Tài liệu Công Nghệ ring

Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh chơng v: công nghệ ring gói hồi phục nhanh i. Ethernet trong mạng MAN: Chúng ta đã biết, dịch vụ Ethernet là dịch vụ truyền số liệu qua giao diện Ethernet (các cổng 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1Gb/s). Điểm khác biệt chính giữa Ethernet và các dịch vụ truyền số liệu truyền thống nh Leasedlines, Frame Relay hay ATM là có khả năng mở rộng qui mô của giao diện dịch vụ. Với các dịch vụ truyền thống, các giao diện vật lý phải thay đổi theo tốc độ dịch vụ. Ví dụ phần cứng cho dịch vụ T1 sẽ khác biệt với phần cứng cho các dịch vụ DS-3 và OC-3. Mặt khác, với dịch vụ Ethernet, ngời cung cấp có thể tách luồng từ 100Mb/s đến 1Gb/s để cung cấp cho thuê bao và việc thay đổi tốc độ luồng không phải thay đổi giao diện kết nối. Ngoài ra, băng thông và việc thay đổi dịch vụ có thể quản lý từ xa, thuận tiện và việc cung cấp băng thông cho khách hàng vì thế sẽ nhanh hơn. Tuy nhiên, đối với dịch vụ Ethernet, nhìn một cách tổng thể không thể dừng lại ở việc cung cấp nhanh chóng dịch vụ cho khách hàng, vấn đề đạt ra là phải xây dựng đợc cơ sở hạ tầng nh thế nào cho hiệu quả để phù hợp với nhu cầu của thị trờng. Ethernet đã phát triển qua hơn 25 năm qua từ 10Mbps đến 100Mbps, 1Gbps và bây giờ là 10Gbps. Trên cơ sở ban đầu và các thay đổi theo khuyến nghị của IEEE đã tạo ra công nghệ Ethernet quang. Với khả năng truyền dẫn của sợi quang (trên 80km), ngày nay chúng ta có thể sử dụng cáp quang để truyền tải dữ liệu trên mạng công cộng. Ngày nay, tất cả các gói dữ liệu đều bắt đầu và kết thúc hành trình của mình trong mạng Internet dới dạng các khung Ethernet, việc mang dữ liệu dới dạng gói đồng nhất từ khi bắt đầu đến khi kết thúc qua đờng truyền tải loại bỏ nhu cầu về các lớp giao thức bổ sung 70 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh và sự đồng bộ tạo nên sự gia tăng chi phí và độ phức tạp. Ngoài ra với việc điều khiển hiệu quả các gói IP, Ethernet có nhiều thuận lợi là đơn giản, giá thành hạ. Hình 5.1: Sự phát triển của công nghệ chuyển tải gói dữ liệu Gigabit Ethernet chỉ là bớc đầu trong quá trình truyền tải các gói dữ liệu cơ sở trong mạng MAN. Mặc dù nó thích hợp với cấu hình điểm - điểm, hay mạng hình lới, nhng Giga Ethernet không thích hợp trong cấu hình RING cũng nh dới dạng chia sẻ đa phơng tiện (shared media). Việc thực hiện chia sẻ đa phơng tiện trong mạng RING cần phải có bộ phận điều khiển truy nhập ph- ơng tiện (MAC) để quản lý truy nhập qua nhiều ngời sử dụng. Hiện nay, hầu hết các mạng cáp quang hiện có trong mạng thành phố đã kết nối theo cấu hình RING vì công nghệ truyền tải hiện tải chủ yếu là SONET khai thác qua mạng RING cáp quang. Transport Circuit: Sonet/ATM Packet Mesh: Ethernet Ring: ??? 71 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh Việc kết nối theo cấu hình RING cho phép SONET thực hiện việc bảo vệ đờng truyền khi có sự cố sảy ra, nghĩa là có thể duy trì đờng truyền trong tr- ờng hợp đứt cáp quang (khôi phục trong vòng 50ms), không giống nh SONET, Ethernet không xây dựng phơng án bảo vệ nhanh, Bài toán đặt ra là nếu tìm đ- ợc giải pháp mà vừa tận dụng đợc khả năng khôi phục mạng lới nh SONET và cơ chế truyền tải gói nh Ethernet sẽ mang lại hiệu quả to