Khảo sát kỹ thuật lưu lượng ip trên mạng quang wdm

Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM KHOA CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài KHẢO SÁT KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG IP TRÊN MẠNG QUANG WDM Ngƣời hƣớng dẫn KS NGUYỄN ANH QUỲNH Sinh viên thực NGUYỄN ĐĂNG TUẤN Lớp 46K - ĐTVT Vinh, tháng 5/2010 Nguyễn Đăng Tuấn Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 10 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ IP/WDM 15 1.1 Khái niệm mạng IP/WDM 15 1.2 Các xu hƣớng truyền tải lƣu lƣợng mạng IP/WDM 16 1.2.1 IP/ATM/SONET/WDM 16 1.2.2 IP/SONET/WDM .17 1.2.3 IP/MPLS/WDM IP/WDM 17 1.3 Các kiến trúc mạng IP/WDM 19 1.3.1 Kiến trúc mạng điểm - điểm .19 1.3.2 Kiến trúc mạng IP/WDM cấu hình 19 1.3.3 Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch 20 1.4 lí chọn IP/WDM .22 CHƢƠNG KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG IP/WDM 24 2.1 Mơ hình hố lƣu lƣợng viễn thơng 24 2.1.1 Mơ hình lƣu lƣợng liệu thoại cổ điển .24 2.1.2 Một mơ hình tham chiếu băng thông .26 2.2 Bảo vệ tái cấu hình 33 2.3 Khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM .34 2.4 Mơ hình hố kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM 35 2.4.1 Kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp 35 2.4.2 Kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp .37 2.5 Mơ hình chức kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM 38 2.5.1 Cơ sở liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM 41 2.5.2 Quản lí giao diện IP với WDM 44 2.5.3 Khởi tạo tái cấu hình 44 2.5.4 Đo kiểm giám sát lƣu lƣợng 46 2.6 Kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS 51 Nguyễn Đăng Tuấn Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM 2.6.1 Cân tải .51 CHƢƠNG TÁI CẤU HÌNH TRONG KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG IP/WDM .57 3.1 Tái cấu hình mơ hình ảo đƣờng ngắn .57 3.2 Mơ hình ảo có quy tắc bất quy tắc 59 3.3 Thiết kế mơ hình 60 3.4 Một số thuật toán 60 3.4.1 Thuật tốn thiết kế mơ hình đƣờng ngăn .61 3.4.2 Một số thuật tốn thiết kế mơ hình mở rộng .62 3.4.3 Thuật toán dựa nhu cầu lại (RD) 64 3.4.4 Thuật tốn dựa tích đếm hop nhu cầu lại(RDHP) 65 3.4.5 Tốn dựa tích nhu cầu số đếm hop (DHP) 66 3.5 Dịch chuyển mơ hình ảo 67 3.6 Tổng quan tái cấu hình WDM chuyển mạch gói 70 3.7 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp .73 3.8 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp 76 3.9 Giao thức điều khiển mạng (IP TECP) .78 3.10 Giao diện ngƣời sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) 79 CHƢƠNG CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN IP/WDM 82 4.1 Các yêu cầu mạng IP/WDM 82 4.2 Các tiêu chí phân tích đánh giá 86 4.3 Ứng dụng kỹ thuật IP/WDM 87 4.3.1 Internet 87 4.3.2 Chuyển mạch burst quang (OBS) 88 4.3.3 Công nghệ mạng NGN 91 4.4 Tình hình triển khai IP/WDM tổng cơng ty VNPT 92 4.4.1 Giai đoạn trƣớc năm 2004 .92 4.4.2 Giai đoạn từ năm 2004 đến 2005 93 4.4.3 Giai đoạn 2006 đến 2010 94 4.4.4 Giai đoan sau năm 2010 95 KẾT LUẬN .96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Nguyễn Đăng Tuấn Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần kinh tế nƣớc ta phát triển nhanh, tiến đến hội nhập tồn cầu dẫn tới nhu cầu trao đổi thơng tin tăng mạnh Sự bùng nổ mạng Internet làm cách mạng hố đến nhiều khía cạnh sống Nó làm thay đổi hẳn hoạt động mang tính chất truyền thống ngƣời Bằng cách sử dụng Internet ngƣời ta đọc tờ báo thành phố xa, tìm kiếm phim hành động chiếu đâu đó, nói chuyện với ngƣời lạ nơi ta muốn… Chính đơn giản sử dụng, dịch vụ cung cấp tƣơng đối rẻ so với loại hình thức dịch vụ khác, Internet phát triển cách mạnh mẽ nhanh chóng quốc gia giới Bên cạnh đó, loại hình dịch vụ nhƣ: thoại, âm thanh, hình ảnh sử dụng giao thức Internet (IP) nhờ tính phổ thơng giá thành Nên xu hƣớng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho dịch vụ viễn thông ngày trở nên rõ ràng Phía tầng IP, xuất ngày nhiều ứng dụng dịch vụ dựa IP Những ƣu trội lƣu lƣợng IP đặt vấn đề hoạt động thực tiễn kỹ thuật hạ tầng mạng nên