2. Ngày hoàn thành đồ ỏn: / /20
2.2.2. Kiến trỳc IP/ATM /WDM
Trong phương phỏp này cỏc tế bào ATM khụng được đúng trong cỏc khung SDH mà chỳng được gửi trực tiếp trờn mụi trường vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trờn lớp vật lý. Kiến trỳc này cú mụ hỡnh phõn lớp như hỡnh 2.7:
Hỡnh 2.7: Ngăn giao thức IP/ATM/SDH.
Tế bào tạo trờn lớp vật lý là một kỹ thuật tương đối mới đối với truyền tải ATM. Tế bào dựa trờn cơ chế vật lý đó được phỏt triển riờng cho giao thức ATM; kỹ thuật này khụng hỗ trợ cho bất kỳ giao thức nào ngoài những giao thức thiết kế cho ATM.
Một số ưu điểm của việc sử dụng cỏc giao diện trờn cơ sở tế bào thay cho cỏc giao diện SDH như trỡnh bày ở trờn:
-Kỹ thuật truyền dẫn đơn giản đối với tế bào ATM khi cỏc tế bào được truyền trực tiếp trờn mụi trường vật lý sau khi đó được ngẫu nhiờn húa.
-Mào đầu của tớn hiệu truyền trờn lớp vật lý ớt hơn (khoảng 16 lần so với SDH).
-ATM là phương thức truyền dẫn khụng đồng bộ nờn khụng đũi hỏi cơ chế định thời nghiờm ngặt với mạng.
-Giảm chi phớ cho lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng cho tầng SDH. Tuy nhiờn, nhược điểm của phương phỏp này là:
IP AAL5 LLC/SNAP ATM WDM Fiber Optical
-Tuy về hỡnh thức tế bào ATM cũng cú cỏc tiờu đề tế bào (cũn gọi là cell tax) gần giống như trong truyền dẫn SDH cú cỏc byte quản lý, nhưng cụng nghệ truyền dẫn này chỉ cú thể thực hiện cho cỏc tế bào ATM.
-Việc tỏch xen cỏc luồng nhỏnh khụng linh hoạt.
Vỡ nhược điểm của truyền dẫn ATM rất khú khắc phục, trong khi SDH lại định nghĩa như là một phương thức truyền dẫn cho cỏc mạng quang. Do đú, cụng nghệ này khụng được cỏc nhà cụng nghiệp phỏt triển rộng rói.
2.2.3.Phương phỏp IP/SDH/WDM
Mạng truyền tải gúi IP được đúng trong khung SDH truyền trờn mụi trường WDM. Cỏc khung SDH được dựng để tạo nờn khung bao gúi IP đơn giản cho truyền dẫn WDM bằng bộ Transponder (thớch ứng bước súng) hoặc truyền tải lưu lượng IP trong khung SDH qua mạng truyền tải SDH cựng với lưu lượng khỏc sau đú mới sử dụng cỏc tuyến WDM.
Với hệ thống SDH, ta cú thể thực hiện chuyển mạch bảo vệ cho cỏc liờn kết lưu lượng IP khi cỏp đứt nhờ cỏc chuyển mạch bảo vệ tự động APS dưới cỏc hỡnh thức khỏc nhau (chuyển mạch bảo vệ đường hoặc chuyển mạch bảo vệ tuyến). Quỏ trỡnh thực hiện tại tầng quang.
Để thực hiện truyền dẫn IP trờn SDH cú thể sử dụng cỏc giao thức PPP/HDLC hay LAPS. Tuy nhiờn, khụng thể đồng thời sử dụng hai mụ hỡnh này (tức LAPS và HDLC khụng thể cựng tồn tại).
2.2.3.1. Giải phỏp IP/PPP/HDLC/SDH
Card đường truyền trong bộ định tuyến IP thực hiện tạo khung PPP/HDLC Sau đú, tớn hiệu quang được định dạng cho phự hợp với truyền dẫn trờn sợi quang qua cỏc phần tử SDH, cỏc IP router giỏp ranh hay qua cỏc WDM Transponder để truyền dẫn ở cự ly xa. Cú nhiều loại giao diện IP/SDH khỏc nhau:
-Cỏc luồng VC-4 hay VC-4-Xc: cung cấp một băng thụng tổng mà khụng cú sự phõn biệt nào cho từng loại dịch vụ IP trong trường hợp chỳng xuất hiện đồng thời trong một luồng cỏc datagram.
-Cỏc giao diện kờnh: tại đõy cỏc đầu ra STM-16 quang cú thể gồm 16 luồng VC-4 riờng biệt, trong đú mỗi luồng VC-4 tương ứng với một loại dịch vụ. Sau đú, cỏc luồng VC-4 riờng biệt cú thể được định tuyến qua mạng SDH để đến cỏc router
đớch khỏc nhau (điều này cú thể thực hiện nhờ khả năng tỏch xen một luồng bất kỳ ở một vị trớ bất kỳ của hệ thống SDH).
Phiờn bản IP/SDH cú sử dụng đúng gúi PPP và cỏc khung HDLC cú mụ hỡnh phõn lớp:
Hỡnh 2.8: Ngăn giao thức IP/PPP/HDLC/SDH.
Trong đú:
-Tầng PPP (Point to Point Protocol): PPP được xõy dựng dựa trờn nền tảng giao thức điều khiển truyền dữ liệu lớp cao (High-Level Data link Control (HDLC)) nú định ra cỏc chuẩn cho việc truyền dữ liệu cỏc giao diện DTE và DCE của mạng WAN.
PPP là một phương thức đó được chuẩn hoỏ để đúng gúi cỏc datagram hay bất kỳ một kiểu gúi nào khỏc để truyền dẫn qua cỏc phương tiện khỏc nhau, từ đường dõy thuờ bao tương tự đến hệ thống số SDH. Nú cũn cú chức năng thiết lập và xoỏ bỏ liờn kết.
PPP gồm 3 thành phần:
-Phương thức đúng gúi cỏc IP datagram trờn một Serial Link: PPP hỗ trợ hoạc liờn kết khụng đồng bộ với cỏc khối 8 bit của dữ liệu và khụng phõn chia nhỏ (nghĩa là giao diện nối tiếp đồng thời cú ở tất cả cỏc mỏy tớnh) cũng như cỏc liờn kết đồng bộ cú định hướng bit.
-Một giao thức điều khiển liờn kết (Link control protocol(LCP)): để thành lập, cấu hỡnh, và kiểm tra kết nối dữ liệu. Điều này cho phộp cỏc điểm cuối dàn xếp cỏc lựa chọn khỏc nhau.
-Một họ cỏc giao thức điều khiển mạng (Network control protocol(NCP)): để cấu hỡnh và thiết lập cỏc giao thức của tầng mạng.
IP HDLC PPP SDH WDM Fiber Optical
Tầng PPP thực hiện thờm 1 hoặc 2 byte trường giao thức và trường đệm nếu cần.Giỏ trị của trường giao thức biểu thị loại giao thức, thớ dụ giao thức Internet (IP), giao thức điều khiển tuyến (LCP), v.v.. Trường giao thức (protocol) cú chức năng chỉ loại dữ liệu được mang ở đõu.Giỏ trị 0x0021 trong trường này định nghĩa cho trường information là một IP datagram, giỏ trị 0xC021 nghĩa là trường thụng tin là dữ liệu điều khiển liờn kết, 0x8021 cho dữ liệu điều khiển mạng.
Flag 7E Addr FF Control 03 Protocol Information CRC Flag 7E 1 1 1 2 1500 byte
Giao thức 0021 IP datagram Giao thức C021 Link control data
Giao thức 8021 Network control data
Hỡnh 2.9: Khuụn dạng khung PPP
Mỗi khung bắt đầu và kết thỳc với một byte flag cú giỏ trị là 0x7e, theo sau byte flag đầu tiờn là cỏc byte addr cú giỏ trị là 0xff và byte control cú giỏ trị là 0x03. Trường tiếp theo Trường thụng tin (Information) chứa thụng tin của tầng trờn IP. Đi cựng với trường này là trường checksum CRC dựng phỏt hiện cỏc lỗi trong khung.
-Tầng HDLC (High-Level Data Link Control): Là giao thức liờn kết dữ liệu theo bit được định nghĩa bởi OSI, dựng để truyền trờn cỏc mạng đồng bộ. Hỡnh 2.10 minh hoạ kiểu đúng khung điều khiển tuyến số liệu mức cao HDLC.
