1 Mạng tốc độ bít cao
Sự hội tụ của viễn thông và truyền thông máy tính đã đợc biết trớc một thời gian từ khi cả hai đều dựa vào kỹ thuật số. Trong gần nhng năm 1980, xuất hiện mối tơng quan rõ ràng giữa các mạng viễn thông truyền thống lu lợng bị chi phối, hoàn thành việc tích hợp giữa việc nâng cấp hớng kết nối và cơ sở hạ tầng viễn thông chuyển mạch kênh để cho phép hỗ trợ lu lợng dữ liệu. Tới thế kỷ mới môi trờng mạng đã đợc thay đổi hoàn toàn.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 4: Các mô hình chuyển mạch
Hớng hiện tại với lu lợng dữ liệu truyền đi khắp nơi, trong lu lợng Internet thông thờng thì lu lợng trung bình bằng lu lợng tràn nguyên nhân do dịch vụ điện thoại, làm cho truyền thông dữ liệu chi phối loại lu lợng.
Sự phát triển của kỹ thuật WDM điểm - điểm sử dụng băng thông sợi quang một cách hiệu quả và nhanh chóng (với khía cạnh là số kênh bớc sóng bằng với tốc độ bít trên kênh).
Tơng lai phát triển của các mạng truyền tải WDM kết nối chéo quang, quản lý linh động đờng toàn quang sẽ trả lại lợng d tiềm năng các chức năng mạng mà đợc cung cấp bởi lớp SDH.
Từ triển vọng khách hàng, IP đã trở thành giao thức chi phối việc truyền dữ liệu, vì vậy hiện tại đang là ứng cử rất mạnh cho việc tích hợp truyền dữ liệu của viễn thông. Nếu phiên bản hiện thời của IP không hỗ trợ phân biệt luồng khách hàng trên tiêu chuẩn chất lợng dịch vụ, tiếp tục phát triển trong nhóm đặc trách kỹ thuật Interenet ( IETF ) có thể có kết quả sớm trong khả năng phát triển, đảm bảo chất lợng dịch vụ với phổ của các kiểu lu lợng. Vì vậy trong hai thập kỷ gần đây phạm vi của kiến trúc mạng số tích hợp dịch vụ băng thông rộng (BISDN) đợc mở rộng và xung quanh nó là công nghệ IP/WDM thêm nữa là ATM/ SDH hoặc IP/ SDH/WDM.
Mối quan tâm chính với tiếp cận công nghệ IP/WDM thì không tơng xứng giữa dung lợng truyền dẫn đợc cung cấp bởi lớp quang WDM và công suất xử lý của các bộ định tuyến hiện thời . Các bộ định tuyến IP thực hiện ba chức năng chính:
Định tuyến: Hỗ trợ nhiều giao thức để bảo vệ các kết nối mạng, thông tin chứa đựng trong các bảng định tuyến.
Chuyển tiếp: Liên quan tới bảng định tuyến với mỗi gói đầu vào để xác định giao diện đầu ra để gói có thể ghi.
Chuyển mạch: Chuyển trực tiếp các gói tới đầu ra thích hợp.
Với khía cạnh để định tuyến, vấn đề chính xuất phát từ kích cỡ của bảng định tuyến và tần số cập nhật bảng định tuyến. Nh các vấn đề đánh địa chỉ hiện thời và quản lý bằng các phơng tiện tốt (tập hợp định tuyến, cập nhật giao thức định tuyến để tránh d hay thay đổi thông tin lỗi thời). Đặc tính chính của tắc nghẽn kiểu cổ chai xuất hiện tại mức chuyển tiếp. Thời gian cần thiết để quét một bảng định tuyến là cố định để giới hạn thông lợng định tuyến. Hai giải pháp đã đợc đề xuất để giảm tắc nghẽn kiểu cổ chai này:
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 4: Các mô hình chuyển mạch
Song song hoá hai hoạt động chuyển tiếp đó là hoạt động một cách độc lập dựa trên gói-gói.
Tối u hoá việc mã hoá bảng đinh tuyến và thuật toán quét, kết quả đạt đợc cải thiện một cách ấn tợng. Xem xét một ớc lợng cũ về kịch cỡ trung bình của gói là 200 byte với tốc độ quét 2.106 lần trên giây thực hiện trên Pentium 200MHz, giới hạn tốc độ bít lớn nhất thiết lập nhờ xử lý chuyển tiếp khoảng 3 Gb/s.
Việc chấp nhận công nghệ chuyển mạch ATM hiện thời hoặc công nghệ chuyển mạch thừa hởng từ nền công nghiệp siêu tính toán đã cung cấp ma trận chuyển mạch nhanh và lớn, mà có thể giảm đợc tắc nghẽn cổ chai. Thuận lợi trong công nghệ và kiến trúc giúp cho thế hệ tiếp theo của các bộ định tuyến IP Gb, ví dụ cụ thể là mạng Neo 512Gb/s ma trận chuyển mạch không tắc nghẽn với bộ xử lý luồng 2400.
Bất chấp sự nâng cấp ấn tợng đó vẫn cần chú ý tới hệ thống chuyển mạch điện tử độ linh động thấp khi quan tâm đến khả năng nâng cấp thông lợng. Có đợc hệ thống WDM mà cho phép giá rẻ, băng thông truyền dẫn tăng lên, nhiều tần số cao của lớp truyền tải có khả năng dự tính tăng theo yêu cầu. Nhiều tần số thấp sẽ đặt sức nặng yêu cầu vào sử lý chuyển mạch theo tần số phụ thuộc, tăng giá để giữ tốc độ truyền dẫn.
2 Mạng gói quang
Từ mô tả ở trên, KEOPS tìm kiếm để phối hợp chuyển mạch gói với công nghệ truyền dẫn WDM để mang lại chuyển mạch gói quang của hệ thống WDM. Kết quả thay đổi nhiều tải chuyển mạch thành miền quang, cho phép phạm vi thành công của dung lợng chuyển mạch của các bộ định tuyến IP, khi so sánh với khả năng của kỹ thuật WDM. Khi làm nh vậy, hiệu quả khi tách giữa băng thông và định tuyến/ chuyển tiếp thì cũng đợc thực hiện. Vấn đề trớc, bao gồm cả chuyển mạch và truyền dẫn đợc đánh địa chỉ trong miền quang, truy cập băng thông sợi quang lớn, đó là sự liên quan tới xử lý định tuyến/ chuyển tiếp gói phức tạp xuất hiện tại mức mào đầu gói bất kể kích cỡ kèm theo của thực thể dữ liệu.
Thêm nữa, lớp gói quang cung cấp các tuyến cơ bản, các chức năng của lớp bắt buộc hiệu năng giao diện của IP với lớp WDM bằng cách truyền tải các gói IP trong tải trọng của gói quang. Hơn nữa còn cung cấp mức ghép trong miền thời gian, điều đó cần thiết để cho phép các bộ định tuyến IP để kết hợp các luồng khách hàng trớc khi truyền thông tin vào đờng ống WDM quang. Hớng này bị loại bỏ bởi những phát minh gần đây mà mục đích để bao quát các công nghệ định tuyến và chuyển mạch một cách trực tiếp vào các mạng quang. Nhiều phát minh sử dụng để thực hiện kênh sạch 2,5Gb/ s, giao diện giữa các bộ định tuyến gigabit IP và hệ thống WDM khoảng cách dài, loại ra giao diện cần thiết cho ghép kênh đầu cuối SDH hoặc các phần tử mạng tức thì khác.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 4: Các mô hình chuyển mạch
Nh một giao diện có thể cho phép toàn bộ dải băng 2,5Gb/s của kết nối STM-16 để đợc đối xử nh một ống sợi đơn, tối.
Hơn nữa sự phân tách chuyển mạch và truyền dẫn yêu cầu các chức năng định tuyến/ chuyển tiếp. Mạng gói quang nổi bật nh một ứng viên nhiều triển vọng có thể hỗ trợ bất cứ giao thức mạng định tuyến/chuyển tiếp điện chuyên dụng nào trong khi xem xét băng thông của sợi quang. Giải pháp dựa trên chuyển mạch nhãn đợc bắt đầu xác định trong sờn của chuyển mạch nhãn đa giao thức(MPLS). Vì vậy, một giải pháp cung cấp khả năng mạng hớng kết nối, một cách linh động trong giới hạn quản lý băng thông và tơng lai quan tâm đến việc ngăn đợc sự lớn lên của băng thông đã phát sinh. Tìm kiếm theo KEOPS cũng cung cấp các phơng tiện kết nối thông qua mạng gói quang.
Một số tiếp cận hiện tại để thấy rõ mạng gói trong suốt quang(OTP-N). Trong tr- ờng hợp mạng gói trong suốt quang KEOPS, thời gian gói cố định đợc sử dụng khi cả hai mào đầu và tải trọng kèm theo đợc mã hoá trên sóng mang có bớc sóng giống nhau. Thông tin định tuyến đợc phân phát từ mào đầu gói theo chuyển đổi quang điện; mào đầu đợc mã hoá tại tốc độ bít cố định thấp, thời gian tải trọng bị cố định tất nhiên là cả nội dung; độ lớn dữ liệu đợc cân xứng với tốc độ bít định nghĩa ngời sử dụng mà có thể thay đổi từ vài trăm Mb/s tới 10Gb/s.
3 Tơng tác giữa mạng điện và mạng truyền tải WDM
Xét lu lợng chủ yếu là lu lợng IP, OTP_N có thể chuyển mạch và vận chuyển luồng lu lợng tổng IP. Để truy nhập vào OTP_N, sử dụng bộ định tuyến IP tốc độ cao, kết hợp với giao diện gói quang và gọi chung là định tuyến biên (hình 4.5).