đƣợc tối ƣu hoá cho IP Mặt khác, quang sợi, nhƣ công nghệ phân tán, cách mạng hố ngành cơng nghiệp viễn thơng cơng nghiệp mạng nhờ dung lƣợng mạng cực lớn mà cho phép, qua cho phép phát triển mạng Internet hệ sau Sử dụng công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng WDM dựa mạng cho phép nâng cao đáng kể băng thơng mà trì đƣợc trạng hoạt động mạng Nó đƣợc chứng minh giải pháp hiệu mặt chi phí cho mạng đƣờng dài Điều có nghĩa việc tích hợp IP WDM để truyền tải lƣu lƣợng IP qua mạng quang WDM cho hiệu trở thành nhiệm vụ cấp thiết Đồ án tốt nghiệp em với đề tài: “Khảo sát kỹ thuật lƣu lƣợng IP mạng quang WDM” xem xét IP mạng quang WDM đặc biệt tập trung vào kỹ thuật lƣu lƣợng kết hợp IP/WDM Đồ án gồm bốn chƣơng: Nguyễn Đăng Tuấn Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM  Chƣơng Tổng quan IP/WDM Chƣơng trình bày khái niệm mạng IP/WDM, xu hƣớng truyền tải lƣu lƣợng mạng IP/ WDM, kiến trúc mạng IP/ WDM, lí chọn mạng IP/WDM  Chƣơng Kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM Trình bày số vấn đề chung, khái niệm, hai phƣơng pháp triển khai, mơ hình chức kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS áp dụng cho IP/WDM  Chƣơng Tái cấu hình phần mềm kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM Chƣơng sâu vào: tái cấu hình mơ hình ảo đƣờng ngắn nhất, mô tả thảo luận thuật toán cụ thể cho kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM  Chƣơng Các yêu cầu ứng dụng IP/WDM Trình bày u cầu, tiêu chí, ứng dụng kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM, đồng thời đƣa tình hình triển khai IP/WDM VNPT Trong trình làm đồ án tốt nghiệp, em nhận đƣợc giúp đỡ thầy, cô giáo khoa công nghệ trƣờng Đại học Vinh, trực tiếp KS Nguyễn Anh Quỳnh hƣớng dẫn, khuyến khích, bảo tận tình để em hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn cơng lao dìu dắt giúp đỡ thầy Tuy cố gắng nhiều trình làm đồ án tốt nghiệp nhƣng trình độ thời gian hạn chế nên đồ án tốt nghiệp khơng tránh khỏi thiếu sót, mong thầy quan tâm giúp đỡ Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, ngày 15 tháng năm 2010 Sinh viên Nguyễn Đăng Tuấn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP kênh bƣớc sóng 15 Nguyễn Đăng Tuấn Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM Hình 1.2 Mạng IP/ATM/SONET/WDM .16 Hình 1.3 Mạng IP/SONET/WDM 17 Hình 1.4 Mạng IP/MPLS/WDM 17 Hình 1.5 Mô tả kiến trúc mạng IP/WDM điểm –điểm 19 Hình 1.6 Kiến trúc mạng IP/WDM tái định cấu hình 20 Hình 1.7 Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch 21 Hình 2.1 Bảo vệ đƣờng bảo vệ tuyến 33 Hình 2.2 Kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM (TE) 34 Hình 2.3 Kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp 36 Hình 2.4 Kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp 38 Hình 2.5 Mơ hình khối chức kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM 40 Hình 2.6 Tái cấu hình mạng IP/WDM 45 Hình 2.7 Hiện tƣợng mạng khơng có cân tải 52 Hình 2.8 OSPF-OMP .54 Hình 2.9 MPLS-OMP 55 Hình 3.1 Thiết kế định tuyến mơ hình ảo 58 Hình 3.2 Tái cấu hình mạng WDM chuyển mạch gói 71 Hình 3.3 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng chồng lấp mạng IP/WDM 74 Hình 3.4 Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lƣu lƣợng tích hợp mạng IP/WDM 77 Hình 4.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang .88 Hình 4.2 Mạng NGN .91 Hình 4.3 Giai đoạn trƣớc năm 2004 .92 Hình 4.4 Giai đoạn từ năm 2004 đến 93 Hình 4.5 Giai đoạn 2005-2006 .94 Hình 4.6 Giai đoạn sau năm 2010 95 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Nguyễn Đăng Tuấn 10 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra phát lổi CSPF Constraint-based Shortest Path Định tuyến đƣờng ngắn First Routing trƣớc tiên dựa ràng buộc DCN Data Communication Network Mạng truyền thông liệu DHP Demand Hop-count Product Thuật toán dựa kinh nghiệm heuristic algorithm tích đếm hop nhu cầu Dense Wavelength Division Ghép kênh bƣớc sóng mật độ cao DWDM Multiplexing ECMP FBM Equal Cost Multiple Path Đa đƣờng đồng chi phí Fractional Brownian Motion