IP trên DTM (IPOD) là một kỹ thuật tận dụng triệt để hạ tầng mạng DTM cho truyền tải lưu lượng IP trên cơ sở hop-by-hop hoặc QoS.
Để kết hợp các ưu điểm của dịch vụ IP với việc hỗ trợ QoS thời gian thực của DTM, IPOD hỗ trợđịnh tuyến hop-by-hop thơng qua mạng IPOD và thiết lập các kênh trực tiếp giữa người gửi và người nhận. Điều này mang lại cho IPOD các khả năng truyền tải hiệu quả cả luồng lưu lượng thời gian thực và best effort.
4.9.2. Cấu trúc định tuyến
Giải pháp IPOD tạo nên một cấu trúc định tuyến trên nền mạng TDM. Cấu trúc này khơng nhất thiết phải phù hợp với các kết nối vật lý của mạng. Cấu trúc định tuyến logic chỉ mơ tả cách các gĩi tin được chuyển tiếp giữa hop này và hop khác trên mạng. Ví dụ như kết nối TDM dạng mesh theo cấu trúc phân cấp hoặc thay đổi cấu trúc logic bằng việc thiết lập các kênh trực tiếp giữa các bộ định tuyến.
Các gĩi tin IP được gửi giữa hai bộđịnh tuyến IPOD cĩ thể chuyển tiếp giữa các hop thơng qua các kênh cơ sở hoặc thơng qua Shortcut đã được thiết lập (Shortcut ở đây cĩ thể hiểu là một kênh DTM được thiết lập trực tiếp giữa các thiết bị ở biên gửi và nhận và do đĩ tất cả các bộđịnh tuyến trung gian thực hiện chức năng chuyển tiếp). Cơ chế phân giải địa chỉ cũng sử dụng thơng tin như thủ tục định tuyến thơng thường, do đĩ làm cho nĩ dễ thực thi và quản lý.
Chuyển tiếp hop-by-hop là phương thức ngầm định để truyền tải gĩi tin thơng qua mạng IPOD và nĩ cũng thường dùng cho các dịch vụ như truy nhập Internet theo kiểu best effort. Kỹ thuật chuyển tiếp hop-by-hop yêu cầu các bộ định tuyến trong mạng IPOD kiểm tra mỗi gĩi tin khi đi qua nĩ.
Thực tế, Shortcut là một kênh chuyển mạch đầu cuối đến đầu cuối qua mạng,
điều đĩ cĩ nghĩa là luơn cĩ thể kiểm sốt được trễ thấp với jitter rất thấp và khơng cĩ sự mất dữ liệu. Nĩ cĩ thể đảm bảo chừng nào lưu lượng gửi đi nhỏ hơn hoặc bằng dung lượng mà shortcut cung cấp. Các shortcut được thiết lập khi cĩ một ứng dụng thơng báo yêu cầu QoS theo Shortcut. Việc báo hiệu này cĩ thể được thực hiện qua RSVP hay một số giao thức khác.
4.9.3. Phân đoạn IPOD
Phân đoạn IPOD bao gồm một số các giao tiếp IPOD. Mỗi giao tiếp IPOD nằm ở
một nút vật lý xác định. Đối với mỗi phân đoạn thì chỉ cĩ một giao tiếp IPOD xác định trong nút, tuy nhiên một giao tiếp vật lý cĩ thể cĩ vài giao tiếp IPOD kết nối đến các phân đoạn IPOD khác nhau. Phân đoạn IPOD tương ứng với miền định tuyến OSPF và
Các kênh shortcut được thiết lập theo yêu cầu để chuyển tiếp luồng dữ liệu IP trực tiếp từ nguồn đến đích. Việc thiết lập một shortcut là quyết định nội bộ trong giao tiếp IPOD gửi và nếu giao tiếp IPOD nhận cĩ đủ tài nguyên thì nĩ sẽ chấp nhận kênh này.
Các kênh shortcut luơn là đơn hướng, nghĩa là chúng khơng được thiết lập song hướng. Nếu cần thiết lập thơng tin hai hướng với các đảm bảo QoS hai hướng thì hai shortcut riêng rẽ sẽđược yêu cầu.
Hình 4.21: Định tuyến hop-by-hop hay thiết lập shortcut. 4.9.4. Tương tác với OSPF
Cấu trúc định tuyến thiết lập bởi IPOD tạo nên một bản đồ topo mạng. Giao tiếp IPOD thiết lập cấu hình như trong topo OSPF điểm – đa điểm. Khi một kênh cơ sở
thiết lập, nĩ được gửi đến OSPF để thuật tốn định tuyến OSPF sử dụng như một kết nối điểm - điểm trong topo điểm – đa điểm.
