Trong phần này chỳng ta sẽ mụ tả cỏc cấu trỳc chức năng của cỏc cỏc lớp trong cỏc đơn vị dữ liệu và đơn vị điều khiển. Trước tiờn với đơn vị dữ liệu, ta sẽ xột việc liờn mạng giữa mạng OBS và cỏc mạng con khỏc. Để rừ ràng, chỳng ta sẽ mụ tả cấu trỳc phõn lớp của mỗi phần theo tớn hiệu cỏc gúi dữ liệu nhất định.
2.3.3.1 Cỏc lớp trong phần dữ liệu
Phần xử lý dữ liệu trong cỏc node mạng thực hiện chức năng chuyển tải cỏc gúi tới từ cỏc node biờn nguồn đến một hay nhiều node đớch. Phần giao diện đường của node biờn sẽ cung cấp cỏc giao diện với cỏc gúi đến từ cỏc mạng người sử dụng khỏc nhau. Nú cú thể thực hiện dũ tỡm và sửa lỗi cỏc tiờu đề của gúi IP đến. Trong phần này, chỉ xột lưu lượng IP truyền qua mạng OBS nờn giả sử rằng tất cả cỏc gúi đi vào ra mạng OBS đều là cỏc gúi IP và cỏc gúi này phải được giữ nguyờn định dạng và cấu trỳc của nú.
a. Lớp hợp và phõn tỏch gúi (PAD)
Lớp PAD thực hiện chức năng liờn kết cỏc gúi IP đến cú cựng cỏc đặc tớnh tạo thành cỏc chựm dữ liệu. Ở node lối ra nú thực hiện chức năng ngược lại, phõn tỏch cỏc chựm dữ liệu thành cỏc gúi IP riờng biệt và định tuyến chỳng tới cỏc lối ra tương ứng. Việc phỏt đi cỏc gúi IP tại cỏc đường vào của mạng OBS yờu cầu phải xỏc định được cỏc đặc tớnh riờng của gúi và liờn kết chỳng lại với nhau. Cỏc đặc tớnh của gúi bao gồm chất lượng dịch vụ gúi và địa chỉ đớch của nú. Sau khi giải mó cỏc gúi IP tới, địa chỉ đớch của nú phải được biờn dịch sang địa chỉ của node OBS biờn tương ứng. Cỏc gúi cú đặc tớnh tương tự nhau sẽ được hợp lại thành tải lưu lượng của chựm dữ liệu. Kỹ thuật hỡnh thành chựm dữ liệu thường hay sử dụng là kỹ thuật theo ngưỡng thời gian và dựa trờn ngưỡng độ dài của chựm dữ liệu. Đối với kỹ thuật hỡnh thành chựm dữ liệu theo ngưỡng thời gian, một chựm dữ liệu được tạo ra và phỏt đi sau khoảng thời gian nhất định kể từ khi bắt đầu khởi tạo, dẫn tới cỏc chựm dữ liệu cú độ dài khỏc nhau. Cũn với kỹ thuật hỡnh thành chựm dữ liệu dựa trờn ngưỡng độ dài, sẽ cú một giới hạn về số gúi chứa trong mỗi chựm dữ liệu nờn
cỏc chựm dữ liệu với độ dài khụng đổi được tạo ra tại cỏ node biờn. Kỹ thuật hỡnh thành chựm dữ liệu dựa trờn ngưỡng độ dài tạo ra cỏc chựm dữ liệu tại cỏc thời điểm là bất kỳ. Một kỹ thuật hỡnh thành chựm dữ liệu kết hợp cả hai kỹ thuật trờn đó được thực hiện để giảm đặc tớnh biến thiờn chựm dữ liệu do cỏc thay đổi của tải trọng. Hơn nữa, việc kết hợp này là hoàn toàn hợp lý khi mạng hỗ trợ chất lượng dịch vụ. Khi đú chựm dữ liệu được tạo ra nhờ sự kết hợp cỏc gúi của cỏc phõn lớp khỏc nhau vào cựng một chựm dữ liệu.
Tại đường dẫn lối ra, PAD sẽ tỏch cỏc chựm dữ liệu thành cỏc gúi IP. Mỗi tiờu đề gúi phải được xử lý trả lại địa chỉ đớch và loại dịch vụ tương ứng. Địa chỉ đớch phải được biờn dịch để xỏc định nơi mà gúi IP sẽ được gửi tới.
Lớp hợp, phõn tỏch gúi PAD cũn thực hiện cỏc cơ cấu điều khiển dũng dữ liệu và xỏc minh, nhận dạng cỏc chựm dữ liệu tới. Cỏc giao thức điều khiển dũng dữ liệu cú thể thực hiện điều chỉnh tốc độ cỏc chựm dữ liệu trờn mỗi đường truyền. Cỏc giao thức cũn cú thể thực hiện chức năng biờn dịch địa chỉ. Cỏc giao thức thụng minh cú thể nhận biết, cập nhật sự thay đổi cấu hỡnh mạng và hỗ trợ truyền quảng bỏ. Sự liờn kết cỏc gúi cú thể dựa trờn một hay nhiều đặc tớnh của gúi như địa chỉ, phõn lớp… Mặt khỏc, kớch thước của chựm dữ liệu hỡnh thành cũng là một thụng số quan trọng trong quỏ trỡnh truyền dẫn chỳng.
b. Lớp điều khiển đúng khung chựm dữ liệu (BFC)
Chức năng của lớp điều khiển đúng khung chựm dữ liệu là thực hiện tiếp nhận cỏc gúi đó được liờn kết từ lớp trờn (lớp PAD) và nhúm chỳng vào cỏc cấu trỳc khung phự hợp. Lớp này cũng giải mó cỏc khung chựm dữ liệu tới và búc tỏch chỳng để lấy phần dữ liệu chuyển lờn lớp trờn. Hỡnh 2.20 chỉ ra định dạng khung chung của chựm dữ liệu. Khi cỏc khung của chựm dữ liệu cú độ dài thay đổi và thời điểm tới là ngẫu nhiờn, xung đúng khung là cần thiết để chỉ ra thời điểm bắt đầu của mỗi khung dữ liệu quang. Dải bảo vệ thường là chuỗi cỏc xung cố định được sử dụng để tỏch biệt cỏc khung. Chỳng là bắt buộc vỡ cỏc lý do như lỗi độ dài liờn kết, độ chớnh xỏc tớn hiệu đồng hồ, và cỏc hiệu ứng nhiệt khỏc. Trường kiểm lỗi cũng cú thể được sử dụng khi mạng hỗ trợ việc truyền lại chựm dữ liệu từ node biờn nguồn đến node biờn đớch. Trong trường hợp này, cỏc node biờn phải được thiết kế với dung lượng bộ nhớ lưu
trữ đủ lớn. Sử dụng trường kiểm lỗi cú thể phải tớnh toỏn lưu ý, đặc biệt khi quỏ trỡnh trung chuyển khụng đưa ra yờu cầu về tỉ lệ lỗi đường truyền dẫn.
Hỡnh 2.20 Định dạng khung chựm dữ liệu.
Trường dữ liệu trong khung chựm dữ liệu cú thể được chia nhỏ thành cỏc đoạn với kớch thước khụng đổi hoặc thay đổi. Kỹ thuật này được gị là kỹ thuật phõn đoạn, lớp BFC sẽ chốn thờm cỏc thụng tin điều kiển vào mỗi đoạn bị phõn chia này.
c. Lớp điều khiển truy nhập (MAC)
Lớp MAC trong phần dữ liệu bao gồm cỏc giao thức tớch luỹ tài nguyờn, lập lịch, cỏc giao thức ấn định độ lệch thời gian, lược đồ giải quyết xung đột và cỏc giao thức phỏt quảng bỏ. Lớp MAC cũng cú thể cung cấp cỏc sự khỏc nhau của cỏc phõn lớp để cung cấp mức bảo vệ cho cỏc chựm dữ liệu với cỏc yờu cầu chất lượng dịch vụ khỏc nhau. Việc xử lý bỏo hiệu trong node là một yờu cầu thiết yếu, để thiết lập hay giải phúng một kết nối được thực hiện trong phần điều khiển. Mạng OBS là một mạng điểm-điểm trong đú cỏc node kề nhau được kết nối với nhau thụng qua cỏc liờn kết vật lý. Tuy nhiờn, cỏc chựm dữ liệu đi vào node mạng lừi từ cỏc đường liờn kết khỏc nhau cú thể yờu cầu tới cựng một đường liờn kết lối ra. Lớp MAC cung cấp cỏch thức truy nhập điều khiển cỏc liờn kết lối ra của cỏc chựm dữ liệu này. Núi chung, cỏc lược đồ điều khiển truy nhập đối với mạng OBS cú thể phõn loại thành lược đồ tập trung và phõn tỏn.
