đồ án công nghệ IP trên mạng quang

MỤC LỤC 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 3 1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6 5 1.5 IPv6 cho IP/WDM 5 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG 6 2.1 Các thế hệ mạng WDM 6 2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 7 2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM 7 2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 8 2.2.3 Kiến trúc IP/ATM/WDM 9 2.2.4 Kiến trúc IP/SDH/WDM 10 A. Kiến trúc IP/PPP/HDLC/SDH 10 I, Tầng PPP 11 II,Tầng HDLC 11 III, Sắp xếp khung SDH 12 B. Kiến trúc IP/LAPS/SDH 12 2.3 Công nghệ Ethernet quang (Gigabit Ethernet- GbE) 14 2.4 Kỹ thuật MPLS để truyền dẫn IP trên quang 16 2.4.1 Mạng MPLS trên quang 16 A. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 16 B. MPLS trên quang 17 2.4.2 Kỹ thuật lưu lượng MPLS trên quang 18 A. Các bó liên kết và các kênh điều khiển 19 B. Giao thức quản lý liên kết LMP 19 C. Mở rộng giao thức báo hiệu 19 D. Mở rộng báo hiệu 20 2.4.3 Mặt điều khiển MPLS 20 2.5 GMPLS và mạng chuyển mạch quang tự động (ASON) 21 2.5.1 MPLS trong mạng quang hay GMPLS (Generalized MPLS) 21 A. Sự khác nhau giữa MPLS và GMPLS 21 B. Các chức năng mảng điều khiển 22 C. Dịch vụ mảng điều khiển 23 D. Các giao thức mảng điều khiển 23 E. Giao thức báo hiệu 23 F. Mở rộng định tuyến thiết kế lưu lượng 23 G. Giao thức quản lý tuyến (LMP) 24 2.5.2 Mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) 24 A. Kiến trúc ASON 24 B. Các giao diện CP ASON 25 C. Các yêu cầu chung của ASON 26 2.6 Kiến trúc IP/WDM 26 2.6.1. IP over WDM 27 A. Nguyên lý hệ thống 27 B. Định tuyến tại tầng quang 27 2.6.2. IP over Optical 28 A. DeMux/Mux : 28 B. Asynchronous Regeneration – AR 29 C. Buffer 31 D. TWC – Turnable Wavelength Converter 31 E. Switch 32 F. Filter 32 1 Công nghệ IP trên mạng quang KẾT LUẬN 32 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP 1.1 Giới thiệu chung Như chúng ta đã biết Internet là một mạng máy tính toàn cầu, do hàng nghìn mạng máy tính từ khắp mọi nơi nối lại tạo nên. Khác với cách tổ chức theo các cấp: nội hạt, liên tỉnh, quốc tế của một mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, mạng Internet tổ chức chỉ có một cấp, các mạng máy tính dù nhỏ, dù to khi nối vào Internet đều bình đẳng với nhau. Do cách tổ chức như vậy nên trên Internet có cấu trúc địa chỉ, cách đánh địa chỉ đặc biệt, trong khi cách đánh địa chỉ đối với mạng viễn thông lại đơn giản hơn nhiều. Đối với mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, khách hàng ở các vùng khác nhau hoàn toàn có thể có cùng số điện thoại, phân biệt với nhau bằng mã vùng, mã tỉnh hay mã quốc tế. Đối với mạng Internet , do cách tổ chức chỉ có một cấp nên mỗi một khách hàng hay một máy chủ đều có một địa chỉ internet duy nhất mà không được phép trùng với bất kỳ ai. Do vậy mà địa chỉ trên Internet thực sự là một tài nguyên. Hàng chục triệu máy chủ trên hàng trăm nghìn mạng. Để địa chỉ không được trùng nhau cần phải có cấu trúc địa chỉ đặc biệt quản lý thống nhất và một Tổ chức của Internet gọi là Trung tâm thông tin mạng Internet - Network Information Center (NIC) chủ trì phân phối, NIC chỉ phân địa chỉ mạng (Net ID) còn địa chỉ máy chủ trên mạng đó do các Tổ chức quản lý Internet của từng quốc gia một tự phân phối. (Trong thực tế để có thể định tuyến (routing ) trên mạng Internet ngoài địa chỉ IP còn cần đến tên riêng của các máy chủ (Host) - Domain Name). 