Hỡnh 2.10: Khung HDLC chứa PPP
Tầng này thực hiện thờm cỏc byte cờ (flag) cú giỏ trị 0x7E để phõn biệt đầu cuối của mỗi khung. Trường cờ ở trước trường địa chỉ được gọi là cờ mở đầu khung. Trường cờ ở sau trường FCS được gọi là cờ kết thỳc khung, và nú cũn cú thể là cờ mở đầu của khung tiếp theo. Cỏc thực thể của tầng dữ liệu trong khi truyền dẫn sẽ xử lý nội dung của khung (trong khoảng ở giữa hai trường cờ mở đầu và kết
thỳc). Trong khung PPP đưa xuống cú thể sẽ xuất hiện cỏc byte cú giỏ trị giống với trường cờ, để phõn biệt được thỡ cỏc byte này trong phần thụng tin sẽ được chuyển thành byte cú giỏ trị 0x7D và 0x7E liờn tiếp nhau. Trong trường hợp byte thụng tin là 0x7D thỡ nú lại được chuyển thành hai byte liờn tiếp 0x7D và 0x5D. Ở đầu thu, những chuyển đổi trờn sẽ được khụi phục và được thay thế bằng cỏc byte gốc.
Ngoài ra, cũn thờm một byte địa chỉ (Addr) cú giỏ trị 0xFF và một byte trường điều khiển (Ctrl) cú giỏ trị 0x03. Trường giao thức để chỉ loại dịch vụ của tầng trờn đưa xuống được đúng gúi. Trong trường hợp này là PPP. Hai byte trường FCS để kiểm soỏt lỗi cho khung HDLC.
Đúng khung HDLC được sử dụng để cung cấp giao diện một octet cho lớp vật lý SDH. Luồng octet được sắp xếp thành AUG trong biờn giới octet AUG. Mó đường truyền nhị phõn được sử dụng cho cỏc giao diện SDH.
-Sắp xếp khung SDH
Cỏc khung HDLC được sắp xếp vào tải của cỏc VC-4 hay VC-4-Xc cú sự đồng bộ ranh giới của cỏc byte trong khung HDLC với ranh giới của cỏc byte trong VC-4 (VC-4-Xc). Giống như sắp xếp ATM/SDH cần phải thực hiện ngẫu nhiờn hoỏ trước khi sắp xếp vào cỏc khung VC-4 (VC-4-Xc) nhằm hạn chế một cỏch thấp nhất rủi ro do sai lỗi gõy ra. Đa thức ngẫu nhiờn hoỏ được sử dụng để xỏc định nội dung trường tải tin khi này sẽ nhận giỏ trị bằng 22 (0x16) để chỉ tải PPP/HDLC cú sử dụng ngẫu nhiờn hoỏ. Nếu khụng sử dụng ngẫu nhiờn hoỏ thỡ byte này cú giỏ trị bằng 207 (0xCF). Byte chỉ thị đa khung H4 khụng được sử dụng nờn nhận giỏ trị bằng 0.
Tốc độ truyền dẫn cơ bản của IP/SDH là tốc độ khung STM-1 (bằng 155.52 Mbps) với băng thụng của thụng tin là 149.76 Mbps. Vỡ vậy, sau khi sắp xếp vào cỏc khung VC-4 (VC-4-Xc) thỡ cỏc khung này sẽ được xếp lờn khung STM-1. Quỏ trỡnh này phải thờm cỏc byte tiờu đề MSOH và RSOH. Để cú tốc độ tớn hiệu thấp hơn thỡ phải sử dụng luồng nhỏnh ảo VT tức là, sắp xếp vào cỏc luồng nhỏnh tốc độ E3. Nếu cần tốc độ cao hơn thỡ dựng đa khung STM-N.
2.2.3.2. Giải phỏp IP/LAPS/SDH
Hỡnh 2.11: Ngăn giao thức IP/LAPS/SDH.
Giao thức truy nhập tuyến SDH (LAPS): là một giao thức tuyến số liệu được thiết kế cho mục đớch IP/SDH và Ethernet /SDH. LAPS hoạt động như khung HDLC bao gồm dịch vụ liờn kết số liệu và chỉ tiờu giao thức để thực hiện việc sắp xếp gúi IP vào tải SDH. IP/SDH sử dụng LAPS như một sự kết hợp cấu trỳc thụng tin số liệu giao thức IP (hoặc cỏc giao thức khỏc) với mạng SDH. Lớp vật lý, lớp tuyến số liệu và lớp mạng hoặc cỏc giao thức khỏc được sắp xếp tuần tự gồm SDH, LAPS và IP hoặc PPP. Mối liờn hệ này được biểu diễn như ngăn giao thức trờn lớp cho IP trờn STM-N.
Cỏc khung LAPS cũng được bắt đầu và kết thỳc bằng cỏc trường cờ cú giỏ trị 0x7E. Để đảm bảo truyền dẫn trong suốt tức cú thể phõn biệt được trường cờ với cỏc byte 0x7E khỏc xuất hiện trong trường thụng tin, thỡ cỏc byte này cũng chuyển thành hai byte cú gỏi trị 0x7D và 0x7E liờn tiếp nhau. Trong trường hợp byte thụng tin là 0x7D thỡ nú lại được chuyển thành hai byte 0x7D và 0x5D. Và ở dầu thu sẽ khụi phục lại cỏc byte gốc.
Hỡnh 2.12: Cấu trỳc khung LAPS.
Trường địa chỉ (Addr) gồm một octet cú giỏ trị 0x04. Theo sau là trường điều khiển cú độ dài 1 octet với giỏ trị 0x03.
Trường chỉ thị điểm truy cập dịch vụ (SAPI) được sử dụng để chỉ thị loại dịch vụ lớp trờn (IP, PPP hay cỏc kiểu dữ liệu gúi khỏc) được đưa xuống thực thể tầng liờn kết dữ liệu. Kết quả là SAPI sẽ xỏc định loại thực thể tầng liờn kết dữ liệu được
IP
SDH LAPS
WDM Fiber Optical
dựng để xử lý cỏc khung dữ liệu của tầng liờn kết dữ liệu cũng như thực thể của tầng trờn sẽ nhận thụng tin được truyền dẫn trờn cỏc khung của tầng liờn kết dữ liệu.
Sau trường SAPI là trường thụng tin mang dữ liệu của tầng trờn với độ dài là một số nguyờn byte dữ liệu (quy ước là 1600 byte). Tiếp theo là trường kiểm tra khung FCS cú độ dài 32 bit để kiểm soỏt lỗi cho khung dữ liệu.
Việc sắp xếp vào khung SDH cũng được thực hiện tương tự như đối với khung HDLC và phải được ngẫu nhiờn hoỏ trước khi sắp xếp. Khi này byte nhón tớn hiệu đường ở vị trớ trờn C2 nhận giỏ trị 24 (0x18) và byte nhón tớn hiệu đường ở vị trớ dưới V5 nhận mó nhị phõn 101.
2.2.3.3. Giải phỏp đúng khung GFP
GFP quy định một cơ chế chung để thớch ứng cỏc tớn hiệu khỏch hàng lớp cao với mạng truyền tải đồng bộ. Cỏc tớn hiệu khỏch hàng cú thể ở dạng khối số liệu giao thức PDU (như IP/PPP hay Ethernet MAC), mó khối (như kờnh sợi quang hay ESCON) hoặc luồng số cú tốc độ bit cố định. GFP bao gồm cả phần chung và phần đặc trưng cho từng loại tớn hiệu khỏch hàng. Phần chung của GFP ỏp dụng cho tất cả cỏc loại lưu lượng. Hiện nay cú hai chế độ thớch ứng tớn hiệu khỏch hàng được định nghĩa cho GFP. Chế độ thớch ứng với tớn hiệu dạng PDU được gọi là GFP sắp xếp khung (GFP-F). Chế độ thớch ứng với tớn hiệu cú dạng mó khối được gọi là GFP trong suốt (GFP-T).
Hỡnh 2.13 minh hoạ mối quan hệ giữa cỏc tớn hiệu khỏch hàng lớp cao với GFP và cỏc tuyến truyền tải của nú.
