2.2.3.4.1Phương thức đúng khung HDLC (POS)
Mạng truyền tải gúi IP được đúng trong khung SDH truyền trờn mụi trường WDM được biểu diễn trong Hỡnh 5.
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.
Giải phỏp này tận dụng ưu điểm của SDH để bảo vệ lưu lượng 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.
OLA ghộp kờnh WDM IP router IP router SDH ADM transponder STM- 16 Hỡnh 5. Vớ dụ về mạng IP/SDH/WDM
Card đường truyền trong bộ định tuyến IP thực hiện tạo khung PPP/HDLC. Tớn hiệu quang phải phự hợp với truyền dẫn qua mụi trường 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.
• 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 được định tuyến qua mạng SDH tới cỏc bộ định tuyến đớch khỏc nhau.
Bảng 2. Cỏc giao thức sử dụng cho IP/SDH
PPP Đúng khung gúi theo PPP (RFC 1661). Thờm “trường giao thức” 1 hoặc 2 byte và thực hiện nhồi theo tuỳ lựa. PPP cũng cung cấp giao thức thiết lập tuyến nhưng 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 được phộp vắt ngang qua ranh giới của cỏc VC4. Giống như ATM, đa thức 1+x43 được sử dụng cho trộn tớn hiệu để giảm thiểu rủi ro người sử dụng truy nhập với mục đớch xấu mà cú thể gõy mất đồng bộ mạng.
Phiờn bản IP/WDM được xem xột ở đõy sử dụng giao thức PPP và khung HDLC. Phiờn bản này cũng được biết dưới tờn gọi khỏc POS hoặc Gúi trờn SONET. PPP là một phương phỏp chuẩn để đúng gúi cỏc gúi IP và cỏc kiểu gúi khỏc cho truyền dẫn qua nhiều mụi trường từ đường điện thoại tương 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 được 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 trường kiểm tra CRC để kiểm soỏt lỗi.
Định dạng khung HDLC (POS)
POS_PSIZE = IPSIZE + POS_OH = IPSIZE + 7 (CRC 16). POS_PSIZE = IPSIZE + POS_OH = IPSIZE + 9 (CRC 32).
Hỡnh 6: Định dạng khung HDLC (POS) 2.2.3.4.2 MAPOS (Multiple-access protocol overl SONET)
Giao thức MAPOS là giao thức lớp tuyến số liệu hỗ trợ IP trờn SDH. Giao thức MAPOS cũng được 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) được NTT phỏt triển. Trước đõy MAPOS được phỏt triển với mục đớch mở rộng dung lượng tốc độ cao SONET cho LAN nhưng hiện nay sự hiện diện của Gigabit Ethernet dường đó làm người ta lóng quờn nú. Hiện tại cũng cú một số chuyển mạch MAPOS được thử nghiệm ở Nhật bản (Tokyo).
Trong hỡnh Hỡnh biểu diễn khung MAPOS thế hệ 1 và 2. Giao thức MAPOS /POL được xem như sự mở rộng thành phần khung HDLC. Cỏc trường được truyền trong MAPOS là:
• Dóy cờ, sử dụng cho đồng bộ khung.
• Địa chỉ, chứa địa chỉ đớch HDLC (8 bit trong phiờn bản 1 và 16 trong phiờn bản 2)
• Điều khiển, là trường điều khiển cú giỏ trị 0x03, thuật ngữ chuyờn mụn trong HDLC nghĩa là khung Thụng tin khụng đỏnh số với bit Poll/Final được thiết lập bằng 0.
• Giao thức, xỏc định giao thức cho việc bao gúi số liệu trong trường thụng tin của nú.
• Thụng tin, chữa gúi số liệu tối đa 64 Kbyte.
• Dóy kiểm tra khung, được tớnh trờn khắp cỏc bit mào đầu, giao thức, và trường tin Cờ Địa chỉ đớch Điều khiển Giao thức Trường thụng tin FCS
0x7E 8 bit 0x03 (16bit) (0-65280 bytes) (16/32bit)
Cờ Địa chỉ đớch Giao
0x7E 16 bit (16bit) (0-65280 bytes) (16/32bit)
Hỡnh 7: 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 được 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) được thờm vào giao thức MAPOS .
2.2.3.4.3 Phương thức đúng khung LAP (Link Accsess Procedure-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 được ITU-T chuẩn hoỏ lần lượt trong khuyến nghị X.85, X.86. 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 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 được hiện diện tuần tự gồm SDH, LAPS và IP hoặc PPP. Mối liờn hệ này được biểu diễn như ngăn giao thức/lớp cho IP trờn STM- n. Hỡnh dưới mụ tả IP/SDH như 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 8: Ngăn giao thức/lớp cho IP trờn STM-n sử dụng LAPS X.85 (Ngăn TCP/UDP/IP được thay bằng Ethernet đối với X.86)
Định dạng khung của LAPS bao gồm:
• Trường địa chỉ: liền ngay sau trường cờ được gỏn giỏ trị cố định để biểu thị trường cờ liền trước là cờ mở (nếu trường cờ mà khụng cú trường địa chỉ liền sau thỡ được xem là cờ đúng và cũng được làm vai trũ cờ mở của khung kế tiếp).