1.2 IPv4 Địa chỉ IPv4 gồm 32 bit, chia thành bốn octet, mỗi octet là một byte. Địa chỉ IP được chia thành năm lớp A, B, C, D và E. Giả sử Net_ID và Host_ID lần lượt là định danh mạng và trạm. Địa chỉ IP được biễu diễn dưới dạng <Net_ID><Host_ID>. Với IPv4 chúng ta có 2 32 (4,3 tỷ) địa chỉ. Kề từ khi chính thức đựơc đưa vào sử dụng và được định nghĩa trong kiến nghị RFC791 năm 1981 đến nay, Ipv4 đã chứng minh được khả năng dễ triển khai, dễ phối hợp và hoạt động và tạo ra sự phát triển bùng nổ của các mạng máy tính. Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại với sự phát triển công nghệ hiện nay, hầu như tất cả tất cả các thiệt bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, hơn nữa sự tăng vọt ồ ạt các ứng dụng và công nghệ cũng như các thiết bị di động khác đã làm cho không gian địa chỉ Ipv4 ngày càng chật hẹp và bộc lộ nhiều điểm yếu của Ipv4:  Thiếu địa chỉ IP do sự tăng quá nhanh của các host trên mạng Internet đã dẫn đến tình trạng thiếu địa chỉ IP trầm trọng để gán cho các node. Trong những năm 1990, CIDR đựơc xây dựng dựa trên khái niệm mặt nạ địa chỉ (address mask). CIDR đã tạm khắc phục được những vấn đề nêu trên. Khía cạnh tổ chức mang tính thứ bậc của CIDR đã cải tiến khả năng mở rộng của Ipv4. Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời như kĩ thuật subnetting (1985), kĩ thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), 2 Công nghệ IP trên mạng quang các kĩ thuật trên đã không cứu với IPv4 ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các nhu cầu tương lai. Do đó, một vài giải pháp tạm thời, chẳng hạn dùng RFC1918 trong đó dùng một phần không gian địa chỉ làm các địa chỉ dành riêng và NAT là một công cụ cho phép hàng ngàn host truy cập vào Internet chỉ một vài IP hợp lệ để tận dụng tốt hơn không gian địa chỉ của IPv4.  Quá nhiều các routing entry (bản ghi định tuyến) trên các backbone router : Với tình hình hiện tại, do không có sự phân cấp địa chỉ IPv4 nên số lượng các routing entry trở nên rất lớn, lên tới 110.000 bản ghi. Việc này làm chậm quá trình xử lý của router, làm giảm tốc độ mạng.  An ninh của mạng : với IPv4, đã có nhiều giải pháp khắc phục nhược điểm như IPSec, DES, 3DES… nhưng các giải pháp này đều phải cài đặt thêm và có nhiều phương thức khác nhau với mỗi loại sản phẩm chứ không đựơc hỗ trợ ở mức bản thân của giao thức.  Nhu cầu về các ứng dụng thời gian thực hay vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS : Các thách thức mới từ việc nảy sinh các dịch vụ viễn thông, các yêu cầu truyền thời gian thực cho các dịch vụ multimedia, video, âm thanh qua mạng, sự phát triển của thương mại điện tử đã đặt ra việc đảm bảo QoS cho các ứng dụng QoS trong IPv4 cũng được xác định trong trường TOS và phần nhận dạng tải trọng của gói tin IP. Tuy nhiên trường TOS này có tính ít tính năng. 1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4 Do các vấn đề đặt ra ở trên nên một phiên bản của giao thức mới đã được giới thiệu. Xuất phát điểm của IPv6 có tên gọi là Ipng (Internet Protocol Next Generation). Sau đó, IPng được gán với phiên bản 6 và lấy tên chính thức là IPv6. Quan điểm chính khi thiết kế từng bước thay thế IPv4, không tạo ra sự biến đổi quá lớn với các tầng trên và dưới. - Mở rộng của không gian địa chỉ : Địa chỉ của IPv6 bao gồm 128bit so với 32bit của địa chỉ IPv4. Với phạm vi của địa chỉ IPv6, việc cung cấp địa chỉ trở nên thoải mái