[Laptrinh.vn]-cacgiaiphapIPtrenmangquang

các khái niêm thực hiện giải phap IP

Nội dung khoá luận tốt nghiệp Từ yêu cầu của đề tài “Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang” thì luận văn đã nêu lên được các vấn đề liên quan. Đó là giới thiệu một cách khái quát về yêu cầu của đề tài, nói lên được tổng quan về công nghê IP. Công nghệ mà đang trở thành chuẩn phổ biến của nhiều dịch vụ mạng mới. Đã nêu lên công nghệ IP đang sử dụng hiện nay và xu hướng phát triển công nghệ IP trong tương lai. Luận văn cũng đã nêu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang hiện nay. Các cách thức truyền tải dựa trên các phương pháp đã làm chủ, các giải pháp mới có tính khả thi cho tương lai. Đưa ra vấn đề không thể thiếu và rất quang trọng là vấn đề vê cách thức điều khiển, báo hiệu trong truyền tải IP trên mạng quang cũng đã được đề cập. i MỤC LỤC NỘI DUNG KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP . I I MỤC LỤC II CHỮ VIẾT TẮT VI Lời mở đầu 1 Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó lưu lượng IP khơng ngừng tăng nhanh và dần thay thế các loại giao thức khác. Hằng năm, lưu lượng số tăng hơn lưu lượng thoại gấp 2 ÷ 4 lần. Đến năm 2010, lưu lượng số đã đạt đến gấp hàng chục lần lưu lượng thoại. . 1 Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải pháp mới khai thác IP trên kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tần truyền dẫn vơ cùng lớn. Những giải pháp này cố gắng giảm tối đa tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hố cơng việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt. Hiện nay có nhiều kiến trúc mạng đã được nhận diện và triển khai trong thực tế. Tất cả chúng đều liên quan đến việc đơn giản hố các ngăn giao thức nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có nhiều đặc tính hứa hẹn như DoS (Data over SONET/SDH), Gigabit Ethernet (GbE) và Resilient Packet Ring (RPR) ngồi kiến trúc IP trên ATM/SDH/WDM. 1 Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuất chuyển mạch quang đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển hoạt động và hoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hố cấp bách nhất hiện nay. Các tổ chức và diễn đàn quốc tế OIF (Optical Internetworking Forum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiệt lập nên các phương pháp xác định việc điều khiển và kết nối giữa mạng WDM và IP. 1 Trong q trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cơ tại Khoa Điện Tử Viễn Thơng- Trường Đại Học Cơng Nghệ, nhất là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Kim Giao- người đã trực tiếp hướng dẫn em. . 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP . 2 1.1 Giới thiệu chung 2 1.2 IPv4 . 2 1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4 . 4 1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6. . 6 1.5 IPv6 cho IP/WDM . 7 CHƯƠNG 2: CƠNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG . 8 2.1 Các thế hệ mạng WDM. 8 2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang . 9 2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM . 9 Nhu cầu truyền tải IP qua mạng ngày càng tăng. Trong khi IP được xem như là cơng nghệ lớp mạng phổ biến thì cơng nghệ WDM cung cấp khả năng dung lượng truyền dẫn lớn. Hơn nữa, khả năng cấu hình mềm dẻo của các bộ OXC đã cho phép xây dựng mạng linh hoạt hơn, nhờ đó các đường quang (lightpath) có thể lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển các lightpath này, tức là phát triển các cơ chế và thuật tốn cho phép thiệt lập các lightpath nhanh và cung cấp khả năng khơi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được tính tương tác giữa các nhà cung cấp thiệt bị. 9 ii Đã có nhiều phương pháp để cung cấp dịch vụ gói IP trên mạng WDM được đề nghị: IP/ATM/SDH over WDM, IP/SDH over WDM, v.v.v. Tuy nhiên việc quản lý mạng theo các phương pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lâp, do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẩn lẫn nhau. Vì vậy, một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt để đó là số lớp giao thức. 9 Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghê IP và WDM tăng lên thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng Internet quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cung cung cấp một số chức năng có giá trị như lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang. . 10 Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM. Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn và tương lai sáng sủa, các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này. IP over WDM cung cấp khả năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự lặp chức năng giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao tác thiệt bị, dẫn đến giảm chi phí bảo dưỡng và quản lý. Do không phải qua lớp SDH và ATM nên gói số liệu có hiệu suất truyền dẫn cao nhất, đồng nghĩa với chi phí thấp nhất. Ngoài ra còn có thể phối hợn với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá thành khai thác. Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao. Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục. . 10 10 Hình 2: Xu hướng tích hợp IP/WDM 10 2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 10 Hiện nay đã có nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, phát triển, hoặc là đã được triển khai trên các mạng của các nhà khai thác trong nhưng năm qua. Xu hướng nghiên cứu tích hợp IP quang đang diễn ra mạnh mẽ không chỉ ở trong dự án nghiên cứu phát triển của những trung tâm nghiên cứu khoa học lớn mà nó còn lan rộng trong các phòng thí nghiệm Lab của các trường Đại học. Theo thống kê của EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunication) trong dự án hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp liên quan đến vấn đề truyền tải IP trên mạng quang. 11 Khi đi vào tìm hiểu và nghiên cứu cho thấy 2 xu hướng khả thi, một là khai thác ưu điểm của công nghệ hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích thước gói thay đổi. Xu hướng kia là nghiên cứu ra các giao thức mới phù hợp với đặc tín lưu lượng IP. Điều này được thể hiện rõ khi ta gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng. 11 Hình 3: Các mô hình phân lớp mạng 11 Trong đó lớp thích ứng ATM (ALL 5) sẽ đóng vai trò cung cấp dịch vụ và chức năng định tuyến lớp 3. . 11 2.2.3 Thích ứng IP trên WDM . 13 2.2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM 13 14 2.2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM . 15 iii 2.2.3.3 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM 16 2.2.3.4 Các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên WDM 16 2.2.3.4.1Phương thức đóng khung HDLC (POS) 16 Hình 6: Định dạng khung HDLC (POS) . 19 2.2.3.4.2 MAPOS (Multiple-access protocol overl SONET) . 19 2.2.3.4.3 Phương thức đóng khung LAP (Link Accsess Procedure-SDH) . 20 2.2.3.4.4 Phương thức đóng khung GFP (Generic Framing Procedure-GFP) . 21 2.2.3.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT) . 23 2.2.3.4.6 LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) . 24 2.2.3.5 IP/Gigabit Ethernet cho WDM 25 2.2.3.6 IP/SDL trực tiếp trên WDM 27 2.2.4 Nghiên cứu các giao thức mới 28 2.2.4.1 RPR/SRP (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol)[1] 28 2.2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode) 31 2.2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS)[6] . 32 2.2.5 Chuyển mạch kênh quang WDM 36 2.2.5.1 Kỹ thuật WDM 36 2.2.5.2 Chuyển mạch kênh quang: Định tuyến bước sóng 36 2.2.6 Chuyển mạch gói quang.[2] . 38 2.2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang. 39 Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang 39 Chuyển mạch chùm quang 40 Chuyển mạch nhãn quang . 41 2.2.4.2.2 Định tuyến lệch 45 2.2.7 Kết luận . 45 2.3 Phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP over WDM 46 2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển . 47 2.3.2 G-MPLS[11] 48 2.3.2.1 Giới thiệu 48 2.3.2.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS . 49 2.3.2.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS . 50 Khác biệt giữa MPLS và GMPLS 51 2.3.2.4 Bộ giao thức G-MPLS . 51 2.3.2.5 Mục tiêu và các chức năng mặt điều khiển GMPLS 53 2.3.2.6 Kiến trúc các thành phần của mặt điều khiển GMPLS 54 2.3.2.6.1 Yêu cầu của mặt điều khiển . 54 2.3.2.6.2 Mạng thông tin số liệu hỗ trợ mặt điều khiển GMPLS . 55 Các yêu cầu mặt điều khiển GMPLS đối với DCN . 55 Tách riêng mặt điều khiển và mặt truyền tải . 56 2.3.2.7 Báo hiệu trong GMPLS . 57 2.3.2.7.1 Các chức năng cơ bản 57 Tạo LSP 58 Xoá LSP . 58 Thay đổi LSP 59 2.3.2.7.2 Hỗ trợ phục hồi 59 2.3.2.7.3 Hỗ trợ xử lý loại trừ . 59 2.3.2.7.4 Phối hợp báo hiệu 60 iv 2.3.2.8 Các lợi ích của G-MPLS . 61 2.3.2.9 Các vấn đề còn tồn tại của GMPLS 61 2.3.3 Mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)[9] 63 2.3.3.1 Khái niệm 63 2.3.3.2 Mô hình ASON 63 Các yêu cầu chung của ASON . 65 2.3.3.3 Các chức năng của ASON . 66 2.3.3.3.1 Chức năng mạng lõi ASON 66 2.3.3.3.2 Chức năng biên của ASON . 67 Mô hình đường biên mạng 67 Chức năng liên quan đến dịch vụ lớp khách . 68 Chức năng liên quan đến truyền tải quang ở lõi 69 Chức năng liên quan đến giao diện vật lý: . 70 2.3.3.4 Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON . 71 2.3.3.4.1 Mô hình dịch vụ xếp chồng 71 2.3.3.4.2 Mô hình dịch vụ đồng cấp 72 Kết luận . 