Giao tiếp IPOD được xem như một bộ định tuyến nhờ địa chỉ IP của nĩ. Mỗi kênh cơ bản từ bộđịnh tuyến OSPF được xác định bởi địa chỉ IP của giao tiếp IPOD.
Các kênh shortcut khơng được OSPF sử dụng khi tính tốn do các shortcut chỉ
dùng để chuyển tiếp các gĩi tin mà chúng nhận.
4.10. Kiến trúc IP/SDL/WDM
Tuyến số liệu đơn giản (SDL) là một phương pháp lập khung được Lucent đề
xuất. So với HDLC, khung SDL khơng cĩ cờ phân ranh giới thay vì đĩ nĩ sử dụng trường độ dài gĩi tại điểm bắt đầu khung. Điều này rất thuận lợi ở tốc độ bit cao khi thực hiện đồng bộ (rất khĩ thực hiện đối với dãy cờ). Định dạng SDL cĩ thể đưa vào trong tải SDH cho truyền dẫn WDM hoặc thiết bị SDH. Định dạng này cũng cĩ thể
được mã hố trực tiếp trên các sĩng mang quang: SDL định rõ tính năng tối thiểu đủ để thực hiện điều này.
SDL sử dụng 4 byte mào đầu gồm độ dài gĩi như biểu diễn trong hình 4.22. Gĩi cĩ thể dài tới 65535 byte. Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC-16 hoặc CRC-32) cĩ thể tuỳ
lựa sử dụng cho gĩi và nĩ cĩ thể bị thay thế sau mỗi gĩi. Tất cả các bit trừ mào đầu
được trộn theo bộ trộn x48. Các bộ trộn của phần phát và thu được duy trì đồng bộ qua các gĩi đặc biệt truyền khơng thường xuyên.
Packet Packet length CRC – 16 Packet
Hình 4.22: Cấu trúc mào đầu SDL.
SDL khơng cĩ bất kỳ byte thêm nào dành cho các giao thức chuyển mạch bảo vệ
(giống như byte K1 và K2 của SDH). Sử dụng các CRC tải tuỳ lựa cịn cho phép giám sát tỷ lệ lỗi bit.
4.11. Kiến trúc IP/WDM
Giai đoạn cuối cùng trong tương lai mà hệ thống truyền dẫn số liệu đang hướng tới là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM. Trong tương lai, sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộđịnh tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như
các thiết bị truyền dẫn DWDM cĩ kích thước và cấu hình khác nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nổi bật.
Dựa vào khả năng định tuyến của cơng nghệ cĩ thể chia giai đoạn này thành hai giai đoạn con: IP over WDM và IP over Optical.
4.11.1. IP over WDM
a, Nguyên lý hệ thống
Đây là giai đoạn đầu khi đưa các IP datagram truyền trực tiếp trên hệ thống WDM. Trong giai đoạn này, mỗi giao thức sẽ cĩ một bước sĩng tương ứng. Việc xử lý
ởđây mới dừng lại ở mức xử lý theo từng luồng quang. Các bước sĩng khác nhau cĩ thể xen/rẽ ở các node khác nhau nhờ các thiết bị định tuyến bước sĩng như: kết nối chéo quang, chuyển mạch bước sĩng quang, bộ định tuyến bước sĩng quang, hay bộ
xen/rẽ kênh quang. Khi này, để thực hiện chuyển đổi các luồng tín hiệu điện (tương
ứng với các giao thức khác nhau) thành các tín hiệu quang để truyền dẫn trên hệ thống DWDM thì khơng cĩ các giao thức trung gian.
Để thực hiện truyền dẫn, các IP datagram phải được tập trung lại thành một luồng trước khi biến đổi để truyền dẫn ở miền quang trên bước sĩng tương ứng nĩ. Với các thiết bị WDM ngày nay, số bước sĩng cĩ thể ghép kênh ít nên tương ứng cho mỗi giao thức cĩ một bước sĩng nhất định. Các datagram cĩ đích là các mạng nội hạt khác nhau khi truyền dẫn cùng trên một bước sĩng thì tại mỗi node cần phải biến đổi về miền điện để thực hiện định tuyến, kết cuối các datagram xuất phát từ node này đến các node khác. Như vậy, truyền dẫn quang đối với các IP datagram vẫn bị hạn chế bởi “nút cổ chai” của các mạch điện tử.
Hiện nay, trên thị trường đã cĩ các thiết bị cĩ khả năng ghép đến 200 bước sĩng, và trong phịng thí nghiệm cũng nghiên cứu thiết bị cho phép ghép đến 1200 bước sĩng. Với số lượng bước sĩng nhiều thì mỗi giao thức cĩ thể truyền dẫn trên nhiều bước sĩng. Khi đĩ, với việc sử dụng phiên bản IPv6 cĩ khả năng định tuyến ngay tại nguồn thì cĩ thể tập trung các datagram cĩ cùng đích đến trên một bước sĩng. Nhờđĩ, các luồng quang tại các node trung gian khơng cần xử lý điện mà cĩ thể sử dụng các OXC hoạt động dưới sự điều khiển của bước sĩng điều khiển λs để thực hiện định tuyến các luồng. Các miền này chỉ biến đổi về miền điện khi đến được node đích.