hơn rất nhiều. Về mặt lý thuyết, 128bit địa chỉ có khả năng cung cấp 2 128 địa chỉ, nhiều hơn địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần. Số địa chỉ này sẽ đáp ứng được sự bùng nổ của các thiết bị IP trong tương lai. Ngoải ra IPv6 còn cung cấp phương thức mới tự động cấu hình địa chỉ và xây dựng một phép kiểm tra tính duy nhất của địa chỉ IP. - Kết cấu địa chỉ định tuyến được phân cấp hiệu quả: Địa chỉ IPv6 được thiết kết để tạo ra cơ sở định tuyến phân cấp, hiệu quả và có khả năng tập hợp lại dựa trên sự phân cấp thành nhiều mức của các nhà cung cấp dịch vụ (ISP). Như vậy các bảng định tuyến trên các router backbone sẽ gọn nhẹ hơn nhiều. - Dạng header mới: Phần Header của IPv6 được giảm xuống tới mức tối thiểu bằng việc chuyển tất cả các trường phụ thuộc hoặc không cần thiết xuống phần header còn lại nằm ngay sau phần header của IPv6. Việc tổ chức hợp lý phần header này làm tăng hiệu quả xử lý tại các router trung gian. IPv6 header và IPv4 header là không tương thích với nhau, do đó các node phải được cài đặt 2 phiên bản IP mới có thể xử lý được các header khác nhau này. 3 Công nghệ IP trên mạng quang - Tự động cấu hình địa chỉ: Tương tự như IPv4, IPv6 cũng cung cấp khả năng cấu hình địa chỉ tự động DHCP, ngoài ra còn đưa thêm khả năng tự động cấu hình địa chỉ khi không có DHCP Server. Trong một mạng, các host có thể tự động cấu hình địa chỉ của nó bằng cách sử dụng IPv6 Prefix nhận đựơc từ router (gọi là địa chỉ link-local). Hơn nữa trong một mạng mà không có router thì host cung có thể cấu hình địa chỉ link-local để liên lạc với các host khác. - Bảo mật: Hỗ trợ IPSec đã được hỗ trợ ngay bản thân của IPv6. Yêu cầu bắt buộc này như là một tiêu chuẩn cho an ninh mạng, đồng thời mở rộng khả năng làm việc được với nhau của các loại sản phẩm. - Chất lượng dịch vụ tốt hơn (QoS): Phần header của IPv6 được đưa thêm vào một số trường mới. trường nhãn luồng (flow label) ở IPv6 header được dùng để đánh nhãn cho các luồng dữ liệu. Từ đó các Router có thể có những xữ lý khác nhau với các gói tin thựôc các luồng dữ liêuk khác nhau. Do trưòng Flow label nằm trong IPv6 header nên QoS vẫn được đảm bảo khi phần tải trọng được mã hoá bởi IPSec. - Khả năng mở rộng tốt: IPv6 có khả năng mở rông tốt bằng việc sử dụng header mở rộng ngay sau phần IPv6 header. Điều này cho phép thêm vào các chức năng mạng mới. Không giống như IPv4, phần lựa chọn địa chỉ có 40 byte thì với IPv6, phần mở rộng chỉ bị hạn chế bởi kích thước của gói tin IPv6. Có 3 loại địa chỉ IPv6. Đó là Unicast, Anycast và Multicast Địa chỉ Unicast xác định một giao diện đơn. Địa chỉ Anycast xác định một tập các giao diện sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Anycast sẽ được phát tới một thành viên của nó. Địa chỉ Multicast xác định một nhóm các giao diện, sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Multicast sẽ được phát tới tất cả mọi giao diện của nhóm. Không có địa chỉ Broadcast trong IPv6, nó đã được thay thế bằng địa chỉ Multicast. Một đặc tính mới của IPv6 so với IPv4 đó là khả năng hỗ trợ QoS tại lớp mạng. Tuy nhiên, điều này được thực hiện gián tiếp qua nhãn luồng và chỉ thị ưu tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng như không thực hiện chức năng dành trước tài nguyên mạng. Dù sao khi các tính năng của IPv6 được sử dụng với các giao thức dành trước tài nguyên mạng như RSVP chất lượng dịch vụ từ đầu đến cuối được đảm bảo. Đặc tính bảo