ điển hình mạng quảng bá tất trạm làm việc thấy đợc thông tin truyền mạng Khi trạm làm việc muốn chuyển thông tin mạng trớc tiên nghe ngóng xem có truyền thông tin không Nếu mạng bận phải chờ hết bận đợc truyền thông tin Thông tin đợc chia thành đơn vị gọi Khung, độ lớn Khung giới hạn từ 64 đến 1516 Bytes Do độ dài mạng chiếm khoảng thời gian để gói thông tin truyền đến đợc hai trạm làm việc, xảy tợng hai trạm só thể lúc gừi thông tin Khi xung đột xuất hiện, hai máy ngừng truyền đợi khoảng thời gian ngẫu nhiên tiếp tục truyền lại Ethernet trở nên phổ biến giới từ năm 1970; theo ớc tính năm 1996 có 82% thiết bị mạng Ethernet Năm 1995, chuẩn Fast Ethernet đợc thông qua tổ chức IEEE Fast Ethernet cung cấp băng thông cao gấp 10 lần có tính chất nh hoạt động song công (fullduplex) tự động bắt tay (auto- negotiation); điều cho thấy Ethernet công nghệ cã tÝnh më HiƯn nay, sù xt hiƯn cđa chn Gigabit Ethernet làm cho Ethernet phát triển mạnh mẽ Bản dự thảo chuẩn 802.3z đợc IEEE đa th¸ng 7- 1997, c¸c ph¸t triĨn míi nhÊt cđa Gigabit Ethernet chuẩn cho cáp đồng đợc đa năm 1999 nh 1000 Base- CX IEEE 802.3ab Bản dự thảo gồm 14 mục tiêu cần đạt đợc: + Đạt đợc tốc độ 1000Mbps; + Sử dụng định dạng khung 802.3 Ethernet; + Đáp ứng chức yêu cầu chuẩn 802 + Cung cấp chế chuyển đổi đơn giản 10Mbps, 100Mbps 1000Mbps; + Giữ đợc kích thớc khung lớn bé chuẩn hành; + Cung cấp chế độ hoạt động song công bán song công + Hỗ trợ mạng hình sao- star + Sử dụng chế CSMA/CD hỗ trợ lặp khoảng xung đột; 1 + Hỗ trợ cáp quang theo chuÈn ANSI Fibre Chanel FC-1 vµ FC-0; vµ nÕu hỗ trợ cáp đồng + Cung cấp họ đặc điểm lớp vật lý hỗ trợ: - Một kết nối có khoảng cách tối thiểu 500m cáp quang đa mode - Một kết nối có khoảng cách tối thiểu 25m cáp đồng (mong muốn đạt đợc 100m) - Một kết nối có khoảng cách tối thiểu 3km cáp quang đơn mode + Hỗ trợ phơng tiện lựa chọn từ ISO/IEC 11801; phù hợp với điều khiển luồng định nghĩa giao diện độc lập Gigabit Ethernet- GMII Ưu điểm Gigabit Ethernet tơng thích hoàn toàn với Ethernet/Fast Ethernet có: giữ nguyên chế CSMA/CD làm phơng pháp truy nhập, hỗ trợ chế độ song công nh bán song công; hỗ trợ cáp quang đơn mode đa mode nh cáp đồng trục (Short- Haul) cáp xoắn UTP CAT Tiêu chuẩn sử dơng nghƯ tÝn hiƯu vËt lý Fiber Channel ®Ĩ hỗ trợ tốc độ Gigabit cáp quang Gigabit Ethernet đợc sử dụng nh mạng trục (Backbone) môi trờng mạng hành Nó đợc dùng để kết hợp máy khách khu máy chủ, kết nối chuyển mạch Fast Ethernet; đợc dùng để kết nối trạm làm việc làm việc máy chủ cho ứng dụng đòi hỏi băng thông cao nh xử lý ảnh CAD Liên minh Gigabit Ethernet Tháng 3- 1996, ñy ban IEEE 802.3 chÊp thuËn dù ¸n chuÈn hãa 802.3z Gigabit Ethernet Tại thời điểm này, có khoảng 54 công ty tham