Tại đích, các IP datagram được đưa đến các router tốc độ cao thực hiện định tuyến cho nĩ. Khi đĩ, tránh được việc xử lý ở miền điện tại các node trung gian. Tuy nhiên, cơng nghệ chưa thực sự tối ưu vì số lượng mạng đích nhiều trong khi số lượng bước sĩng vẫn cịn hạn chế. Vì vậy, các datagram chỉ hạn chếđược số lần xử lý trong miền điện tại các node trung gian chứ chưa phải là đã loại bỏ được một cách hồn tồn.
b, Định tuyến tại tầng quang
Thiết bị được sử dụng để định tuyến tại tầng quang là các thiết bị định tuyến bước sĩng, điển hình là OXC. OXC cấu hình động cĩ thể chuyển mạch trực tiếp đối với tín hiệu quang nhận được từ cổng đầu vào, xuyên qua kết cấu trường chuyển mạch
đến cổng ra tương ứng. Nĩi một cách rõ hơn, một OXC khơng thể định tuyến hoặc chuyển mạch các gĩi, nĩ chỉ được sử dụng để xử lý tại tầng quang – nơi mà đơn vị
truyền dẫn tính theo một sợi quang hay một tia sáng.
Một OXC gồm N cổng vào và M cổng ra, mỗi đầu vào chuyển mạch sợi hay tia sáng với một tốc độ bit riêng b. Vì thế, tồn bộ dung lượng định hướng của thiết bị là NxMxb. Trong OXC là một kết cấu chuyển mạch quang hay chuyển mạch điện.
Kết cấu chuyển mạch điện sẽ cĩ một bảng định tuyến trong các router và các chuyển mạch. Nĩ cho phép phát hiện và cơ lập lỗi bằng các thơng tin quản lý nằm trong tiêu đề của mỗi khung truyền tải. Hơn nữa, sự chuyển đổi quang/điện và ngược lại được thực hiện bởi các OXC cho phép giảm sự suy yếu của tín hiệu quang do suy hao và tán sắc (cả hai tác động này đều nhận được khi truyền ánh sáng qua một khoảng cách xa). Ngược lại, biến đổi O-E-O làm tăng chi phí và năng lượng của các thiết bị. Thêm vào đĩ, việc nâng cao tốc độ hoặc thay đổi khuơn dạng báo hiệu sẽđịi hỏi phải nâng cấp phần cứng.
Kết cấu chuyển mạch quang đơn thuần khơng thực hiện chuyển đổi O-E-O khi tín hiệu đi qua nĩ từ đầu vào đến đầu ra. Điều đĩ cĩ nghĩa là chi phí sẽ thấp hơn và giảm năng lượng tiêu thụ của thiết bị. Nĩ cịn đảm bảo tính trong suốt của tốc độ bit, nghĩa là kết cấu đĩ sẽ chuyển mạch dữ liệu độc lập với khuơn dạng khung tín hiệu hay tốc độ bit. Theo lý thuyết, một kết cấu chuyển mạch như vậy đầu tiên cĩ thể đáp ứng
được nhu cầu lưu lượng cho OC-48, sau đĩ là OC-192 và cuối cùng là OC-768. Nhược
điểm của chuyển mạch quang đơn thuần là khơng cĩ sự nhận biết về mặt điện, do đĩ việc cơ lập lỗi rất khĩ khăn. Kết cấu chuyển mạch quang đơn thuần và các sáng kiến
để khắc phục các nhược điểm của nĩ như biến đổi bước sĩng và cơ lập lỗi ở tầng quang vẫn trong giai đoạn phát triển. Trong trường hợp này, thơng tin điều khiển vẫn
được mang trên kênh bước sĩng điều khiển λs của mạng WDM thơng thường.
Các giao thức định tuyến động được sử dụng trong mỗi OXC và trên mạng cĩ phạm vi, cấu trúc thay đổi (như mạng IP) để phát hiện các mạng xung quanh nĩ, nhận biết kiến trúc mạng, tính tốn đường đi, cài đặt trạng thái định hướng. Khi đĩ, các IP router định hướng các gĩi tin trên cơ sở hop-by-hop. Một OXC cĩ thể là nơi xuất phát, trung gian hay kết thúc một kết nối quang. Mạng quang là mạng cĩ kết nối định hướng, và giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập, quản lý trạng thái định hướng kết nối tại mỗi OXC dọc theo đường kết nối quang.
