CÔNG NGHỆ MAN e và ỨNG DỤNG tại VIỄN THÔNGTHỪA THIÊN HUẾ

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bất đối xứng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển mạch không đồng bộ BGP Boder Gateway Protocol

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

 -NGUYỄN THÚC HUY

CÔNG NGHỆ MAN-E VÀ ỨNG DỤNG TẠI VIỄN

THÔNGTHỪA THIÊN HUẾ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Huế - 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

 -NGUYỄN THÚC HUY

CÔNG NGHỆ MAN-E VÀ ỨNG DỤNG TẠI VIỄN THÔNG THỪA THIÊN HUẾ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS HỒ ĐỨC TÂM LINH

Huế - 2016

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình 5 năm học tập tại Trường Đại Học Khoa Học Huế cũng như trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được sự quan tâm dạy bảo tận tình của quý thầy cô, sự động viên cổ vũ giúp đỡ của gia đình, bạn bè

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô Trường Đại Học Khoa Học Huế và đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông đã dạy dỗ, truyền đạt cho em những vốn kiến thức quý giá trong suốt 5 năm học vừa qua giúp em hình thành một nền tảng kiến thức căn bản để có thể bước ra hòa nhập với xã hội và quyết định đường đi cho tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths Hồ Đức Tâm Linh đã hướng dẫn và giúp em hoàn thiện đồ án này

Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, những người đã luôn ở bên, động viên em trong suốt quá trình học tập cũng như trong suốt quá trình hoàn thành đồ án

Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể ĐTVT K35, một tập thể vững mạnh, tuyệt vời đã luôn ở bên, chia sẻ vui buồn cũng như những lời động viên, giúp nhau học tập và hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Huế, tháng 05 năm 2016

Sinh viên thực hiệnNguyễn Thúc Huy

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bất đối xứng

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ chuyển mạch không đồng bộ

BGP Boder Gateway Protocol Giao thức định tuyến toàn cầu

BRAS Broadband Remote Access Sever Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa

CES Carier Ethernet Switch Chuyển mạch truyền tải ethernet

DWDM Dense Wavelength Division

EVC Ethernet Virtual Connection Kênh kết nối ảo Ethernet

FTTH Fiber To The Home Công nghệ sử dụng cáp quang tới nhà thuê bao

GGSN Gateway GPRS Support Node Nút hỗ trợ cổng nối GPRS

GMPLS Generalized Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch đa giao thức tổng quát

IEEE Institution of Elictrical and

Electronic Engineers Viện kỹ nghệ điện và điện tử

IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật Internet

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình Internet

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet

ITU-T

International Telecommunications

Union (Telecommunications

Standardisation Sector) Hiệp hội viễn thông quốc tế

LDP Lable Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường

MAN-E Metro Area Network - Ethernet Mạng đô thị sử dụng công nghệ EthernetMEN Metro Ethernet Network Mạng công nghệ Ethernet

MEF Metro Etherner Forum Diễn đàn mạng Ethernet đô thị

MPBN Mobile Packet Backbone Network Mạng trục dữ liệu di động

MPLS Multiprotocol Lable Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MSAN Multi Service Access Node Thiết bị truy nhập đa dịch vụ

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NG-SDH Next Generation SDH SDH thế hệ sau

OAM Operation, Administration and Mantenance Vận hành, quản lý và bảo dưỡng

OSPF Open Shortest Path First Thuật toán chọn đường ngắn nhất

OSI Open System Interconnection Reference Model Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở

POP Post Office Protocol Giao thức tầng ứng dụng

PSTN Public Switching Telephone Network Mạng điện thoại công cộng

RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển thông tin di động thế

hệ ba

SDH Synchronous Digital Hierachy Hệ thống phân cấp số đồng bộ

SONET Synchronous Optical Netwok Mạng quang đồng bộ

STP Spanning Tree Protocol Giao thức ngăn chặn sự lặp vòng

TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian

UNI User-to-Network Interface Giao diện kết nối người sử dụng – mạng

VCAT Virtual Concatenation Ghép chuỗi ảo

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

VRF Virtual Routing Forwarding Chuyển tiếp định tuyến ảo

WDM Wavelength Division Multiplex Ghép kênh theo bước sóng

Các mạng nội bộ LAN chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi địa lý rất hẹp (trong khoảng vài trăm mét) Trong khi đó nhu cầu kết nối với mạng bên ngoài (truy nhập Internet, truy nhập cơ sở dữ liệu, kết nối chi nhánh văn phòng…) là rất lớn Điều này dẫn đến việc cơ sở hạ tầng thông tin hiện tại với công nghệ TDM (chuyển mạch kênh PSTN, công nghệ SDH) sẽ rất khó đáp ứng yêu cầu trao đổi thông tin rất lớn như vậy cả về loại hình dịch vụ và cường độ lưu lượng trao đổi thông tin Do vậy việc tìm kiếm một công nghệ để xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng đô thị (MAN) đáp ứng được yêu cầu nói trên là công việc cấp thiết đối với những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.

Với sự phát triển bùng nổ của mạng MAN, em đã chọn đề tài “Công nghệ

MAN-E và ứng dụng tại viễn thông Thừa Thiên Huế” cho bài đồ án tốt nghiệp của

mình Nội dung đề tài này gồm các chương:

Chương 1: Mạng đô thị và xu hướng phát triển

Chương 2: Công nghệ truyền tải Ethernet trong MAN

Chương 3: Xây dựng mô hình mạng MAN tại tỉnh Thừa Thiên Huế

Chương 4: Mô phỏng dịch vụ L3VPN trên mạng MAN-E

Yêu cầu cần đạt khi thực hiện đồ án là:

- Nắm được khái niệm, cấu trúc cơ bản của mạng MAN Tìm hiểu các công nghệ sử dụng, các tiêu chí lựa chọn công nghệ trong mạng

- Giải pháp Ethernet, các dịch vụ cung cấp, các thuộc tính dịch vụ Ethernet

- Xây dựng mô hình MAN cho tỉnh Thừa Thiên Huế và các dịch vụ sẽ triển khai trên đó.

- Biết cách sử dụng phần mềm GNS3 để mô phỏng, giả lập mô hình mạng đã xây dựng

- Kiểm tra định tuyến động OSPF, chuyển mạch MPLS trong lõi MAN được cấu hình trong các router trên mạng mô phỏng hoạt động tốt

- Biết cách trình bày, nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu từ các nguồn khác nhau để hoàn thiện một đồ án hoàn chỉnh

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng các vần đề trình bày trong đồ án chưa thể mang tính hoàn chỉnh Rất mong các bạn và quý thầy cô đóng góp thêm ý kiến để đồ

án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cám ơn!