lớn. Cuối cùng một giải pháp cho mạng truyền số liệu thành phố đã ra đời, đó là công nghệ RING chuyển mạch gói hồi phục nhanh (RPR), RPR đã kế thừa hai đặc trng quan trọng của mạng SONET đó là: - Có thể kết nối theo cấu hình RING và - Có thể khôi phục đờng truyền nhanh khi cáp quang bị đứt. Ngoài ra, RPR có thể cung cấp đờng truyền số liệu hiệu quả, đơn giản và giá thành thấp nh dịch vụ Ethernet. Đồng thời RPR đã giải quyết đợc vấn đề về sự đồng đều băng thông giữa các ngời sử dụng (Fairness) và điều khiển sự tắc nghẽn lu lợng trong mạng mà cho đến nay các công nghệ hiện tại vẫn cha giải quyết đựơc. ii. Những hạn chế của SONET và ETHERNET trong mạng MAN: 1. SONET: Hầu hết mạng cáp quang Thành phố đều đợc kết nối theo cấu hình RING, cấu hình RING phù hợp cho mạng TDM trên cơ sở SONET, đó là cấu hình chính đang sử dụng hiện nay của mạng Thành phố. Tuy nhiên cũng có những bất lợi nhãn tiền khi sử dụng SONET để truyền tải lu lợng số liệu, vì SONET đợc thiết kế theo cấu hình Điểm- Điểm, chuyển mạch kênh và hầu hết các hạn chế của SONET đều bắt đầu từ đây. Dới đây là các hạn chế của SONET: + Số lợng mạch là cố định: 72 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh SONET thiết lập các mạch điểm- điểm giữa các Node trong vòng RING. Mỗi mạch đợc ấn định một băng thông cố định do vậy rất lãng phí trong trờng hợp mạch này không sử dụng. Hình 5.2: Mô tả cấu trúc kết nối SONET RING Việc ấn định cố định băng thông sẽ hạn chế khả năng truyền tải dữ liệu giữa các node, trong trờng hợp lu lợng tăng đột biến giữa 2 node thì có thể xảy ra nghẽn mạch. Đây là nhợc điểm đối với loại lu lợng dữ liệu, chúng có bản chất là bùng nổ lu lợng. + Lãng phí băng thông trong cấu hình Mesh: Trong cấu hình này, ngời thiết kế phải khai báo các kết nối giữa các Node bất kỳ trong mạng với nhau, điều này không những gặp khó khăn trong quá trình thực hiện mà còn không hiệu quả trong việc sử dụng băng thông. Khi lu lợng dữ liệu ở trong mạng nội bộ thành phố tăng lên, một mạng hình l- ới đầy đủ mà dễ triển khai, bảo dỡng và nâng cấp trở thành một yêu cầu quan trọng. Kết nối cáp quang Mạch Logic 73 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh + Chuyển lu lợng đến nhiều điểm: Trong mạng RING SONET, để thực hiện việc chuyển tải lu lợng đến nhiều điểm, thì tại node nguồn phải ấn định các kết nối riêng biệt đến từng node đích, đồng thời phải sao gởi từng gói dữ liệu đến từng node đích, kết quả là sẽ có rất nhiều gói dữ liệu (giống nhau) đợc truyền tải trong mạng gây lãng phí băng thông. + Lãng phí băng thông phục vụ cho việc bảo vệ mạng: Thông thờng mạng SONET phải giành 50% băng thông của mạng RING để duy trì cho việc bảo vệ đờng truyền, nh vậy là quá lãng phí. Việc bảo vệ là cần thiết, SONET không thực hiện đợc việc cho phép nhà cung cấp lựa chọn bao nhiêu băng tần giành cho bảo vệ. Hình 5.3: Mạng RING SONET theo cấu hình Mesh 2. Ethernet: Không giống nh SONET, Ethernet không có u điểm của mạng RING trong việc thực hiện bảo vệ nhanh đờng truyền. Ethernet thờng đợc ứng dụng Kết nối cáp quang Mạch Logic 74 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh trong cấu trúc hình cây trải dài (spanning tree) để nhằm loại bỏ tất cả các mạch vòng từ mạng chuyển mạch. Mặc dù trong giao thức spanning tree chúng ta có