Yêu cầu đối với các thiết bị này khi sử dụng để truyền dẫn cho giao thức IP là khả năng truyền dẫn đa hướng. Vì vậy, cần chú ý xây dựng các cấu trúc chuyển mạch cĩ khả năng này.
c, Vì sao chọn OXC làm nhân tố cơ bản?
Ở trên đã trình bày các mơ hình khác nhau để truyền dẫn IP trên quang như
IP/ATM/SDH, IP/SDH nhưng tuỳ từng mơ hình mà hiệu quả truyền dẫn chỉđạt được một mức độ nào đĩ. Trong khi đĩ, đối với OXC thì ngồi những thành cơng và sựứng
dụng rộng rãi nhờ vào tính sẵn cĩ của thiết bị, chi phí vận hành, bảo dưỡng và khả
năng hoạt động trên nền tảng của các IP router thế hệ tương lai với tốc độ Tbps, nĩ cịn hấp dẫn bởi khả năng cung cấp các chức năng hữu dụng khác như:
●Định hướng hiệu quả hơn đối với tồn bộ lưu lượng: Các IP router giáp ranh sẽ
tập trung tồn bộ và ghép kênh luồng lưu lượng IP vào một bước sĩng đơn. Từđĩ, cho phép chuyển mạch trong lõi mạng hiệu quả hơn thực hiện ở tầng IP điện. Nhờđĩ tăng khả năng mở rộng scalability và giảm chi phí.
● Cấu hình “lưới mạng quang”: Trên cơ sở các OXC, mạng quang cĩ thể xây dựng được cấu hình lưới. Mạng này cĩ ưu điểm là cần ít tài nguyên để bảo vệ và khơi phục tín hiệu hơn so với mạng cấu hình vịng SDH. Sở dĩ cĩ điều này vì tài nguyên mạng (ví dụ: các node, các liên kết) cĩ thểđược sử dụng nhiều lần cho các kết nối end- to-end. Cấu hình lưới cịn cho phép xây dựng các đường truyền cốđịnh giữa hai điểm bất kỳ trong mạng.
● Đường vịng quang: Lưu lượng chuyển tiếp đến các điểm node của nhà cung cấp POP cĩ thể được chuyển mạch quang chứ khơng thực hiện phân kênh thành các gĩi và xử lý ở tầng IP. Các thiết bịđịnh tuyến IP là thiết bị điện thường cĩ giá thành
đắt, nên nĩ thường được lắp đặt để phục vụ cho lưu lượng khách hàng xuất phát hay kết cuối tại POP chứ khơng phải là lưu lượng chỉ chuyển tiếp qua.
● Khả năng cấu hình lại của tầng quang: Bằng việc biết được sự phân bố của cấu hình mạng và các tín hiệu báo hiệu trong OXC, cĩ thểđịnh hình một cách hợp lý, hiệu quả cho tài nguyên mạng truyền tải quang (OTN) nhằm giám sát các dịch vụ và phản
ứng lại với các lỗi xảy ra. Vì OTN cĩ thể truyền nhiều gĩi tin IP hơn nên các giao thức và thiết bị TE thực tế cĩ thểđiều khiển định hình và giám sát các kết nối quang giữa các router.
Các bộ định tuyến IP kết nối song hướng với nhau bằng các kết nối quang được xem là cĩ thể thực hiện các chức năng như trên mặc dù thêm quá trình xử lý điện. Tuy nhiên, để truyền tải lưu lượng IP lớn dưới dạng quang qua mạng backbone của nhà cung cấp thì cần phải quan tâm đến việc điều khiển phần lớn lõi chuyển mạch nằm ở
tầng quang. IP router giáp ranh cĩ thể phải điều khiển một tập hợp phức tạp và đa chức năng.
d, Mơ hình kiến trúc mạng IP over WDM
Lớp WDM được thiết kế tương thích với các chuẩn cơng nghiệp. Đây là chìa khố để đảm bảo sự trong suốt về giao thức và khuơn dạng trong các mạng. Những yêu cầu này dẫn đến hai cách tiếp cận
●Mơ hình overlay
Mơ hình overlay cĩ các giao thức định tuyến riêng biệt, hệ thống địa chỉ và các kiến trúc mạng riêng giữa các mạng client (ví dụ là IP hay SDH) và mạng truyền tải quang OTN. Mơ hình overlay cĩ đặc điểm:
- Thiết bị router IP và OTN OXC thuộc hai miền quản trị riêng biệt.
- Router IP được nối với OXC gần nhất thơng qua giao diện UNI. Một UNI tương ứng với một bên của kết nối là một client (router IP) và bên cịn lại là mạng OXC.
-Router IP khơng nhận biết được cấu hình của mạng truyền tải. Chúng nằm liền kề với nhau trong mạng truyền tải, cung cấp các kết nối quang và trao đổi thơng tin với