Chuyển động phân mảnh Brownian FEC Forwarding Equivalence Class Trƣờng tƣơng đƣơng chuyển tiếp FEC GMPLS Generalized Multiprotocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức Switching tổng quát Graphical User Interface Giao diện ngƣời sử dụng đồ hoạ Heuristic Topology Design Thuật tốn thiết kế mơ hình dựa Algorithm kinh nghiệm HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn ICMP Internet Control Message Giao thức tin điều khiển GUI HTDA Nguyễn Đăng Tuấn 11 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM Protocol Internet Identifier Bộ nhận dạng Internet Engineering Task Force Nhóm kỹ sƣ Internet Internet Protocol Giao thức Internet Local Area Network Mạng cục Link Elimination via Matching Loại bỏ tuyến nối thông qua lƣợc Scheme đồ ghép LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí tuyến nối LOH Line Overhead Mào đầu tuyến LSA Link State Advertisement Quảng bá trạng thái tuyến nối LSP Label Switched Path Đƣờng chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trƣờng MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lí Minimum-delay Logical Thuật tốn thiết kế mơ hình logic Topology Design Algorithm tối thiểu hố trễ MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSN Manhattan Street Network Mạng phố Manhattan MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dẫn tối đa Network Control and Quản lí điều khiển mạng ID IETF IP LAN LEMS MLDA NC&M Management NE Network Element Phần tử mạng NGI Next Generation Internet Internet hệ Nguyễn Đăng Tuấn 12 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM NGN Next Generation Network Mạng hệ sau NMS Network Management System Hệ thống quản lí mạng OADM Optical Add/Drop Multiplexer Khối xen/tách quang OAM Operation and Maintenance Hoạt động bảo trì OAM&P Operation, Administration, Hoạt động, quản trị, bảo trì Maintenance and Provisioning giám sát Optical Carrier Level Mức mang quang OC-3 (155,52Mb/s) OC-192 Optical Carrier Level 192 (9953,28 Mb/s) OHTMS OIF (155,52Mb/s) Mức mang quang 192 (9953,28 Mb/s) LP-based One-Hop Traffic Lƣợc đồ tối ƣu hoá lƣu lƣợng Maximisation Scheme đơn hop dựa LP Optical Internetworking Forum Diễn đàn liên mạng Internet quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMP Optimized Multi Path Đa đƣờng tối ƣu OSCP Optical Switch Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển mạch quang Open Systems Interconnection Kết nối hệ thống mở Open Shortest Path First Giao thức đƣờng ngắn Protocol trƣớc tiên mở OXC Optical Cross Connect Đấu chéo quang POH Path Overhead Mào đầu đoạn OSI OSPF Nguyễn Đăng Tuấn 13 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM PC Personal Computer Máy tính cá nhân QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RARP Reverse Address Resolution Giao thức phân giải địa Protocol ngƣợc Residual Demand heuristic Thuật toán dựa kinh nghiệm algolrithm nhu cầu dƣ thừa Residual Demand Hop-count Thuật toán dựa kinh nghiệm Product heuristic algolrithm tích đếm hop nhu cầu dƣ thừa RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đặt trƣớc tài nguyên SCSI Small Computer Systems Giao diện hệ thống máy tính Interface nhỏ SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng SNMP Simple Network Management Giao thức quản lí mạng đơn giản RD RDHP Protocol SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu nhiễu SOH Section Overhead Thông tin quản lý Synchronous Optical Network Mạng quang đồng Shortest Path First Đƣờng ngắn trƣớc tiên Shared Risk Link Group Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia SONET SPF SRLG sẻ TCP TE Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn Terminal Equipment, Traffic Thiết bị đầu cuối, kỹ thuật lƣu Nguyễn Đăng Tuấn 14 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM quản lý hiệu năng, tốc độ độ trễ Trong mạng nay, việc quản lý đƣợc thực cách cho phép router đƣờng trục IP giao diện với thiết bị SDH hay WDM Một số ý sử dụng router đƣờng trục IP: - Về mặt kỹ thuật nhƣ kích thƣớc mạng phần tử mạng - Tính tốn mức độ ảnh hƣởng băng thơng ngƣời sử dụng lên kiến trúc mạng - Sử dụng nguyên tắc vận hành thiết kế mạng - Xem xét vai trò đƣờng truyền đầu cuối đến dầu cuối hồn tồn quang - Xem xét vai trị việc ấn định bƣớc sóng định tuyến - Thiết kế việc chia sẻ bƣớc sóng tái sử dụng bƣớc sóng - Đƣa việc quản lý mạng thống cho truy cập mạng đƣờng trục Điều đƣợc dùng để quản lý mạng IP/WDM Nhiều thiết bị đƣợc quản lý nhờ sử dụng hệ thống quản lý mạng riêng cho phép thực điều khiển mạng cho mạng toàn quang – Trong suốt dịch vụ Trong suốt dịch vụ đƣợc định nghĩa thuộc tính mà điểm node mạng truyền tải tín hiệu khơng cần thơng tin thêm chúng Các node truyền tải tƣơng lai yêu cầu tính suốt cao Điều đƣợc dùng để cung cấp dịch vụ cho thuê bao theo phƣơng thức Nhờ đó, node nguồn node đích điều khiển truyền tải truyền nhận Sự độc lập tốc độ bit điều kiện cần thiết để có đƣợc tính suốt dịch vụ Nhƣng xử lý quang-điện mạng gây tƣợng jitter mức thấp Để khắc phục tƣợng jitter để đảm bảo chất lƣợng tín hiệu cần phải sử dụng định thời Điều hạn chế độc lập tốc độ bit Để giải hạn chế sử dụng tái tạo quang điện tốc độ bit độc lập có chức tái định thời Nguyễn Đăng Tuấn 85 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM Sự suốt giao thức tốc độ bit độc lập tạo tính suốt dịch vụ Điều cần thiết để phát triển mạng toàn quang tầng truyền tải toàn quang – Khả kết hợp hoạt động nhà sản xuất Việc ứng dụng công nghệ cần có tiêu chuẩn để nhà sản xuất nghiên cứu sản xuất thiết bị Phƣơng pháp định nghĩa hồn chỉnh thơng tin node mạng quang (ví dụ: dạng kênh giám sát mang liệu ghép kênh xen/rẽ hai phần tử mạng) Các thuộc tính vật lý tín hiệu quang cần đƣợc định nghĩa rõ ràng Kết nối đa mạng thực mà thiết bị kỹ thuật tầng quang kênh giám sát quang tồn – Chất lượng dịch vụ Để cung cấp QoS giao thức định tuyến động khơng mang thơng tin cấu hình mà phải mang thơng tin tải nhƣ băng thông lớn khả dụng liên kết Vì thế, tuyến phải đƣợc tính tốn tham số băng thơng cấu hình mạng Các phân tích việc cung cấp dịch vụ QoS đem lại ƣu điểm thực quản lý lƣu lƣợng tầng quang thay cho tầng IP Hơn nữa, cần phải xem xét chức hoạt động hiệu tầng quang Trong hầu hết trƣờng hợp, tầng IP đƣợc thay đổi để thực định tuyến sở điều kiện tải đƣờng quang Điều tránh đƣợc việc lặp chức nhờ cải thiện đƣợc hiệu hệ thống Vì thế, cần phải nghiên cứu kỹ để đƣa định lựa chọn QoS sở cấu trúc định tuyến phân bố tầng IP hay thuật toán định tuyến quang đƣợc dùng để định tuyến IP/WDM 4.2 Các tiêu phân tích đánh giá Một loạt tham số đánh giá cần đƣợc xem xét tuân thủ cho ngăn giao thức mạng khác Bảng 4.1 liệt kê tham số đánh giá - Bảo vệ/Khôi phục - Chuyển mạch/Định tuyến - Dự phòng Nguyễn Đăng Tuấn 86 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM Tính - Độ ổn định/sức mạnh tổng thể - Mở rộng số lƣợng nút số lƣợng client - Năng lực billing - Chuẩn (TMN, SNMP) - Sự phức tạp, thiết bị quản lý - Sự phức tạp, mức lực nhà khai thác yêu cầu Quản lý - Cấu hình thống kê/động - Tồn mào đầu gói - Tính hạt băng tần - Băng tần cực đại Chỉ tiêu - Hỗ trợ QoS - Quản lý lƣu lƣợng tối ƣu cho IP - Tƣơng hợp với giao thức khác nhƣ SDH, ATM, Tính tƣơng MPLS hợp - Hỗ trợ công nghệ truy nhập - Chuyển hƣớng sở hạ tầng (ví dụ OTN) - Chuẩn hoá - Hỗ trợ dịch vụ thời gian thực Dịch vụ - Hỗ trợ VPN - Hỗ trợ quảng bá - Nhà cung cấp Thông tin - Chi phí khác - Tính hồn thiện Bảng 4.1 Các tham số đánh giá ngăn giao thức mạng Nguyễn Đăng Tuấn 87 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM Những tham số đƣợc nhóm theo nội dung khác nhau: tập hợp chức đƣợc kiến trúc mạng cung cấp/hỗ trợ; lực thuộc tính quản lý; tiêu đặc tính QoS; mức độ phối hợp hoạt động với mạng tại/khác; hỗ trợ dịch vụ khác thông tin khác Tiêu chuẩn đánh giá đƣợc xếp theo nội dung chính: Chi phí, Tính năng, Quản lý, Chỉ tiêu, Tính tƣơng hợp Dịch vụ MPLS khơng đƣợc xem nhƣ mơ hình riêng sử dụng tập hợp mơ hình khác nhƣ ATM SDH tạo nên đặc tính phụ Mơ hình dựa ATM có vai trị quan trọng định nhiều hoạt động diễn có quan hệ với cơng nghệ Tuy nhiên, ATM mơ hình đƣợc chuẩn hố nên có mối quan hệ với kiến trúc khác Truyền tải IP qua mạng quang (WDM) đơn giản tiềm phát triển lớn giảm đƣợc chi phí mạng Việc giảm chi phí thực cách loại bỏ chức thừa phần mào đầu Việc đánh giá kiến trúc chọn với kiến trúc khác (theo tiêu, chi phí ) điều cần thiết tiêu chí đánh giá cần đƣợc xác định rõ số lƣợng nhƣ chất lƣợng theo nội dung đề cập 4.3 Ứng dụng kỹ thuật IP/WDM 4.3.1 Internet Trong năm gần công nghệ IP trở thành tƣợng cơng nghệ mạng; đặc biệt khía cạnh khai thác ứng dụng IP cho truyền tải đƣợc xem yếu tố then chốt mạng tƣơng lai Tốc độ phát triển phi mã lƣu lƣợng Internet gia tăng không ngừng số ngƣời sử dụng Internet tác nhân làm thay đổi mạng viễn thơng truyền thống mà đƣợc xây dựng tối ƣu cho dịch vụ thoại thuê kênh Trong hầu hết kiến trúc mạng đề xuất cho tƣơng lai thừa nhận thống trị công nghệ lớp mạng Bên cạnh đó, thành tựu lĩnh vực truyền dẫn quang giải phần vấn đề băng tần truyền dẫn, tài nguyên quý giá mạng tƣơng lai Cơng nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng (WDM) bƣớc đột phá cho sở hạ tầng truyền dẫn với dung lƣợng hạn chế trƣớc Dung lƣợng truyền dẫn ngày Nguyễn Đăng Tuấn 88 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM đạt tới cỡ Tbit nhờ thiết bị WDM Sự thích ứng kênh bƣớc sóng (các lambda) kiểu tín hiệu lớp khơng làm tính suốt tín hiệu tạo hấp dẫn riêng công nghệ Khi số lƣợng bƣớc sóng tuyến truyền dẫn WDM tăng lên đáng kể việc liên kết chúng hình thành lớp mạng mới, lớp mạng quang hay gọi ngắn gọn lớp WDM Đây lớp mạng thích ứng đƣợc nhiều kiểu cơng nghệ khác Vì vậy, WDM đƣợc đánh giá công nghệ mạng trụ cột cho mạng truyền tải 4.3.2 Chuyển mạch burst quang Mạng chuyển mạch burst quang đƣợc cấu trúc nhƣ hình vẽ dƣới Node biên Mạng truy nhập Node lõi Mạng truy nhập Node lõi Node biên Hình 4.1 Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang Ở mạng chuyển mạch burst quang hay cịn đƣợc gọi mạng tồn quang có đơn vị truyền dẫn burst, có kích thƣớc số gói IP hay chuỗi tế bào ATM Nhƣng nhỏ đơn vị truyền dẫn chuyển mạch kênh tin Ở burst đƣợc truyền sau gói điều khiển khoảng thời gian trễ để đảm bảo đủ thời gian xử lý chuyển mạch mà burst không cần phải trễ (đệm) node trung gian đƣờng từ nguồn tới đích Tại node trung gian có gói điều khiển đƣợc phân tích, xử lý cịn burst đƣợc truyền thẳng (truyền suốt) Mạng chuyển mạch burst quang đƣợc cấu trúc bao gồm hai loại node mạng (node lõi, node biên) tuyến truyền dẫn quang Nguyễn Đăng Tuấn 89 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM - Các node biên: có giao tiếp với mạng truy nhập khác nhƣ mạng chuyển mạch gói, IP hay mạng LAN, WAN khác thu thập thơng tin sau cấu tạo burst, đồng thời có chức thu thập burst từ mạng chuyển mạch burst tiến hành phân giải chúng thành gói tin ban đầu định tuyến chúng vào ngƣời sử dụng mạng truy nhập nhờ định tuyến biên Vì chức node biên cấu tạo phân giải burst hay gọi nơi mở đầu kết cuối burst Node biên đƣợc trang bị định tuyến biên để có khả định tuyến gói tin đƣợc tách từ burst vào mạng yêu cầu đồng thời thực phân tích node đích gói tin đến để tiến hành cấu trúc burst đƣa lên mạng chuyển mạch burst hƣớng Đặc biệt node biên thông tin đến đƣợc đệm miền điện đệm điện tử đơn giản - Các node lõi: có chức chuyển tiếp burst từ nguồn tới đích yêu cầu Node lõi thực phân tích tin điều khiển để tiến hành cấp phát tài nguyên mạng phục vụ thiết lập kết nối truyền burst tƣơng ứng Trong số trƣờng hợp node lõi có nhiệm vụ làm trễ burst để có đủ thời gian xử lý tin điều khiển chuyển mạch thấy cần thiết Khi burst tới node lõi gói điều khiển đƣợc kết nối tới khối điều khiển kết cuối khối điều khiển, cịn thơng tin liệu đƣợc kết cuối khối chuyển mạch đợi để đƣợc đƣa tới đầu thích hợp Gói điều khiển sau đƣợc phân tích song chúng đƣợc cấu trúc lại có bổ sung thơng tin có thay đổi nhƣ thời gian trễ, bƣớc sóng truyền burst,…để tới node Trong node lõi mạng chuyển mạch burst quang, tuỳ vào kiến trúc phƣơng pháp điều khiển chuyển mạch mà đƣợc cấu trúc cho phù hợp đạt hiệu kinh tế cao Nó có đệm hay khơng có đệm, gói điều khiển burst liệu đƣợc truyền băng (tức bƣớc sóng với liệu) hay ngồi băng (tức bƣớc sóng riêng biệt) thơng thƣờng gói điều khiển đƣợc truyền bƣớc sóng riêng biệt so với bƣớc sóng burst, sau burst hay sau khoảng thời gian trễ - Các tuyến truyền dẫn: Trên đƣờng truyền dẫn quang thực truyền bƣớc sóng hay nhiều bƣớc sóng nhờ công nghệ WDM DWDM, kênh bƣớc Nguyễn Đăng Tuấn 90 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM sóng đƣợc giải phóng sau truyền song burst để phục vụ cho kết nối khác Trong mạng chuyển mạch burst quang trƣớc burst đƣợc truyền phải đăng ký bƣớc sóng sử dụng bƣớc sóng đƣợc giải phóng sau burst truyền qua nên burst từ nguồn đích khác sử dụng bƣớc sóng theo kiểu ghép kênh thống kê theo thời gian Khả ứng dụng OBS mạng truyền tải hệ sau OBS đƣợc sử dụng với WDM làm sở cho mạng IP hệ sau, chủ yếu cho mạng đƣờng trục quang Kỹ thuật MPLS đƣợc dùng để chuyển tiếp burst liệu cho cấu trúc Chiến lƣợc thiết lập offset có tác động đáng kể lên chất lƣợng hoạt động mạng IP vận hành OBS WDM Phƣơng pháp phân loại lƣu lƣợng để thiết lập offset (một tham số hệ thống quan trọng OBS) burst liệu liên tiếp dòng liệu cho (đƣờng chuyển mạch nhãn LSP) gói điều khiển chúng, làm cho mạng đƣợc vận hành ổn định thực kỹ thuật lƣu lƣợng đƣợc dễ dàng Từ thực thi chế QoS cho IP nhƣ DiffServ mạng đƣờng trục quang sử dụng OBS Do đạt đƣợc cân định tuyến bƣớc sóng chuyển mạch gói quang, OBS thúc đẩy việc hợp IP với WDM, hỗ trợ việc cung cấp nhanh chóng, truyền dẫn đồng gói kích thƣớc khác nhƣ có hiệu sử dụng tài ngun cao mà khơng cần đệm lớp WDM OBS công nghệ khắc phục đƣợc hạn chế việc xử lý điện tử đồng thời có cải tiến so với công nghệ loại nhƣ (chuyển mạch kênh gói quang) khơng u cầu đệm node trung gian phân bổ tài nguyên mạng cách hiệu Đáp ứng đƣợc bùng nổ lƣu lƣợng Internet thời điểm nay, đồng thời thoả mãn đƣợc nhu sử dụng dịch vụ viễn thơng cầu cách hồn hảo Mang lại cho nhà sản xuất nhƣ nhà khai thác khách hàng sử dụng vừa lòng cơng sức phải bỏ Nhìn chung tƣơng lai khơng xa, chuyển mạch burst quang có khả thƣơng mại chuyển mạch gói quang đƣợc thiết kế với u cầu khơng có đệm quang Nhiều hãng trung tâm nghiên cứu giới gia tăng mối quan tâm đến thiết bị quang, việc triển khai tƣơng lai không xa sản phẩm mạng dựa chuyển mạch quang điều tất yếu Nguyễn Đăng Tuấn 91 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM 4.3.3 Công nghệ mạng NGN Công nghệ NGN (Next Generation Network - NGN) với khả tích hợp nhiều dịch vụ giá trị gia tăng xu hƣớng phát triển ngành viễn thông giới Khi môi trƣờng kinh doanh ngày phức tạp mang tính cạnh tranh cao, chất lƣợng dịch vụ trở thành chìa khóa cho thành cơng nhu cầu sở hữu dịch vụ truyền thơng với nhiều tiện ích khơng ngừng tăng lên Hình 4.2 Mạng NGN Cơng nghệ NGN đời hội tụ mạng: mạng thoại, mạng không dây mạng số liệu vào kết cấu thống để hình thành mạng chung, thơng minh, hiệu cho phép truy xuất tồn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mở đƣờng cho hội kinh doanh phát triển, ngày thỏa mãn đƣợc nhu cầu ngƣời sử dụng Những ứng dụng cần nhiều băng thông nhƣ giáo dục truyền hình, ứng dụng truyền hình trực tuyến y học, thuyết trình trực tuyến u cầu mạng có khả đáp ứng mạnh để truy cập dễ dàng lúc nơi Những mạng viễn thông nhƣ vậy, dựa nguyên lý chạy đa dịch vụ thông qua sở hạ tầng chung thống nhất, đƣợc biết Mạng Thế hệ (NGN) Nó mạng nhất, kế thừa cho hầu hết mạng truyền thoại liệu tách biệt ngày Nguyễn Đăng Tuấn 92 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM 4.4 Tình hình triển khai IP/WDM VNPT 4.4.1 Giai đoạn trƣớc năm 2004 Hình dƣới mơ tả phƣơng thức triển khai IP quang VNPT giai đoạn này: IP ATM VDC SDH (2 STM-1) SDH WDM VTN Môi trường truyền Hình 4.3 Giai đoạn trước năm 2004 Trong giai đoạn này, để thực truyền dẫn IP quang phải qua tầng ATM SDH Các gói IP đƣợc cắt thành tế bào ATM đƣợc gán cho kết nối ảo khác nhờ card đƣờng dây SDH/ATM, sau đƣợc xếp vào khung SDH Các khung đƣợc gửi đến thiết bị WDM để thực truyền dẫn lớp quang Ƣu điểm phƣơng thức truyền dẫn này: + ATM tạo kênh ảo cố định (PVC) đƣợc quản lý hệ thống quản lý ATM sử dụng kênh ảo có khả chuyển mạch (SVC) đƣợc thiết lập linh hoạt, tất đƣờng ảo (VP) nhằm đảm bảo QoS cho dịch vụ IP + Sử dụng ghép kênh thống kê: cho phép ngƣời sử dụng yêu cầu băng thông rộng thời gian ngắn Điều giúp đảm bảo đƣợc băng thông cố định hay thay đổi tuỳ theo yêu cầu + Sử dụng giao thức ATM: phục vụ cho nhiều kiểu lƣu lƣợng với yêu cầu QoS khác tuỳ theo ứng dụng Bên cạnh ƣu điểm trên, phƣơng thức tồn số nhƣợc điểm sau: + Việc chia datagram có độ dài thay đổi thành tế bào ATM có độ dài cố định phải thêm tiêu đề có chênh lệch kích thƣớc phải có byte đệm xếp liên tục datagram nhƣng điều làm tăng xác suất hai gói liên tiếp trƣờng hợp tế bào Nguyễn Đăng Tuấn 93 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM + Chi phí cho vận hành, bảo dƣỡng thiết bị ATM, SDH tốn + Tốc độ đƣờng truyền hạn chế 4.4.2 Giai đoạn từ năm 2004 đến 2006 Phƣơng thức triển khai giai đoạn đƣợc mô tả nhƣ sau: IP ATM VDC GbE (1 Gbps) WDM SDH Mơi trường truyền VTN Hình 4.4 Giai đoạn từ năm 2004 đến 2005 Để khắc phục hạn chế tốc độ truyền công nghệ SDH, công nghệ Ethernet đƣợc đƣa vào sử dụng So với công nghệ SDH, cơng nghệ Ethernet có ƣu điểm sau: + Tốc độ cao: với mục tiêu ban đầu xây dựng mạng hoạt động với tốc độ 10 Mbps Tiếp đến nâng lên tốc độ 100Mbps, Gbps, 10 Gbps mà không cần phải thay đổi giao thức Ethernet + Tính tƣơng thích: GbE hồn tồn tƣơng hợp với Ethernet truyền thống, không cần kỹ quản lý thêm GbE tuý mở rộng chuẩn Ethernet GbE đƣợc xem có tính phối hợp hoạt động quản lý tốt Các tài nguyên truyền dẫn phát triển tự node có nhu cầu lƣu lƣợng lớn giảm node có trao đổi lƣu lƣợng thấp + Chi phí thấp: Card đƣờng truyền Gigabit định tuyến IP có giá rẻ gấp lần so với card đƣờng truyền dung lƣợng sử dụng công nghệ SDH Nguyễn Đăng Tuấn 94 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM IP ATM GbE (10 Gbps) SDH Môi trường truyền VDC WDM VTN Hình 4.5 Giai đoạn 2005-2006 4.4.3 Giai đoạn 2006-2010 Đối với Việt Nam, việc triển khai MPLS đƣợc xây dựng mạng truyền tải Tổng công ty VNPT thiết lập mạng trục MPLS với LSR lõi LSR biên Các thiết bị MPLS biên đóng vai trị nhƣ LSR lối vào, lối Các mạng Internet quốc gia, mạng truyền số liệu, mạng DCN (quản lý) đƣợc kết nối với LSR biên Việc chuyển tiếp thông tin đƣợc thực qua mạng MPLS đến LSR biên lối Với cấu hình giúp khả điều khiển định tuyến, chuyển mạch đơn giản dựa nhãn MPLS Nhƣng bên cạnh đó, MPLS cịn tồn số nhƣợc điểm: + Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt + Việc hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức gặp phải vấn đề phức tạp kết nối + Hợp VC cần phải đƣợc nghiên cứu sâu để giải vấn đề chèn gói tin trùng nhãn (interleave) Với đặc điểm mạng hệ sau tách riêng lớp ứng dụng dịch vụ với lớp mạng Mặt khác, MPLS chủ yếu dành cho mảng số liệu Mục tiêu hƣớng tới mảng điều khiển quang cho mạng quang nhằm đơn giản hố, tăng tính đáp ứng mềm dẻo việc cung cấp phƣơng tiện mạng quang IETF OIF phát triển tiêu chuẩn GMPLS GMPLS với đặc điểm: + GMPLS đảm bảo phối hợp lớp mạng khác + GMPLS tập hợp tiêu chuẩn với giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thông tin lớp truyền tải lớp số liệu Nguyễn Đăng Tuấn 95 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM + GMPLS đƣợc phát triển nỗ lực nhằm làm đơn giản hoá bỏ bớt mơ hình mạng lớp GMPLS loại bỏ chức chồng chéo lớp cách thu hẹp lớp mạng Nhiều công ty triển khai GMPLS để đơn giản việc quản lý mạng tạo mặt điều khiển tập trung Điều cho phép tạo nhiều dịch vụ cho khách hàng giá thành hoạt động lại thấp GMPLS hứa hẹn mang lại chất lƣợng dịch vụ tốt thiết kế lƣu lƣợng Internet, xu hƣớng mục tiêu nhà cung cấp dịch vụ 4.4.4 Giai đoạn sau năm 2010 Hệ thống truyền dẫn số liệu hƣớng tới tƣơng lai khả truyền dẫn IP trực tiếp hệ thống truyền dẫn quang DWDM Sự thống mạng IP mạng quang nhờ sử dụng router IP hoạt động tốc độ Gbps hay Tbps phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, nhƣ thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thƣớc cấu hình khác chắn tạo ƣu điểm bật IP DWDM Hình 4.6 Giai đoạn sau năm 2010 Với tình hình thực tế mục tiêu hƣớng tới, nội dung sau cần đƣợc triển khai: - Xây dựng mạng DWDM cho vùng công ty Viễn thông sở mạng trục quốc gia DWDM - Tổ chức IP quang cho công ty Viễn thông Nguyễn Đăng Tuấn 96 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu em hồn thành đồ án “Khảo sát kỹ thuật lƣu lƣợng IP mạng quang WDM” Đồ án trình bày đƣợc nội dung sau: Chƣơng chƣơng trình bày khái niệm mạng IP/WDM, đƣa ba xu hƣớng chồng giao thức cho mạng này, ƣu nhƣợc điểm xu hƣớng lí IP/WDM lại đƣợc chọn giải pháp cho tƣơng lai Chƣơng Bắt đầu việc trình bày số phƣơng pháp mơ hình hố lƣu lƣợng viễn thơng mạng thoại nhƣ mạng liệu, mơ hình bảo vệ tái cấu hình mạng IP/WDM Tiếp theo khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM – kỹ thuật để tối ƣu hoá tận dụng tài nguyên mạng Tiếp theo, hai mơ hình cho kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM mơ hình chồng lấp mơ hình tích hợp nhƣ ƣu, nhƣợc điểm mơ hình đƣợc giới thiệu Kỹ thuật lƣu lƣợng IP/WDM gồm có kỹ thuật lƣu lƣợng IP/MPLS kỹ thuật lƣu lƣợng WDM Kỹ thuật lƣu lƣợng IP/MPLS đƣợc ứng dụng để cân tải thành phần mạng giám sát mạng kỹ thuật lƣu lƣợng WDM đƣợc trình bày chƣơng Chƣơng Kỹ thuật lƣu lƣợng WDM lợi dụng đặc điểm mạng WDM vật lý hỗ trợ nhiều mơ hình ảo đƣờng ngắn khác Do đó, đƣợc dùng để tái cấu hình đƣờng ngắn cho có khả thích nghi với kiểu lƣu lƣợng tuỳ theo điều kiện ràng buộc mạng WDM vật lý Mỗi mơ hình ảo IP mạng WDM mơ hình IP Để thiết kế mơ hình ảo, số thuật tốn dựa kinh nghiệm đƣợc trình bày Phƣơng pháp dịch chuyển mơ hình ảo cho giảm thiểu ảnh hƣởng lên lƣu lƣợng ngƣời sử dụng đƣợc nêu Chƣơng giới thiệu tái cấu hình cho mạng WDM chuyển mạch gói Trong tái cấu hình IP WDM có khả tái cấu hình chủ yếu dựa giám sát mức mạng (đối với mơ hình đƣờng ngắn ảo định), đó, dễ dàng triển khai tin cậy tái cấu hình cho WDM chuyển mạch gói địi hỏi định song song động (nghĩa địi hỏi tính đồng định) nên phức tạp tối ƣu Tuy nhiên, lại Nguyễn Đăng Tuấn 97 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM có tính mềm dẻo mức độ lại có tính động mạng thƣờng xảy tái cấu hình đƣờng ngắn Chƣơng Đã đƣa đƣợc yêu cầu, tiêu chí phân tích đánh giá mạng IP/WDM, bên cạnh tìm hiểu đƣợc tình hình triển khai mạng IP/WDM VNPT giai đoạn để thấy đƣợc phát triển không ngừng mạng IP/WDM IP/WDM nói chung kỹ thuật lƣu lƣợng IP mạng quang WDM nói riêng vấn đề Việt Nam, tài liệu tham khảo cịn hạn chế, bên cạnh kết mà đồ án đạt đƣợc khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Kính mong đóng góp q thầy bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn KS Nguyễn Anh Quỳnh thầy cô giáo khoa công nghệ hƣớng dẫn có ý kiến quý báu giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Sinh viên thực Nguyễn Đăng Tuấn Nguyễn Đăng Tuấn 98 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kevin H Liu, IP over WDM, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2002 [2] Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện cơng nghệ bƣu viễn thơng, năm 2007 [3] Hà Trần Đức, Phạm Minh Tồn, Nguyễn Hồng Hải, Cơng nghệ IP DWDM, Tạp chí Bƣu Viễn thơng, kì 1, 5-2004 [4] TS Cao Phán & KS Cao Hồng Sơn “Cơ sở kỹ thuật thông tin quang”, HVCN – BCVT, 6/2000 [5] TS Cao Phán & TS Cao Hồng Sơn “Thông tin quang PDH SDH”, HVCN – BCVT, 6/2003 [6] TS Phùng Văn Vận, TS Trần Hồng Qn & TS Nguyễn Q Minh Hiền “Mạng viễn thơng xu hƣớng phát triển”, NXB Bƣu Điện, 12/2002 [7] Các trang Web: http:// www.ipv6forum.org http:// www.vnpt.com.vn Nguyễn Đăng Tuấn 99 ... Đăng Tuấn 34 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM 2.3 Khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng IP/ WDM Kỹ thuật lƣu lƣợng IP/ WDM kỹ thuật để tận dụng tài nguyên IP/ WDM (ví dụ nhƣ định tuyến IP, đệm,... TỔNG QUAN VỀ IP/ WDM 1.1 Khái niệm mạng IP/ WDM Nguyễn Đăng Tuấn 15 Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP mạng quang WDM Mạng IP/ WDM đƣợc thiết kế để truyền dẫn lƣu lƣợng IP mạng quang cho phép WDM để tận... tài: ? ?Khảo sát kỹ thuật lƣu lƣợng IP mạng quang WDM? ?? xem xét IP mạng quang WDM đặc biệt tập trung vào kỹ thuật lƣu lƣợng kết hợp IP/ WDM Đồ án gồm bốn chƣơng: Nguyễn Đăng Tuấn Khảo sát kỹ thuật lưu