CHƯƠNG 1 MẠNG ĐÔ THỊ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1.1 Giới thiệu về mạng đô thị

Mạng đô thị (MAN) là mạng dữ liệu băng rộng được xây dựng để trao đổi lưu lượng của các mạng cục bộ LAN có dung lượng và kích cỡ mạng lớn Qui mô của MAN có thể bao phủ toàn bộ một thành phố hoặc chỉ là một mạng để liên kết một vài khu nhà (chung cư, khu công nghệ/công nghiệp, các cơ quan tổ chức, các trường đại học, viện nghiên cứu) với nhau

Các công nghệ này được xây dựng khác nhau cả phạm vi và các phương thức

mà chũng sẽ được sử dụng Trong một số trường hợp, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng lại triển khai cùng một công nghệ cho các ứng dụng khác nhau Các nhà khai thác

mạng có xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của họ, vì tất cả các công nghệ sẽ đóng góp vào việc đạt được những mục đích chung:

 Giảm chi phí đầu tư xây dựng mạng

 Rút ngắn thời gian đáp ứng dịch vụ cho khách hàng

 Dự phòng dung lượng đối với sự gia tăng lưu lượng dạng gói

 Tăng lợi nhuận từ việc triển khai dịch vụ mới

 Nâng cao hiệu suất khai thác mạng

1.2 Cấu trúc tổng quan của MAN

1.2.1 Cấu trúc phân lớp dịch vụ

Hình 1.2 cho ta một cái nhìn tổng quan nhất về cấu trúc phân lớp xét trên quan điểm về cung cấp dịch vụ Cấu trúc này chỉ mang tính logic nó phụ thuộc vào kích cỡ mạng và độ phức tạp của mạng cụ thể Theo cấu trúc này, MAN được chia thành 2 lớp: Lớp mạng lõi (Core) và lớp truy nhập (Access)

 Lớp truy nhập thực hiện chức năng tích hợp các loại hình dịch vụ bao gồm cả dịch vụ

từ người sử dụng và dịch vụ mạng Lớp mạng này thực thi kết nối cung cấp các loại hình dịch vụ xuất phát từ mạng truy nhập ứng dụng bởi nhiều công nghệ truy nhập khác nhau như: các dịch vụ trên cơ sở công nghệ Ethernet, ATM, Frame Relay, DSL, cáp đồng, cáp quang và với nhiều loại giao diện khác nhau

 Lớp mạng lõi thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng tích hợp trong mạng đô thị một cách hợp lý; lớp này thực hiện chức năng định tuyến truyền tải lưu lượng trong nội vùng đô thị hoặc chuyển giao lưu lượng với mạng trục (backbone)

Hình 1 Cấu trúc phân lớp dịch vụ của MAN

Mạng đô thị thực hiện tiếp cận với rất nhiều loại hình ứng dụng và giao thức giao thức truyền tải cần phải truyền một cách “trong suốt” giữa người sử dụng hoặc

các mạng văn phòng với nhau Do vậy vấn đề đặt ra là cần phải cân nhắc giữa mục tiêu là truyền lưu lượng trong suốt và đạt hiệu suất sử dụng mạng cao, đó là một bài toán đặt ra đối với các nhà xây dựng mạng đô thị Nó sẽ quyết định đến chiến lược triển khai mạng và dịch vụ cũng như như việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị mạng [8]

1.2.2 Cấu trúc phân lớp chức năng

Theo cấu trúc phân lớp chức năng, MAN có thể phân chia thành 2 lớp mạng: lớp mạng biên và lớp mạng lõi Trong mỗi lớp mạng đó có thể bố trí các thiết bị mạng

có chức năng khác nhau để thực thi các chức năng cần phải thực hiện của lớp mạng này tùy thuộc vào mục tiêu, qui mô, kích cỡ của MAN cần phải xây dựng

1.3 Các công nghệ ứng dụng trong mạng đô thị

Xu hướng phát triển của mạng thế hệ kế tiếp NGN là thay thế hoặc chuyển lưu lượng mạng sử dụng công nghệ TDM sang mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói

Do vậy công nghệ áp dụng xây dựng mạng MAN cũng không nằm ngoài xu hướng nói trên, đó là xây dựng cơ sở hạ tầng mạng với mục tiêu hội tụ đủ các loại hình dịch vụ

dữ liệu, tiếng nói, truyền hình để truyền tải trên cũng một cơ sở hạ tầng mạng

1.3.1 Công nghệ IP

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin, nó đóng gói và chuyển gói tới đích một cách hiệu quả sử dụng địa chỉ trong phần header của gói IP cung cấp dịch vụ chuyển dữ liệu hướng không kết nối, nó chỉ nỗ lực tối đa để chuyển gói tin tới đích chứ không đảm bảo chất lượng dịch vụ IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp Gói IP chỉ chứa địa chỉ bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và MAN đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do vậy cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin và nó có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm có nhiều nút Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bản chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tới đích

Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin để chuyển mạch các gói IP hướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập Vì vậy, phương thứ này

yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới chuyển gói tin sai hướng dẫn đến mất gói tin.

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì cũng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ

Tuy nhiên, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với các phương thức như CIDR (Classess Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút thực hiện, mạng

có thể mở rộng mà không cần bất kì sự thay đổi nào

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao Tuy nhiên việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng Ngoài ra IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.3.2 Công nghệ WDM/DWDM

Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM hay DWDM là công nghệ truyền tải trên sợi quang đã xây dựng và phát triển từ những năm 90 của thế kỷ trước Các hệ thống WDM hiện nay có tốc độ truyền dẫn kênh 2,5Gbps hoặc 10Gbps và có thể tích hợp tới 100 bước sóng trên một sợi quang cho phép truyền dẫn dung lượng hàng ngàn Gigabit trên một sợi quang

Nguyên lý cơ bản của công nghệ này là thực hiện truyền đồng thời các tín hiệu quang thuộc nhiều bước sóng khác nhau trên một sợi quang [6] Băng tần truyền tải thích hợp của trên sợi quang được phân chia thành những bước sóng chuẩn với khoảng cách thích hợp giữa các bước sóng (đã được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn G.692 của ITU-T), mỗi bước sóng có thể truyền tải một luồng thông tin có tốc độ lớn (chẳng hạn luồng thông tin số tốc độ 10Gbit/s) Do đó, công nghệ WDM cho phép xây dựng những hệ thống truyền tải thông tin quang có dung lượng gấp nhiều lần so với hệ thống thông tin quang đơn bước sóng Hiện tại, sản phẩm và các hệ thống truyền dẫn

WDM đã được sản xuất bởi nhiều hãng sản xuất thiết bị viễn thông và đã được triển khai trên mạng của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới.

