Hiện nay, một yêu cầu quan trọng đợc đặt ra khi sử dụng các công nghệ mới là phải tận dụng và phối hợp tốt với các công nghệ và thiết bị sẵn có của mạng viễn thông đang tồn tại, đồng thời thích hợp cho nhiều loại hình dịch vụ phong phú nh thoại, hình ảnh, dữ liệu. Để giải quyết các khó khăn này khi áp dụng công nghệ mới DSL cho mạch vòng thuê bao, ngời ta đã xây dựng đợc một kiến trúc tổng quan truy nhập DSL giữa ngời sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ, kiến trúc này thích hợp cho các loại hình dịch vụ và công nghệ nh POTS, ISDN, frame relay, ATM.
3.1.1 Các thành phần trong kiến trúc mạng DSL
Mô hình mạng DSL này gồm 3 phần: Thiết bị tại phía ngời sử dụng, nhà cung cấp việc truy nhập mạng và nhà cung cấp dịch vụ mạng.
Hình 3.1: Tổng quan kiến trúc mạng DSL.
Nhà cung cấp dịch vụ mạng - NSP (Network Service Provider):
Vai trò của NSP là cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu của khách hàng nh điện thoại, trang Web, video theo yêu cầu... Nhà cung cấp dịch vụ có thể là:
Tổng đài trung tâm thực hiện dịch vụ thoại hoặc ISP - nhà cung cấp dịch vụ Internet - hỗ trợ cho các máy chủ và các ứng dụng mạng mà ngời sử dụng yêu cầu...
30 DSL Router/ modem DSL line card DSL line card DSL line card Mạng nhà cung cấp dịch vụ Giao diện truy nhập xa Mạng truy nhập DSLAM Mạng nhà cung cấp dịch vụ Mạng nhà cung cấp dịch vụ Giao diện truy nhập xa Giao diện truy nhập xa DSL Router/ modem DSL Router/ modem
Mạng nhà cung cấp dịch vụ Mạng truy nhập Thiết bị khách hàng
Nhà cung cấp mạng truy nhập - NAP (Network Access Provider):
Vai trò của NAP là cung cấp các dịch vụ DSL tới ngời sử dụng và kết nối lu l- ợng ngời sử dụng với các nhà cung cấp dịch vụ mạng. Trong kiến trúc mạng này, vai trò của nhà cung cấp dịch vụ và ngời sử dụng giống nh trong các mạng truyền thống, nhng với NAP dịch vụ DSL phải phù hợp với môi trờng mà nhà cung cấp dịch vụ đa ra, ví dụ phải ứng dụng đợc với các phơng pháp truy nhập khác nhau nh modem quay số hoặc các đờng dây thuê bao riêng (leased-line), truy nhập ISDN BRI, PRI, frame relay, hoặc các phơng thức chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh, chuyển mạch ATM...
Để thực hiện điều này, tại phía nhà cung cấp NAP, các đờng dây từ các thuê bao đợc nối vào các DSL line card tập trung trong thiết bị DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer)- Bộ dồn kênh truy cập đờng dây thuê bao số. Đờng dây nối từ NAP đến các thuê bao thông thờng là đôi dây đồng xoắn, tuy nhiên DSL còn hỗ trợ cho cả đờng T1/E1.
Trong nhiều trờng hợp nhà cung cấp dịch vụ mạng NSP có thể đồng thời thực hiện việc cấp các kết nối tới ngời sử dụng nh NAP mà không phải dựa trên mạng truy nhập của nhà cung cấp khác.
Thiết bị ngời sử dụng:
Công nghệ DSL hỗ trợ việc truyền dẫn tốc độ cao cho hầu hết các dịch vụ ng- ời dùng, do đó các thiết bị tại thuê bao sẽ rất đa dạng. Thiết bị này có thể là điện thoại, máy tính cá nhân, mạng LAN công sở hoặc TV... tuỳ thuộc vào môi trờng khách hàng và các ứng dụng cần hỗ trợ thông qua giao diện DSL.