thể thực hiện việc tạo ra đờng dự phòng, nó có thể khôi phục đờng truyền khi có sự cố cáp quang, lúc đó sự khôi phục đờng truyền sẽ phải lan truyền qua từng node. Sự tập hợp liên kết (802.1ad) có thể cung cấp một giải pháp khôi phục nhanh mức liên kết nhng tơng đối chậm từ 500ms đến 50ms và không thích hợp cho việc bảo vệ mức đờng truyền. Ethernet cũng không thực hiện tốt việc phân bổ băng thông công bằng tổng thể. Hình 5.4: Mạng Ethernet qua Ring Topology-Sơ đồ logic iii. Mạng RING chuyển mạch gói phục hồi nhanh Nh đã phân tích ở trên, cả SONET và Ethernet đều không phải là lựa chọn lý tởng trong việc điều khiển lu lợng số liệu trong mạng RING. SONET có nhiều u điểm khi kết nối theo mạng RING, nhng không điều khiển lu lợng một cách hiệu quả, bỏ phí băng thông trong mạng RING. Ethernet phù hợp cho lu 802.1ad 802.1ad GigE GigE GigE Internet Internet 75 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh lợng dữ liệu nhng lại khó kết nối theo mạng RING, do vậy không có những u điểm của mạng RING. Công nghệ RPR là một kiến trúc mạng nổi bật và công nghệ đợc thiết kế để đạt các yêu cầu của mạng thành phố chuyển mạch gói. Không giống nh những cấu trúc mạng hiện tại dựa trên công nghệ chuyển mạch Ethernet hay Sonet ADM, RPR đã giải quyết đợc các vấn đề tắc nghẽn một cách triệt để. Trong vài năm qua, các mạng RING cáp quang đã phát triển tại các thành phố, do vậy buộc các nhà khai thác phải có nhiều phơng án, công nghệ để khai thác một cách triệt để dung lợng các tuyến cáp quang trên. Vấn đề quản lý tài nguyên dùng chung trong mạng RING một cách hiệu quả (trong trờng hợp mạng RING cáp quang, tài nguyên đòi hỏi phải đợc dùng chung cho hàng nghìn thuê bao trong mạng thành phố) đợc giải quyết hiệu quả nhất tại lớp MAC của ngăn xếp giao thức. RPR (IEEE 802.17) sẽ là một giao thức MAC mới đợc thiết kế cho các mạng RING cáp quang Thành phố. Với việc tạo ra giao thức MAC cho mạng ring, RPR đã đa ra giải pháp cơ bản để giải quyết vấn đề tắc nghẽn của mạng Thành phố. Các giải pháp khác cố gắng tạo sự thay đổi lớn với các sản phẩm hiện có nhng không đa ra vấn đề cơ bản và do đó không hiệu quả. Cả SONET và chuyển mạch Ethernet đều không đa ra sự cần thiết đối với lớp MAC đợc thiết kế cho môi trờng mạng Thành phố. SONET sử dụng kỹ thuật lớp 1 (kết nối điểm- điểm) để quản lý dung lợng trên mạng RING. Chuyển mạch Ethernet dựa trên cầu Ethernet hay định tuyến IP để quản lý băng thông. Do đó mạng hoặc sử dụng không đúng mức trong trờng hợp của SONET hoặc không định rõ trong trờng hợp của chuyển mạch Ethernet. IV. Các đặc tính của RPR RPR có nhiều đặc tính đặc biệt tạo nên một nền tảng lý tởng để phân phát các dịch vụ dữ liệu trong các mạng thành phố. 76 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh 1. Kiến trúc tách ghép các gói dữ liệu: Chúng ta hãy so sánh cấu trúc tách ghép gói trong RPR với cấu trúc tách ghép gói trong Ethernet. Mạng Thành phố xây dựng với các bộ chuyển mạch Ethernet bao gồm các node đợc kết nối theo cấu hình điểm-điểm. Lu lợng mạng phải lần lợt đi qua các trung gian khi truyền từ node nguồn đến node đích. Mỗi node trung gian phải xử lý lu lợng mà nó cho đi qua với tốc độ đờng truyền. Các kỹ thuật xử lý gói tại mỗi node có thể xử lý đợc ở các tốc độ thấp từ 1-2.5 Gb/s. Nhng nếu