gia vào dự án chuẩn hóa Liên minh Gigabit Ethernet đợc thành lập tháng 5- 1996 gồm 11 công ty sau IEEE công bố cÊu dù ¸n Gigabit Ethernet 802.3z cho c¸p quang, bao gåm: 3Com Corp., Bay Networks Ins., Cisco Sytems Ins., Computer Corp., Granite Sytem Ins, Intel Corporation, LSI Logic, Packet Engines Ins, Sun Microsytems Computer Company, UB Networks vµ VLSI Technology Liên minh biểu cho kết nhiều nhà sản xuất nhằm cung cấp sản phẩm Gigabit Ethernet có tính mở, tính đến tháng 10-1999 đà có 120 thành viên tham gia, bao gồm nhà công nghiệp mạng, máy tính tích hợp vi mạch Mục đích liên minh nhằm: + Hỗ trợ việc mở rộng công nghệ Ethernet Fast Ethernet theo nhu cầu băng thông + Phát triển đề xuất kỹ thuật, gồm chuẩn + Thực thủ tục tiến trình kiểm nghiệm tính mở tơng tác nhà sản xuất khác KiÕn tróc Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet lµ mét më réng cña chuÈn Ethernet IEEE 802.3 Gigabit Ethernet dựa giao thức Ethernet nhng tăng tốc độ 10 lÇn so víi Fast Ethernet, tíi 1000Mbps, hay 1Gbps Do Gigabit Ethernet dựa Ethernet, quản trị mạng dựa hiểu biết sẵn có để dễ dàng quản lý trì mạng Gigabit Ethernet Để làm tăng tốc độ từ 100Mbps Fast Ethernet tới 1Gbps có vài thay đổi đợc thực giao tiếp vật lý Nó đà đợc định Gigabit Ethernet tìm kiếm giống nh Ethernet từ lớp Data Link lên Đặc trng làm tăng tốc độ tới 1Gbps đà đợc giải cách kết hợp công nghệ: IEEE 802.3 ANSI X3T11 Fibre channel Hình dới thành phần quan trọng từ công nghệ đợc kết hợp Gigabit Ethernet Hình: Sự kết hợp công nghệ tạo Giga Ethernet Sự kết hợp công nghệ cho phép chuẩn có đợc giao diện tốc độ cao có sẵn công nghệ Kênh quang (Fibre Channel) trì đợc định dạng khung 802.3Ethernet, tơng thích với thiết bị đa phơng tiện có, sử dụng song công (full- duplex) bán song công (half- duplex) qua chế CSMA/CD Một mô hình Gigabỉt Ethernet đợc nh sau: H×nh: KiÕn tróc cđa IEEE 802.3z Gigabit Ethernet a.Líp vËt lý Líp vËt lý cđa Gigabit Ethernet sư dụng pha trộn kỹ thuật đà đợc kiểm chứng từ Ethernet nguyên thủy chuẩn ANSI X3T11 Fibre Channel Gigabit Ethernet hỗ trợ loại phơng tiện vật lý Chúng đợc định nghĩa hai chuẩn 802.3z (1000Base-X) 802.3ab (1000Base- T) + ChuÈn 1000 Base-X ChuÈn 1000Base-X dùa lớp vật lý Fibre Channel, Fibre Channel công nghệ liên kết cho việc kết nối máy trạm, siêu máy tính, thiết bị lu trữ thiết bị ngoại vi Fibre Channel có kiến tróc líp líp thÊp nhÊt lµ líp FC-0 (Interface media) FC-1(Encode/Decode) đợc sử dụng Gigabit Ethernet Do Fibre Channel công nghệ đà đợc kiểm chứng, việc tái sử dụng giảm nhiỊu thêi gian ph¸t triĨn chn Gigabit Ethernet Cã loại cáp đợc định nghĩa chuẩn 1000Base- X: - 1000Base-SX 850 nm laser cáp quang đa mode - 1000Base-LX 1300 nm laser cáp quang đơn mode đa