Tơng ứng với DSLAM tại phía nhà cung cấp, đờng dây phía ngời sử dụng đợc kết nối với DSL modem/ router trớc khi đa vào các thiết bị của ngời dùng. Để tơng thích với nhiều loại thiết bị nh đã nói trên, các DSL modem/router có các cấu hình phù hợp. Một vài cấu hình thờng thấy là:
- Bộ phân tách splitter trong DSLmodem cấp khe cắm RJ11 để nối với điện thoại hỗ trợ việc cung cấp dịch vụ POTS.
- Ngời sử dụng cần truy nhập Internet hoặc xem video bằng máy tính, DSL modem ngoài việc cấp khe cắm RJ-45 nối với card mạng trong máy tính hoặc có thể đợc tích hợp thành card modem cắm trong máy.
- DSL có thể hỗ trợ cho các mạng LAN truy nhập mạng WAN nhờ sử dụng giao thức IP. Trong trờng hợp này DSL modem nằm trong một bộ định tuyến, cung cấp giao diện 10base-T, giao diện V35 hoặc giao diện T1/E1... cho mạng LAN. Cấu hình này áp dụng cho các doanh nghiệp nhỏ hoặc các văn phòng chi nhánh của các công ty lớn.
3.1.2 Các thiết bị DSL sử dụng trong mạng
a. Bộ dồn kênh truy nhập đ ờng thuê bao số - DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer):
DSLAM là thiết bị đầu cuối DSL đợc đặt tại địa điểm của nhà cung cấp dịch vụ mạng. DSLAM tập trung luồng dữ liệu từ các mạch vòng DSL và tổ hợp lại thành tốc độ cao hơn nh tốc độ T1, E1 hoặc tốc độ ATM của OC-3 (155 Mbps)... rồi đa tới Internet hay mạng dữ liệu.
DSLAM giúp cho việc ghép lu lợng của các ứng dụng gói, tế bào hoặc chuyển mạch kênh một cách hiệu quả. Ngoài ra thiết bị này còn cho phép nhà cung cấp thực hiện chức năng quản trị trên mạng DSL nh đa dịch vụ đến các các khách hàng mới, giải phóng kết nối khi các khách hàng ngừng dịch vụ, kiểm tra và sửa lỗi... Trong một số trờng hợp, DSLAM có khả năng mở các gói dữ liệu để xử lý, ví dụ nh cung cấp việc chuyển địa chỉ IP động sử dụng giao thức DHCP (Dynamic Host Configurative Protocol) nhằm đa các gói dữ liệu tới đúng đích...Các DSLAM có thể không cần phải đặt ngay ở vị trí của trung tâm mà có thể đặt ở đầu cuối từ xa nhằm mở rộng vùng phục vụ của nhà cung cấp cho những ngời sử dụng ở xa.
Thông thờng mỗi loại hình dịch vụ hoặc loại hình công nghệ xDSL có một loại DSLAM riêng thích hợp với nó. Nhng hiện nay, một DSLAM có thể đợc tích hợp đa dịch vụ nhằm phối hợp với các phần tử CPE giúp cho việc thực hiện hiệu quả việc truy nhập Internet tốc độ cao cũng nh các ứng dụng thoại và video. DSLAM đa
dịch vụ cho phép thực hiện chuyển mạch ATM đầy đủ, quản lý lu lợng, đảm bảo
chất lợng (QoS) cho các dịch vụ: analog, ISDN đồng thời còn hỗ trợ cho các loại hình xDSL: IDSL, SDSL, RADSL- CAP, RADSL-DMT trên cùng một thiết bị. Ngoài ra, thiết bị này có thể đợc cấu hình để cung cấp thêm các chức năng định tuyến và bảo mật, thực hiện tối u hoá dải thông của cơ sở hạ tầng đã tồn tại cũng nh phân phối các dịch vụ tích hợp tốc độ cao qua các phơng tiện truy nhập vật lý.
Bảng 3.1: Các đặc điểm nổi bật của DSLAM đa dịch vụ
Đặc tính Tác dụng
Đa dịch vụ Hỗ trợ cho hầu hết các loại hình dịch vụ và công nghệ xDSL, đảm bảo QoS
Thực hiện mã hoá DSL
Cung cấp một số mã DSL (CAP, DMT, 2B1Q) và giao thức đ- ờng dây
Kiến trúc linh hoạt Có khả năng kết hợp các u điểm của ATM và IP để sử dụng cho nhiều mô hình dịch vụ, ứng dụng và mạng
Khả năng quản lý Sử dụng các chuẩn tơng thích với nhiều hệ thống quản lý mạng (NMS) và quản lý mạng đầu cuối- đầu cuối đáng tin cậy.
b. DSL modem/router:
Đây là thiết bị đầu cuối DSL đặt tại phía thuê bao để kết nối ngời dùng với đ- ờng truyền DSL. DSL modem/router làm nhiệm vụ nén và mã hoá/giải mã đờng truyền, ngoài ra còn có chức năng: hiệu chỉnh lỗi, đo lờng hiệu năng (giám sát thực hiện), định tuyến. Khả năng định tuyến cho phép nhiều máy tính cá nhân cùng dùng chung một modem DSL và do đó chung đờng truyền DSL.
Điểm cuối DSL CPE có thể là nhiều loại cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào thiết bị ngời sử dụng nh: máy tính, mạng LAN, thiết bị FRAD.... Để tơng thích với các loại thiết bị và dịch vụ đó, ngoài các chức năng cơ bản, DSL modem còn cung cấp các chức năng nh là: cầu nối, định tuyến, ghép kênh TDM, ghép kênh ATM.
Các DSL modem/router đợc lắp đặt thêm vào các đầu cuối của hệ thống cáp đồng và các thiết bị đã có sẵn của khách hàng do đó chúng đợc thiết kế sao cho đơn giản để ngời sử dụng có thể tự cài đặt hoặc có đặc tính plug- and- play.
c. POTS splitter:
Công nghệ DSL dùng phổ tần lớn để truyền tín uptream và downstream nhng vẫn giữ lại phổ tần từ 0 đến 4 KHz để truyền tín hiệu thoại. Việc sử dụng thiết bị POTS splitter cho phép ngời sử dụng có thể sử dụng đồng thời dịch vụ điện thoại và các dịch vụ tốc độ cao khác nh: video theo yêu cầu, truy nhập Internet tốc độ cao...
Để thực hiện điều này, hai khối POTS splitter đợc đặt tại cả vị trí CO và thuê bao. Splitter có thể nằm trong ngay trong các khối DSLAM (phía nhà cung cấp) và DSL modem/router (phía ngời sử dụng), hoặc có thể tách rời thành khối riêng.
3.2 Các dịch vụ ứng dụng công nghệ DSL
Kiến trúc mạng tổng quát đã đa ra trong phần 3.1 cho phép tơng thích với nhiều loại hình ứng dụng và công nghệ đang tồn tại hiện nay nh: các ứng dụng truyền thoại, truyền số liệu, truyền hình ảnh, âm thanh; các công nghệ chuyển mạch ISDN, X25, Frame Relay, ATM... Tuy nhiên, mỗi loại ứng dụng và công nghệ cụ thể lại phù hợp với một loại công nghệ DSL và các thiết bị mạng truy nhập nhất định. Để thấy rõ sự khác biệt giữa các loại hình và thuận lợi cho việc áp dụng chúng, kiến trúc chi tiết của một số dịch vụ cơ bản dựa trên công nghệ DSL sẽ đợc phân tích cụ thể:
• Dịch vụ Nx64 over DSL
• Dịch vụ Frame Relay over DSL • Dịch vụ TCP/IP over DSL • Dịch vụ ATM over DSL.
3.2.1 Dịch vụ Nx64 over DSL
Tốc độ dữ liệu trên các đờng trung kế và các đờng backbone cần lớn hơn rất nhiều lần tốc độ cơ bản của kênh thoại số là 64 Kbps. Kỹ thuật ghép kênh TDM đợc sử dụng để đạt đợc các tốc độ cao Nx64, ví dụ: ghép 24 kênh cơ bản có thể đạt tốc độ T1 (1,544Mbps), ghép 30 kênh cơ bản đợc kênh E1 (2,048Mbps)... tơng tự ta có thể có các tốc độ 8 Mbps, 44Mbps... Các đờng truyền T1/E1 hay đợc sử dụng nhất cho các đờng trung kế tốc độ vừa phải. Hạn chế của các đờng truyền này là giá thành lắp đặt và bảo dỡng cao, đặc biệt là khi truyền băng thông rộng thì suy hao lớn dẫn đến khoảng cách truyền dẫn bị giới hạn và phải dùng các bộ lặp.
DSL khắc phục các nhợc điểm này khi truyền các luồng T1/E1 hoặc T3/E3 với khoảng cách xa hơn mà không cần các bộ lặp trung gian. Kiến trúc của hệ thống Nx64 sử dụng công nghệ DSL nh sau:
Hình 3.2: Kiến trúc hệ thống Nx64 over DSL
Trong các loại hình công nghệ xDSL thì HDSL, HDSL 2 và SDSL đặc biệt thích hợp cho các dịch vụ Nx64.
3.2.2 Dịch vụ Frame Relay over DSL
Chuyển tiếp khung đợc coi nh là một dịch vụ chuyển mạch gói mở rộng với những u điểm hơn hẳn so với chuyển mạch gói truyền thống, đó là tăng tốc độ và băng thông truyền dẫn, giảm chi phí và giảm nguy cơ tắc nghẽn.
Có thể coi Frame Relay nh một công nghệ chuyển tiếp giữa công nghệ chuyển mạch gói X25 và công nghệ ATM.
34 Mạng nhà cung cấp dịch vụ Gateway/Edge Device Cross Connect Transport Node MDF Mạng nhà cung cấp dịch vụ Gateway/Edge Device Mạng nhà cung cấp dịch vụ Gateway/Edge Device Public switch DSL Multiplexer with DM Mux Telephone Fax Router PBX
Mạng truy nhập ILEC Người sử dụng Mạng cung cấp dịch vụ HDSL link (dịch vụ nx64) TDM TDM HDSL Modem Application IP/Voice DSL TDM SONET TDM WDM TDM SONET TDM SONET TDM DSL TDM WDM TDM WDM TDM
Kiến trúc của dịch vụ Frame Relay dùng công nghệ DSL nh sau:
Hình 3.3: Kiến trúc Frame Relay over DSL
Các u điểm của chuyển tiếp khung là:
• Giảm thời gian trễ và tăng dải thông: Ngời sử dụng có thể yêu cầu một dải thông cho kết nối của mình (bandwidth on demand).
• Dải thông chia sẽ giữa nhiều ngời sử dụng.
• Giảm đáng kể chi phí cho kết nối và duy trì bảo dỡng
Nhờ các u điểm của mình, Frame Relay phù hợp cho các mạng riêng của các doanh nghiệp, các trờng đại học, các công ty lớn, đặc biệt khi cần truy nhập từ các mạng này vào Internet hoặc khi mở rộng kết nối WAN với chi phí thấp. Frame Relay còn là giải pháp đáng chú ý cho việc thay thế những kết nối leased- line mà các mạng riêng vẫn sử dụng hiện nay. Các kết nối leased- line nối trực tiếp ngời dùng tới các ISP toàn bộ thời gian (always on) nên chi phí cao trong khi dải thông đ- ợc cung cấp thờng nhỏ, khó đáp ứng yêu cầu của cả một mạng lớn.
Với các đặc điểm tốc độ của mình, Frame Relay phù hợp với công nghệ HDSL, HDSL2 hoặc SDSL. 35 Application IP Physical LAPD DSL LAPD WDM ATM SONET ATM SONET ATM DSL LAPD WDM ATM WDM ATM AAL5 AAL5 Mạng nhà cung cấp dịch vụ Gatew ay/Edge Device FR/A TMXC Transport Node MDF Mạng nhà cung cấp dịch vụ Gatew ay/Edge Device Mạng nhà cung cấp dịch vụ Gatew ay/Edge Device DSL Multiplexer w th ATM/IP HDSL Modem
Mạng truy nhập ILEC Người sử dụng Mạng cung cấp dịch vụ HDSL link (dịch vụ nx64) Router CPE
3.2.3 Dịch vụ ATM over DSL
a. Công nghệ ATM:
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng tăng nhanh và đa dạng hoá của xã hội đòi hỏi phải cấp bách bổ sung các dịch vụ truyền ảnh bao gồm cả ảnh tĩnh và ảnh động chất lợng cao và truyền số liệu, truyền file tốc độ siêu cao mà tốc độ bit cầu tới vài trăm Mb/s hoặc hàng chục Gb/s. Mạng viễn thông ISDN băng hẹp không thoả mãn đợc các yêu cầu bổ sung trên dẫn đến sự ra đời của mạng số liên kết đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN). Nhiều giải pháp kỹ thuật đã đợc đề xuất nhằm tiến tới thực hiện B-ISDN nhng ATM đã đợc lựa chọn bởi những tính năng u việt của nó so với các công nghệ khác.
1. Nguyên lý cơ bản:
ATM kết hợp các u điểm của chuyển mạch kênh với chuyển mạch gói và ATDM (Asynchronous Time Division Multiplexing). Trong kỹ thuật chuyển mạch gói các gói tin có tiêu đề khá phức tạp, kích thớc gói khá lớn và không chuẩn hoá độ dài gói tin. Do đó việc xử lý ở chuyển mạch khó khăn, kích thớc lớn nên độ trễ lớn, xử lý và truyền dẫn chậm đồng thời khó quản lý quá trình. Khắc phục nhợc điểm này của chuyển mạch gói, ở ATM ngời ta tạo các tế bào ATM, các tế bào này đợc chuẩn hoá kích thớc và format sao cho phù hợp nhất, dễ quản lý nhất, hiệu quả nhất và tiêu đề đơn giản nhất.
Căn cứ vào bốn tiêu chí chính là hiệu quả truyền dẫn, độ trễ, tổn thất và độ phức tạp khi thực hiện mà ITU-T đã chọn kích thớc tế bào ATM là 53 byte trong đó 5 byte tiêu đề và 48 byte cho phần tải tin (payload).
Việc truyền dẫn các tế bào đợc tối u hoá nhờ thực hiện kỹ thuật ghép kênh thống kê ATDM. Các khe thời gian không cần phải gán cho các quá trình thông tin cụ thể nào mà cứ có bất kỳ khe thời gian nào rỗi thì ATDM ghép gói tin cần truyền vào, do vậy ATDM đạt đợc độ mềm dẻo, linh hoạt và hiệu quả cao với mọi kiểu dịch vụ, mọi tốc độ bit và kiểu lu lợng khác nhau. Các tế bào mang tin thực sự mới đợc truyền còn các tế bào rỗng và các tế bào không mang tin hiệu lực bị bỏ đi do đó mà độ rộng băng hiệu dụng giảm đợc một cách đáng kể.
2. Cấu trúc tế bào ATM:
Cấu trúc tế bào ATM đợc chuẩn hoá cực kỳ đơn giản nhằm mục tiêu đơn giản hoá tối đa các chức năng chuyển mạch, truyền dẫn và quản lý tin trong mạng.
GFC VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Trờng tin (48 byte) Tiêu đề (5byte) Trờng tin VPI VPI VCI VCI VCI PT CLP HEC Trờng tin (48 byte)
Hình 3.4 : Cấu trúc tế bào ATM