4.4.1.1 Các mạng gói quang
1 Mạng tốc độ bít cao
Sự hội tụ của viễn thông và truyền thông máy tính đã đ−ợc biết tr−ớc một thời gian từ khi cả hai đều dựa vào kỹ thuật số. Trong gần nh−ng năm 1980, xuất hiện mối t−ơng quan rõ ràng giữa các mạng viễn thông truyền thống l−u l−ợng bị chi phối, hoàn thành việc tích hợp giữa việc nâng cấp h−ớng kết nối và cơ sở hạ tầng viễn thông chuyển mạch kênh để cho phép hỗ trợ l−u l−ợng dữ liệu. Tới thế kỷ mới môi tr−ờng mạng đã đ−ợc thay đổi hoàn toàn.
H−ớng hiện tại với l−u l−ợng dữ liệu truyền đi khắp nơi, trong l−u l−ợng
nhân do dịch vụ điện thoại, làm cho truyền thông dữ liệu chi phối loại l−u l−ợng.
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 b−ớc sóng bằng với tốc độ bít trên kênh).
T−ơng lai phát triển của các mạng truyền tải WDM kết nối chéo quang,
quản lý linh động đ−ờng toàn quang sẽ trả lại l−ợng d− tiềm năng các chức năng mạng mà đ−ợc 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 l−ợng 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 l−ợng dịch vụ với phổ của các kiểu l−u l−ợng. Vì vậy trong hai thập kỷ gần đây phạm vi của kiến trúc mạng số tích hợp dịch vụ băng thông rộng (BISDN) đ−ợc 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 t−ơng xứng giữa dung l−ợng truyền dẫn đ−ợc 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 ph−ơng 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 l−ợng định tuyến. Hai giải pháp đã đ−ợc đề xuất để giảm tắc nghẽn kiểu cổ chai này:
Song song hoá hai hoạt động chuyển tiếp đó là hoạt động một cách độc lập dựa
Tối −u hoá việc mã hoá bảng đinh tuyến và thuật toán quét, kết quả đạt đ−ợc cải thiện một cách ấn t−ợng. Xem xét một −ớc l−ợng 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 h−ởng từ nền công nghiệp siêu tính toán đã cung cấp ma trận chuyển mạch nhanh và lớn, mà có thể giảm đ−ợc 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 t−ợng 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 l−ợng. Có đ−ợc 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 l−ợng 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 đ−ợc thực hiện. Vấn đề tr−ớc, bao gồm cả chuyển mạch và truyền dẫn đ−ợc 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 tr−ớc khi truyền thông tin vào đ−ờng ống WDM quang. H−ớng 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. Nh− một giao diện có thể cho phép toàn bộ dải băng 2,5Gb/s của kết nối STM-16 để đ−ợc 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 đ−ợc bắt đầu xác định trong s−ờn của chuyển mạch nhãn đa giao thức(MPLS). Vì vậy, một giải pháp cung cấp khả năng mạng h−ớng kết nối, một cách linh động trong giới hạn quản lý băng thông và t−ơng lai quan tâm đến việc ngăn đ−ợc sự lớn lên của băng thông đã phát sinh. Tìm kiếm theo KEOPS cũng cung cấp các ph−ơng 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 đ−ợc sử dụng khi cả hai mào đầu và tải trọng kèm theo đ−ợc mã hoá trên sóng mang có b−ớc sóng giống nhau. Thông tin định tuyến đ−ợc phân phát từ mào đầu gói theo chuyển đổi quang điện; mào đầu đ−ợc 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 đ−ợc cân xứng với tốc độ bít định nghĩa ng−ời sử dụng mà có thể thay đổi từ vài trăm Mb/s tới 10Gb/s.
3 T−ơng tác giữa mạng điện và mạng truyền tải WDM
Xét l−u l−ợng chủ yếu là l−u l−ợng IP, OTP_N có thể chuyển mạch và vận chuyển luồng l−u l−ợng 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).