Mạng WDM có thể thiết lập các cấu hình điểm nối điểm, ring và mesh Việc chuyển đổi hay nâng cấp giữa các cấu hình tương đối linh hoạt [3]

- Hiện tại chỉ có duy nhất công nghệ WDM là cho phép xây dựng mô hình mạng truyền tải quang giúp truyền tải nhiều loại hình dịch vụ, quản lý hiệu quả, định tuyến linh động …

Nhược điểm:

- Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận dụng được băng L và băng C)

- Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần

- Nếu hiện tại, sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G653 thì rất khó truyển khai WDM vì xảy ra hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt.[6]

1.3.3 Công nghệ SDH-NG

Công nghệ SDH hiện tại là công nghệ truyền dẫn được áp dụng phổ biến nhất trong mạng của những nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới Công nghệ SDH được xây dựng trên cơ sở hệ thông phân cấp ghép kênh đồng bộ TDM với cấu trúc phân cấp ghép kênh STM-N cho phép cung cấp các giao diện truyền dẫn tốc độ từ vài Mbps tới vài Gbps Đặc tính ghép kênh TDM và phân cấp ghép kênh đồng bộ của công nghệ SDH cho phép cung cấp các kênh truyền dẫn có băng thông cố định và cố độ tin cậy cao với việc áp dụng các cho chế phục hồi và bảo vệ, cơ chế quản lý hệ thống theo cấu trúc tô-pô mạng phù hợp và đã được chuẩn hóa bởi các tiêu chuẩn của ITU-T

Hình 1 Mô hình mạng sử dụng công nghệ SDH-NG.

Từ trước tới nay công nghệ truyền dẫn SDH được xây dựng chủ yếu cho việc tối ưu truyền tải lưu lượng thoại Theo những dự báo và phân tích về thị trường mạng viễn thông gần đây, các doanh nghiệp có sẽ gia tăng mạnh mẽ các loại hình dịch vụ truyền dữ liệu và có xu hướng chuyển dần lưu lượng của các dịch vụ thoại sang truyền tải theo các giao thức truyền dữ liệu (ví dụ như dịch vụ thoại qua IP (VoIP) Trong khi

đó, các cơ sở hạ tầng mạng SDH hiện có khó có khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng gia tăng trong tương lai gần Do vậy yêu cầu đặt ra là cần phải có một cơ sở

hạ tầng truyền tải mới để có thể đồng thời truyền tải trên nó lưu lượng của hệ thống SDH hiện có và lưu lượng của các loại hình dịch vụ mới khi chúng được triển khai Đó chính là lý do của việc hình thành một hướng mới của công nghệ SDH, đó là SDH thế

hệ kế tiếp SDH-NG [8]

Các công nghệ để tạo ra SDH-NG được tập hợp chung trong một khái niệm đó

là khái niện truyền dữ liệu qua mạng SDH DoS (data over SDH) DoS là cơ cấu truyền tải lưu lượng cung cấp một số chức năng và các giao diện nhằm mục đích tăng hiệu quả của việc truyền dữ liệu qua mạng SDH Mục tiêu quan trọng nhất mà các hướng công nghệ nói trên cần phải thực hiện được đó là phối hợp hỗ trợ lẫn nhau để thực hiện chức năng cài đặt/chỉ định băng thông cho các dịch vụ một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng tới lưu lượng đang truyền qua mạng SDH hiện tại Điều này có nghĩa là mạng sẽ đảm bảo được chức năng hỗ trợ truyền tải lưu lượng dịch vụ của mạng hiện

có và triển khai các loại hình dịch vụ mới

Thêm vào đó, SDH-NG cung cấp chức năng đảm bảo chất lượng dịch dụ QoS với mức độ chấp nhận nào đó cho các loại hình dịch vụ mới; mềm dẻo và linh hoạt trong việc hỗ trợ truyền tải lưu lượng bởi các giao thức khác nhau qua mạng

Cơ cấu của DoS gồm 3 giao thức chính:

- Thủ tục đóng khung tổng quát GFP (Generic Framing Procedure)

- Kỹ thuật liên kết chuỗi ảo VC (Virtual Concatenation)

- Cơ cấu điều chỉnh dung lượng đường thông LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)

Cả 3 giao thức này đã được ITU-T chuẩn hóa lần lượt bởi các tiêu chuẩn G.7041/Y.1303, G.707, G.7042/Y.1305 Giao thức GFP cung cấp thủ tục đóng gói khung dữ liệu cho các dạng lưu lượng khác nhau (Ethernet, IP/PPP, RPR, kênh quang) vào các phương tiện truyền dẫn TDM như là SDH hoặc hệ thống truyền tải quang OTN (Optical Transport Network) Giao thức VC cung cấp những thủ tục cài đặt băng thông cho kênh kết nối mềm dẻo hơn so với những thủ tục áp dụng trong hệ thống truyền dẫn TDM trước đó Giao thức LCAS cung cấp thủ tục báo hiệu đầu cuối tới đầu cuối để thực hiện chức năng điều chỉnh động dung lượng băng thông cho các kết nối khi sử dụng VC trong kết nối SDH [8]

Ưu điểm của SDH-NG

- Cung cấp các kết nối có băng thông cố định cho khách hàng

- Độ tin cậy của kênh truyền dẫn cao, trễ truyền tải thông tin nhỏ

- Các giao diện truyền dẫn đã được chuẩn hóa và tương thích với nhiều thiết bị trên mạng

- Thuận tiện cho kết nối truyền dẫn điểm – điểm

- Quản lý dễ dàng

- Công nghệ đã được chuẩn hóa

- Thiết bị đã được triển khai rộng rãi

Nhược điểm của SDH-NG

- Công nghệ SDH được xây dựng nhằm mục đích tối ưu cho truyền tải lưu lượng chuyển mạch kênh, không phù hợp với truyền tải lưu lượng chuyển mạch gói

- Do cấu trúc ghép kênh phân cấp nên cần nhiều cấp thiết bị để ghép tách, phân chia giao diện đến khách hàng

- Khả năng nâng cấp không linh hoạt và giá thành nâng cấp là tương đối đắt

- Không phù hợp với tổ chức mạng theo cấu trúc Mesh

- Khó triển khai các dịch vụ ứng dụng Multicast

- Dung lượng băng thông dành cho bảo vệ và phục hồi lớn

- Phương thức cung cấp kết nối phức tạp, thời gian cung ứng kết nối dài

1.3.4 Công nghệ Ring gói tự phục hồi

RPR là một giao thức ở phân lớp MAC (Media Acces Control) được thiết kế để tối ưu quản lý băng thông và dễ dàng triển khai dịch vụ dữ liệu trên một mạng ring RPR vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó không phân biệt ở lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn nên có thể làm việc với WDM, SDH hay truyền dẫn dựa trên Ethernet Ngoài ra, RPR đi từ thiết bị đa lớp đến dịch vụ mạng thông minh lớp 3 như MPLS Sự kết hợp độ tin cậy và khả năng hồi phục của RPR với ưu điểm quản lý lưu lượng và khả năng mở rộng của MPLS VPN và MPLS–TE được xem là giải pháp xây dựng MAN trên thế giới hiện nay

Hình 1 Mô hình mạng sử dụng RPR.