Trong mạng OBS tập trung, một trạm yờu cầu phục vụ sẽ đảm nhiệm quỏ trỡnh truyền chựm dữ liệu qua toàn mạng. Ta cú thể thấy chế độ hoạt động này cho phộp dễ dàng truy nhập do yờu cầu phục vụ cung cấp bởi một điểm sẽ loại trừ được nghẽn mạng và mất gúi. Tuy nhiờn, lược đồ trong mạng tập trung rất phức tạp, độ tin cậy và tớnh bền vững khụng cao.
Trong mạng OBS phõn tỏn, mỗi node mạng sẽ đảm nhiệm quỏ trỡnh truyền dữ liệu độc lập. Số chựm dữ liệu đi vào một node cú thể sẽ lớn hơn số lượng kờnh hiện thời chưa sử dụng tại cỏc cổng lối ra. Đõy chớnh là nguyờn nhõn chớnh yếu dẫn tới hiện tượng nghẽn trong mạng OBS phõn tỏn. Do đú cỏc thuật toỏn tin cậy với hiờu quả cao trong lớp MAC được yờu cầu để đồng thời giảm thiểu tắc nghẽn cũng như tối thiểu hoỏ trễ cỏc chựm dữ liệu.
Tuỳ thuộc vào loại hỡnh dịch vụ ứng dụng như dịch vụ phi kết nối hay dịch vụ kết nối hướng đối tượng mà lớp MAC trong mạng OBS cần ấn định tài nguyờn và băng thụng hiệu quả. Việc ấn định đạt được nhờ cỏc giao thức tớch luỹ thớch hợp. Cỏc giao thức tớch luỹ chỉ ra cỏc cơ chế ấn định thời điểm bắt đầu và kết thỳc của một chựm dữ liệu. Cỏc tiếp cận về tớch luỹ một phớa ngoài băng khỏc nhau đó được nghiờn cứu giới thiệu trong cỏc mạng OBS. Cấu trỳc bỏo hiệu sử dụng rộng rói nhất trong cỏc hệ OBS truyền thống là lược đồ tớch luỹ JIT (Just In Time) và JET (Just Enough Time). Mặc dự lược đồ tớch luỹ JET cho phộp sử dụng băng thụng hiệu quả hơn nhưng yờu cầu thực thi lại phức tạp hơn.
Cỏc phương thức lập lịch khỏc nhau được thực thi trong lớp MAC hoàn toàn phụ thuộc vào cỏc giao thức tớch luỹ tài nguyờn được sử dụng trong hệ thống. Một phương thức lập lịch trong mạng OBS xỏc định cỏch thức cỏc kờnh ra cú thể cho chựm dữ liệu. Cỏc thuật toỏn lập lịch phải đủ nhanh và hiệu quả để giảm thiểu thời gian xử lý và mất dữ liệu. Một số thuật toỏn lập lịch thụng thường đối với hệ thống JET bao gồm thuật toỏn FFUC, LAUC hoặc LAUC-VF.
Cỏc giao thức lập lịch trong lớp MAC cú thể hỗ trợ cỏc loại dịch vụ khỏc nhau, cung cấp cho mức bảo vệ cao hơn và độ tin cậy truyền dẫn cao hơn đối với cỏc chựm dữ liệu cú mức ưu tiờn cao. Ngoài vấn đề giải quyết nghẽn và thuật toỏn đỏnh địa chỉ, lớp MAC cũn cú chức năng ấn định và duy trỡ độ lệch thời gian giữa cỏc chựm dữ liệu và cỏc gúi điều khiển. Độ lệch này cú thể biến đổi hoặc khụng đổi. Tuy nhiờn, khi cỏc gúi điều khiển được xử lý và cấu trỳc lại tại mỗi node thỡ độ lệch này cú xu hướng giảm. Node mạng lừi phải cú khả năng quản lý, tớnh toỏn được sự thay đổi này. Cỏc giao thức MAC đề cập vấn đề này như là cỏc giao thức điều khiển độ lệch thời gian.