mật của IPv6 hỗ trợ cho tính hợp pháp và bí mật cá nhân. Chúng cũng cung cấp chức năng cơ bản cho việc tính cước dịch vụ và lưu lượng tương lai theo cước phí. Nhằm cải thiện vấn đề định tuyến, định dạng mào đầu (cơ sở) của IPv6 sẽ được cố định; điều này cho phép giảm thời gian xử lý ở phần mềm do phần cứng thực hiện nhanh hơn nên định tuyến cũng sẽ nhanh hơn. Nhiều thay đổi chủ yếu tập trung ở phần phân tách số liệu. Trong IPv6, phân tách số liệu được thực hiện tại phía nguồn và khác với IPv4, bộ định tuyến có dung lượng kích thước gói giới hạn. Kết hợp với những thay đổi này bộ định tuyến IPv6 phải hỗ trợ tối thiểu 576 byte so với 68 byte của bộ 4 Công nghệ IP trên mạng quang định tuyến IPv4. Tất cả thông tin về phân tách được chuyển từ mào đầu IP tới phần mào đầu mở rộng nhằm đơn giản hóa giao thức và nâng tốc độ xử lý số liệu IP trong bộ định tuyến. Kiểm tra lỗi ở mức IP không được thực hiện trong IPv6 để giảm khối lượng xử lý và cải thiện định tuyến. Kiểm tra lỗi tiêu tốn nhiều thời gian, mất nhiều bit mào đầu và dư thừa khi cả lớp định tuyến và lớp truyền tải đều có chức năng kiểm tra tin cậy. 1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6. Đến bây giờ chúng ta có thể khẳng định rằng IPv6 chưa thể thay thế IPv4 ngay được. Hai phiên bản IP này sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm nữa. Về nguyên lý, có thể thực thi IPv6 bằng cách nâng cấp phần mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đưa ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi phí mua sắm thiết bị mới và bảo vệ vốn đầu tư quá khứ. Tuy nhiên, có một điều chưa chắc chắn đó là liệu tất cả các nhà khai thác Internet sẽ chuyển sang công nghệ IPv6 hay không? Điều này phụ thuộc rất lớn vào lợi ích mà nhà khai thác thu được khi chuyển sang nó. Hiện tại, vây quanh các nhà khai thác vẫn là các bộ định tuyến IPv4 và phần lớn lưu lượng trên mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu tố làm hạn chế sự thay đổi. Một đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc tính cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu hình và bảo dưỡng hơn so với mạng IPv4. Để dễ dàng khi chuyển sang IPv6 thì các ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên kết và phối hợp hoạt động với nhau (ví dụ các nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client khả năng thông tin với cả IPv4 và IPv6). Một điều quan trọng và tiên quyết cho việc phối hợp họat động đó là IPv6 cần hoạt động theo kiểu Host ngăn kép: một cho ngăn giao thức IPv4 và một cho ngăn giao thức IPv6. Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng trước mắt sự xuất hiện IPv6 chỉ làm cho sự lựa chọn thêm khó khăn (cũng giống như lợi ích của việc định tuyến hiệu quả còn tùy thuộc vào liệu các nhà khai khác có sử dụng IPv6 không). Về lâu dài, sự nghi ngại về độ phức tạp và hiệu quả của IPv6 so với IPv4 sẽ được loại bỏ vì đến nay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn như QoS. 1.5 IPv6 cho IP/WDM Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những gì nên loại bỏ để làm cho truyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn. Trong bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý nhất để hiện thực hóa điều này, để mạng tối ưu hơn. Mào đầu nhỏ và hiệu quả cao, không có chức năng kiểm tra lỗi trong giao thức đó là ưu điểm của việc sử dụng IPv6. Điều này có nghĩa là yêu cầu cơ bản đối với hạ tầng WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là một trong những điểm giá trị nhất của nó. Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích ứng mới giữa IP và WDM cần được phát triển. Lớp thích ứng này phải có khả năng dành trước tài nguyên. Kịch bản này xem các bộ định tuyến IPv4 được thích ứng ở biên của mạng WDM, điều này đồng nghĩa với việc tạo ra một quá trình chuyển đổi dần dần tại biên giới giữa các thành phần mạng. Sử dụng IPv6 trong phần lõi của mạng WDM sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4. 5 Công nghệ IP trên mạng quang CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG 2.1 Các thế hệ mạng WDM. Thế hệ WDM đầu tiên được sử dụng trong mạng WAN. Cấu hình mạng WAN WDM được cài đặt nhân công hoặc cố định. Đường truyền WDM cung cấp các kết nối điểm nối điểm với tốc độ thấp. Kỹ thuật chính trong WDM thế hệ đầu tiên là thiết kế và phát triển Laser WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, các giao thức truy nhập và định tuyến tĩnh. Các thiết bị xen, ré bước sóng quang WADM cũng được sử dụng trong mạng MAN. Các thiết bị đấu nối chéo quang DXC được sử dụng để kết nối các vòng Ring WADM. Các kết nối này có thể là băng thông rộng hoặc băng thông hẹp. Ứng dụng của các hệ thống WDM thế hệ đầu tiên là các trung kế chuyển mạch cho tín hiệu thoại, các đường truyền E1, T1. Thế hệ WDM thứ hai có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối trên lớp quang bằng cách sử dụng WSXC. Các đường quang này có cấu trúc (topology) ảo trên topology vật lý của cáp sợi quang. Cấu hình các bước sóng ảo này được cài đặt mềm dẻo hơn theo yêu cầu sử dụng. Kỹ thuật chính WDM thế hệ thứ hai là xen, rẽ bước sóng quang, các thiết bị đấu nối chéo, bộ biến đổi bước sóng quang tại các bộ đấu nối chéo, định tuyến động và phân bổ bước sóng quang, các giao diện để kết nối với các mạng khác. Thế hệ WDM thứ ba phát triển theo hướng mạng chuyển mạch gói quang không có kết nối. Trong mạng này, các nhãn hoặc mào đầu quang được gắn kèm với số liệu, được truyền cùng với tải và được xử lý tại các bộ chuyển mạch WDM quang. Căn cứ vào tỷ số của thời gian xử lý gói tin mào đầu và thời gian xử lý toàn bộ gói tin, các bộ chuyển mạch quang WDM có thể chia thành hai loại: Chuyển mạch nhãn (OLS) hoặc chuyển mạch nhóm (OBS). Một số ví dụ thiết bị WDM thế hệ ba là: Bộ định tuyến (Router) quang chuyển mạch nhãn, Router quang Gigabit, Chuyển mạch quang nhanh. Khả năng kết hợp với nhau trong vận hành giữa mạng WDM và mạng IP là vấn đề trọng tâm trong mạng WDM thế hệ ba. Kết hợp định tuyến và phân bổ bước sóng trên cơ sở chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được coi là chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (Generalized MPLS) thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội. Nhiều kỹ thuật phần mềm quan trọng như quản lý băng thông, đặt lại cấu hình, khôi phục, hỗ trợ chất lượng dịch vụ cũng đã được thực hiện. Hình 2.1 : Mạng WDM qua các thế hệ 6 Công nghệ IP trên mạng quang 2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM Nhu cầu truyền tải IP qua mạng ngày càng tăng. Trong khi IP được xem như là công nghệ lớp mạng phổ biến thì công 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 toán cho phép thiệt lập các lightpath nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được tính tương tác giữa các nhà cung cấp thiệt bị. 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. 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.