Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IPWDM.pdf

Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IPWDM.pdf

-

luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc

c«ng nghÖ m¹ng truyÒn dÉn thÕ hÖ míi IP/WDM

Lêi cam ®oan

Em xin cam ®oan luËn v¨n nµy lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña chÝnh b¶n th©n C¸c nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy dùa trªn nh÷ng tæng hîp lý thuyÕt vµ hiÓu biÕt thùc tÕ cña em, kh«ng sao chÐp

T¸c gi¶ luËn v¨n

Tiªu Xu©n Hïng

Môc lôc

Môc lôc I ThuËt ng÷ viÕt t¾t IV danh môc c¸c h×nh vÏ VIII

më ®Çu 1

Ch−¬ng 1: giíi thiÖu vÒ m¹ng truyÒn dÉn thÕ hÖ míi hiÖn nay vµ xu h−íng ph¸t triÓn 2

1.1 Giíi thiÖu chung 2

1.2 CÊu tróc m¹ng thÕ thÖ míi hiÖn nay 2

1.3 Líp truyÒn dÉn vµ truy nhËp hiÖn nay 3

2.1 Giíi thiÖu m¹ng IP/WDM 14

2.1.1 Giíi thiÖu m¹ng quang WDM 14

3.3.1 Xây dựng và duy trì cơ sở thông tin định tuyến OSPF 41

3.3.2 Tính toán đường đi và những ràng buộc chuyển mạch WDM 43

3.3.3 Hoạt động định tuyến 46

3.4 Báo hiệu trong mạng IP/WDM 48

3.4.1 Khái niệm RSVP 48

3.4.2 RSVP trong mạng quang 51

3.4.3 Kiến trúc triển khai RSVP 52

3.4.4 Bản tin RSVP trong mạng quang 53

3.4.5 Cơ chế phát nhãn lai cho mạng quang (Hybrid Label) 57

3.5 GMPLS (Generalized-Multiprotocol Label Switching) 60

3.6 Phục hồi IP/WDM 62

3.6.1 Trường hợp có dự phòng: 67

3.6.2 Trường hợp phục hồi: 69

3.7 Điều khiển mạng liên miền: 71

3.7.1 Độ khả dụng và khả năng đến đích của mạng IP/WDM 73

3.7.2 Trao đổi thông tin định tuyến liên miền: 76

3.8 Kết luận về điều khiển trong mạng IP/WDM 81

Chương 4:Kỹ thuật điều khiển lưu lượng trong mạng IP/WDM 82

4.1 Phương pháp và mô hình 82

4-2 Điều khiển lưu lượng mạng IP/WDM theo mô hình chồng lấn 83

4-3 Điều khiển lưu lượng mạng IP/WDM tích hợp 86

4.3.1 Kỹ thuật điều khiển lưu lượng- định tuyến tích hợp 87

4.3.2 Khái niệm liên kết ảo 88

4.3.3 Thuật toán định tuyến tích hợp: 89

Chương 5: phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam 92 5.1 Các công nghệ đang được sử dụng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam 92

5.1.1 Mạng IP/ATM/SDH/WDM: 92

5.1.2 Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM : 93

5.1.3 Mạng IP/WDM điểm-điểm: 94

5.1.4 Triển khai mạng NGN của VNPT 94

5.2 Khả năng ứng dụng lý thuyết IP/WDM vào mạng viễn thông 95

5.3 Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT trong tương lai 99

5.4 Kết luận về triển khai mạng truyền dẫn thế hệ mới 100

Kết luận 102

tài liệu tham khảo 103

Tóm tắt luận văn 104

ThuËt ng÷ viÕt t¾t

ADM ADSL API APS ARP AS ATM BASE BE BER BGMP BGP CDMA CLI DCC DCN DEMUX Diffserv DLC DLCI DM DNS DSL DWDM EBGP EGP

Add/Drop Multiplexer

Asymmetrical Digital Subcriber Line Application Programme Interface Automatic Protection Switching Address Resolution Protocol Autonomous System

Asynchronous Transfer Mode Baseband

Best Effort Bit Error Rate

Border Gateway Multicast Protocol Border Gateway Protocol

Code Division Multiple Access Command Line Interface Data Communication Chanel Data Communication Network Demultiplexer

Differentiated Service Digital Loop Carrier

Datalink Connection Identifier Domain Manager

Domain Name System Digital Sucriber Line

Dense Wavelength Divison Mutiplexing Exterior Border Gateway Protocol Exterior Gateway Protocol

EMS FDM FEC FIFO FTP GbE GMPLS HDLC HTML HTTP IAB IBGP ICMP ID IDMR IDRP IETF IGMP IGP Intserv IPng IpSec IPv4 ISDN IS-IS

ISP LAN

Element Management System Frequency Divison Multiplexing Forward Error Correction

Firt In Firt Out File Tranfer Protocol Gigabit Ethernet

Generalised Multiprotocol Label Switching High Level Data Link Control

Hypertext Marup Langugage Hypertext Tranfer Protocol Internet Architecture Board Interior Border Gateway Protocol Interior Control Message Protocol Identifier

Interdomain Multicast Routing Interdomain Routing Protocol

Internet Engineering Management Protocol Internet Group Management Protocol Interior Gateway Protocol

Intergrated Service IP Next Generation IP Security

Internet Protocol Vesion 4

Intergrated Service Digital Network

Intermediate System to Intermediate System routing protocol

InternetService Provider Local Area Network

LBS LDP LIB LMP LSA LSP LSR LSU LTE MAC MIB MPλS MPLS NE NGN NMS NNI OADM OAM OBS OLS OLSR OPR OSPF OXC PON POS PPP

Label-Based Switching Label Distribution Protocol Label Information Base Link Management Protocol Link State Advertisement Label Switched Path Label Switched Router Link State Update