Hình 1.5 chỉ ra mô hình triển khai RPR cơ bản Các CMTS (Cable Modem Termination System – hệ thống đầu cuối điều giải cáp) tập hợp lưu lượng đến thông qua cáp đồng trục từ nhà khách hàng rồi chuyển tới router RPR Có nhiều router RPR kết nối với nhau bằng một ring OC48, sau đó lưu lượng tập trung chuyển đến một hub trung tâm để thực hiện kết nối ra Internet [1]

Giải pháp này sử dụng các Router kết nối cáp quang với công nghệ RPR hỗ trợ

IP hoặc thậm chí MPLS đáp ứng tất cả các dịch vụ khác nhau RPR là công nghệ chủ đạo cho mạng đô thị thế hệ mới đang được các hãng viễn thông lớn tập trung phát triển (Cisco, Nortel, Siemens, Redstone…) Công nghệ này kết hợp tính ưu việt của phương thức bảo vệ đường như ở công nghệ SDH cho phép khả năng hồi phục tuyến cực nhanh ở mức 50 ms trên cơ sở hai phương thức: phương thức steering và phương thức wrapping

- Wrapping: Một vòng RPR gồm hai vòng sợi quang truyền ngược chiều nhau Nếu một thiết bị hay sợi quang bị phát hiện có lỗi, lưu lượng đi đến sẽ chuyển sang hướng ngược lại trên vòng quang kia

- Steering: Khi phát hiện lỗi sẽ không thực hiện chuyển lưu lượng sang vòng khác Node phát hiện lỗi đầu tiên sẽ khởi tạo bản tin báo lỗi gửi cho các node khác Khi node nhận được bản tin bảo vệ, sẽ thực hiện tính toán loại đường đến đích và topology sẽ được cập nhật tương ứng

Steering là kỹ thuật bảo vệ mặc định Nếu các router trong vòng có hỗ trợ cả kiểu bảo vệ thì Steering sẽ được chọn Mọi router trong vòng phải chạy cùng một kiểu bảo vệ Tất cả các hoạt động cảnh báo và chuyển lưu lượng được thực hiện không quá 50ms

Như vậy RPR có những đặc điểm chính sau:

- Kết nối theo cấu hình Ring

- Khôi phục đường truyền nhanh khi có sự cố (<50ms)

- Hỗ trợ đa dạng phân lớp dịch vụ

- Sự linh hoạt của lớp vật lý: Có thể tương thích với các lớp tiêu chuẩn vật lý khác nhau như Ethernet, SONET/SDH, DWDM

- Cho phép truyền tải lưu lượng theo phương thức quảng bá

- Điều khiển băng thông tránh tắc nghẽn

- Tuy nhiên: Giá thành thiết bị ở thời điểm hiện tại còn khá đắt, khả năng tương thích với các thiết bị của các hãng khác nhau còn kém Chức năng bảo vệ phục hồi còn gặp vấn đề

1.3.5 Công nghệ chuyển mạch MPLS

MPLS là phương thức chuyển mạch phối hợp ưu điểm của IP và ATM Trước khi phương thức này ra đời người ta cũng quan tâm tới mô hình IP over ATM của IETF xem IP như một lớp nằm trên lớp ATM Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên cách này không tận dụng hết khả năng của ATM, không thích hợp với mạng nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt

Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến IP,

MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt:

 Chức năng chuyển gói tin: có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự trong ATM Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phục thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất là việc tìm nhãn cho một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của gói đó Các router thực hiện kỹ thuật này gọi là LSR (Label Switch Router)

 Chức năng điều khiển: gồm các gia thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, giao thức phân phối nhãn thiết lập nhãn trong các bảng định tuyến

MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol)

Một số ưu điểm của MPLS:

 MPLS đảm bảo chất lượng dịch vụ do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting) Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền cao hơn Trong khi đó các dịch vụ mà MPLS hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phục thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới

 Công nghệ MPLS giúp cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC (Forwarding Equivalence Class) thể xác định bởi một giá trị của nhãn Do vậy trong miền MPLS

các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM (Realtime Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa

ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ trễ từ điểm đầu tới điểm cuối của miền MPLS) Việc đo trễ có thể được thực hiện bới giao thức lớp 2 Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã định trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết bị nắn lưu lượng Thiết bị này sẽ cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các tính chất hiện có

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch có nhiều triển vọng MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống Đồng thời cải thiện lưu lượng mạng một cách đáng kể

1.3.6 Công nghệ Ethernet/Gigabit Ethernet

Ethernet là công nghệ đã được áp dụng phổ biến cho mạng nội bộ LAN trong thời gian dài, là công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên toàn thế giới và hiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẽ các đường dây truy nhập băng rộng giữa các thiết bị với nhau Đặc biệt tất cả các máy tính cá nhân đều được kết nối bằng Ethernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dùng đến công nghệ này

Công nghệ Ethernet đã được xây dựng và chuẩn hóa để thực hiện các chức năng mạng lớp đường dữ liệu và lớp vật lý Công nghệ này hỗ trợ cung cấp rất tốt các dịch

vụ kết nối điểm – điểm với cấu trúc topo mạng phổ biến theo kiểu ring và hub- nan hoa (hub-and-spoke) Với cấu hình hub-nan hoa trong các mạng cơ quan khu văn phòng thường triển khai các nút mạng là Switch và Hub Nút mạng đóng vai trò là cổng (gateway) kết nối kép (dual home) với nút mạng thực hiện chức năng POP (Point

of Present) của nhà cung cấp dịch dụ để tạo nên cấu trúc mạng nan hoa Cách tổ chức mạng này xét về khía canh kinh tế tương đối đắt, bù lại mạng có độ duy trì mạng cao

và có khả năng mở rộng, nâng cấp dung lượng

Hình 1 Cấu hình Hub-and-Spoke

Mạng tổ chức theo cấu trúc topo ring được áp dụng nhiều vì có tính hiệu quả về mặt tiết kiệm chi phí đầu tư mạng ban đầu Tuy nhiên, một trong những yếu điểm của mạng này là không hiệu quả khi triển khai thuật toán phân đoạn hình cây (Spanning Tree Algorithm); một trong những thuật toán định tuyến quan trọng áp dụng trong mạng Ethernet do những hạn chế của cơ chế bảo vệ và dung lượng băng thông hữu hạn của vòng ring Một điểm nữa là thuật toán định tuyến phân đoạn hình cây có thời gian hội tụ dài hơn nhiều so với thời gian hồi phục đối với cơ chế bảo vệ vòng ring (tiêu chuẩn là 50ms)

Hình 1 Cấu hình Ring Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet là bước phát triển tiếp theo của công nghệ Ethernet Ngoài đặc điểm công nghệ Ethernet truyền thống, công nghệ Gigabit Ethernet phát triển và bổ sung rất nhiều chức năng và tiện ích mới nhằm đáp ứng yêu cầu đa dạng về loại hình dịch vụ, tốc độ truyền tải, phương tiện truyền dẫn Hiện tại các giao thức Gigabit Ethernet đã được chuẩn hóa trong các tiêu chuẩn IEEE 802.3z, 802.3ae, 802.1w Gigabit Ethernet cung cấp các kết nối có tốc độ 100Mbps, 1Gbps hoặc vài chục Gbps

và hỗ trợ rất nhiều các tiện ích truyền dẫn vật lý khác nhau như cáp đồng, cáp quang với phương thức truyền tải đơn công (half-duplex) hoặc song công (full-duplex) Công nghệ Gigabit Ethernet hỗ trợ triển khai nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cho nhu cầu kết nối điểm – điểm, kết nối đa điểm… điển hình là các dịch vụ đường kết nối Ethernet ELS (Ethernet Line Service), dịch vụ chuyển tiếp Ethernet ERS (Ethernet Relay Service), dịch vụ kết nối đa điểm Ethernet EMS (Ethernet Multipoint Service) Một trong những ứng dụng quan trọng tập hợp chức năng của nhiều loại hình dịch vụ kết nối là dịch vụ mạng LAN ảo VLAN (virtual LAN), dịch vụ này cho phép các cơ quan, doanh nghiệp, các tổ chức kết nối mạng từ ở các phạm vi địa lý tách rời thành một mạng thống nhất [9]

Ưu điểm:

Công nghệ Ethernet/Gigabit Ethernet có những ưu điểm nổi bật là:

- Công nghệ Ethernet có khả năng hỗ trợ rất tốt cho ứng dụng truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao và có đặc tính lưu lượng mang tính đột biến và tính “bùng nổ”.