Vấn đề chủ chốt trong lược đồ điều khiển truy nhập của mạng phõn tỏn là nguy cơ nghẽn mạng cao, cỏc quỏ trỡnh truyền gúi trong mạng cú thể chỉ đảm bảo trong điều kiện tĩnh. Cú rất nhiều kỹ thuật, thuật toỏn khỏc nhau được đưa ra để cải thiện độ tin cậy của mạng OBS và giảm tỉ lệ mất chựm dữ liệu.
Lớp MAC cú thể thực hiện thiết lập cỏc lược đồ truyền thụng đa điểm. Trong cỏc lược đồ này, một node biờn bất kỳ cú thể truyền cỏc chựm dữ liệu của nú đến nhiều node biờn khỏc. Cỏc kỹ thuật phỏt quảng bỏ ngày nay được sử dụng phổ biến hơn và cũng là yờu cầu đặt ra đối với mạng internet cũng như cỏc dịch vụ ứng dụng bao gồm hội nghị truyền hỡnh, truyền hỡnh theo yờu cầu… Núi chung, cỏc cơ chế giải quyết xung đột trong thụng tin điểm-điểm và quảng bỏ là tương tự nhau.
d. Lớp vật lý (PHY)
Lớp vật lý trong mạng OBS thực hiện yờu cầu chuyển tải cỏc chựm dữ liệu và cỏc gúi tin điều khiển giữa cỏc node mạng. Nú chuyển đổi cỏc tớn hiệu sang định dạng quang, điện và đưa chỳng tới cỏc khung truyền dẫn thớch hợp. Lớp vật lý bao gồm cỏc giao diện vật lý giữa cỏc node trong mạng OBS. Lớp vật lý được chia thành hai phần: thành phần chuyển tải dữ liệu (DTC) và thành phần phụ thuộc mụi trường (MDC).
Phần chuyển tải dữ liệu: là phần trung gian độc lập của lớp vật lý. Đối với node biờn lối vào, DTC mó hoỏ cỏc bit dữ liệu thành xung truyền dẫn riờng gọi là mó đường (cỏc mó NRZ, AMI, HDB3…) và thực hiện chuyển đổi điện/quang. Ngoài ra, DTC cũn thực hiện cơ chế đồng bộ giữa cỏc node. Như đó trỡnh bày ở trờn, cỏc kỹ thuật truyền dẫn trong cỏc mạng OBS cú thể chia thành hai loại: đồng bộ và khụng đồng bộ. Trong mạng OBS đồng bộ, cỏc gúi điều khiển và cỏc chựm dữ liệu chỉ được truyền trong phạm vi khe của chỳng. Như vậy, cỏc kờnh dữ liệu và kờnh điều khiển được chia thành cỏc khe thời gian với độ dài khụng đổi. Mỗi khe điều khiển lại được chia thành một số khe nhỏ hơn cú độ dài khụng đổi. Trong mạng OBS khụng đồng bộ, khụng cần khoảng thời gian trễ giữa chựm dữ liệu và gúi điều khiển BHP đến khi cỏc biờn của khe tương ứng đến. Mỗi node mạng cú đồng hồ nội của nú, mặt khỏc DTC cũng cú cơ chế đảm bảo khoảng trống giữa cỏc khung, xỏc định độ sai lệch tối đa của
tớn hiệu đồng hồ. Phần DTC cũng yờu cầu ấn định cỏc bọ đệm để cú thể thay đổi độ lệch của xung đồng hồ giữa cỏc node.
Phần phụ thuộc mụi trường: Phần này cú thể chia thành cỏc loại mụi trường truyền thực tế, bao gồm cỏp đồng trục, súng vụ tuyến hay sợi quang. Cỏc bộ kết nối, bộ thu, bộ phỏt… cũng được coi là một phần của lớp con MDC. Trong mạng OBS, khi chuyển mạch một chựm dữ liệu đặc biệt, lớp MDC thực hiện hoàn toàn trờn lớp quang WDM, lớp cung cấp cỏc đường dẫn quang trong mạng. Một đường dẫn quang là một thiết lập kết nối đầu cuối qua mạng quang, nú sử dụng một bước súng trờn mỗi liờn kết giữa nguồn và đớch. Lớp con MDC này cũn bao gồm cả chức năng khuếch đại và chuyển đổi bước súng.