73 v Chữ viết tắt AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM ADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen rẽ APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân chia địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tin không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CAC Call Admission Control Điều khiển nhận cuộc gọi CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi CIDR Classless Inter-Domain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớp CLP Cell Loss Priority Độ ưu tiên mất tế bào CoS Class of Services Lớp dịch vụ CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư thừa theo chu kỳ DPT Dynamic Packet Transport Truyền tải gói động DTM Dynamic Transfer Mode Chế độ truyền tải động DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến vecto khoảng cách DWDM Density Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo kênh EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện số phân bố theo cáp quang FDL Fibre Delay Line Trễ đường cáp quang FEC Forward Equivalence Class (in MPLS)Lớp phát chuyển tương ứng FEC Forward Error Correction (in error correction) Sửa lỗi trước GbE Gigabit Ethernet Ethernet tốc độ Gigabit HDLC High-level Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu số mức cao vi ID Identity Mã nhận dạng IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện đào tạo các kỹ sư điện và điện tử IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng trong IP Internet Protocol Giao thức Internet IPng IP next generation IP kế tiếp IPS Intelligent Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ thông minh IPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 IP version 6 (=IPng) Giao thức Internet phiên bản 6 ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa truy nhập ISO International Standards Organisation Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế L2 Layer 2 Lớp 2 L3 Layer 3 Lớp 3 LAN Local Area Network Mạng cục bộ LAPS LAN Adapter Protocol Support Program Hỗ trợ giao thức đáp ứng LAN LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển đường LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LF Link Failure Sự cố tuyến LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LLC Logical Link Control Điều khiển đường logic LOF Loss of Frame Mất khung LOP Loss Of Packet Mất gói LOS Loss Of Signal Mất tín hiệu LSP Lable Switched Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Lable Switch Router Định tuyến chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập vii MAPOS Multiple Access Protocol Over SONET Giao thức đa truy nhập qua SONET MBGP Multicast Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên quảng bá MPλ S Multi Protocol Lambda Switching Chyển mạch Lamda đa giao thức MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multi Protocol Over ATM Đa giao thức theo ATM NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ ghép xen rẽ quang OAM Operation, Administration and Maintenance Khai thác, Quản trị và Bảo dưỡng OBS Optical burst switching Chuyển mạch cụm quang OC Optical Carrier Sóng mang quang OCH Optical Channel Kênh quang OCHP Optical Channel Protection Bảo vệ kênh quang OE Opto-electronic conversion Chuyển đổi quang-điện ODL Optical Delay Line Trễ đường quang OEO Optical- Electronical- Optical Quang-Điện-Quang OEXC Opto-Electric Cross-Connect Kết nối chéo quang-điện OL Optical Label Nhãn quang OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường quang OLC Optical Label Channel Kênh nhãn quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMS Optical Multiplex Section Ghép vùng quang OMSP Optical Multiplex Section Protection Bảo vệ ghép vùng quang ON Optical Network Mạng quang OEO Optical-Electrical-Optical Quang-Điện-Quang OOO Optical-Optical-Optical Quang-Quang-Quang OP Optical Packet Gói quang OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang viii OS Operating System Hệ thống khai thác OSC Optical Supervisory Channel Kênh giám sát quang OSI Open System Interconnection Liên kết nối hệ thống mở OSPF Open Shortest Path First Thuật toán tìm đường ngắn nhất OTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép quang theo thời gian OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ POL Packet Over Lightwave Chuyển mạch gói qua bước sóng POS Packet Over SONET/SDH Gói qua SONET/SDH PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm điểm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoSig quality of signal Chất lượng tín hiệu RSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên SDH Synchronous Digital Hierarchy Truyền dẫn đồng bộ SDL Simple Data Link Đường dữ liệu đơn giản SDLC Synchronous Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu đồng bộ SLA Service Level Agreement Sự thỏa thuận mức dịch vụ SNAP Sub Network Access Point Điểm truy nhập mạng con SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ STM Synchronous Transport Module Chế độ truyền tải đồng bộ SVC Switched Virtual Channels Kênh chuyển mạch ảo TCA Traffic Conditioning Agreement Sự thỏa thuận điều kiện lưu lượng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thờigian TOS Type Of Service Kiểu dịch vụ VC Virtual Connection (in ATM) Kết nối ảo (trong ATM) VC Virtual Container (in SDH) Gói ảo (trong SDH) VCI Virtual Channel Identifier Bộ nhận dạng kênh ảo ix VP Virtual Path Đường ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WC Wavelength conversion Chuyển đổi bước sóng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng x