2.8.1 Phân nhóm các công nghệ
Mặc dù có rất nhiều công nghệ truyền tải lưu lượng IP trên mạng quang nhưng giữa chúng đều có mối quan hệ chung. Do đó, để thuận lợi cho việc so sánh, những công nghệ có nhiều điểm tương đồng được nhóm lại với nhau. Việc phân nhóm này vừa làm giảm lượng so sánh và cho thấy rõ hơn đặc tính của giải pháp khi biểu diễn trên đồ thị.
Lưu lượng IP trước khi truyền trên mạng quang sẽ được đóng trong khung Lớp 2. Do đó tuỳ thuộc công nghệ sử dụng trong Lớp 2, chúng ta có thể phân thành 5 nhóm:
• Công nghệ sử dụng ngăn giao thức IP/ATM:
- IP/ATM qua SONET/SDH: sử dụng ALL5/ATM bao gói IP và sau đó sắp xếp vào tải SONET/SDH trước khi truyền trên bước sóng quang. - IP/ATM trực tiếp trên WDM: sử dụng ALL5/ATM bao gói IP và
truyền trực tiếp trên bước sóng quang dựa trên tế bào. • Các công nghệ truyền số liệu trên mạng SONET/SDH (DoS):
- Sử dụng giao thức LAPS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên các bước sóng quang.
- Sử dụng giao thức MAPOS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên bước sóng quang.
- Sử dụng giao thức GFP để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên các bước sóng quang.
- Sử dụng giao thức POS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên bước sóng quang.
• Công nghệ Gigabit Ethernet (GbE): - Ethernet chuyển mạch - Ethernet sử dụng khung • Công nghệ DTM
2.8.2 So sánh băng tần hiệu dụng
Băng tần hiệu dụng là một trong những tham số được quan tâm nhiều nhất giữa các giải pháp. Mục đích chính của việc nghiên cứu các giao thức mới để đóng gói IP trong tải truyền dẫn cũng là để giải quyết vấn đề này. Các nội dung phân tích, so sánh dưới đây được thực hiện đối với các giao thức bao gói lớp 2 cho truyền tải IP trên tuyến truyền dẫn SDH tốc độ STM-1.
2.8.2.1 Tính toán hiệu suất và tốc độ truyền dẫn
Mào đầu đóng gói
Trong quá trình đóng gói các gói IP ở lớp 2, tùy thuộc vào loại công nghệ được sử dụng sẽ có một số lượng nhất định các byte mào đầu được thêm vào gói IP. Kết thúc quá trình đóng gói, kích thước gói nhận được sẽ là:
PSIZE = IPSIZE + P_OH (2.1)
Trong đó: PSIZE là kích thước gói phụ thuộc công nghệ được sử dụng (ATM, RPR, DoS, GbE, DTM)
IPSIZE là kích thước gói IP
P_OH là mào đầu phụ thuộc công nghệ được sử dụng
Mào đầu đóng khung
Các gói có kích thước nhận được từ phương trình (2.1) sau đó được sắp xếp vào các khung SONET/SDH có kích thước (FSIZE):
FSIZE = hàng * cột = 9 * 270 = 2430 bytes
Trong đó phần tải trọng mang lưu lượng thực sự (PLD) có kích thước: PLD = FSIZE – SONET/SDH_OH
= 2430 – 9*(9+1) = 2340 bytes với SONET/SDH_OH là phần mào đầu SONET/SDH.
Giao diện 155 Mbit/s SONET/SDH phát đi 8000 khung trong một giây và nó có khả năng mang các gói dữ liệu ATM, DoS, RPR... Tốc độ gói lớn nhất, thông lượng và tốc độ bit truyền dẫn lớn nhất có thể rút ra được từ các phương trình sau: PSIZE 8000 * 2340 PSIZE sec PLD Rate Packet = = (2.2) ThroughPut = PacketRate*IPSIZE (2.3) TransmissionRate = ThroughPut*8 (2.4)
Trong đó PSIZE là kích thước gói ATM, DoS, RPR...
Hiệu suất đóng gói và đóng khung của mỗi công nghệ được tính như sau:
8000 * 2340 IPSIZE * Rate Packet sec PLD ThroughPut Efficiency = = (2.5)
Xét cả phần mào đầu SONET/SDH ta có hiệu suất tổng bằng:
8000 * 2430 IPSIZE * Rate Packet iency TotalEffic = (2.6) 2.8.2.2 Kết quả so sánh
Từ kết quả tính toán nhận được ta tiến hành biểu diễn hai đặc tính quan trọng nhất của các công nghệ truyền dẫn là tốc độ truyền dẫn lớn nhất và hiệu suất truyền dẫn theo kích thước gói IP. Để thuận tiện cho việc sánh ta biểu diễn riêng các công nghệ truyền số liệu trên mạng SONET/SDH, tiếp theo so sánh công nghệ POS, đặc trưng cho công nghệ DoS, với các công nghệ còn lại.
Đồ thị trên hình 2.11 thể hiện một dải kích thước gói IP tương đối rộng. Mỗi ứng dụng sử dụng một loại kích thước gói. Các ứng dụng điển hình sử dụng các gói có kích thước trong khoảng 50 đến 1.000 byte. Một số ít ứng dụng sử
dụng các gói lớn có kích thước khoảng 3.000 đến 4.000 byte ví dụ như ứng dụng truyền file.
Với giả thiết các ứng dụng sử dụng các gói IP khoảng 50 đến 1.000 byte, không một công nghệ nào trong số các công nghệ trên đạt được tốc độ đường truyền OC-3/STM-1 155 Mbit/s. Tuy nhiên khi so sánh công nghệ ATM với các công nghệ DoS và RPR có thể thấy sự khác biệt lớn. Hiệu suất khi sử dụng ATM để truyền các gói có kích thước tới 1.000 byte chỉ đạt khoảng 40-80 % trong khi DoS và RPR đạt hiệu suất từ 60-95 %. Sở dĩ có sự khác nhau này là vì các chức năng của phần mào đầu lớp AAL5 và SAR là nhược điểm lớn khi triển khai mạng đường trục tốc độ cao.
Khi so sánh DoS và RPR, cả hai công nghệ đều đạt hiệu suất khoảng 95 % khi truyền tải các gói IP lớn. Tuy nhiên, hiệu suất của RPR thấp hơn POS khoảng 20 % khi truyền các gói IP 46 byte do khung kiểu Ethernet của RPR. Các chức năng đánh địa chỉ, ưu tiên và điều khiển của lớp MAC yêu cầu phần tiêu đề lớn hơn tiêu đề PPP mà POS sử dụng.
2.8.3 So sánh một số chỉ tiêu khác
2.8.3.1 Phẩm chất
Các giải pháp trong nhóm DoS có phẩm chất nổi trội hơn những giải pháp khác nhờ tận dụng điểm mạnh của công nghệ SONET/SDH về trễ, jitter, khoảng cách tuyến, số lượng nút, khả năng mở rộng băng tần và đặc biệt là mào đầu nhỏ thêm vào gói IP nhỏ.
Đứng thứ hai là các giải pháp IP/ATM, DTM và GbE sử dụng khung do cũng “mượn” đặc tính chuyển mạch kênh nên cũng có được những ưu điểm như DoS về khía cạnh chỉ tiêu, song do phải thêm chức năng của giao thức nên chúng tạo ra mào đầu lớn.
Đứng cuối cùng là giải pháp RPR và GbE chuyển mạch do xây dựng theo đặc tính phi kết nối nên khó đạt được tham số về truyền dẫn như trễ, jitter, tính hạt băng tần, khả năng mở rộng băng tần.
2.8.3.2 Dịch vụ
Nhóm giải pháp DoS đứng đầu do các giải pháp này sử dụng SONET/SDH làm các tuyến truyền dẫn điểm - điểm giữa các bộ định tuyến không ảnh hưởng đến sự hỗ trợ dịch vụ IP.
Nhóm các giải pháp sử dụng giao thức ATM, DTM, RPR và Ethernet sử dụng khung đứng thứ hai. Các giải pháp trong nhóm này được thiết kế theo đặc
tính phi kết nối (trừ DTM) nên khó hỗ trợ ứng dụng thời gian thực, QoS/CoS. DTM không hỗ trợ MPLS, còn Ethernet sử dụng khung lại không hỗ trợ multicast.
Đứng cuối là giải pháp Ethernet chuyển mạch, do sử dụng thẻ VLAN để chuyển mạch nên nó hoạt động giống như IP tích hợp với MPLS, nhưng khác ở chỗ là không có chức năng như MPLS. Khả năng hỗ trợ QoS/CoS, ứng dụng thời gian thực kém.
2.8.3.3 Tính tương hợp
Đứng đầu là giải pháp sử dụng công nghệ Ethernet. Ethernet là công nghệ đã trường thành và được làm chủ. Chính vì ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các mạng LAN nên nó được đơn giản hoá và tiêu chí tương hợp được đặt lên hàng đầu, nhiều nhà cung cấp, mở.
Đứng thứ hai là các giải pháp sử dụng công nghệ đã hoàn thiện như ATM, SONET/SDH. Nhóm giải pháp này (trừ giải pháp sử dụng MAPOS) đã được chuẩn hoá bởi các tổ chức tiêu chuẩn như ITU-T, ANSI hay ETSI. Do chủ yếu được thiết kế cho mạng trục nên những công nghệ này vẫn bị ảnh hưởng lớn bởi sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp thiết bị (sử dụng nhiều công nghệ mang tính độc quyền) vì thế làm giảm khả năng tương hợp giữa các thiết bị của những nhà sản xuất khác nhau.
Đứng cuối là các công nghệ RPR, DTM và MAPOS. RPR và DTM là những công nghệ đang trong giai đoạn chuẩn hoá, chưa hoàn toàn hoàn thiện. MAPOS không nhận được sự hỗ trợ từ những nhà công nghiệp. Những điều này làm hạn chế tính tương hợp của công nghệ.
2.8.3.4 Tính năng
Đứng đầu là giải pháp RPR. Tính năng mạnh về bảo vệ và phục hồi, khả năng phối hợp hoạt động với phục hồi trong mạng IP và các giao thức chuẩn truy nhập hệ thống chuẩn hoá của SONET/SDH tạo nên ưu thế của giải pháp này.
Đứng thứ hai là các giải pháp DoS, sử dụng ngăn giao thức ATM để bao gói IP và Ethernet sử dụng khung.
Đứng cuối cùng là giải pháp Ethernet chuyển mạch.
2.9 Kết luận
Các giải pháp dựa trên ngăn giao thức ATM có điểm mạnh về quản lý, tính tương hợp và tính năng. Điều này có thể hiểu được qua việc lợi dung ưu điểm của công nghệ ATM về QoS. Thiết kế lưu lượng và đã được chuẩn hoá. Điểm yếu của giải pháp này là phức tạp, mào đầu lớn và khả năng mở rộng kém. Đây cũng là hạn chế cố hữu của công nghệ ATM.
Các giải pháp DoS thể hiện tính ưu việt trên nhiều phương diện. Do sử dụng giao thức bao gói IP đơn giản nên các giải pháp trong nhóm này đều có ưu thể về đặc tính, dịch vụ, tính năng. Vấn đề quản lý và tương hợp là những điểm hạn chế của DoS.
Sử dụng công nghệ Ethernet để mang lưu lượng IP có điểm mạnh ở khả năng tương hợp, chức năng và quản lý (đối với Ethernet sử dụng khung). Tuy nhiên nếu sử dụng Ethernet chuyển mạch thì chức năng và quản lý sẽ không phải là ưu thế. Điểm yếu cố hữu của giải pháp này là về vấn đề về QoS do đó khả năng hỗ trợ các loại dịch vụ rất kém.
Sử dụng công nghệ DTM mang lưu lượng IP có điểm mạnh về đặc tính, hỗ trợ dịch vụ và quản lý. Tuy nhiên những tham số liên quan đến chức năng và tính tương hợp của giải pháp này cho thấy điểm yếu của giải pháp này.
Truyền tải IP qua công nghệ RPR thể hiện điểm vượt trội so với các giải pháp ở mặt tính năng. Những khía cạnh còn lại công nghệ này đều tỏ ra yếu thế.
Tiềm năng ứng dụng của chuyển mạch quang trong mạng truyền tải là rất lớn, và nó được xem là công nghệ trụ cột để tạo ra mạng toàn quang. Tuy nhiên hiện công nghệ này vẫn chưa thực sự được làm chủ. Hiện tại và trong nhiều vài năm nữa, chuyển mạch bước sóng (WDM) vẫn sẽ giữ vai trò chủ đạo trong mạng vì chuyển mạch gói quang và chuyển mạch b u r s t quang còn rất nhiều vấn đề về công nghệ cần được giải quyết. Hy vọng những công nghệ này mới có thể khẳng định vị trí của mình trong mạng truyền tải. Và khái niệm về mạng toàn quang lúc đó mới trở thành hiện thực.
Chương 3: Công nghệ SONET/SDH thế hệ tiếp theo
3.1 Mở đầu
Trước đây, công nghệ SONET/SDH được thiết kế tối ưu cho mục đích truyền tải các tín hiệu ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM). Tuy nhiên hiện nay yêu cầu đặt ra đối với mạng đã hoàn toàn thay đổi khi các dịch vụ truyền tải dữ liệu ngày càng tăng. Điều đó có nghĩa là trong tương lai hệ thống SONET/SDH truyền thống không thể đáp ứng được nhu cầu gia tăng của các dịch vụ dữ liệu. SONET/SDH thế hệ tiếp (NG-SDH) theo là một cơ chế truyền tải cho phép tồn tại đồng thời các dịch vụ truyền thống và các dịch vụ mới trên cùng một mạng mà không làm ảnh hưởng lẫn nhau.
Các giao thức quan trọng được sử dụng trong SONET/SDH thế hệ tiếp theo phục vụ cho việc truyền tải dữ liệu qua mạng SONET/SDH (DoS) bao gồm : thủ tục đóng khung chung (GFP) [1], kết chuỗi ảo (VCAT) [2] và cơ chế điều chỉnh dung lượng tuyến (LCAS)[3], tất cả đều đã được tiêu chuẩn hóa bởi ITU-T. Các công nghệ này cho phép kết hợp một cách hiệu quả nhiều giao diện dữ liệu khác nhau vào trong SONET/SDH. Điều quan trọng nhất là SONET/SDH có thể thực hiện việc phân bổ băng thông mà không làm ảnh hưởng tới lưu lượng hiện có. Ngoài ra, SONET/SDH thế hệ tiếp theo còn có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) thích hợp cho các dịch vụ mới và khả năng truyền tải đồng thời nhiều loại dịch vụ khác nhau qua cùng một môi trường. Hình 3.1 cho thấy sự linh hoạt và hiệu quả của SONET/SDH thế hệ tiếp theo.
3.2 Thủ tục đóng khung chung (GFP)
GFP quy định một cơ chế chung để thích ứng các tín hiệu client lớp cao với mạng truyền tải đồng bộ. Các tín hiệu client có thể ở dạng khối dữ liệu giao
thức (PDU) (như IP/PPP hay Ethernet MAC), mã khối (như Fibre Chanel hay ESCON) hoặc luồng số có tốc độ bit cố định.
Hình 3.1: SONET/SDH thế hệ tiếp theo
GFP bao gồm cả phần chung và phần đặc trưng cho từng loại tín hiệu client. Phần chung của GFP áp dụng cho tất cả các loại lưu lượng . Hiện nay có hai chế độ thích ứng tín hiệu client được định nghĩa cho GFP. Chế độ thích ứng với tín hiệu dạng PDU được gọi là GFP sắp xếp khung (GFP-F). Chế độ thích ứng với tín hiệu có dạng mã khối được gọi là GFP trong suốt (GFP-T). Hình 3.2 minh hoạ mối quan hệ giữa các tín hiệu client lớp cao với GFP và các tuyến truyền tải của nó.
IP PDH MPLS VLAN ATM Ethernet DVB HDLC/PPP/LAPS GFP-F GFP-T Fibre Chanel ESCON FICON NG SONET/SDH
Ethernet IP/PPP Các dịch vụ khác GFP - Phần đặc trưng client
(Phụ thuộc tải trọng) GFP - Phần chung (Không phụ thuộc tải trọng) Tuyến truyền tải SONET/SDH
Hình 3.2: Quan hệ của GFP với các tín hiệu client và tuyến truyền tải
3.2.1 Phần chung của GFP
3.2.1.1 Khung người sử dụng GFP
Cấu trúc của khung người sử dụng GFP được minh họa trong hình 3.3. Khung người sử dụng gồm phần mào đầu chính và vùng tải trọng.
Vùng mào đầu chính
Vùng mào đầu chính có kích thước cố định là 4 byte bao gồm trường chỉ thị độ dài PDU (ký hiệu: PLI) và trường kiểm tra lỗi mào đầu chính cHEC. Hai byte trường PLI chỉ thị số byte trong vùng tải trọng, kích thước tối đa của vùng tải trọng là 65535 byte (216-1). Hai byte trường kiểm tra lỗi chứa chuỗi CRC-16 có nhiệm vụ bảo vệ tính toàn vẹn nội dung của phần mào đầu chính thông qua khả năng sửa lỗi đơn bit và phát hiện lỗi đa bit. Chuỗi cHEC được tính trên tất cả những byte còn lại của phần mào đầu chính.
Vùng tải trọng
Vùng tải trọng bao gồm tất cả các byte trong khung GFP sau phần mào đầu chính. Kích thước của vùng tải trọng thay đổi trong khoảng từ 4 đến 65535 byte. Vùng tải trọng thường bao gồm hai thành phần: trường mào đầu tải trọng và trường tải trọng, trường FCS tải trọng chỉ là tuỳ chọn.
Hình 3.3 : Cấu trúc khung người sử dụng GFP
Mào đầu tải trọng có kích thước thay đổi từ 4 đến 64 byte hỗ trợ các thủ tục quản lý tuyến dữ liệu cho các tín hiệu client lớp cao. Vùng này bao gồm hai trường chính, trường kiểu (4 byte gồm cả tHEC) và phần mào đầu mở rộng có kích thước thay đổi. Sự có mặt cũng như khuôn dạng của phần mào đầu mở rộng và FCS tải trọng được chỉ thị bởi trường kiểu. Trường kiểu bao gồm các trường sau : PTI (3 bit), PFI (1bit), kiểu EXI (4 bit) và UPI (1 byte). Giá trị và ý nghĩa của trường UPI trong trường hợp PTI=0 được minh hoạ trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Giá trị và ý nghĩa của trường chỉ thị tải trọng UPI
Giá trị Ý nghĩa Giá trị Ý nghĩa
01x Ethernet (GFP-F) 08x MAPOS (GFP-F)
02x PPP (GFP-F) 09x DVB (GFP-T)
03x Fiber Chanel (GFP-T) 0Ax RPR (GFP-F)
04x FICON (GFP-T) 0Bx Fiber Chanel (GFP-F) 05x ESCON (GFP-T) 0Cx Fiber Chanel không đồng
bộ (GFP-F) 06x Gigabit Ethernet (GFP-T)
Mào đầu chính Mào đầu tải trọng Mào đầu mở rộng (tùy chọn) TẢI TRỌNG Tổng kiểm tra (tùy chọn) PLI cHEC (CRC-16)