SONET/SDH trờn mạng quang (WDM)
Nhu cầu truyền tải cỏc loại dịch vụ nhƣ IP, Ethernet, Fiber Channel, ESCON/FICON qua mạng SONET/SDH đó xuất hiện từ rất lõu. Tuy nhiờn chỉ đến khi lƣu lƣợng số liệu bựng nổ trong những năm đầu thấp kỷ 90 ngƣời ta mới thực hiện nghiờn cứu cỏc giao thức nhằm sắp xếp lƣu lƣợng số liệu vào trong tải đồng bộ SONET/SDH. Từ đú cho đến nay đó cú nhiều giao thức thực thi đƣợc cụng bố và chuẩn hoỏ trong cỏc tổ chức tiờu chuẩn nhƣ ANSI, ETSI, ITU-T và tổ chức cụng nghiệp nhƣ EITF, IOF...
Nội dung phần này sẽ trỡnh bày những giao thức đƣợc sử dụng để truyền tải lƣu lƣợng IP trờn mạng SONET/SDH. Những giải phỏp này đó đang đƣợc ứng dụng trong thực tế.
2.2.2.4.1 POS
Mạng truyền tải gúi IP đƣợc đúng trong khung SDH truyền trờn mụi trƣờng WDM đƣợc biểu diễn trong Hỡnh 4.
Cỏc khung SDH đƣợc dựng để tạo nờn khung bao gúi IP đơn giản cho truyền dẫn WDM bằng bộ Transponder (thớch ứng bƣớc súng) hoặc truyền tải lƣu lƣợng IP trong khung SDH qua mạng truyền tải SDH cựng với lƣu lƣợng khỏc sau đú mới sử dụng cỏc tuyến WDM.
Giải phỏp này tận dụng ƣu điểm của SDH để bảo vệ lƣu lƣợng IP chống lại sự cố đứt cỏp nhờ chức năng chuyển mạch tự động (APS). Điều này cũng cú thể thực hiện trong lớp mạng quang dựa trờn WDM.
Card đƣờng truyền trong bộ định tuyến IP thực hiện tạo khung PPP/HDLC. Tớn hiệu quang phải phự hợp với truyền dẫn qua mụi trƣờng sợi quang trong phần tử mạng SDH hoặc bộ Transponder WDM. Cú một số kiểu giao diện IP/SDH khỏc:
VC4 hoặc “ống” kết chuỗi VC4 cung cấp băng tần tổng hợp, khụng cú bất cứ sự phõn chia nào giữa cỏc dịch vụ IP hiện diện trong luồng gúi.
OLA ghộp kờnh WDM IP router IP router SDH ADM transponder STM- 16 Hỡnh 4. Vớ dụ về mạng IP/SDH/WDM
Giao diện kờnh hoỏ, ở đõy đầu ra quang STM-16 cú thể chứa 16 VC4 riờng rẽ với dịch vụ phõn biệt cho từng VC4. VC4 khỏc nhau cũng cú thể đƣợc định tuyến qua mạng SDH tới cỏc bộ định tuyến đớch khỏc nhau.
IP Gúi số liệu cú độ dài cực đại 65535 byte
PPP Đúng khung gúi theo PPP (RFC 1661). Thờm “trƣờng giao thức” 1 hoặc 2 byte và thực hiện nhồi theo tuỳ lựa. PPP cũng cung cấp giao thức thiết lập tuyến nhƣng khụng phải là quyết định trong IP/SDH.
HDLC Tạo khung (RFC 1662). Thờm 1 byte cờ để chỉ thị điểm bắt đầu của khung, hơn 2 byte cho mào đầu và 2 byte kiểm tra khung (FCS) tạo ra khung cú độ dài tới 1500 byte. Cựng với PPP, HDLC tạo thành 7 hoặc 8 byte mào đầu thờm vào gúi IP.
SDH Đặt cỏc khung HDLC trong tải VC4 hoặc VC4 kết chuỗi (RFC 1619). Thờm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và 9 VC4 byte Mào đầu luồng vào 2340 byte tải VC4 SDH. Đối với VC4 kết chuỗi, tải V4-Xc cú độ dài X*2340. Cỏc khung đƣợc phộp vắt ngang qua ranh giới của cỏc VC4. Giống nhƣ ATM, đa thức 1+x43 đƣợc sử dụng cho trộn tớn hiệu để giảm thiểu rủi ro ngƣời sử dụng truy nhập với mục đớch xấu mà cú thể gõy mất đồng bộ mạng.
Bảng 2. Cỏc giao thức sử dụng cho IP/SDH
Phiờn bản IP/WDM đƣợc xem xột ở đõy sử dụng giao thức PPP và khung HDLC. Phiờn bản này cũng đƣợc biết dƣới tờn gọi khỏc POS hoặc Gúi trờn SONET. PPP là một phƣơng phỏp chuẩn để đúng gúi cỏc gúi IP và cỏc kiểu gúi khỏc cho truyền dẫn qua nhiều mụi trƣờng từ đƣờng điện thoại tƣơng tự tới SDH, và cũng bao gồm chức năng thiết lập và giải phúng cỏc tuyến (LCP). HDLC là phiờn bản chuẩn hoỏ của SDLC theo ISO, giao thức này đƣợc IBM phỏt triển trong những năm 1970. Khung HDLC chứa dóy cờ phõn định ranh giới ở điểm đầu và điểm cuối của khung cựng một trƣờng kiểm tra CRC để kiểm soỏt lỗi.
2.2.2.4.2 MAPOS (Giao thức đa truy nhập qua SONET)
Giao thức MAPOS là giao thức lớp tuyến số liệu hỗ trợ IP trờn SDH. Giao thức MAPOS cũng đƣợc gọi với một tờn khỏc là Packet Over Lightwave (POL). Đõy là một giao thức chuyển mạch gúi phi kết nối dựa trờn việc mở rộng khung POS (PPP-HDLC) đƣợc NTT phỏt triển. Trƣớc đõy MAPOS đƣợc phỏt triển với mục đớch mở rộng dung lƣợng tốc độ cao SONET cho LAN nhƣng hiện nay sự hiện diện của Gigabit Ethernet dƣờng đó làm ngƣời ta lóng quờn nú. Hiện tại cũng cú một số chuyển mạch MAPOS đƣợc thử nghiệm ở Nhật bản (Tokyo).
Trong hỡnh Hỡnh 5 biểu diễn khung MAPOS thế hệ 1 và 2. Giao thức MAPOS /POL đƣợc xem nhƣ sự mở rộng thành phần khung HDLC. Cỏc trƣờng đƣợc truyền trong MAPOS là:
- Địa chỉ, chứa địa chỉ đớch HDLC (8 bit trong phiờn bản 1 và 16 trong phiờn bản 2)
- Điều khiển, là trƣờng điều khiển cú giỏ trị 0x03, thuật ngữ chuyờn mụn trong HDLC nghĩa là khung Thụng tin khụng đỏnh số với bit Poll/Final đƣợc thiết lập bằng 0.
- Giao thức, xỏc định giao thức cho việc bao gúi số liệu trong trƣờng thụng tin của nú.
- Thụng tin, chữa gúi số liệu tối đa 64 Kbyte.
- Dóy kiểm tra khung, đƣợc tớnh trờn khắp cỏc bit mào đầu, giao thức, và trƣờng tin Cờ Địa chỉ đớch Điều khiển Giao thức Trường thụng tin FCS 0x7 E
8 bit 0x03 (16bit) (0-65280 bytes) (16/32 bit) Cờ Địa chỉ đớch Giao thức Trường thụng tin FCS 0x7 E
16 bit (16bit) (0-65280 bytes) (16/32 bit)
Hỡnh 5. Khung MAPOS Phiờn bản 1 và Phiờn bản 2
Việc thực hiện giao thức MAPOS trong bộ định tuyến IP chuẩn với cỏc giao diện POS đó đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian ngắn. Chỉ cú hai chức năng mới (Giao thức chuyển mạch nỳt - NSP và Giao thức phõn chia địa chỉ- ARP) đƣợc thờm vào giao thức MAPOS .
2.2.2.4.3 LAPS (Link Access Procedure-SDH)
Giao thức truy nhập tuyến-SDH (LAPS) là một giao thức tuyến số liệu đƣợc thiết kế cho mục đớch IP/SDH và Ethernet/SDH đƣợc ITU-T chuẩn hoỏ lần lƣợt trong khuyến nghị X.85, X.86. LAPS hoạt động nhƣ 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 nhƣ một sự kết hợp kiến 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 đƣợc hiện diện tuần tự gồm SDH, LAPS và IP hoặc PPP. Mối liờn hệ này đƣợc biểu diễn nhƣ ngăn giao thức/lớp cho IP trờn STM- n. Hỡnh dƣới mụ tả IP/SDH nhƣ ngăn giao thức/lớp.
LAPS VC bậc thấp TCP/UDP IP VC bậc cao Đoạn ghép kênh Đoạn lặp Đoạn điện/quang G.703/G.957 G.707/Y.1322 Giao thức Internet
Hỡnh 6. Ngăn giao thức/lớp cho IP trờn STM-n sử dụng LAPS X.85 (Ngăn TCP/UDP/IP đƣợc thay bằng Ethernet đối với X.86)
Cờ Địa chỉ Điều khiển Giao thức Thụng tin Nhồi Cờ
0x7e 0x04 0x03 SAPI Thụng tin LAPS, gúi IP
32bit 0x7e
Hỡnh 7. Định dạng khung LAPS theo X.85 Định dạng khung của LAPS bao gồm:
- Trƣờng cờ: chỉ điểm bắt đầu và kết thỳc khung (từ mó cố định 01111110) - Trƣờng địa chỉ: liền ngay sau trƣờng cờ đƣợc gỏn giỏ trị cố định để biểu thị
trƣờng cờ liền trƣớc là cờ mở (nếu trƣờng cờ mà khụng cú trƣờng địa chỉ liền sau thỡ đƣợc xem là cờ đúng và cũng đƣợc làm vai trũ cờ mở của khung kế tiếp).
- Trƣờng điều khiển và SAPI: Trƣờng điều khiển cú giỏ trị hexa 0x03 và lệnh thụng tin khụng đỏnh số với giỏ trị Poll/Final là 0. SAPI chỉ ra điểm tại đú dịch vụ tuyến số liệu cung cấp cho giao thức lớp 3.
- Dóy kiểm tra khung (FCS-32): đảm bảo tớnh nguyờn dạng của thụng tin truyền tải
Phần tiếp theo sẽ trỡnh bày một bộ giao thức đó đƣợc ITU-T và ANSI chuẩn hoỏ. Đõy là bộ giao thức liờn quan đến vấn đề làm thế nào để truyền tải hiệu quả lƣu lƣợng số liệu qua mạng SONET/SDH. Bộ giao thức này gồm: Giao thức lập khung tổng quỏt (GFP), Kết chuỗi ảo (VCAT) và Cơ chế thớch ứng dung lượng tuyến
(LCAS); chỳng đƣợc sử dụng kết hợp với nhau trong hệ thống thiết bị SONET/SDH thế hệ mới.
2.2.2.4.4 Thủ tục lập khung tổng quỏt (Generic Framing Procedure-GFP)
Thủ tục lập khung tổng quỏt (GFP) đƣợc ANSI thảo luận đầu tiờn trong T1X1.5; và hiện nay đó đƣợc ITU-T chuẩn hoỏ trong khuyến nghị G.704.1. GFP là một thủ tục lập khung để tạo nờn tải cú độ dài thay đổi theo byte từ cỏc tớn hiệu client mức cao hơn cho việc sắp xếp tớn hiệu trong luồng đồng bộ.
GFP là một thuật ngữ chung cho hai hƣớng xếp chồng: ở lớp phớa dƣới liờn quan đến dịch vụ truyền tải sử dụng GFP; và ở lớp phớa trờn liờn quan đến sắp xếp cỏc dịch vụ cung cấp bởi GFP. Ở lớp phớa dƣới, GFP cho phộp sử dụng bất cứ kiểu cụng nghệ truyền tải nào, mặc dự hiện chỉ chuẩn hoỏ cho SONET/SDH và OTN (Digital Wrapper, G.709). Tại lớp phớa trờn, GFP hỗ trợ nhiều kiểu gúi khỏc nhau nhƣ IP, khung Ethernet, và khung HDLC nhƣ PPP.
Ethernet IP/PPP Các dạng tín hiệu khác
GFP-Kiểu lớp client xác định (Tải phụ thuộc)
GFP-Kiểu chung (Tải độc lập)
Luồng SDH VC-n Luồng đồng bộ byte
khác Luồng ODUk OTN
Hỡnh 8. Mối quan hệ GFP với tớn hiệu client và luồng truyền tải
GFP cú hai phƣơng phỏp sắp xếp để thớch ứng cỏc tớn hiệu client vào trong tải SONET/SDH: GFP sắp xếp theo khung (GFP-F) và GFP trong suốt (GFP-T).
GFP-F: sử dụng cơ chế tỡm hiệu chỉnh lỗi mào đầu để phõn tỏch khung GFP nối tiếp (giống nhƣ cơ chế sử dụng trong ATM) trong dũng tớn hiệu ghộp kờnh cho
truyền dẫn. Do độ dài tải GFP thay đổi nờn cơ chế này đũi hỏi khung tớn hiệu client đƣợc đệm toàn bộ lại để xỏc định độ dài trƣớc khi sắp xếp vào khung GFP.
GFP-T: một số lƣợng đặc tớnh tớn hiệu client cố định đƣợc sắp xếp trực tiếp vào khung GFP cú độ dài xỏc định trƣớc (sắp xếp theo mó khối cho truyền tải trong khung GFP, hiện chỉ mới định nghĩa cho mó 8B/10B trong chuẩn G.704.1 ITU- T).
Cấu trỳc khung GFP đƣợc biểu diễn nhƣ Hỡnh 9, gồm những thành phần cơ bản:
- Mào đầu lừi - Phần tải tin
- Trƣờng kiểm tra khung (CFS)
Chỉ thị độ dài tải (16 bit)
cHEC (16 bit) Mào đầu tải
(4-64 byte) Kiểu (4 byte) Mở rộng (0-60 byte) Tr-ờng tải client FCS (CRC-32) Hỡnh 9. Khung sử dụng GFP
2.2.2.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT)
Kết chuỗi ảo là một cơ chế cung cấp khả năng khai thỏc tải SONET/SDH hiệu quả và mềm dẻo. Cơ chế này phỏ vỡ giới hạn do sự phõn cấp tớn hiệu truyền dẫn đồng bộ SONET/SDH đƣợc thiết kế cho tải PDH (tốc độ kờnh đƣợc phõn thành từng cấp thụ STM-1, STM-4,...). Từ “ảo” ngụ ý nối xõu chuỗi cỏc tải trong SONET/SDH để cung cấp băng tần mềm dẻo phự hợp với kớch thƣớc số liệu.
í tƣởng này đó đƣợc thực hiện trong giải phỏp PoS , tuy nhiờn mới nú mới chỉ dừng lại ở mức kết chuỗi tải ở mức luồng bậc cao tạo thành tuyến cú dung lƣợng phự hợp với giao diện của cỏc bộ định tuyến.
Dịch vụ TDM (600M) Dịch vụ số liệu (IP) (1,8G) STM-16 (2,5G) VC-3 (50M) VC-3 (50M) VC-4-12v (1,8G) VC-2 (2M) VC-2 (2M) VC-2 (2M) VC-2 (2M)
Hỡnh 10. Vớ dụ kết chuỗi ảo trong hệ thống SDH
Cỏc tải kết chuỗi trong mạng đƣợc xử lý nhƣ những tải riờng biệt và độc lập. Do đú nhà khai thỏc mạng truyền tải cú thể tự do thực hiện chức năng kết chuỗi mà khụng sợ ảnh hƣởng đến hệ thống đang sử dụng hiện tại. Hơn nữa, hệ thống quản lý phần tử mạng (EMS)/Hệ thống quản lý mạng (NMS) ngày nay cú thể cung cấp dễ dàng chức năng này.
2.2.2.4.6 Cơ chế thớch ứng dung lượng tuyến (Link Capacity Adjustment Scheme- LCAS)
Nhƣ trỡnh bày trờn, kết chuỗi tải đƣợc thực hiện để tạo nờn những tải cú dung lƣợng khỏc nhau. Mặc dự một số lƣợng tải kết chuỗi cú thể đó đƣợc xỏc định trƣớc cho phần lớn ứng dụng nhƣng thực tế chỳng ta cũng cần phõn phỏt động một số tải cho một vài ứng dụng cụ thể. LACS đƣợc thiết kế để thực hiện chức năng trờn.
LCAS là một giao thức bỏo hiệu thực hiện trao đổi bản tin giữa hai điểm kết cuối VC để xỏc định số lƣợng tải kết chuỗi. Ứng với yờu cầu của ngƣời sử dụng, số lƣợng tải kết chuỗi cú thể tăng/giảm phự hợp với kớch thƣớc lƣu lƣợng trao đổi. Đặc tớnh này rất hữu dụng với nhà khai thỏc để thớch ứng băng tần giữa cỏc bộ định tuyến thay đổi theo thời gian, theo mựa...
Cơ chế hoạt động của LCAS dựa trờn việc trao đổi gúi điều khiển giữa bộ phỏt và bộ thu. Mỗi gúi điều khiển sẽ mụ tả trạng thỏi của tuyến trong gúi điều khiển kế tiếp. Những thay đổi này đƣợc truyền đi tới phớa thu để bộ thu cú thể chuyển tới cấu hỡnh mới ngay khi nhận đƣợc nú. Gúi điều khiển gồm một loạt cỏc trƣờng dành cho những chức năng định trƣớc và chứa thụng tin truyền từ bộ phỏt đến bộ thu cũng nhƣ thụng tin từ bộ thu đến bộ phỏt.
Hướng đi:
- Trƣờng chỉ thị đa khung (MFI) - Trƣờng chỉ thị dóy (SQ)
- Trƣờng điều khiển (CTRL) - Bit nhận dạng nhúm (GID)
Hướng về
- Trƣờng trạng thỏi thành viờn (MST) - Bit chấp thuận tỏi dóy số (RS-Ack)