Ethernet IP/PPP Cỏc dịch vụ khỏc
GFP - Phần đặc trưng khỏch hàng GFP - Phần chung
Tuyến truyền tải SDH
Hỡnh 2.13: Quan hệ của GFP với cỏc tớn hiệu khỏch hàng và tuyến truyền tải
Cấu trỳc của khung người sử dụng GFP được minh họa trong hỡnh 2.14:
Đầu đề chớnh Đầu đề tải trọng Đầu đề mở rộng (tựy chọn) Tải trọng Tổng kiểm tra (tựy chọn)
PTI PFI Kiểu Exi UPI tHEC (CRC-16) EXI eHEC (CRC-16) TẢI TRỌNG pFCS (CRC-32) PLI cHEC (CRC-16) 4 byte 4 byte 0-60 byte n byte 0-4 Byte T hứ tự tr uy ền b yt e 59
Hỡnh 2.14: Cấu trỳc khung người sử dụng GFP
Cấu trỳc khung gồm phần đầu đề chớnh và vựng tải trọng.
-Vựng đầu đề chớnh: vựng đầu đề chớnh cú kớch thước cố định là 4 byte bao gồm trường chỉ thị độ dài PDU (ký hiệu là PLI) và trường kiểm tra lỗi đầu đề chớnh cHEC. Hai byte trường PLI chỉ thị số byte trong vựng tải trọng, kớch thước tối đa của vựng tải trọng là 65535 byte (216-1). Hai byte trường kiểm tra lỗi chứa chuỗi CRC-16 cú nhiệm vụ bảo vệ tớnh nguyờn vẹn nội dung của phần đầu đề chớnh thụng qua khả năng sửa lỗi đơn bit và phỏt hiện lỗi đa bit. Chuỗi cHEC được tớnh trờn tất cả cỏc byte cũn lại của phần đầu đề chớnh.
-Vựng tải trọng: vựng tải trọng bao gồm tất cả cỏc byte trong khung GFP sau phần đầu đề chớnh. Kớch thước của vựng tải trọng thay đổi trong khoảng từ 4 đến 65535 byte. Vựng tải trọng thường bao gồm hai thành phần: trường đầu đề tải trọng và trường tải trọng, trường FCS tải trọng chỉ là tuỳ chọn.
Đầu đề tải trọng cú kớch thước thay đổi từ 4 đến 64 byte hỗ trợ cỏc thủ tục quản lý tuyến số liệu cho cỏc tớn hiệu khỏch hàng lớp cao. Vựng này bao gồm hai trường chớnh: trường kiểu (4 byte gồm cả tHEC) và phần đầu đề mở rộng cú kớch thước thay đổi. Sự cú mặt cũng như khuụn dạng của phần đầu đề mở rộng và FCS
tải trọng được chỉ thị bởi trường kiểu. Trường kiểu bao gồm cỏc trường sau: PTI (3 bit), PFI (1bit), kiểu EXI (4 bit) và UPI (1 byte).
Đầu đề mở rộng hỗ trợ đầu đề tuyến số liệu đặc trưng cho từng cụng nghệ như nhận dạng tuyến ảo, địa chỉ nguồn/đớch, số cổng, lớp dịch vụ và kiểm tra lỗi đầu đề mở rộng.
Trường tải trọng GFP chứa khung PDU, cú kớch thước thay đổi trong khoảng từ 0 đến (65.536-X) trong đú X là kớch cỡ đầu đề tải trọng. Khối số liệu giao thức người sử dụng/điều khiển luụn luụn được đặt vào trong trường tải trọng.
-Khung điều khiển: Cỏc giỏ trị của PLI từ 0 đến 3 được sử dụng trong cỏc khung điều khiển trong đú giỏ trị PLI=0 tương ứng với khung rỗng. Khung rỗng là khung điều khiển đặc biệt gồm cú 4 byte chứa đầu đề chớnh với cỏc trường PLI và cHEC được thiết lập bằng 0. Khung rỗng khụng cú vựng tải trọng, được sử dụng như một khung lọc giỳp cho mỏy phỏt thớch ứng luồng byte GFP với bất kỳ một mụi trường truyền tải nào. Cấu trỳc khung điều khiển được minh hoạ trong hỡnh 2.15.
PLI: = 0 Khung rỗng 0x0000 Đầu đề CRC-16 PLI: =1 hoạc 2 hoạc 3 PLI Đầu đề CRC-16 Bản tin OA&M (48 bit) CRC-16 Tải trọng
Hỡnh 2.15: Cấu trỳc khung điều khiển