tốc độ dòng dữ liệu mà bằng hoặc lớn hơn 10 Gb/s thì mạng sẽ bị tắc nghẽn. Hình 5.5: Cấu trúc kết nối mạng Ethernet điểm- điểm Đối với hệ thống RPR, tại mỗi node sẽ dễ dàng cho truyền qua các lu lợng trung chuyển mà không phải xếp hàng nh đối với cấu hình Ethernet. Thực thể MAC trong mỗi node thực hiện chức năng sau: Ghép: Ghép lu lợng vào mạng từ node đó. Tách: Tách lu lợng ra khỏi mạng từ node đó. Trung chuyển: Chuyển tiếp các lu lợng qua node đó. 77 Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh Đờng truyền chuyển tiếp trở thành 1 phần của phơng tiện truyền dẫn hiệu quả và làm cho vòng RING RPR hoạt động nh một phơng tiện chuyển tiếp dùng chung giữa các node. Vì tại mỗi node không phải xử lý lu lợng chuyển tiếp, do vậy kiến trúc tách ghép gói có thể dễ dàng mở rộng tới các tốc độ dòng số liệu cao hơn. Hình 5.6: Cấu trúc tách ghép gói RPR Ưu điểm cơ bản của Ring gói là tại mỗi node có thể giả thiết rằng một gói đã đợc gửi đi trên ring thì cuối cùng gói đó sẽ đến đợc node đích mà không chú ý đến đờng truyền nào trong mạng ring đã thực hiện. Do các node biết rằng tất cả các node trong vòng RING đều có 3 nhiệm vụ là: Tách, ghép, chuyển tiếp các gói, điều này đã làm giảm số lợng công việc mà mỗi node phải kết nối với các node khác, đặc biệt khi so sánh với mạng Mesh, ở đó mỗi node trong mạng Mesh phải quyết định cổng nào sẽ đợc sử dụng để gửi các gói đi. 78 MAC Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh Hình 5.7: Ring gói 2 hớng 2.Điều khiển gói trong giao thức SRP Quá trình xử lý gói tại một node Có hai địa chỉ SRP MAC ở mỗi giao tiếp SRP. Mỗi địa chỉ SRP MAC đợc nối đến một đôi cáp quang. Các node trên ring SRP đợc kết nối giống nh hệ thống vòng ring FDDI ( Fiber Distributed Data Interface) mặt A trên một router sẽ kết nối với mặt B của một rauter khác. Khi cần một gói đợc truyền đến một node, gói này sẽ dợc kiểm tra địa chỉ đích cần đến, nếu gói cần truyền đến node thì nó truyền lên lớp trên để xử lý, nếu gói không phải chuyển đến node này thì nó sẽ đợc đa vào bộ phận chuyển tiếp ( transit buffer) để tiếp tục truyền đi đến node khác. Packet Ring Data Packet 79 [...]...Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh Quá trình tái sử dụng trong không gian Mỗi đặc điểm nổi bật của công nghệ DPT là việc sử dụng băng thông và một cách hiệu quả Với khả năng tái sử dụng không gian của giao thức SRP, băng thông của vòng ring DPT tăng lên đáng kể Các kỹ thuật vòng ring trớc đây nh FDDI hoặc Token Ring, nơi phát sẽ hủy bỏ các gói dữ liệu khi các gói này đi toàn bộ vùng ring Ngợc lại,... công nghệ mạng RING Vì vậy các công nghệ RING gói sẽ tơng thích với các tiêu chuẩn lớp vật lý của Ethernet SONET và DWDM 5 Khả năng hồi phục nhanh Các RING gói có u điểm là khả năng hồi phục tự nhiên Trong trờng hợp là Ethernet, u điểm này đợc thể hiện ở giao thức hình cây trải dài, tuy nhiên cơ chế phục hồi tơng đối chậm Trong RPR, khả năng khôi phục đờng truyền đạt tới thời gian . Chng V: Cụng ngh Ring gúi hi phc nhanh lợng dữ liệu nhng lại khó kết nối theo mạng RING, do vậy không có những u điểm của mạng RING. Công nghệ RPR là một. trên giao thức MAC mới, giao thức này thiết kế cho các công nghệ mạng RING. Vì vậy các công nghệ RING gói sẽ tơng thích với các tiêu chuẩn lớp vật lý của