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. Hình 2.2: Xu hướng tích hợp IP/WDM 7 Công nghệ IP trên mạng quang 2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 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 những 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. 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. Líp dÞch vô/®Þnh tuyÕn Líp truyÒn t¶i IP POS SDH WDM IP Ethernet GbE SDH WDM IP MAPOS WDM SDL RPR Ethernet SDH SDH (VCnc)/LAPS IP ATM ATM Cell Based SDH WDM ATM IP ATM DTM SDH frame DTM frame based WDM DTM Líp m¹ng quang ATM RSP Ethernet SDH Hình 2.3: Các mô hình phân lớp mạng Trong đó lớp thích ứng ATM (ALL 5) sẽ đóng vai trò cung cấp dịch vụ và chức năng định tuyến lớp 3. Chức năng Lớp 2 được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đã trưởng thành như SDH, ATM, Ethernet, DTM và WDM. Một số giao thức như MPOA/LAPS, RSP, POS, SDL được phát triển trong lớp mạng này thực hiện bao gói IP (Encapsulation) trong các định dạng khung cho truyền dẫn trên các bước sóng quang. Một điều dễ nhận thấy là các giao thức này đều được xây dựng quanh các công nghệ đã trưởng thành kể trên. Chúng ta hoàn toàn có thể lý giải được điều này: các dự án nghiên cứu phần lớn chịu ảnh hưởng bởi nguồn tài chính từ các nhà khai thác mạng, sản xuất thiết bị, như thế nó sẽ chỉ giải quyết những vấn đề đang tồn tại của họ. Chính vì vậy các nghiên cứu về giao thức truyền tải cũng chỉ tập trung vào những công nghệ này mà thôi. Lớp 1- giao diện vật lý, sẽ là các tế bào ATM (theo giao diện STM-1 hoặc STM-4), khung truyền dẫn SDH, Ethernet, DTM và Digital Wrapper (G.907). Các bước sóng quang đóng vai trò tuyến kết nối điểm - điểm giữa các nút trong mạng. Đôi khi người ta xem các bước sóng này tạo thành lớp quang đóng vai trò. Lớp 0, nghĩa là nó thuần tuý chỉ là tuyến vật lý cung cấp kết nối giữa các thành phần trong mạng truyền tải. 8 Công nghệ IP trên mạng quang Cấn nhớ thêm rằng là khi xuất hiện chuyển mạch gói quang (OPS), công nghệ này có khả năng hoạt động từ Lớp 1 đến lớp 3 trong mô hình OSI, thì gói IP sẽ được sắp xếp trực tiếp trong gói quang mà không cần qua lớp trung gian. Tuy nhiên phải cần rất nhiều thời gian nữa thì công nghệ chuyển mạch gói quang mới có thể thương mại rộng rãi trên thị trường. 2.2.3 Kiến trúc IP/ATM/WDM Hình 2.4: Ngăn giao thức IP/ATM/SDH. Một khả năng khác của việc tích hợp IP với WDM đó là truyền tải trực tiếp bào ATM trên kênh WDM. Nhưng có một sự khác biệt ở đây là các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà chúng được gửi trực tiếp trên môi trường vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật lý. Tế bào tạo trên lớp vật lý là một kỹ thuật tương đối mới đối với truyền tải ATM. Tế bào dựa trên cơ chế vật lý đã được phát triển riêng cho giao thức ATM; kỹ thuật này không hỗ trợ cho bất kỳ giao thức nào ngoài những giao thức thiết kế cho ATM. Một số ưu điểm của việc sử dụng các giao diện trên cơ sở tế bào thay cho các giao diện SDH như trình bày ở trên: - Kỹ thuật truyền dẫn đơn giản đối với tế bào ATM khi các tế bào được truyền trực tiếp trên môi trường vật lý sau khi đã được ngẫu nhiên hoá. - Mào đầu của tín hiệu truyền trên lớp vật lý ít hơn (khoảng 16 lần so với SDH). - ATM là phương thức truyền dẫn không đồng bộ nên không đòi hỏi cơ chế định thời nghiêm ngặt với mạng. - Giảm chi phí cho lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng cho tầng SDH. Tuy nhiên, nhược điểm của giải pháp này là : - Tuy về hình thức tế bào ATM cũng có các tiêu đề tế bào (còn gọi là cell tax) gần giống như trong truyền dẫn SDH có các byte quản lý, nhưng công nghệ truyền dẫn này chỉ có thể thực hiện cho các tế bào ATM. - Việc tách xen các luồng nhánh không linh hoạt. 9 Công nghệ IP trên mạng quang Vì nhược điểm của truyền dẫn ATM rất khó khắc phục, trong khi SDH lại định nghĩa như là một phương thức truyền dẫn cho các mạng quang. Do đó, công nghệ này không được các nhà công nghiệp phát triển rộng rãi. 2.2.4 Kiến trúc IP/SDH/WDM Có thể thực hiện một cách đơn giản để truyền dẫn khung SDH có đóng gói các IP datagram qua mạng WDM nhờ sử dụng các Transponder (là bộ thích ứng bước sóng). Ta cũng có thể truyền dẫn các khung SDH mang thông tin của các IP datagram trên mạng truyền tải SDH đồng thời với các loại lưu lượng dịch vụ khác. Nhưng cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng mạng truyền tải quang OTN thì truyền dẫn trên mạng WDM là tất yếu và có nhiều ưu điểm hơn. Với hệ thống SDH, ta có thể thực hiện chuyển mạch bảo vệ cho các liên kết lưu lượng IP khi cáp đứt nhờ các chuyển mạch bảo vệ tự động APS dưới các hình thức khác nhau (chuyển mạch bảo vệ đường hoặc chuyển mạch bảo vệ tuyến). Quá trình thực hiện tại tầng quang. Hình 2.5: Ngăn xếp giao thức IP/SDH. Để thực hiện truyền dẫn IP trên SDH có thể sử dụng các giao thức PPP/HDLC hayLAPS. Tương ứng ta có các mô hình phân lớp như hình 2.5. Tuy nhiên, không thể đồng thời sử dụng hai mô hình này (tức LAPS và HDLC không thể cùng tồn tại). A. Kiến trúc IP/PPP/HDLC/SDH Hình 2.5a là phiên bản IP/SDH có sử dụng đóng gói PPP và các khung HDLC. Trong trường hợp này, các card đường dây trong các IP router sẽ thực hiện đóng khung PPP/HDLC. Sau đó, tín hiệu quang được định dạng cho phù hợp với truyền dẫn trên sợi quang qua các phần tử SDH, các IP router giáp ranh hay qua các WDM Transponder để truyền dẫn ở cự ly xa. Có nhiều loại giao diện IP/SDH khác nhau: 10 [...]... để bảo vệ lưu lượng IP chống lại sự cố đứt cáp nhờ chức năng chuyển mạch tự động (APS) Điều này cũng có thể thực hiện trong lớp mạng quang dựa trên WDM 13 Công nghệ IP trên mạng quang IP router SDH ADM ghép kênh WDM IP router Transponder STM-16 OLA Hình 2.8: Ví dụ về mạng IP/ SDH/WDM 2.3 Công nghệ Ethernet quang (Gigabit Ethernet- GbE) Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong ứng dụng mạng LAN Chuẩn Gigabit... GMPLS và mạng chuyển mạch quang tự động (ASON) Do sự phát triển nhanh của công nghệ quang, đặc biệt là việc hình thành mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) dựa trên khả năng định tuyến bước sóng (hiện tại) và chuyển mạch chùm quang và gói quang (tương lai) của những phần tử mạng quang như OADM và OXC nên việc khai thác hiệu quả băng tần mạng trở thành vấn đề cấp thiết Dựa trên ý tưởng của công nghệ chuyển... một công nghệ được thiết kế cho mục đích điều khiển mạng quang để truyền tải lưu lượng IP GMPLS/ASON được xem là công nghệ điều khiển trụ cột để triển khai mô hình IP/ quang Sự thành công của mô hình này gắn liền với năng lực quản lý/điều khiển của công nghệ GMPLS/ASON Trong đó mạng chuyển mạch quang tự động (ASON), một sản phảm của ITU-T, là một mô hình tham chiếu cho việc xây dựng mạng chuyển mạch quang. .. các hướng đến khác nhau được đồng bộ với nhau Nó cho phép các node hoạt động mà không cần có sự đồng bộ ở mức bit trên toàn mạng - Nó