- Cơ cấu truy nhập CSMA/CD công nghệ Ethernet cho phép truyền tải lưu lượng với hiệu suất băng thông và thông lượng truyền tải lớn

- Thuận lợi trong việc kết nối cung cấp dịch vụ cho khách hàng Không đòi hỏi khách hàng phải thay đổi công nghệ, thay đổi hoặc nâng cấp mạng nội bộ, giao diện kết nối

- Sự phổ biến của công nghệ Ethernet tại lớp truy nhập sẽ tạo điều kiện rất thuận lợi cho việc kết nối hệ thống với độ tương thích cao nếu như xây dựng một mạng MAN dựa trên cơ sở công nghệ Ethernet Điều này sẽ dẫn tới việc giảm đáng kể chi phí đầu tư xây dựng mạng

- Mạng xây dựng trên cơ sở Ethernet có khả năng mở rộng và nâng cấp dễ dàng do đặc tính của công nghệ này là chia sẻ chung tiện ích băng thông truyền dẫn và không thực hiện cơ cấu ghép kênh phân cấp

- Hầu hết các giao thức, giao diện truyền tải ứng dụng trong công nghệ Ethernet đã được chuẩn hóa (họ giao thức IEEE 802.3) Việc chuẩn hóa này tạo điều kiện kết nối dễ dàng, độ tương thích kết nối cao giữa các thiết bị của nhà sản xuất khác nhau

- Quản lý đơn giản [8]

Nhược điểm:

Nếu chỉ xét công nghệ Ethernet một cách độc lập, bản thân công nghệ này còn một số nhược điểm sau:

- Thời gian bảo vệ phục hồi lớn

- Không phù hợp cho việc truyền tải loại hình ứng dụng có tính nhạy cảm với sự thay đổi về trễ truyền tải (jitter) và có độ ì (latency) lớn

- Chưa thực hiện chức năng đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho những dịch vụ cần truyền tải có yêu cầu về QoS [8]

Khả năng áp dụng

Ngoài ra, một số giải pháp công nghệ thực hiện kết hợp công nghệ Ethernet và một số công nghệ truyền tải khác, có thể khắc phục một số nhược điểm của công nghệ Ethernet để có thể ứng dụng công nghệ này trong lớp mạng lõi MAN Việc áp dụng công nghệ Ethernet ở lớp mạng nào còn tùy thuộc vào quy mô phạm vi của mạng cần

xây dựng và còn phục thuộc vào cấu trúc topo mạng được lựa chọn phù hợp với mạng cần xây dựng [8]

1.4 Một số chỉ tiêu đánh giá các công nghệ

Một điều cần khẳng định rằng: Mạng MAN thế hệ mới được xây dựng là tổ hợp của các công nghệ truyền dẫn, công nghệ chuyển mạch/định tuyến được lựa chọn Do vậy chúng ta chỉ có thể nói là lựa chọn giải pháp xây dựng mạng MAN dựa trên tổ hợp công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch nào đó để đạt được những tiêu chí cụ thể đề ra trước khi xây dựng mạng Để xác định công nghệ nào được lựa chọn trước hết cần phải xác định được những tiêu chí chủ yếu cho việc xây dựng mạng Các tiêu chí đó là: Năng lực truyền tải của mạng, giá thành của mạng, khả năng cung cấp và mở rộng mạng [8]

1.4.1 Năng lực truyền tải của mạng

Năng lực truyền tải của mạng là một trong những chỉ tiêu quan trọng cần phải đạt được khi xây dựng mạng Năng lực truyền tải của mạng cấu thành bởi một số yếu

tố như là trễ mạng, khả năng bảo vệ, thông lượng, hiệu suất băng thông, độ khả dụng của mạng [8]

 Trễ mạng

Trễ mạng bao gồm các hiện tượng trễ do bảo vệ phục hồi (tính theo giá trị trung bình), trễ truyền tải khi thông tin được truyền qua nhiều mạng thành phần (tính theo giá trị min, max) Giải pháp mạng (bao gồm công nghệ được lựa chọn, cấu trúc tô pô mạng, kích cỡ mạng) cũng như cường độ lưu lượng truyền tải trên mạng là những yếu

tố ảnh hưởng rất lớn đến trễ mạng Bảng 1.1 đưa ra các mức trễ của một số giải pháp công nghệ có thể áp dụng cho MAN Gigabit Ethernet có thời gian trễ phục hồi ngắn nhưng trễ truyền tải lớn Trong khi đó công nghệ RPR cho giá trị trễ truyền tải nhỏ hơn

so với công nghệ SDH-NG do áp dụng chức năng chuyển gói (packet forwarding) Độ khả dụng cũng là một yếu tố cần phải đưa ra xem xét

Hầu hết các giải pháp công nghệ đều có thể thực hiện mạng nhằm đạt được độ khả dụng “năm số chin” (99,999%), nhưng bù lại chi phí xây dựng mạng có thể tăng rất nhiều Một vấn đề lớn đặt ra là có cần thiết phải thực hiện mạng có độ khả dụng cao như vậy không? Phần lớn khách hàng thường thỏa mãn với mức độ khả dụng nhỏ, đặc biệt trong trường hợp giá của các loại hình dịch vụ giảm đi đáng kể Trong những trường hợp như vậy thì công nghệ Gigabit Ethernet có vẻ chiếm ưu thế vượt trội