• Trường điều khiển và SAPI: Trường 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.
• Trường thụng tin: chứa thụng tin số liệu cú độ dài tối đa 1600 byte.
• Dóy kiểm tra khung (FCS-32): đảm bảo tớnh nguyờn dạng của thụng tin truyền tải
• LAPS_PSIZE = IPSIZE + LAPS_OH = IPSIZE + 9
Cờ Địa chỉ Điều khiển Giao thức Thụng tin Nhồi Cờ
0x7e 0x04 0x03 SAPI Thụng tin LAPS, gúi
IP
32bit 0x7e
Hỡnh 9: Định dạng khung LAPS theo X.85
2.2.3.4.4 Phương thức đúng khung GFP (Generic Framing Procedure-GFP)
Thủ tục lập khung tổng quỏt (GFP) được ANSI thảo luận đầu tiờn trong T1X1.5; và hiện nay đó được 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 hướng xếp chồng: ở lớp phớa dưới 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 dưới, 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 như IP, khung Ethernet, và khung HDLC như 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 bytekhác Luồng ODUk OTN
Hỡnh 10: Mối quan hệ GFP với tớn hiệu client và luồng truyền tải
GFP cú hai phương 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 như 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 được đệm toàn bộ lại để xỏc định độ dài trước khi sắp xếp vào khung GFP.
• GFP-T: một số lượng đặc tớnh tớn hiệu client cố định được sắp xếp trực tiếp vào khung GFP cú độ dài xỏc định trước (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 (hỡnh 11), nú bao gồm cỏc thành phần cơ bản sau:
• Mào đầu lừi
• Phần tải tin
•
Hỡnh 11: Cấu trỳc khung GFP 2.2.3.4.5 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 được thiết kế cho tải PDH (tốc độ kờnh được 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 thước số liệu.
í tưởng này đó được 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 lượng phự hợp với giao diện của cỏc bộ định tuyến.
Đầu đề chớnh Đầu đề tải trọng Đầu đề mở rộng (tựy chọn) TẢI TRỌNG Tổng kiểm tra (tựy chọn) PLI cHEC (CRC-16) PTI PFI kiểu EXI
UPI tHEC (CRC-16) EXI eHEC (CRC-16) TẢI TRỌNG pFCS (CRC-32) 4 byte 4 byte 0-60 byte n byte 0-4 byte Thứ tự truyền bit T hứ tự tr uy ền b yt e PLI: chỉ thị kớch cỡ PDU cHEC: kiểm tra lỗi đầu đề chớnh PTI: chỉ thị kiểu tải trọng 000: số liệu khỏch hàng 100: quản lý khỏch hàng PFI: chỉ thị FCS tải trọng 1: cú FCS
0: khụng FCS
kiểu EXI: chỉ thị đầu đề mở rộng 0000: Null
0001: Chuỗi 0010: V
UPI: chỉ thị tải trọng người sử dụng tHEC: HEC trường kiểu
EXI: chỉ thị đầu đề mở rộng eHEC: HEC mở rộng Tải trọng: chứa khung PDU pFCS: FCS tải trọng
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 12. Vớ dụ kết chuỗi ảo trong hệ thống SDH
Cỏc tải kết chuỗi trong mạng được xử lý như 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 hưởng 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.
2.2.3.4.6 LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)
Như trỡnh bày trờn, kết chuỗi tải được thực hiện để tạo nờn những tải cú dung lượng khỏc nhau. Mặc dự một số lượng tải kết chuỗi cú thể đó được xỏc định trước cho phần lớn ứng dụng nhưng thực tế chỳng ta cũng cần phõn phỏt động một số tải cho một vài ứng dụng cụ thể. LACS được 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 lượng tải kết chuỗi. Ứng với yờu cầu của người sử dụng, số lượng tải kết chuỗi cú thể tăng/giảm phự hợp với kớch thước lưu lượng 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 được truyền đi tới phớa thu để bộ thu cú thể chuyển tới cấu hỡnh mới ngay khi nhận được nú. Gúi điều khiển gồm một loạt cỏc trường dành cho những chức năng định trước và chứa thụng tin truyền từ bộ phỏt đến bộ thu cũng như thụng tin từ bộ thu đến bộ phỏt.