mode - 1000Base-CX cáp đồng xoắn STP (Shielded Twisted Pair) Loại cáp Cáp quang đơn mode (9 micron) Cáp quang đa mode (62.5 micron) Khoảng cách Km sư dơng laser 1300nm(LX) 300m sư dơng laser 850nm(SX) 550m sử dụng laser 1300nm(LX) Cáp quang đa mode (50 micron) 550m sư dơng laser 850nm(SX) 550m sư dơng laser 1300nm(LX) Cáp đồng Shot- haul 25m + Chuẩn 1000 Base-T Chn IEEE 802.3ab cho phÐp sư dơng c¸p UTP (1000Base T), chuÈn 1000Base T cho phÐp Gigabit Ethernet më réng tới khoảng cách tới 100m cáp đồng UTP category loại cáp phổ biến dang đợc sử dụng tòa nhà Đặc điểm Gigabit Ethernet hớng tới dạng môi trờng truyền dẫn laser sóng dài long- wave (LW) cáp quang đơn mode đa mode (gọi là1000BaseLX), laser sóng ngắn short- wave (SW) cáp quang đa mode (1000BaseSX), 1000BaseCX, cho phép truyền dẫn cáp đồng đối xứng 150 ohm Đặc ®iĨm Fibre Channel PMD hiƯn cho phÐp tÝn hiƯu 1.062 gigabaud chế độ song công, Gigabit Ethernet tăng tốc độ tới 1.25Gbps Mà hóa 8B/10B cho phép tốc độ truyền liệu tới 1000Mbps; kết nối FibreChannel, Gigabit Ethernet, SC connector cho cáp quang đơn đa mode + Laser sóng dài sóng ngắn môi trờng sợi quang Hai chuẩn laser hỗ trợ sợi quang 1000BaseSX (laser sóng ngắn) 1000Base LX (laser sóng dài) Laser sóng dài sóng ngắn đợc hỗ trợ sợi quang đa mode Có hai loại sợi quang đợc sử dụng 62.5-millimeter 50-milimeter Laser sóng dài đợc dùng cho sợi quang đơn mode sợi đơn mode đợc tối u truyền với laser sóng dài, sợi đơn mode không đợc hỗ trợ với laser sóng ngắn Sự khác dùng công nghệ laser sóng dài sóng ngắn chi phí khoảng cách Các laser cáp quang có thay đổi suy giảm trông cáp Tại độ dài khác dips suy giảm đợc thấy cáp Các laser sóng dài sóng ngắn u điểm có dips rõ độ dài sóng khác cáp Laser sóng dài có u điểm mức dips suy giảm có độ dài sóng dài cáp Các laser sóng ngắn có chi phí thấp nhng có khoảng cách ngắn Trái lại, laser sóng dài chi phí tốn nhng lại có khoảng cách dài Sợi đơn mode đợc dùng cách truyền thống kế hoạch dây mạng đạt đợc khoảng cách dài Ví dụ mạng Ethernet cáp quang đơn mode lên tới 10 Km Sợi quang đơn mode dùng đờng kính lõi khoảng micron laser 1300 nm công nghệ có khoảng cách lớn Laser lõi nhỏ lợng thấp kéo dài độ dài sóng laser cho phép truyền với khoảng cách lớn Điều cho phép sợi quang đơn modeđạt đợc khoảng cách lớn với tất môi trờng với ồn nhiễu đợc giảm thiểu Gigabit Ethernet đợc hỗ trợ hai loại sợi quang đa mode 62.5 micron 50 micron Sợi quang 62.5 micron hay đợc thấy kế hoạch dây mạng tòa nhà, mạng campus backbone cho mạng Ethernet, Fast Ethernet FDDI Tuy nhiên, loai cáp có băng thông thấp (khả truyền ánh sáng cáp), đặc biệt với laser sóng ngắn Điều có nghĩa laser sóng ngắn sợi quang 62.5 micron truyền với khoảng cách ngắn laser