Link Terminating Equipment Media Access Control

Management Information Base Multiprotocol Lambda Switching Multiprotocol Label Switching Network Element

Next Generation Network Network Management System Network to Network Interface Optical Add/Drop Multiplexer Operations and Maintenance Optical Burst Switching Optical Label Switching

Optical Label Switching Router Optical Packet Router

Open Short Path First Optical Cross Connect Passive Optical Network Packet Over Sonet Point to Point Protocol

QoS RIP RSpec RSVP RTP SDH SMTP SNMP SPF SRLG SS7 TE TNM TTL UDP UNI VPN WADM WAMP WAN WDM

Simple Network Management Protocol Short Path First

Shared Risk Link Group Signaling System No 7 Traffic Engineering

Telecommunication Management Network Time to Live

User Datagram Protocol User Network Interface Vitural Private Network

Wavelength Add/Drop Multiplexer Wavelength Amplifier

Wide Area Network

Wavelength Division Multiplexing

Hình 2-6: Mô hình điều khiển NMS chồng lấn 25

Hình 2-7: Mô hình điều khiển gia tăng 26

Hình 2-8: Mô hình điều khiển ngang hàng 27

Hình 3-6: Định dạng bản tin PATH đối tượng yêu cầu nhãn 54

Hình 3-7: Định dạng bản tin PATH đối tượng yêu cầu nhãn cho thiết lập đường đi và cấp phát bước sóng nội bộ 54

Hình 3-8: Định dạng bản tin RESV đối tượng nhãn 57

Hình 3-9: Phục hồi mạng IP/ WDM 63

Hình 3-10: Dự phòng lightpath và dự phòng liên kết 68

Hình 3-11: Phục hồi mạng và phục hồi phân đoạn con 70

Hình 3-12: Điều khiển liên miền IP/WDM 71

Hình 4-1 Mô hình mạng chồng lấn 84

Hình 4-2: Ví dụ về định tuyến IP không lựa chọn link cung cấp bởi mạng

WDM 85

Hình 4-3:Mô hình ngang hàng- Điều khiển lưu lượng tích hợp 86

Hình 4-4: Cấu trúc node định tuyến tích hợp 87

Hình 4-5: Ví dụ mạng với các liên kết ảo 89

Hình 5-1: Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM 93

Hình 5.2 - Mô hình mạng NGN của VNPT 95

Hình 5-3: Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT 99

Hình 5-4: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM 101

Hình 5-5: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM của Siemens 101

mở đầu

Hiện nay mạng viễn thông đang từng bước thực hiện chuyển dịch từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới Các công nghệ truyền dẫn thế hệ mới được đưa vào sử dụng như :

Mạng SDH thế hệ sau sử dụng WDM cho phép phân phát dữ liệu ở tốc độ cao và băng thông rộng đối với mạng Ethernet, cho phép truyền lưu lượng IP trực tiếp trên mạng SDH

Công nghệ IP làm nền cho thế hệ sau trong đó công nghệ ghép kênh bước sóng quang WDM chiếm lĩnh ở lớp vật lý; IP/MPLS làm nền cho lớp 3, truyền dẫn trên mạng lõi dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ ATM hay IP/MPLS hiện tại được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS

Trong tương lai do sự bùng nổ lưu lượng IP dẫn đến cơ sở hạ tầng mạng nên được tối ưu cho IP Bên dưới lớp IP, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là kỹ thuật truyễn dẫn hữu tuyến có nhiều hứa hẹn nhất, cung cấp một dung lượng mạng khổng lồ đòi hỏi để tồn tại trong sự phát triển liên tục mạng viễn thông Chính vì lý do trên hiện nay công nghệ IP/WDM là xu hướng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới, trong thời gian không xa sẽ được chuẩn hoá và đưa vào sử dụng

Dựa trên những hiểu biết về công nghệ mạng IP và công nghệ truyền dẫn quang và các nghiên cứu về công nghệ mạng IP/WDM trong phạm vi luận

văn em đưa ra những nghiên cứu lý thuyết, khả năng ứng dụng của “Công

nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM” bao gồm: Cấu trúc mạng, mô

hình liên kết, điều khiển mạng và điều khiển lưu lượng trong mạng IP/WDM Do hiểu biết, thời gian nghiên cứu hạn chế rất mong các thầy, cô và các đồng nghiệp giúp đỡ, đóng góp ý kiến để luận văn của em được hoàn thiện hơn

Chương 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới hiện nay và xu hướng phát triển

1.1 Giới thiệu chung

Chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng hỗn tạp, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau Xét đến mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc trưng Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính thời gian thực (như thoại truyền thống) Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới (NGN) cần tuân theo các chỉ tiêu:

NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành

Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối

Mạng thế hệ mới phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến

Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất lượng dịch vụ QoS)

1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay

Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức ở hai lớp: kết nối và chuyển mạch Trước hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3, chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới Trong đó:

Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý IP/MPLS làm nền cho lớp 3

Cấu trúc mạng NGN bao gồm các lớp chức năng sau: • Lớp nết nối (Access + Transport/ Core)

• Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) • Lớp điều khiển (Control)

• Lớp quản lý (Management)

Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn

Trong phạm vi luận văn này chúng ta đi sâu nghiên cứu lớp truyền dẫn và truy nhập trong mạng thế hệ mới

1.3 Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay

truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đường trục

Thành phần của mạng bao gồm các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch ở mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM

Chức năng của lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch

Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM) Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó

1.3.2 Phần truy nhập:

Trong lớp vật lý gồm các loại cáp hữu tuyến như cáp đồng sử dụng xDSL hiện đang sử dụng Tuy nhiên trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ưu thế và thị trường xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại Truy nhập vô tuyến bao gồm thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh

Trong lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập Thành phần của mạng truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD.Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP,…) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN

Chức năng lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích

hợp Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoDSL, VoIP…

1.4 Các công nghệ sử dụng cho mạng thế hệ mới hiện nay

Ngày nay, yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông Sự phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai Theo ITU, có hai xu hướng tổ chức mạng chính:

- Hoạt động kết nối định hướng (CO - Connection Oriented Operation) - Hoạt động không kết nối (CL - Connectionless Operation)

Trong hoạt động kết nối định hướng, các cuộc gọi được thực hiện với trình tự: gọi số - xác lập kết nối - gửi và nhận thông tin - kết thúc Trong kiểu kết nối này, công nghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ Hoạt động không kết nối dựa trên giao thức IP như việc truy cập Internet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối, vì vậy chất lượng dịch vụ có thể không hoàn toàn đảm bảo như trường hợp trên Tuy nhiên do tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo phương thức CL phát triển rất mạnh mẽ theo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo phương thức CO Tuy vậy, hai phương thức phát triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn đến sự ra đời công nghệ ATM/IP Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng

1.4.1 Công nghệ IP

Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet đã là một thực tế không còn ai có thể phủ nhận Hiện nay lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP Trong

công tác tiêu chuẩn hóa các loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiên cứu

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói 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 (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quản tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích

Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin 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 mạng chuyển tin một cách độc lập Phương thức này, do vậy, 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 đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin

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

Tuy nhiên, bên cạnh đó, 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 về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về

trạng thái kết nối Với các phương thức như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ 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 Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.4.2 Công nghệ ATM

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau ATM có hai đặc điểm quan trọng:

Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển

mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập

trước khi thông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết

nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua Router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP Router truyền thống

1.4.3 Công nghệ IP / ATM

Hiện nay, trong xây dựng mạng IP có các kỹ thuật như IP / SDH/ SONET, IP/WDM và IP / Fiber Còn kỹ thuật ATM do có các tính năng như tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng… mà các mạng lưới dùng bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạng đường trục IP MPLS chính là sự cải tiến của IP / ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về hiện trạng của kỹ thuật IP / ATM

IP / ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi Nhưng trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xét lại

Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm

(như số VC, lượng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới quá tải

Thứ hai là, phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP / ATM ra làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật lý Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau Mặt khác, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng

Hai điểm nêu trên đều làm cho IP / ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,…, nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu của mạng đường trục Internet trong tương lai.Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm

Thứ ba là, trong phương thức chồng xếp, IP / ATM vẫn không có cách nào đảm bảo QoS thực sự

Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này Cách làm như thế có thể gây ảnh hường không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục

Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM - đa giao thức trên ATM), LANE (LAN Emulation - Mô phỏng LAN)… cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó, nhưng các giải thuật này đều chỉ giải quyết được một phần các tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn là phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ Hiện nay đã xuất hiện một loại kỹ thuật IP / ATM không dùng phương thức xếp chồng, mà dùng phương thức chuyển mạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp Kỹ thuật này chính là cơ sở của MPLS

1.4.4 MPLS

Kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) hay là IP đạt thanh công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tại nhược điểm khó khắc phục được Sự xuất hiện của MPLS - kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa cho cấu trúc mạng thông tin Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến MPLS sẽ là phương án cho mạng đường trục trong mạng thế hệ mới

MPLS tách chức năng của IP Router làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các Router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, và do vậy, cải thiện được khả năng của thiết bị Các Router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch Router) Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Bateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển

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 thường cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch

vụ tích hợp mà MPLS phải 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 phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến 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 có thể được 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 (Real-Time 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 pháp này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS)

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại

1.4.5 Ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM và DWDM

WDM (Ghép kênh phân chia theo bước sóng )và DWDM (Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao): Từng bước sóng được đưa vào sợi quang và tín hiệu được tách ra ở đầu nhận Dung lượng tổng là tổng của các tín hiệu đầu vào, mỗi tín hiệu đầu và độc lập với tín hiệu khác Mỗi kênh sẽ có một dải tần được dành riêng cho kênh đó, tất cả các tín hiệu đến cùng một thời điểm Về cơ bản DWDM chỉ khác WDM về mật độ ghép, DWDM có dung lượng lớn hơn DWDM còn có một số tính năng đáng chú ý khác, bao gồm khả năng khuyếch đại đồng thời tất cả các bước sóng mà không cần biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện trước khi khuyếch đại và khả năng mang các loại tín

hiệu khác nhau ở các tốc độ khác nhau một cách đồng thời và trong suốt trên sợi quang DWDM cung cấp băng thông lớn, trở thành nền tảng của mạng toàn quang cùng với khả năng cung cấp bước sóng và bảo vệ dựa trên sơ đồ hình lưới Chuyển mạch tại lớp vật lý sẽ cho phép thực hiện, các giao thức định tuyến sẽ cho phép các tuyến ánh sáng đi qua mạng giống như hoạt động của kênh ảo hiện nay

Trong các công nghệ trên hiện nay xu hướng tích hợp IP và mạng quang đang dần được triển khai.