còn cho phép các node tự do lựa chọn nguồn tín hiệu quang khác nhau để làm việc như một đồng hồ nội bộ - Tạo các luồng quang đồng bộ bit để phục vụ xử lý tại node 30 Công nghệ IP trên mạng quang Nếu luồng tín hiệu được truyền dẫn liên tiếp trên cáp thì không cần có sự... gói quang A DeMux/Mux : Bộ tách kênh quang được sử dụng để tách các tín hiệu quang đầu vào từ luồng sáng tới, phục vụ cho việc xử lý theo từng kênh (bước sóng) ở các bộ phận khác nhau Và bộ ghép kênh được sử dụng để ghép các kênh tín hiệu quang đầu ra tạo thành luồng 28 Công nghệ IP trên mạng quang sáng truyền trên sợi quang Nó là bộ phận không thể thiếu trong các thiết bị đặt tại các node của mạng. .. 26 Công nghệ IP trên mạng quang Dựa vào khả năng định tuyến của công nghệ có thể chia giai đoạn này thành hai giai đoạn con: IP over WDM và IP over Optical 2.6.1 IP over WDM A Nguyên lý hệ thống Đây là giai đoạn đầu khi đưa các IP datagram truyền trực tiếp trên hệ thống WDM Trong giai đoạn này, mỗi giao thức sẽ có một bước sóng tương ứng Việc xử lý ở đây mới dừng lại ở mức xử lý theo từng luồng quang. .. của gói tin Bộ đệm quang được tạo thành từ các đường trễ quang sợi Đây là các sợi quang có độ dài bằng khoảng cách mà ánh sáng truyền được trong khoảng thời gian trễ yêu cầu Vì yêu cầu tại các điểm node trong suốt về tốc độ trong khi tốc độ ánh sáng truyền trên mạng là rất lớn nên độ dài của các đường dây trễ quang cũng lớn Tuy nhiên, vẫn chưa có công nghệ đệm nào khác cho tín hiệu quang để có thể lưu... giao thức quản lý mạng Quá trình này tương đối là tĩnh (thường chỉ thay đổi theo tuần hoặc tháng) cho nên không phù hợp với những mạng đòi hỏi thay đổi thường xuyên và nhanh chóng Mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) là một mạng truyền tải quang có năng lực kết nối động Mạng này bao gồm dịch vụ SDH, bước sóng và kết nối sợi quang trong mạng hỗn hợp (có cả điện và quang) và mạng toàn quang Năng lực này... loại LSP quang có dung lượng rất cao Khắc phục hạn chế tài nguyên có thể thực hiện được bằng cách sử dụng các cơ chế của MPλS để tạo một LSP -quang giữa IP router đầu vào và IP router đầu ra LSPquang này định dạng một liên kết FA, và các router định tuyến động sẽ lưu trữ liên kết này trong cơ sở dữ liệu về cấu hình mạng của tất cả các IP router quang hay phi quang Bất kỳ một IP router nào trên mạng (thậm... đó Đồng thời kết hợp với hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao, băng thông rộng Người ta đưa ra công nghệ truyền dẫn IP over Optical trong đó các datagram được xử lý hoàn toàn trong miền quang từ nguồn tới đích theo từng đơn vị truyền dẫn Giai đoạn này chỉ có thể thực hiện khi công nghệ cho phép xử lý gói tại miền quang Về cơ bản, IP over Optical chỉ cần nâng cấp các thiết bị tại các node của mạng IP . thành phần mạng. Sử dụng IPv6 trong phần lõi của mạng WDM sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4. 5 Công nghệ IP trên mạng quang CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG 2.1. QUAN VỀ IP 2 1.1 Giới thiệu chung 2 1.2 IPv4 2 1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4 3 1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6 5 1.5 IPv6 cho IP/ WDM 5 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG 6 2.1 Các thế hệ mạng WDM. hiện. Hình 2.1 : Mạng WDM qua các thế hệ 6 Công nghệ IP trên mạng quang 2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM Nhu cầu truyền tải IP qua mạng ngày càng