sóng dài Sợi quang 50 micron có băng thông tốt laser sóng ngắn truyền khoảng cách dài so với sợi quang có đờng kính 62.5 micron + Cáp bäc kim 150 ohm ®èi xøng (1000BaseCX) Víi khoảng cách cáp chạy ngắn (25m), Gigabit Ethernet cho phép truyền dẫn cáp 150 ohm đối xứng Để đảm bảo chắn giảm tối thiểu nhiễu giao thoa gây nên mức điện áp, phát thu sử dụng chung đất Suy hao connector đợc giới hạn tới 20 dB để tối thiĨu mÐo ®êng trun Loai connector sư dơng cho 1000BaseCX DB-9 connector ứng dụng loại cáp thờng đợc dùng cho kết nối khoảng cách ngắn Trung tâm liệu, kết nối liên rack Do khoảng cách giới hạn 25m nên không thích hợp cho kết nối Trung tâm liệu hộp đấu dây Giao diện ®êng truyÒn Gigabit ®éc lËp GMII ( Gigabit Media Independent Interface) GMII làgiao diện lớp MAC lớp vật lý, cho phép lớp vật lý sử dụng đợc lớp MAC Nó mở rộng MII (Media Independent Interface) đợc dùng công nghệ Fast Ethernet Nã sư dơng cïng giao diƯn qu¶n lý nh MMI, hỗ trợ tốc độ liệu từ 10, 100 1000Mbps Nó cung cấp kênh truyền nhận liệu độc lập bit, hỗ trợ hai chế hoạt động song công bán song công GMII cung cấp trạng thái tín hiệu: thể cho sóng mang, trạng thái lại biểu thị diện xung đột Phân lớp điều hòa (Reconciliation Sublayer- RS) ánh xạ tín hiệu vật lý đợc lớp MAC hµnh nhËn diƯn Víi GMII, nã cho phÐp kÕt nèi nhiều loại phơng tiện truyền dẫn khác nh cáp bọc kim cáp xoắn UTP, cáp quang đơn mode đa mode sử dụng MAC controller GMII đợc chia thành lớp con: PCS, PMA PMD a.Phân lớp mà hóa vật lý (PCS- Physical Coding Sublayer) Đây phân lớp GMII cung cấp giao tiếp đồng dạng cho lớp RS cho tất phơng tiện vật lý Nó sử dụng mà hãa 8B/10B gièng nh Fibre Channel ViƯc sư dơng sãng mang phát xung đột đợc tạo lớp này; quản lý trình tự động thơng thảo (auto-negotiation) mà card mạng (NIC) truyền thông với mạng để xác định tốc độ mạng (10, 100 hay 1000Mbps) chế độ hoạt động (bán song công song công) Mà hóa 8B/10B Lớp Fibre Channel FC1 giải thích đồng kế hoạch mà hóa 8B/10B FC1định nghĩa giao thức truyền dẫn, bao gồm mà hóa giải mà nối tiếp tới từ lớp vật lý, ký tự đặc biệt điều khiển lỗi Gigabit Ethernet sử dụng kiểu mà hóa/giải mà nh đợc định nghĩa lớp FC1 Fibre Channel Lợc đồ sử dụng 8B/10B encoding, tơng tự nh mà hóa 4B/5B không đợc sử dụng FDDI; nhiên mà hóa 4B/5B không đợc sử dụng Fibre Channel làm giảm thành phần cân đối chiều Việc làm giảm thành phần DC dẫn đến phụ thuộc vào nhiệt sóng laser, gây tỷ lệ lỗi cao Mà hóa liệu truyền tốc độ cao cho số u điểm sau: - Mà hóa giới hạn c¸c hiƯu øng trun dÉn nh tû lƯ bit tỷ lệ lỗi - Việc khôi phục xung đồng mức bit (bit-level) thu làm tăng đáng kể cách sử dụng mà hóa - Mà hóa làm tăng khả trạm nhận phát sửa lỗi truyền dẫn lỗi nhận - Mà hóa giúp cho việc phân