1.5 Xu hướng tích hợp IP/quang trong mạng NGN

Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó lưu lượng IP sẽ tăng nhanh và thay thế các loại giao thức khác Trong khi IP được xem như công nghệ lớp mạng phổ biến thì công nghệ quang tiên tiến cho phép khả năng dung lượng truyền dẫn lớn Với dung lượng truyền dẫn lớn nhờ DWDM và khả năng cấu hình mềm dẻo của chuyển mạch quang OXC (optical crossconect) đã cho phép xây dựng mạng quang động hơn, nhờ đó các nối kết băng tần lớn (luồng quang) có thể được thiết lập theo nhu cầu Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển các luồng quang này - tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiết lập các luồng quang 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 thiết bị

Hình 1-1: Xu hướng tích hợp các lớp giao thức IP/quang

Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lập do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẫn lẫn nhau cũng như có các chính sách khác nhau Vì vậy một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt để đó là giảm số lớp giao thức Khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và quang 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 hiệu quả và mềm dẻo Tuy nhiên, các lớp trung gian cũng cung cấp một số chức năng có giá trị, như kỹ thuật lưu lượng (Traffic Enginnering - TE) và khôi phục Những chức năng này cần phải được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang hoặc tốt nhất trên một lớp con riêng Hình 1-1 minh hoạ xu hướng tích hợp các lớp giao thức IP/quang chính đang nổi lên hiện nay

Chương 2: Mạng IP/WDM

2.1 Giới thiệu mạng IP/WDM

2.1.1 Giới thiệu mạng quang WDM

Thế hệ WDM đầu tiên chỉ cung cấp các liên kết vật lý point to point mà chỉ hạn chế trong các đường trục mạng WAN Các cấu hình mạng WAN WDM là cấu hình tĩnh hoặc cấu hình nhân công Bản thân liên kết WDM chỉ cung cấp các kết nối end-to-end tốc độ tương đối thấp.Những vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ đầu bao gồm thiết kế và phát triển các laser và các bộ khuếch đại WDM, và các giao thức truy nhập môi trường truyền dẫn và định tuyến bước sóng tĩnh WADM cũng có thể được sử dụng trong các mạng MAN, ví dụ như sử dụng topology ring Để liên kết các ring WADM, bộ đấu chéo DXC (Digital Cross Connect) được đưa ra để cung cấp các kết nối băng hẹp và băng rộng Thông thường các hệ thống này được dùng để quản lý các đường trung kế chuyển mạch thoại và các liên kết T1

WDM thế hệ thứ 2 có khả năng thiết lập liên kết lightpath end-to-end định hướng trong lớp quang nhờ việc đưa ra bộ WSXC Các lightpath tạo nên một topology ảo bên trên topology sợi vật lý Topo ảo có thể được cấu hình lại một cách động để đáp ứng lại những thay đổi lưu lượng và/hoặc lập kế hoạch mạng Các vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ thứ 2 bao gồm việc đưa ra các thiết bị tách/ghép và đấu chéo bước sóng, khả năng chuyển đổi bước sóng tại các bộ đấu chéo, định tuyến động và phân bổ bước sóng Cũng trong thế hệ thứ 2 này, kiến trúc mạng cũng nhận được quan tâm, đặc biệt là về giao diện để liên kết với các mạng khác Cả hai thế hệ đầu và thế hệ 2 của mạng WDM đã được sử dụng trong các mạng truyền dẫn đang hoạt động Chi phí hiệu quả của chúng trong các mạng đường dài đã được chấp nhận

Thế hệ thứ 3 của mạng WDM đưa ra một mạng chuyển mạch gói quang, trong đó các tiêu đề hoặc các nhãn quang được gắn kèm với dữ liệu,

được truyền đi cùng với trường tin, và được xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM Dựa trên tỷ lệ của thời gian xử lý tiêu đề gói tin và chi phí truyền dẫn gói tin, mạng WDM chuyển mạch gói có thể được thực thi hiệu qủa sử dụng chuyển mạch nhãn hoặc chuyển mạch chùm quang Chuyển mạch gói quang thuần tuý trong các mạng toàn quang hiện vẫn đang được nghiên cứu

Bộ định tuyến gói tin toàn quang, không sử dụng bộ đệm mang đến một loạt những vấn đề kỹ thuật mới cho việc lập kế hoạch mạng: Giải quyết tranh chấp,điều khiển lưu lượng, dự phòng, tương thích với các bộ định tuyến IP truyền thống

Các ví dụ của các thiết bị WDM thế hệ thứ 3 là: Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn quang; Các bộ định tuyến quang Gigabit;Các bộ chuyển mạch quang tốc độ cao

Khả năng tương thích giữa các mạng WDM và các mạng IP trở thành vấn đề chính cần quan tâm trong các mạng WDM thế hệ thứ 3 Định tuyến tích hợp và phân bổ bước sóng dựa trên giao thức MPLS/GMPLS đã bắt đầu xuất hiện Những vấn đề kỹ thuật phần mềm mấu chốt khác bao gồm quản lý băng thông, tái cấu hình và phục hồi đường đi, và hỗ trợ chất lượng dịch vụ

Hình 2-1 chỉ ra tiến trình phát triển của mạng WDM Lưu lượng lõi thể hiện cả thể tích của lưu lượng và kích thước của mỗi lưu lượng Lưu lượng trong mạng truy nhập được ghép kênh trước khi được truyền đi trên mạng đường trục

Hình 2-1: Tiến trình phát triển mạng WDM 2.1.2 Mạng IP/WDM

Mạng IP cung cấp chỉ một lớp hội tụ trong mạng internet toàn cầu IP là một bộ giao thức lớp 3 được thiết kế để giải quyết vấn đề tương thích mức mạng và định tuyến qua nhiều mạng con khác nhau với các kỹ thuật mạng lớp 2 khác nhau Do sự bùng nổ lưu lượng IP đã cho thấy rằng cơ sở hạ tầng mạng nên được tối ưu cho IP Bên dưới lớp IP, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là kỹ thuật truyễn dẫn hữu tuyến có nhiều hứa hẹn nhất, cung cấp một dung lượng mạng khổng lồ đòi hỏi để tồn tại trong sự phát triển liên tục của Internet

Kỹ thuật WDM sẽ trở nên hấp dẫn hơn khi chi phí của các hệ thống WDM giảm xuống Với việc ứng dụng liên tục rộng khắp trong thông tin cáp sợi quang và độ hoàn thiện của WDM

Động cơ thúc đẩy phải sử dụng IP/WDM bao gồm:

• Các mạng quang WDM có thể đáp ứng được việc tăng liên tục của lưu lượng mạng bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiện

có Việc sử dụng kỹ thuật WDM làm tăng đáng kể băng thông mạng quang

• Phần lớn lưu lượng dữ liệu mạng là IP Gần như toàn bộ dữ liệu ứng dụng người dùng cuối là sử dụng IP Lưu lượng thoại truyền thống cũng được gói hoá

• IP/WDMthừa hưởng tính linh hoạt và khả năng thích nghi trong các giao thức điều khiển IP

• IP/WDMcó thể đạt được phân bổ băng thông theo yêu cầu có dự phòng, thời gian thực

• IP/WDMsẽ giải quyết được vấn đề tương thích WDM với dịch vụ qua sự giúp đỡ của các giao thức IP

• Trên quan điểm dịch vụ mạng IP/WDM có thể tận dụng ưu điểm của các cơ chế, mô hình, chính sách chất lượng dịch vụ

Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền lưu lượng IP trong mạng quang WDM Hình 2-2 chỉ ra việc truyền dẫn gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH trên các mạng WDM

Hình 2-2: Truyền dẫn gói tin trên các bước sóng

Những vấn đề của mạng IP/WDM

IP/WDM trở thành thực tế cho tất cả các dịch vụ end-to-end được cung cấp hoàn toàn bằng quang Do đó mạng quang cần hoàn thiện những yêu cầu về tính năng như phát hiện và chống lỗi, quản lý điều khiển mạng, định tuyến bước sóng, chuyển mạch quang…trong bản thân lớp WDM (thường được xem như là lớp 1)

Loại thứ hai được sử dụng trong mạng WDM chuyển mạch gói, trong đó các tiêu đề quang hoặc nhãn quang được được đính kèm với dữ liệu, được truyền đi cùng trường tin và được xử lý tại mỗi chuyển mạch

Kỹ thuật WDM có thể cấu hình lại được sử dụng trong các mạng truyền dẫn đường trục Nó chủ yếu giải quyết đến vấn đề liên quan tới lưu lượng lớn, tuy nhiên lưu lượng này ít bùng nổ hơn so với mạng truy nhập WDM chuyển mạch sẽ phát triển đặc biệt trong các mạng truy nhập và mạng metro WDM chuyển mạch nhắm đến mục đích chuyển mạch lưu lượng trung bình, chúng đòi hỏi kiếm trúc mạng linh hoạt và cần những tính năng điều khiển mạng toàn diện và có thể thay đổi về quy mô

Vì IP đã trở thành lớp hội tụ duy nhất trong mạng máy tính và mạng viễn thông nên vấn đề hiệu suất và hiệu quả truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng WDM là việc rất quan trọng Ta xét ba kiểu kiến trúc mạng IP/WDM

2.2.1.1 Mạng IP/ WDM Điểm-Điểm

Trong kiểu kiến trúc này các liên kết quang điểm- điểm WDM được sử dụng để cung cấp các dịch vụ truyền dẫn lưu lượng IP Các thiết bị WDM như OAWDM không thể tự chúng tạo nên một mạng Thay vào đó chúng cung cấp một liên kết lớp vật lý giữa các bộ định tuyến IP SONET có thể được sử dụng cho truyền dẫn các khung trên các kênh WDM Các gói tin IP có thể được đóng thành các khung SONET sử dụng cơ chế Packet-over-SONET

Rất nhiều bộ định tuyến IP và nhà cung cấp thiết bị WDM hiện có những sản phẩm có thể hỗ trợ IP over point-to-point WDM Các hệ thống Ip/wdmđiểm- điểm đã được triển khai rộng rãi trong các mạng đường dài

Một kiến trúc IP/WDM điểm-điểm đòi hỏi bộ định tuyến IP được kết nối trực tiếp với nhau thông qua các liên kết sợi quang đa bước sóng Trong đó bộ định tuyến Topo mạng trong kiểu kiến trúc này là cố định và tất cả những cấu hình mạng là tĩnh Các hệ thống quản lý cho những mạng như thế này là thường tập trung, với tương tác tối thiểu giữa các lớp IP và lớp WDM

2.2.1.2 Mạng IP/WDM có khả năng cấu hình lại

Trong kiến trúc này các giao diện của các bộ định tuyến IP được kết nối với các giao diện client của mạng WDM Trong kiến trúc này các kết nối chéo WDM và các giao diện tách/ ghép kênh tự bản thân chúng được kết nối với các sợi quang kết nối đa bước sóng Do bản thân mạng WDM có một topo vật lý và một topo đường quang Topo vật lý bao gồm các phần tử mạng liên

kết với nhau bởi các sợi quang, topo đường quang tạo nên bởi các kết nối kênh

bước sóng

WDM có thể thiết lập tái cấu hình là một kỹ thuật chuyển mạch kênh do

đó việc thiết lập và giải phóng kênh bước sóng được tiến hành trong các pha riêng biệt Có một chú ý quan trọng là việc chuyển mạch lưu lượng IP và chuyển mạch bước sóng không bao giờ hoạt động trên cùng một lớp trong mô hình qua mạng có khả năng tái cấu hình Các đường quang trong mạng WDM

được thiết kế để thích hợp với topo IP , bằng cách cấu hình thích hợp các đấu chéo WDM, một giao diện bộ định tuyến cho trước có thể được kết nối tới bất cứ giao diện định tuyến nào của mọi bộ định tuyến khác Kết quả là bộ định tuyến gần kề của giao diện cho trước có thể cấu hình lại được trong kiểu kiến trúc này Mạng vật lý có thể hỗ trợ một số lượng topo ảo tuân theo những ràng buộc tài nguyên mạng giống nhau

2.2.1.3 Mạng IP/WDM có khả năng chuyển mạch

Trong kiến trúc IP/WDM có khả năng chuyển mạch, cơ sở hạ tầng WDM hỗ trợ trực tiếp khả năng chuyển mạch gói Có nhiều phương pháp được đề xuất bao gồm:

Chuyển mạch chùm quang (OBS-Optical Burst Switch) Chuyển mạch nhãn quang (OLS-Optical label Switching) Chuyển mạch gói quang (OPR- Optical Packet Routing)

OBS và OLS sử dụng mô hình chuyển mạch fat-packet/flow khác so với định tuyến gói tin IP truyền thống Bản thân định tuyến IP sử dụng địa chỉ

đích, OLS tương tự như MPLS nó không hỗ trợ việc chuyển tiếp gói tin IP dựa

trên địa chỉ đích OBS và OLS không hiểu được các tiêu đề gói tin IP và do đó không thể chuyển tiếp gói tin IP OBS và OLS thích hợp với lưu lượng lõi trung bình thay vì lưu lượng lõi nhỏ hiện có trong các mạng IP truyền thống

OPR thể hiện thực sự quang học của bộ định tuyến IP truyền thống do

vậy hỗ trợ đầy đủ những tính năng IP Vì các kỹ thuật xử lý logic quang học

và lưu đệm dữ liệu quang hiện chưa được hoàn thiện, các hệ thống WDM chuyển mạch thường không sử dụng bộ đệm, những đường dây trễ quang được sử dụng Các hệ thống này dựa trên xử lý tiêu đề của gói tin để điều khiển hoạt động của chuyển mạch

Ta xét cấu trúc hai chuyển mạch quang cụ thể: Chuyển mạch chùm quang và chuyển mạch gói quang

Chuyển mạch chùm quang (OBS)

Trong OBS, tiêu đề gói điều khiển được gửi đi theo đường điều khiển trước khi gói dữ liệu quang thực sự được gửi đi ý tưởng ở đây là tiều đề điều khiển sẽ đến các node chuyển mạch trung gian trước, cho phép mỗi chuyển mạch thực hiện các tính toán quyết định chuyển mạch và cài đặt thiết lập đấu chéo chỉ ngay trước khi gói tin dữ liệu thực sự đến Theo cách này, gói tin dữ liệu quang lách qua từ cổng hướng vào đến cổng hướng ra Độ trễ giữa các tiêu đề điều khiển và gói tin dữ liệu tăng khi số chặng và trễ xử lý tại các chuyển mạch gia tăng Hình 2-3 thể hiện hoạt động của một node WDM chuyển mạch chùm quang như vậy

Hình 2-3: Chuyển mạch chùm quang

Chuyển mạch chùm quang sử dụng một đường dành trước một chiều theo đó một nguồn gửi yêu cầu thiết lập và sau đó gửi thông tin chùm mà không phải đợi xác nhận thiết lập Điều này là do thực tế là thời gian truyền dẫn có thể rất ngắn

Chuyển mạch gói quang (OPR)

Trong chuyển mạch gói quang tiêu đề điều khiển gói tin cũng có thể

được coi như là nhãn, thường được gửi đi cùng với gói dữ liệu theo cùng một

đường Để cho phép thời gian cần thiết cho tính toán quyết định chuyển mạch

và cài đặt thiết lập đấu nối chéo, gói tin dữ liệu luôn được dẫn qua một đường

trễ quang trong lúc ở một chuyển mạch trung gian Giá trị độ trễ được lựa

chọn do đó gói tin dữ liệu xuất hiện từ đường dây trễ quang, thiết lập đấu chéo quang mong muốn đã được cài đặt Giá trị trễ này cục bộ và không đổi tại mỗi node chuyển mạch trung gian, không phục thuộc đường đi cụ thể của những gói tin Hình 2-4 thể hiện hoạt động của một hệ thống WDM chuyển mạch gói quang như vậy

Hình 2-4: Chuyển mạch gói quang

Các gói tin trong mạng quang có thể có độ dài cố định (ví dụ như tế bào ATM) hoặc thay đổi (ví dụ như gói tin IP) Một gói tin có độ dài thay đổi đưa vào mạng trong mạng ít thông tin điều khiển hơn do vậy có hiệu xuất cao hơn Tuy nhiên kích thước gói tin không thể quá lớn ít nhất là phải nhỏ hơn dung

lượng của đường dây trễ quang Việc lựa chọn độ dài gói tin được dựa trên những đặc tính ứng dụng và lưu lượng