2.3.3.2 Cỏc phõn lớp trong phần điều khiển
Như đó đề cập trong cỏc phần trước, sự tỏch biệt cỏc phần trong cấu trỳc mạng OBS là cần thiết để đảm bảo tớnh khả thi và thực hiện cỏc giao thức truy nhập mụi trường ở tốc độ cao. Do cỏc giới hạn về cụng nghệ, chuyển mạch gúi trờn miền quang hiện nay là khụng thể thực hiện nếu khụng cú cỏc bộ chuyển đổi quang điện. Trong mạng OBS, thực thi lớp MAC như là lớp ứng dụng của phần điều khiển cho phộp sử dụng cỏc giao thức trong một miền (điện) độc lập với dữ liệu (miền quang). Phần điều khiển trong mạng OBS với lưu lượng IP cú thể dựa trờn cỏc giao thức chuẩn. Vớ dụ như tương tự với giao thức Internet, chỳng ta cú thể thực hiện giao thức tớch luỹ tài nguyờn (RSVP) và giao thức tỡm đường dẫn mở ngắn nhất (OSPF) trong phần điều khiển để thực hiện bỏo hiệu. Cỏc giao thức chuẩn cú thể thực hiện nhiều chức năng điều khiển cũng như thực hiện truyền thụng quảng bỏ đa điểm. Tuy nhiờn vấn đề chủ yếu trong thực thi cấu trỳc giao thức là độ phức tạp và yờu cầu thời gian xử lý của nú. Với yờu cầu đề ra này, cỏc giao thức mới cần lưu ý sao cho xử lý cỏc bản tin điều khiển là tối ưu. Tớnh năng quyết định của cỏc giao thức mới là phải mềm dẻo và mức độ phức tạp thấp. Dưới đõy chỳng ta sẽ mụ tả sơ lược về kỹ thuật bỏo hiệu và cỏc chức năng cơ bản của mỗi lớp trong phần điều khiển.
a. Lớp điều khiển bỏo hiệu chựm BSC
Lớp BSC chứa phần lập lịch của lớp MAC trong phần dữ liệu, giải phỏp chống xung đột và cỏc giao thức điều khiển độ lệch thời gian thụng qua cỏc giao thức bỏo hiệu. Cỏc thụng tin đặc trưng của chựm dữ liệu bao gồm địa chỉ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đớch, chất lượng dịch vụ, mức ưu tiờn… được đi đến lớp BSC từ lớp MAC. BSC xỏc định cỏc loại gúi điều khiển được truyền tới node kế tiếp. Cỏc loại gúi điều khiển tiờu biểu là gúi tiờu đề BHP, gúi yờu cầu huỷ chựm dữ liệu BCP hay gúi quản lý mạng NMP. BHP chứa cỏc thụng tin đặc trưng chựm dữ liệu, BCP được sử dụng để huỷ bỏ yờu cầu tớch luỹ tài nguyờn, và NMP cung cấp thụng tin trạng thỏi mạng.
b. Lớp điều khiển bỏo hiệu kết nối (SCC)
Lớp SCC bao gồm cỏc thuật toỏn định tuyến cho cỏc gúi điều khiển để thiết lập cỏc đường vật lý phục vụ cỏc chựm dữ liệu đến. Một điểm cần lưu ý là do hai phần dữ liệu và phần điều khiển cú thể được thực hiện ở cỏc mụi trường riờng biệt nờn cú thể xảy ra khả năng cỏc đường định tuyến vật lý đối với cỏc gúi điều khiển và chựm dữ liệu là khỏc nhau. Cỏc giao thức định tuyến cũng cú thể được thực hiện trờn lớp SCC.
c. Lớp điều khiển khung bỏo hiệu (SFC)
Mục đớch chớnh của lớp SFC là đảm bảo độ tin cậy cho cỏc gúi điều khiển.