Bảng 1 So sánh trễ mạng giữa các giải pháp công nghệ

Bảng 1 So sánh khả năng bảo vệ và chi phí cho xây dựng cơ cấu bảo vệ

GbE Hub – and – Spoke Rất tốt, chi phí cao

GbE ring Không tốt lắm, chi phí thấp

Khả năng bảo vệ không hiệu quả đối với công nghệ Gigabit Ethernet áp dụng cho cấu hình ring xuất phát từ vấn đề công nghệ này áp dụng thuật toán định tuyến phân đoạn hình cây áp dụng phù hợp cho cấu trúc lưới SDH-NG cung cấp chức năng bảo vệ tương tự như công nghệ SDH truyền thống Tuy nhiên có một điểm khác biệt là các chuỗi kênh ảo cho phép định tuyến độc lập với các VC riêng rẽ, điều này cho phép cải thiện khả năng hồi phục của công nghệ này Chức năng bảo vệ của RPR thực hiện trên 2 phương pháp: Warping và Steering hoạt động như cơ chế bảo vệ ring SDH 1 sợi

và ring SDH 2 sợi

 Thông lượng

Thông lượng được định nghĩa là tổng số lưu lượng có ích được truyền tải thành công trên tổng số lưu lượng cần truyền tải trong một khoảng thời gian xác định Lưu

lượng có ích được xem như là lưu lượng thực của các ứng dụng truyền vào mạng mà không tính đến lưu lượng định dạng khung truyền tải, lưu lượng của các bản tin quản

lý, điều khiển mạng… Lưu lượng sinh ra bởi phần tiêu đề của các khung dữ liệu (overhead) và các bản tin quản lý điều khiển mạng thay đổi tùy theo các công nghệ khác nhau, thông thường chiếm dưới 15% tổng số lưu lượng cần truyền và còn phụ thuộc vào kích cỡ của gói dữ liệu

Khi so sánh thông lượng giữa các công nghệ, chúng ta cần lưu ý một điều rằng: tốc

độ đường thông là khác so với tốc độ băng thông cung cấp Ví dụ trong công nghệ Gigabit Ethernet, nếu chúng ta có một giao diện GbE với băng thông là 1Gbps thì tốc độ đường thông phải là 1,25Gbps Đối với công nghệ SDH, dữ liệu của phần định dạng khung và xáo trộn dữ liệu làm cho tăng 3% lưu lượng cho phần tiêu đề Thông lượng sử dụng đường thông và băng thông của một số loại hình công nghệ được thể hiện trong bảng 3, trong đó chỉ tính đến lưu lượng phần tiêu đề tương ứng với các công nghệ mà chưa tính đến lưu lượng quản lý và điều khiển áp dụng cho mỗi một công nghệ

Bảng 1 So sánh thông lượng đường thông và phần tỉ lệ sử dụng băng thông ứng với các

Trong cả hai trường hợp việc tính toán lựa chọn công nghệ, giá thành đều phải cân nhắc với mục đích giảm thiểu chi phí đầu tư mạng mà vẫn có được mạng đạt yêu cầu đề ra

 Giá thành xây dựng

Mạng cáp quang chiếm một tỉ trọng rất lớn trong giá thành xây dựng mạng, đặc biệt là trong các đô thị đông dân cư, những nơi chưa có tuyến cáp Trong trường hợp mạng đã có sẵn các tuyến cáp quang và chất lượng cáp vẫn đảm bảo thì sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí đầu tư xây dựng

Bảng 1 So sánh giá thành xây dựng mạng dựa trên cơ sở một số giải pháp công nghệ

vụ trang bị cho nhà mạng của mình các thiết bị dựa trên cơ sở các công nghệ nói trên

Do vậy giá thành của các thiết bị này (nhất là các thiết bị GbE) nói chung là không đắt Bảng 1.4 cho chúng ta một cái nhìn tổng quan nhất về sự so sánh giá cả một số giải pháp công nghệ điển hình có thể xây dựng mạng MAN Tuy nhiên giá thành thực tế xây dựng còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác, nhất là các yếu tố mà chúng ta đã

đề cập ở các mục trên Do vậy giá thành thiết bị cũng chỉ là một trong những tiêu chí chủ yếu cần phải cân nhắc khi xây dựng mạng

 Giá thành thực hiện quản lý và điều khiển mạng

Đối với công nghệ SDH truyền thống, chức năng quản lý giám sát và điều khiển (OAM&P) đã được xây dựng hoàn chỉnh và đã được tiêu chuẩn hóa và đi kèm với thiết bị, do vậy giá thành của các phần tử thực hiện chức năng này trong mạng SDH là phổ biến và không quá đắt

Đối với công nghệ Gigabit Ethernet, một trong những giải pháp quản lý điều khiển có thể áp dụng được đó là áp dụng chức năng quản lý và điều khiển mạng Ethernet được xây dựng trong công nghệ MPLS, nó cho phép giám sát mạng tập trung, chỉ định băng thông, thực hiện hồi phục đường… trong mạng Ethernet

1.4.3 Khả năng nâng cấp mạng

Khả năng nâng cấp mạng là một yếu tố cần phải quan tâm khi xây dựng một mạng mới Khi mạng được đưa vào sử dụng, do quá trình phát triển công nghệ cũng như phát triển dịch vụ mạng cần phải được nâng cấp hoặc mở rộng Chi phí nâng cấp

mở rộng mạng được xem xét dựa trên tiêu chí là càng sử dụng được nhiều cơ sở hạ tầng cũ của mạng càng tốt

Một điều cần quan tâm nữa đó là cần phải xem xét những đặc thù khi nâng cấp mạng Nếu như chỉ xét việc nâng cấp mạng ở khía cạnh tăng dung lượng băng thông và phát triển các dịch vụ mới thì hầu hết các giải pháp công nghệ trên đều có thể đáp ứng những yêu cầu này Trong đó giải pháp công nghệ Gigabit Ethernet có vẻ thích hợp hơn

cả xét về độ phức tạp cũng như giá thành nâng cấp vì tính phổ biến và sự chuẩn hóa sản xuất công nghiệp của các hãng sản xuất thiết bị thuộc về công nghệ này [8]

Bảng 1 So sánh khả năng nâng cấp mạng đối với một số giải pháp công nghệ

Giải pháp công nghệ Giá thành thiết bị

- Chương tiếp theo sẽ tìm hiểu kĩ hơn về công nghệ truyền tải Ethernet

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI ETHERNET TRONG MAN

2.1 Giới thiệu chung về mạng MAN-E

Sự phát triển mạnh về kinh tế xã hội và văn hóa trong môi trường các đô thị và thành phố lớn đã dẫn đến nhu cầu trao đổi thông tin rất lớn , đa dạng về cả loại hình, dịch vụ, tốc độ Để đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin đó, mạng MAN-quang (MAN - Metropolitan Area Network) với khả năng linh hoat cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn và đa dịch vụ là một giải pháp cơ sở hạ tầng mạng truyền thông chủ đạo của các khu đô thị, các thành phố

Để truyền tải thông tin và phát huy hiệu quả cơ sở hạ tầng MAN-quang, người

ta sử dụng nhiều giải pháp công nghệ khác nhau, như: công nghệ SDH-NG, công nghệ WDM, công nghệ RPR, công nghệ Gigabit Ethernet, công nghệ ATM, công nghệ MPLS…

Tuy nhiên, vấn đề đặt ra cho các nhà xây dựng và cung cấp dịch vụ MAN là trên cơ sở mục tiêu xây dựng mạng cần phải lựa chọn được công nghệ phù hợp để áp dụng vào việc xây dựng mạng Trên cơ sở những công nghệ mạng được lựa chọn, các nhà thiết kế mạng sẽ xây dựng cấu hình mạng thích hợp, lựa chọn thiết bị phù hợp để xây dựng được mạng đáp ứng với mục tiêu đề ra ban đầu