Lê Tiến Trung D2001VT–
ROUTER OTP_IWU LAN Host LAN ROUTER OTP_IWU Mạng truyền tải WDM
Hình 4.5: Kết nối mạng IP thông qua OTP-N
Host
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 4: Các mô hình chuyển mạch
Sau đây sẽ trình bày chức năng của bộ định tuyến biên cũng nh kiến trúc và phân tầng giao thức của giao diện truy nhập hay còn gọi là khối tơng tác OTP (IWU : InterWorking Unit). Giao diện truy nhập chia làm 4 tầng con nh hình 4.6
Lớp con hội tụ dữ liệu (DCSL Data Convergence Sublayer): Thích ứng tốc độ bit, tạo lập gói quang từ luồng dữ liệu IP đầu vào. Giả thiết rằng: Tầng OTP không thực hiện phân đoạn hay ghép đoạn dữ liệu có độ dài thay đổi; độ dài lớn nhất gói dữ liệu IP trong OTP_N do độ dài OTP và tốc độ bit liên kết thiết lập. Gói IP có kích thớc lớn hơn sẽ đợc phân mảnh bởi bộ định tuyến theo giao thức IP (đợc chỉ ra trong tiêu đề gói tin). Các gói IP ngắn hơn cùng địa chỉ mạng con, có thể đợc ghép với nhau trên cùng OTP do đó tận dụng đợc kích cỡ tải trọng cho phép mà không cần xử lý tiêu đề IP.
Lớp con mạng (NSL Network Sublayer): Nằm dới tầng DCLS, có chức năng tạo nhãn hay địa chỉ định tuyến đợc chèn trong tiêu đề OTP. Chỉ duy nhất một nhãn/địa chỉ cho mỗi DCSL. Do đó, bộ định tuyến thờng chuyển tiếp gói IP tới DCSL thích hợp với mạng con đích.
Lớp con liên kết (LSL Link Sublayer): Ghép/tách các OTP's từ/tới các DCSL/NSL khác nhau và truyền nh một luồng gói duy nhất. Tuy nhiên một gói
Định tuyến
Xử lí tiêu đề IP
Phân mảnh gói IP (nếu cần) và chuyển tiếp Thích ứng tốc độ dữ liệu Khôi phục tiêu đề OTP Ghép / tách
Truyền dẫn trên bước sóng xác định
Xử lý gói dữ liệu IP và định tuyến
Tái tạo gói quang Ghép các gói Truyền trên sợi quang DCSL NSL LSL WCSL
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng 4: Các mô hình chuyển mạch
quang lí tởng là do NSL chèn và duy trì nguồn phát không đổi. Những gói rỗng có thể bị loại ở bất cứ thời điểm nào trong mạng để đảm bảo lu thoát lu lợng. Lớp con hội tụ bớc sóng (WCSL Wavelength Convergence Sublayer): mã hoá bớc
sóng truyền dẫn thích hợp với sợi quang bằng nguồn phát hay nguồn bớc sóng.
4 Quản lý bớc sóng
Nguồn bớc sóng đợc khai thác ở trong từng node mạng và từng liên kết. Trong cơ cấu chuyển mạch, bớc sóng đợc sử dụng để định tuyến và một số giải pháp khác. Sử dụng bớc sóng trong chuyển mạch cần rất chặt chẽ, và đợc giả thiết rằng mỗi đầu ra của chuyển mạch đều tơng thích với yêu cầu truyền dẫn của các liên kết (hoặc do giao diện chuyển đổi bớc sóng đảm bảo). Trong chuyển mạch gói quang, KEOPS lựa chọn sử dụng bớc sóng nh sau:
Các bớc sóng của một sợi quang là tài nguyên chia sẻ hay tài nguyên dùng chung. Lu lợng tải đợc trải phổ trên một tập các bớc sóng và các gói cùng một liên kết có thể truyền trên những bớc sóng khác nhau trên cùng một bớc nhảy. Các tuyến trong mạng đợc tổ chức trong những sợi cáp và bớc sóng, đợc gọi là gói bớc sóng (WP - Wavelength Packet).
Nếu các gói đợc ghép thoả mãn trên tập bớc sóng, thì các burst rất dễ dàng chuyển tới đúng sợi đầu ra và sẽ giảm đáng kể bộ đệm yêu cầu. Tuy nhiên, khi tách các gói quang trong miền bớc sóng ở bộ định tuyến biên cũng sẽ có nhiều khó khăn. Nó liên quan tới thứ tự gói và chuyển mạch biên, tơng tự nh có nhiều cổng, nhiều kênh bớc sóng sử dụng để chuyển đa luồng dữ liệu. Chuyển mạch biên trong IWU's có yêu cầu rất chặt chẽ khi giao diện với các mạng con IP điện, hay với tầng vận chuyển WDM ở dới khi khả năng vận chuyển của tầng này dựa trên các kênh bớc sóng độc lập. Trong trờng hợp liên kết nối trên nhiều bớc sóng, nếu bộ định tuyến IP không phân giải dữ liệu rõ ràng vì độ trễ truyền dẫn khác nhau, thì khi đó sẽ dẫn tới thứ tự gói bị lộn xộn và độ lu thoát lu lợng đầu cuối tới đầu cuối cũng thấp. Do vậy mạng truyền dẫn WDM cần đa ra một độ trễ cần thiết để quản lý bớc sóng, ngay khi mạng khách hàng yêu cầu băng thông vợt quá một kênh bớc sóng.