biệt bit liệu bit điều khiển hiệu Tất tính chất ®· ®ỵc sư dơng Fibre Channel FC1 Trong Gigabit Ethernet, lớp FC1 lấy liệu đợc giải mà từ lớp FC2, thời điểm bit từ phân lớp RS cầu nối giao diện vật lý Fibre Channel tới lớp cao IEEE 802.3 Ethernet Trong kiểu mà hóa nhóm bit đợc thể nhóm 10 bit đờng truyền Một số nhóm mà đợc trình bày thành bit ký tự cho liệu, nhóm khác ký tự điều khiển Việc mở rộng ký tự dùng sóng mang ví dụ kí tự điều khiển Mà hóa đợc thực cách cung cấp ký tự truyền với tên, biểu thị Zxx.y.Z biến điều khiển có hai giá trị: D cho data K cho ký tự đặc biệt; xx giá trị thập phân số nhị phân tạo nên tập bit mÃ; điều hàm ý có 256 khả cho liệu (D designation) 256 khả cho ký tự đặc biệt (K designation) Tuy nhiên, có 12 giá Kxx.y ký tự truyền dẫn hợp lệ Fibre Channel Khi liệu đợc nhận về, ký tự truyền đợc mà hóa thành 256 tổ hợp bit D¹ng m· hãa cho Fibre Channel 8B/10B đợc thiết kế đặc thù cho truyền dẫn cáp quang Gigabit Ethernet sử dụng dạng mà hóa tơng tự Sự khác Fibre Channel Gigabit Ethernet lµ Fibre Channel sư dơng tÝn hiƯu 1.062 gigabaud, Gigabit Ethernet sư dơng tÝn hiƯu 1.25 Gigabaud Đối với Gigabit Ethernet cáp đồng UTP, sử dụng chế mà hóa khác thực 100BaseT PHY b Phân lớp gán đờng truyền vật lý (Physical Medium Attachment) Phân lớp cung cấp độc lập với môi trờng truyền dẫn cho phân lớp PCS để hỗ trợ nhiều môi trờng truyền dẫn vật lý khác Lớp xếp nhóm mà để truyền xếp ngợc lại bit từ đờng truyền thành nhóm mà Phân lớp PMA Gigabit Ethernet gièng nh PMA cđa Fibre Channel, cã tr¸ch nhiƯm hỗ trợ nhiều dạng mà hóa cho phép trình bày dạng mà hóa tới lớp cao c Phân lớp đờng truyền vật lý phụ thuộc (PMD- Physical Medium Dependent) Phân lớp ánh xạ môi trờng vật lý vào PCS, định nghĩa tín hiệu lớp vật lý sử dụng cho nhiều dạng đờng truyền MDI (Medium Dependent Interface) phần PMD giao diện vật lý thực Phân lớp định nghĩa c¸c kÕt nèi vËt lý thùc tÕ nh c¸c connectors cho loại cáp truyền khác Giao diện sóng mang GE (GBIC- Gigabit Ethernet Interface Carrier) cho phÐp c¸c nhà quản trị mạng cấu hình cho cổng Gigabit sử dụng laser sóng ngắn hay sóng dài giao diện cho cáp đồng Cấu hình cho phép nhà sản xuất switch xây dựng chuyển mạch vật lý mà khách hàng cấu hình laser/fiber topology theo yêu cầu Nh đà đề cập trên, ban đầu Gigabit Ethernet hỗ trợ media: short- wave laser, long- wave laser, cáp đồng Hơn cáp quang lại đợc chia làm loại: đa mode (62.5 micron), đa mode (50 micron) đơn mode Mặt khác, switch Gigabit Ethernet GBICs hỗ trợ loại laser khác cần phải đạt hàng để tùy biến loại laser theo yêu cầu Lợc đồ chức GBIC cung cấp nh sau Hình: Lợc đồ chức GBIC Lớp ®iỊu khiĨn truy nhËp ®a ph¬ng tiƯn (MAC-Media Access Control) Líp MAC cđa Gigabit Ethernet t¬ng tù