Có hai cơ chế chuyển tiếp trong mạng chuyển mạch gói quang : Datagram và kênh ảo Trong cơ chế chuyển tiếp datagram tiêu đề gói tin có thể được vận chuyển trong băng hay ngoài băng, được xem xét ở mỗi node trung gian và không có khoảng thời gian trống nào vì phần trường tin và phần tiêu đề được truyền cùng nhau Cơ chế này được dùng trong truyền gói IP Trong cơ chế chuyển tiếp kênh ảo, các kênh ảo được thiết lập trước khi gói tin được chuyển đi qua chúng Kênh ở đây là ảo vì nó không dành trước bất kỳ một băng thông nào Kênh ảo có một bảng chuyển mạch, kết hợp một số định dạng kênh ảo đầu vào với một cổng đầu ra Theo cách như vậy nó tách biệt phần định tuyến khỏi phần chuyển tiếp Các kênh ảo thiết lập trước được sử dụng trong suốt thời gian chuyển tiếp

Hình 2-5 thể hiện các mạng IP qua mạng WDM chuyển mạch OBS và OLS được biểu diễn là OLSR

Hình 2-5: IP qua mạng chuyển mạch WDM

Sự khác nhau chính giữa OBS và OLS OBS sử dụng chuyển mạch packet nhưng OLS sử dụng chuyển mạch tiêu đề luồng OLSR thường được triển khai thành một nhóm, trong nhóm này chỉ OLSR biên đòi hỏi việc thực thi của toàn bộ chồng giao thức IP OLSR biên cũng cung cấp lưu đệm nhờ vậy các gói tin IP đến có thể chờ trong hàng đợi tại phía biên trong trường hợp thiết lập LSP động

Fat-Các OLSR được liên kết với nhau bằng các sợi quang hỗ trợ các kênh đa bước sóng OPR có thể được sử dụng chỉ làm các bộ định tuyến IP

Ba kiểu kiến trúc được trình bày ở trên được liên kết với những phần cứng và phần mềm điều khiển giám sát khác nhau Trong thực tế kiểu kiến trúc mạng Ip/wdmđiểm- điểm sẽ dần được thay thế bởi hai kiểu kiến trúc còn lại do chúng cung cấp nhiều tính năng, khả năng cung cấp hiệu dụng tài nguyên mạng cao hơn, chi phí vận hành thấp hơn Do vậy ta sẽ tập trung nghiên cứu kiến trúc mạng IP/WDM có thể cấu hình và chuyển mạch

2.2.2 Các mô hình liên kết mạng IP/WDM

Phần trước chúng ta nghiên cứu các kiến trúc cho việc xây dựng mạng IP/WDM thông qua việc kết nối các bộ định tuyến IP thông thường với các thiết bị WDM Trong phần này sẽ miêu tả cách thức mạng IP và mạng WDM kết nối với nhau theo những kiến trúc này

2.2.2.1 IP/ WDM có thể cấu hình

Trong mặt phẳng dữ liệu kiến trúc IP qua mạng quang có khả năng tái cấu hình sẽ luôn tạo nên một mạng chồng lấn (overlay) trong đó các IP được truyền qua các đường quang WDM Những kênh này không phải là những đường đi ảo như trong MPLS Khi các gói tin đến một giao diện OADM client, đường quang tương ứng đã được thiết lập sẵn Việc đi qua của đường quang này đảm bảo rằng gói tin IP chuyển qua mạng WDM mà không có bất cứ sự kiểm tra nào trong mặt phẳng dữ liệu Thực tế gói tin IP thậm chí không nhận biết được việc sử dụng kỹ thuật truyền dẫn nào cụ thể Nó chỉ biết có

một liên kết IP giữa các bộ định tuyến Trong trường hợp này IP/WDM tương tự như IP qua một kỹ thuật lớp 2 bất kỳ nào ví dụ như ATM hay frame relay

Trong mặt phẳng điều khiển ta xem xét 3 mô hình liên kết: Chồng lấn (overlay), gia tăng augmented), và ngang hàng (peer to peer)

Mô hình điều khiển chồng lấn

Theo các mô hình mạng chồng lấn, các mạng IP tạo nên lớp client ở đó các mạng WDM đóng vai trò như là nhà cung cấp dịch vụ mạng truyền dẫn vật lý Một mạng WDM có riêng hệ thống quản lý điều khiển của nó Nó có thể điều khiển tập trung hoặc phân tán, có kế hoạch đánh địa chỉ IP riêng Để sử dụng giao thức điều khiển IP cho các mạng WDM, một phần tử mạng WDM phải có một địa chỉ IP, nhưng địa chỉ IP chỉ có thể thấy ở bên trong mạng WDM Các giao thức định tuyến, phân bố và phục hồi topo mạng, báo hiệu trong mạng IP sẽ độc lập so với mạng WDM Mô hình quản lý mạng chồng lấn được chỉ ra trên hình 2-6

Hình 2-6: Mô hình điều khiển NMS chồng lấn

Trong mô hình này có một kênh dữ liệu DCN cho mạng WDM DCN

cung cấp các chức năng điều khiển kênh quản lý WDM, có có thể được truy

nhập bởi các bộ định tuyến IP Access

link

WADM

WADMOCX WADM

Mô hình điều khiển gia tăng:

Trong mô hình này thông tin về khả năng điều khiển có thể đến được một node được chia sẻ giữa mạng IP và mạng WDM Các phần tử mạng WDM được đánh địa chỉ IP và địa chỉ IP này là xác định duy nhất trong toàn mạng Cả mạng IP và WDM có thể sử dụng cùng IGP ví dụ như OSPF, nhưng những trường hợp định tuyến này là phân biệt trong miền IP và miền quang

Do đó mô hình gia tăng thực sự là một mô hình IP liên miền (inter-domain)

Sự tương tác giữa IP và WDM có thể tuân theo một giao thức EGP ví dụ như giao thức BGP Giao thức OSPF cho các mạng WDM và giao thức BGP quang đòi hỏi việc mở rộng quang đối với những bản sao của chúng trong định tuyến IP truyền thống Báo hiệu giữa mạng IP và WDM cũng tuân theo một mô hình liên miền Dựa trên chính sách đã được định nghĩa tạo biên WDM, vẫn giao thức báo hiệu đấy có thể được thực thi bởi IP và WDM do đó một trường hợp báo hiệu có thể di chuyển qua mạng IP và WDM

Hình 2-7: Mô hình điều khiển gia tăng

OpticalEGP EGP

WADM

WADMOCX WADM

OCX

WADM Optical

IGPMạng

IP bIGP b IGP a

Mạng WDM c Optical

EGP Optical

EGP

OpticalEGP

Hình 2-7 thể hiện mô hình IP/WDM gia tăng Trong hình vẽ này bao gồm 3 mạng, mạng IP a và b và mạng WDM c Hai mạng IP được điều khiển bởi những IGP trường hợp riêng biệt, và mạng WDM được điều khiển bởi một phiên bản của IGP cho mạng quang Hai mạng IP được kết nối trực tiếp với nhau sử dụng EGP Mạng IP và mạng WDM được kết nối với nhau sử dụng EGP quang

Mô hình điều khiển ngang hàng:

Theo mô hình điều khiển ngang hàng, thông tin về khả năng có thể đến đích được chia sẻ giữa mạng IP và mạng WDM và chỉ một trường hợp định tuyến chạy trên cả hai mạng IP và WDM Trong mặt phẳng điều khiển, các bộ chuyển mạch WDM được xem như là các bộ định tuyến IP với một quan hệ ngang hàng (peer-to-peer) Vậy mạng IP và WDM được tích hợp thành một mạng trên phương diện điều khiển quản lý và điều khiển lưu lượng Mô hình ngang hàng được chỉ ra trên hình 2-8

Hình 2-8: Mô hình điều khiển ngang hàng

IGP

WADM

WADMOCX WADM

OCX

WADMMạng

IP/WDM

Ba mô hình liên kết mạng được trình bày ở trên khác nhau về mức độ tích hợp của IP/WDM Một mặt, mô hình chồng lấn sử dụng NMS để cung cấp một giao diện trực tiếp giữa mạng IP và WDM; mặt khác, mô hình ngang hàng hứa hẹn một liên kết liền mạch giữa các bộ định tuyến IP và WDM trong mặt phẳng điều khiển Mô hình chồng lấn có vẻ như thích hợp cho kế hoạch triển khai ngắn hạn một cách nhanh chóng của các mạng tương đối tĩnh IP/WDM Bởi vì các cấu trúc điều khiển và quản lý của chúng nhìn chung là đơn giản, các mô hình ngang hàng và thích hợp có vẻ như thích hợp cho kế hoạch triển khai dài hạn của IP/WDM có độ động cao Việc lựa chọn mô hình kiến trúc liên kết mạng cũng được dựa trên môi trường mạng hiện tại, quyền sở hữu mạng, và quyển quản lý mạng

Có nhiều khả năng là cả ba mô hình này sẽ cùng tồn tại trong tương lai Ta có thể cảm thấy rằng cách tiếp cận ngang hàng là có hiệu quả nhất Nhưng việc tối ưu hoá thật sự là đòn bẩy của mạng vật lý không đồng nhất Như vậy, vì các lý do độ trễ thấp và hiệu suất cao, một mạng tối ưu có thể được cố tình đặt ở vị trí là một mạng chuyển mạch tốc độ cao Một mạng như vậy sẽ được triển khai thành một nhóm(cluster).Tất nhiên nó tạo nên một mạng chồng lấn lên các mạng IP khác

Để hỗ trợ một mặt phẳng điều khiển IP tập trung và hợp nhất, OLSR có thể được đánh địa chỉ IP nhờ đó nó có thể hỗ trợ định tuyến IP và báo hiệu Trong mặt phẳng dữ liệu, IP over OLSR sẽ luôn tạo thành một mạng chồng lấn, trong đó các gói tin IP được đóng gói thành các gói quang tại OLSR biên Tuy nhiên, OLSR linh hoạt hơn so với OXC vì mỗi gói quang bị kiểm tra tại chặng trung gian Ngoài ra, đường chuyển mạch nhãn LSP trong phân cấp chuyển tiếp là một đường ảo, nó sử dụng cơ chế điều khiển trạng thái mềm để duy trì trạng thái của nó Một đường ảo không cần phải dành trước băng thông và có thể giải quyết được vấn đề truyền dẫn lưu lượng lõi nhỏ hơn

Hình 2-9 chỉ ra mạng IP over OLSR Như được chỉ ra trong hình vẽ, các gói tin IP được tập trung tại biên của mạng OLSR Bên trong mạng OLSR, các gói tin quang được chuyển tiếp dựa trên nhãn (tức là tiêu đề gói tin quang) mà chúng mang theo

Hình 2-9: Mạng IP over OLSR

Trong mặt phẳng điều khiển, một OLSR có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hoặc là OBS hoặc là OLS Sau đây ta sẽ dùng OLS để triển khai OLSR Hơn nữa, khái niệm nhãn của OLS là tương tự như của MPLS Đối với

Nhãn quang

OLSR

OLSR

Gói IP

Gói IPGói IP

Mạng OLSR