Hướng đi:
• Trường chỉ thị đa khung (MFI)
• Trường chỉ thị dóy (SQ)
• Trường điều khiển (CTRL)
• Bit nhận dạng nhúm (GID)
Hướng về
• Trường trạng thỏi thành viờn (MST)
• Bit chấp thuận tỏi dóy số (RS-Ack)
2.2.3.5 IP/Gigabit Ethernet cho WDM
Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong trong số những ứng dụng mạng LAN. Chuẩn Gigabit Ethernet cú thể sử dụng để mở rộng dung lượng LAN tiến tới MAN và thậm chớ cả đến cả WAN nhờ cỏc Card đường truyền Gigabit trong cỏc bộ định tuyến IP; những Card này cú giỏ thành rẻ hơn 5 lần so với Card đường truyền cựng dung lượng sử dụng cụng nghệ SDH. Nhờ đú, Gigabit Ethernet trở nờn hấp dẫn trong mụi trường Metro để truyền tải lưu lượng IP qua cỏc mạch vũng WDM hoặc thậm chớ cho cả cỏc tuyến WDM cự ly dài. Hơn thế nữa, cỏc cổng Ethernet 10 Gbit/s sẽ được chuẩn hoỏ trong tương lai gần.
Hỡnh 13 biểu diễn vớ dụ mạng IP dựa trờn giao diện Gigabit Ethernet. Cỏc Card đường truyền Gigabit Ethernet hoặc chuyển mạch Ethernet Lớp 2 nhanh được sử dụng cho cỏc bộ định tuyến IP trong mạng.
Mạng Ethernet tốc độ bit thấp (vớ dụ 10Base-T hoặc 100Base-T) sử dụng kiểu truyền hoàn toàn song cụng, ở đõy băng tần truyền dẫn hiệu dụng được chia sẻ giữa tất cả người sử dụng và giữa hai hướng truyền dẫn. Để kiểm soỏt sự truy nhập vào băng tần chia sẻ cú thể sử dụng cụng nghệ CSMA-CD. Điều này sẽ làm giới hạn kớch thước vật lý của mạng vỡ thời gian chuyển tiếp khụng được vượt quỏ “khe thời gian” cú độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10Base-T và 100Base-T). Nếu tốc độ bit là 1Gb/s mà sử dụng độ dài khung nhỏ nhất 512 bit thỡ mạng Ethernet chỉ đạt chừng 10m vỡ thế độ dài khung tối thiểu trong trường hợp này được định nghĩa bằng 4096 bit cho Gigabit Ethernet. Điều này hiện làm giới hạn kớch thước mạng trong phạm vi 100m. Tuy nhiờn, kiểu hoàn toàn song cụng vẫn hấp dẫn trong mụi trường Gigabit Ethernet.
Khi Gigabit Ethernet (1000Base-X) sử dụng kiểu song cụng nú trở thành một phương phỏp tạo khung và bao gúi đơn giản và tớnh năng CSMA-CD khụng cũn được sử dụng. Chuyển mạch Ethernet cũng được sử dụng để mở rộng topo mạng thay thế cho cỏc tuyến điểm - điểm.
Hỡnh 13: Truyền tải IP trờn vũng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet
Cấu trỳc khung Gigabit Ethernet biểu diễn trong Hỡnh . Độ dài tải cực đại của Gigabit Ethernet là 1500 byte nhưng cú thể mở rộng tới 9000 byte (Khung Jumbo) trong tương lai. Tuy nhiờn, kớch thước tải lớn hơn sẽ khú tương hợp với cỏc chuẩn Ethernet trước đõy và hiện tại cũng chưa cú chuẩn nào cho vấn đề này.
Phần trống 12
Phần mào đầu 7
Phõn định ranh giới bắt đầu 1
Địa chỉ đớch 6 Giao diện Gigabit Ethernet Giao diện Gigabit Ethernet Giao diện Gigabit Ethernet Chuyển mạch Gigabit Ethernet Giao diện Gigabit Ethernet Định tuyến IP Định tuyến IP OADM OADM OADM OADM GbE GbE Vớ dụ: WDM 32λ
Địa chỉ nguồn 6
Độ dài khung 2
Trường điều khiển tuyến logic + tải tin
(độ dài tối đa 1500 byte)
. .
Dóy kiểm tra khung 4
Tổng số mào đầu 38
Hỡnh 14. Khung Gigabit Ethernet
Khung Ethernet được mó hoỏ trong súng mang quang sử dụng mó 8B/10B. Trong 8B/10B mỗi byte mó hoỏ sử dụng 10 bit nhằm để đảm bảo mật độ chuyển tiếp phự hợp trong tớnh hiệu khụi phục đồng hồ. Do đú thụng lượng đầu ra 1Gb/s thỡ tốc độ đường truyền là 1,25Gb/s. Việc mó hoỏ cũng phải đảm bảo chu kỳ trống được lấp đầy ký hiệu cú mật độ chuyển tiếp phự hợp giữa trạng thỏi 0 và 1 khi cỏc