nh líp MAC Ethernet Fast Ethernet, hỗ trợ hai phơng thức truyền dẫn song công bán song công Các đặc tính Ethernet nh phát xung đột, đờng kính mạng lớn nhất, quy tắc lặp giống nh Gigabit Ethernet Hỗ trợ cho Ethernet bán song công khả thêm khung bursting mở rộng sóng mang, hai chức Ethernet Fast Ethernet Truyền dẫn bán song công Trong truyền dẫn bán song công, chế CSMA/CD đợc sử dụng đảm bảo cho trạm liên lạc đợc qua dây đơn có khả khắc phơc xung ®ét ViƯc sư dơng CSMA/CD cho Gigabit Ethernet cịng gièng nh cho Ethernet vµ Fast Ethernet, cho phÐp chia sẻ hệ thống Gigabit Ethernet qua hub tạo kết nối điểm- điểm bán song công Độ dài cựcđại đoạn cáp dùng để kết nối trạm đợc giới hạn giao thức CSMA/CD Nếu hai trạm nhận thấy đờng truyền rỗi, chúng truyền liệu xảy xung đột Vì giao thức CSMA/CD nhạy cảm với trễ nên cần phải tạo bitbudget cho phạm vi xung đột Chú ý rằng, tính nhạy cảm trễ xảy sử dụng CSMA/CD; hoạt động song công ảnh hởng nhạy trễ Một collision domain đợc xác định thời gian truyền dẫn khung có độ dài nhỏ có S truyền dẫn định khoảng cách lớn gữa hai trạm phân đoạn dùng chung Khi tốc độ hoạt động mạng tăng lên thời gian trun dÉn khung nhá nhÊt gi¶m xng, gièng nh giảm đờng kính lớn phạm vi xung đột Bitbudget phạm vi xung đột đợc tạo thời gian trễ lớn thành phần mạng khác nhau, nh lặp, lớp MAC trạm, thân phơng tiện truyền dẫn công nghệ truyền tải gói qua mạng sonet/sdh (packet over sonet/sdh - pos) Giíi thiƯu c«ng nghƯ pos: SONET/SDH cáp quang công nghệ thích hợp cho việc xây dựng mạng qui mô lớn, tốc độ cao dựa IP SONET/SDH công nghệ ghép kênh quang theo thời gian (TDM) đợc tối u hóa cho lu lợng thoại, nhng có khả cung cấp băng thông lớn phục vụ cho mục đích truyền số liệu, lý SONET/SDH thờng đợc dùng Internet mạng truyền liệu xí nghiệp lớn Công nghệ POS cho phép truyền tải hiệu liệu qua mạng SONET/SDH cã vai trß sù bïng nỉ cđa Internet POS cung cấp giải pháp mềm dẻo ứng dụng nhiều ứng dụng truyền tải khác Các ứng dụng phổ biến mạng đờng trục tập trung hay phân bổ liệu mạng Thành phố Giao diện Router POS thờng xuyên đợc kết nối với tách ghép kênh (ADM), liên kết điểm - điểm SONET/SDH Các kết nối trực tiếp qua cáp quang (Dark Fiber) qua hệ thống ghÐp kªnh theo bíc sãng DWDM (Dense Wave Division Multiplex) ®ang trë nªn phỉ biÕn Tỉ chøc IETF (Internet Engineering Task Force) đa tiêu chuẩn POS RFC 2615 POS cung cấp phơng pháp để chuyển tải hiệu gói liệu khung SONET/SDH Các tiêu chuẩn RFC 1661 (PointPoint Protocol) RFC 1662 (PPP HDLC – Like Framing chia khung theo cÊu trúc HDLC) liên quan đến tiêu chuẩn Với dung lợng băng thông lớn kết hợp với việc sử dụng kết nối hiệu nên POS thờng đợc sử dụng mạng liệu lõi Công nghệ SONET/SDH POS: a Định dạng khung SONET/SDH