Công nghệ Ethernet và Gigabit Ethernet có những ưu điểm nổi bật như: có khả năng hỗ trợ rất tốt cho ứng dụng truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao và đặc tính lưu lượng mang tính đột biến và tính “bùng nổ”

Trước kia, Ethernet là công nghệ thống lĩnh trong các mạng nội bộ LAN, là công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên thế giới và hiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẻ các đường truy nhập băng rộng giữa các thiết

bị với nhau Đặc biệt tất cả máy tính cá nhân đều được kết nối bằng Ethernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dùng đến công nghệ này

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, tốc độ của Ethernet đã được cải thiện từ Mbps lên Gbps và 10Gbps Song song với nó, phương tiện truyền trong mạng Ethernet cũng chuyển dần từ cáp đồng sang cáp quang và cấu hình cũng đã phát triển

từ cấu trúc Bus dùng chung lên cấu trúc chuyển mạch Đây là những nhân tố quan

trọng để xây dựng các mạng có dung lượng cao, chất lượng cao, hiệu suất cao và đáp ứng những đòi hỏi khắt khe của yêu cầu về chất lượng dịch vụ (QoS).

Việc sử dụng công nghệ Ethernet và Gigabit Ethernet trong mạng đô thị đã tạo nên một giải pháp mạng hữu hiệu để truyền tải thông tin trong các đô thị, gọi là giải pháp MAN-E hay MEN

2.2 Cấu trúc mạng MAN-E

Kiến trúc mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể mô tả như hình 2.1

Hình 2 Cấu trúc mạng MAN-E điển hình.

Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơ quan, toà nhà ) trong khu vực của mạng Metro Mô hình điển hình thường được xây dựng xung quanh các vòng Ring quang với mỗi vòng Ring truy nhập Metro gồm từ 5 đến 10 node

Những vòng Ring này mang lưu lượng từ các khách hàng khác nhau đến các điểm POP mà các điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lõi Metro Một mạng lõi Metro điển hình sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp

Theo định nghĩa của Metro Ethernet Forum tại MEF4 - Metro Ethernet Architecture Framework part 1, mạng Metro Ethernet sẽ được xây dựng theo 3 lớp: Lớp dịch vụ Ethernet – hỗ trợ những tính năng cơ bản của lớp; một hoặc nhiều lớp truyền tải dịch vụ; có thể bao gồm lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ cho các ứng dụng trên nền lớp 2 Mô hình mạng theo các lớp dựa trên quan hệ client/server Bên cạnh đó, mỗi lớp mạng này

có thể được thiết kế theo các mặt phẳng điều khiển, dữ liệu, quản trị trong từng lớp, bao gồm:

 Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer):

Lớp dịch vụ Ethernet có chức năng truyền tải các dịch vụ hướng kết nối chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC Các bản tin Ethernet sẽ được truyền qua hệ thống thông qua các giao diện hướng nội bộ, hướng bên ngoài được quy định rõ ràng, gán với các điểm tham chiếu Lớp ETH cũng phải cung cấp các khả năng về OAM, khả năng phát triển dịch vụ trong việc quản lý các dịch vụ Ethernet hướng kế nối Tại các giao diện hướng bên ngoài của lớp ETH, các bản tin bao gồm: Ethernet unicast, multicast hoặc broadcast, tuân thủ theo chuẩn IEEE 802.3 – 2002

 Lớp truyền tải dịch vụ:

Lớp truyền tải dịch vụ hỗ trợ kết nối giữa các phần tử của lớp ETH Có thể sử dụng nhiều công nghệ khác nhau dùng để thực hiện việc hỗ trợ kết nối Một số ví dụ: IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, OTN ODUK, PDH DS1/E1, MPLS LSP… Các công nghệ truyền tải trên lại có thể do nhiều công nghệ khác hỗ trợ, cứ tiếp tục như vậy cho đến lớp vật lý như cáp quang, cáp đồng, không dây

 Lớp dịch vụ và ứng dụng:

Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ các dịch vụ sử dụng truyển tải trên nền mạng Ethernet của mạng MEN Có nhiều dịch vụ trong đó bao gồm cả các việc sử dụng lớp ETH như một lớp TRAN cho các lớp như: IP, MPLS, PDH…

Hình 2 Mô hình MAN-E phân chia các lớp theo MEF.

2.3 Các dịch vụ cung cấp qua MAN-E

2.3.1 Mô hình dịch vụ Ethernet

Để xác định các loại hình dịch vụ cung cấp qua môi trường Ethernet, trước hết cần xem xét mô hình tổng quát Mô hình dịch vụ Ethernet là mô hình chung cho các dịch vụ Ethernet, được xây dựng trên dựa trên cơ sở sử dụng các thiết bị khách hàng

để truy cập các dịch vụ Trong mô hình này sẽ định nghĩa các thành phần cơ bản cấu thành dịch vụ cũng như một số đặc tính cơ bản cho mỗi loại hình dịch vụ Nhìn chung các dịch vụ Ethernet đều có chung một số đặc điểm, tuy nhiên vẫn có một số đặc tính đặc trưng khác nhau cho từng dịch vụ riêng.

Mô hình cơ bản cho các dịch vụ Ethernet Metro như chỉ ra trên Hình 2.3

Hình 2 Mô hình cung cấp các dịch vụ Ethernet qua MAN.

Trong mô hình này chủ yếu đề cập đến các kết nối mạng mà trong đó thuê bao được xem là một phía của kết nối khi trình bày về các ứng dụng thuê bao Tuy nhiên cũng có thể có nhiều thuê bao (UNI) kết nối đến MAN từ cùng một vị trí

Trên cơ sở các dịch vụ chung được xác định trong mô hình, nhà cung cấp dịch

vụ có thể triển khai các dịch vụ cụ thể tuỳ theo nhu cầu khách hàng Những dịch vụ này có thể được truyền qua các môi trường và các giao thức khác nhau trong MAN như SONET, DWDM, MPLS, GFP Tuy nhiên, xét từ góc độ khách hàng thì các kết nối mạng xuất phát từ phía khách hàng của giao diện UNI là các kết nối Ethernet

2.3.2 Kênh kết nối ảo EVC

Một thành phần cơ bản của mạng MAN-E là kênh kết nối ảo Ethernet Một EVC là một kênh kết nối giữa hai hoặc nhiều giao diện UNI Các giao diện này được gọi là các giao diện UNI thuộc kênh EVC [2]

Một giao diện UNI có thể thuộc một hay nhiều kênh EVC tùy thuộc vào sự ghép kênh trên dịch vụ Mỗi khung dịch vụ đi vào mạng MAN-E phải đến một EVC nào đó, giao diện UNI mà khung dịch vụ đi đến để vào MAN-E gọi là UNI đầu vào.[2] Cho phép truyền Frame giữa chúng, ngăn chặn dữ liệu truyền từ các UNI không cùng một EVC

Có thể gộp kênh hoặc ghép kênh trên cùng một UNI

Có hai loại kênh EVC là EVC điểm – điểm và EVC đa điểm

- Kênh EVC điểm – điểm: là kênh EVC kết nối giao diện UNI với nhau Khung dịch vụ đi vào giao diện UNI này chỉ có thể đi ra giao diện UNI kia và ngược lại.[2]

Hình 2 Kết nối EVC điểm – điểm.

- Kênh EVC đa điểm: là kênh EVC kết nối từ hai giao diện UNI trở lên với nhau Kênh EVC đa điểm có hai giao diện UNI khác với kênh điểm – điểm ở chỗ có thêm một hoặc nhiều giao diện UNI khác Có hai loại kênh EVC đa điểm là kênh EVC đa điểm –

đa điểm và kênh EVC dạng cây.[2]

Hình 2 Kết nối EVC đa điểm – đa điểm.

+ EVC đa điểm – đa điểm: các giao diện UNI kết nối bình đẳng với nhau Mỗi khung dịch vụ có thể truyền trực tiếp từ UNI này đến bất kỳ một UNI nào khác cùng thuộc một kênh EVC

+ EVC dạng cây: có một số giao diện UNI được xem là gốc và các giao diện UNI còn lại là lá Gói tin từ giao diện UNI gốc và có thể truyền trực tiếp đến tất cả các giao diện UNI khác cùng thuộc kênh EVC Với giao diện UNI lá, nếu muốn truyền đến một giao diện UNI khác phải truyền qua giao diện gốc

2.3.3 Các loại dịch vụ Ethernet

Dịch vụ E-Line

Dịch vụ E-Line cung cấp kết nối ảo Ethernet điểm – điểm (EVC) giữa hai UNI như minh hoạ trên hình 2.6 Dịch vụ E-Line được sử dụng cho kết nối điểm – điểm [2]

Hình 2 Kết nối ảo Ethernet điểm - điểm (EVC) qua MAN

Dịch vụ E-Line có thể cung cấp băng tần đối xứng cho truyền số liệu theo hai hướng Ở dạng phức tạp hơn nó có thể tạo ra tốc độ thông tin tốt nhất (CIR) và kích thước khối tốt nhất (CBS), tốc độ thông tin đỉnh và kích thước khối đỉnh trễ, jitter, độ mất mát thực hiện giữa hai UNI có tốc độ khác nhau Nhìn chung dịch vụ E-Line có thể được sử dụng để xây dựng các dịch vụ tương tự cho chuyển tiếp khung hoặc các đường thuê riêng Tuy nhiên, dải băng tần và các khả năng kết nối của nó lớn hơn nhiều

Dịch vụ E-LAN

Dịch vụ LAN Ethernet cung cấp các kết nối đa điểm, chẳng hạn có thể kết nối một số UNI với nhau như chỉ ra ở hình 2.7 [2]

Hình 2 Mô hình kết nối đa điểm.

Số liệu thuê bao gửi từ một UNI có thể được nhận tại một hoặc nhiều UNI khác Mỗi UNI được kết nối đến một EVC đa điểm Khi có các UNI thêm vào, chúng

được kết nối đến cùng EVC đa điểm do đó đơn giản hoá quá trình cung cấp và kích hoạt dịch vụ [2]

Dịch vụ E-LAN theo cấu hình điểm – điểm.

Dịch vụ E-LAN có thể được sử dụng để kết nối chỉ hai UNI, điều này dường như tương tự với dịch vụ E-Line nhưng ở đây có một số khác biệt đáng kể Với dịch

vụ E-Line, khi một UNI được thêm vào, một EVC cũng phải được bổ sung để kết nối UNI mới đến một trong các UNI đã tồn tại Hình 2.8 minh hoạ khi một UNI được thêm vào và sẽ có một EVC mới được bổ sung để tất cả các UNI có thể kết nối được với nhau khi dùng dịch vu E-Line [2]

Hình 2 Quá trình thực hiện khi thêm một UNI vào MAN.

Với dịch vụ E LAN, khi UNI mới cần thêm vào EVC đa điểm thì không cần bổ sung EVC mới vì dịch vụ E-LAN sử dụng EVC đa điểm – đa điểm Dịch vụ này cũng cho phép UNI mới trao đổi thông tin với tất cả các UNI khác trên mạng Trong khi với dịch vụ E-Line thì cần có các EVC đến tất cả các UNI Do đó, dịch vụ E-LAN chỉ yêu cầu một EVC để thực hiện kết nối nhiều bên với nhau

Tóm lại, dịch vụ E-LAN có thể kết nối một số lượng lớn các UNI và sẽ ít phức tạp hơn khi dùng theo dạng lưới hoặc hub và các kết nối sử dụng các kỹ thuật kết nối điểm – điểm như Frame Relay hoặc ATM Hơn nữa, dịch vụ E-LAN có thể được sử dụng để tạo một loạt dịch vụ như mạng LAN riêng và các dịch vụ LAN riêng ảo, trên

cơ sở này có thể triển khai các dịch vụ khách hàng.[2]

Lợi ích của việc ghép kênh dịch vụ cho phép chỉ cần một cổng giao diện UNI

có thể hỗ trợ nhiều kết nối EVC Điều này làm giảm chi phí thêm cổng UNI và dễ dàng trong việc quản trị VLAN được cấu hình tại cổng thiết bị khách hàng CE kết nối với UNI được gọi là CE-VLAN Như vậy tại mỗi UNI có một ánh xạ giữa CE-VLAN

và EVC Tính trong suốt của VLAN (VLAN transparency): Một EVC có tính trong suốt VLAN khi CE-VLAN không thay đổi khi đi qua giao diện UNI Nghĩa là, CE-VLAN của khung đi ra hướng từ MAN-E ra mạng của khách hàng luôn giống CE-VLAN của khung đi vào Tính năng này có ưu điểm làm giảm việc đánh số lại VLAN của khách hàng

2.4.2 Thuộc tính giao diện vật lý Ethernet

Bao gồm các tham số sau:

- Đường truyền vật lý: Các đường truyền vật lý theo chuẩn IEEE 802.3 Ví dụ: 10BASE-T, 100BASE-T, 1000BASE-X

- Tốc độ truyền: Tốc độ Ethernet: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps…

- Chế độ truyền: Full Duplex/ Half Duplex, AutoNegotiation

- Lớp MAC: Các tiêu chuẩn về lớp MAC theo tiêu chuẩn 802.3 – 2000

2.4.3 Các thuộc tính về lưu lượng

MEF định nghĩa các thuộc tính về băng thông (Bandwidth Profile) cho UNI và cho EVC Một Bandwidth Profile là một giới hạn về tốc độ khi frame truyền qua UNI hay EVC Đối với các kết nối điểm – điểm việc tính toán băng thông trên đường truyền có thể đơn giản, nhưng đối với các kết nối đa điểm – đa điểm, đặc biệt có ghép kênh EVC trên cùng một giao diện vật lý, việc tính toán băng thông rất phức tạp Với trường hợp đó cần kết hợp tính toán và đo đạc thực tiễn:

Đặc tính băng thông gồm các loại sau:

 Băng thông vào và ra tại mỗi UNI (Tốc độ cổng vật lý)

 Băng thông vào và ra tại mỗi EVC (Tốc độ áp theo VLAN)