ROUTER OTP_IWU LAN Host LAN ROUTER OTP_IWU Mạng truyền tải WDM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.5: Kết nối mạng IP thông qua OTP-N Host
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 t−ơng 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 th−ớc lớn hơn sẽ đ−ợc phân mảnh bởi bộ định tuyến theo giao thức IP (đ−ợc chỉ ra trong tiêu đề gói tin). Các gói IP ngắn hơn cùng địa chỉ mạng con, có thể đ−ợc ghép với nhau trên cùng OTP do đó tận dụng đ−ợc kích cỡ tải trọng cho phép mà không cần xử lý tiêu đề IP.
Lớp con mạng (NSL Network Sublayer): Nằm d−ới tầng DCLS, có chức năng
tạo nhãn hay địa chỉ định tuyến đ−ợc chèn trong tiêu đề OTP. Chỉ duy nhất một nhãn/địa chỉ cho mỗi DCSL. Do đó, bộ định tuyến th−ờng 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 b−ớc 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
quang lí t−ởng 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 l−u thoát l−u l−ợng.
Lớp con hội tụ b−ớc sóng (WCSL Wavelength Convergence Sublayer): mã hoá b−ớc
sóng truyền dẫn thích hợp với sợi quang bằng nguồn phát hay nguồn b−ớc sóng. 4 Quản lý b−ớc sóng
Nguồn b−ớc sóng đ−ợc khai thác ở trong từng node mạng và từng liên kết. Trong cơ cấu chuyển mạch, b−ớc sóng đ−ợc sử dụng để định tuyến và một số giải pháp khác. Sử dụng b−ớc sóng trong chuyển mạch cần rất chặt chẽ, và đ−ợc giả thiết rằng mỗi đầu ra của chuyển mạch đều t−ơng thích với yêu cầu truyền dẫn của các liên kết (hoặc do giao diện chuyển đổi b−ớc sóng đảm bảo). Trong chuyển mạch gói quang, KEOPS lựa chọn sử dụng b−ớc sóng nh− sau:
Các b−ớc sóng của một sợi quang là tài nguyên chia sẻ hay tài nguyên dùng
chung. L−u l−ợng tải đ−ợc trải phổ trên một tập các b−ớc sóng và các gói cùng một liên kết có thể truyền trên những b−ớc sóng khác nhau trên cùng một b−ớc nhảy. Các tuyến trong mạng đ−ợc tổ chức trong những sợi cáp và b−ớc sóng, đ−ợc gọi là gói b−ớc sóng (WP - Wavelength Packet).
Nếu các gói đ−ợc ghép thoả mãn trên tập b−ớc 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 b−ớc sóng ở bộ định tuyến biên cũng sẽ có nhiều khó khăn. Nó liên quan tới thứ tự gói và chuyển mạch biên, t−ơng tự nh− có nhiều cổng, nhiều kênh b−ớc sóng sử dụng để chuyển đ−a 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 d−ới khi khả năng vận chuyển của tầng này dựa trên các kênh b−ớc sóng độc lập. Trong tr−ờng hợp liên kết nối trên nhiều b−ớc 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 l−u thoát l−u l−ợng đầu cuối tới đầu cuối cũng thấp. Do vậy mạng truyền dẫn WDM cần đ−a ra một độ trễ cần thiết để quản lý b−ớc sóng, ngay khi mạng khách hàng yêu cầu băng thông v−ợt quá một kênh b−ớc sóng.
4.4.1.2 Node chuyển mạch gói quang
Node chuyển mạch quang có vai trò quan trọng nhất trong mạng, ví dụ để chuyển thông tin tới đích chính xác cần kết hợp nhiều chức năng trong cả miền điện và miền quang. Cấu trúc mỗi node mạng nói chung cần những khối cơ bản sau:
Kiến trúc chuyển mạch.
Giao diện đầu ra kết hợp với chức năng tái tạo và sửa đổi tiêu đề.
Hiện nay, việc đáp ứng độ lớn bộ đệm là một vấn đề khó chủ yếu trong chuyển mạch gói quang, vì vậy, những kiến trúc chuyển mạch hiệu năng cao đều dựa trên khả năng tối thiểu độ phức tạp của chức năng đệm quang.
Kiến trúc tổng quan của node nh− hình 4.7:
Trong mạng WDM, bắt đầu và kết thúc node là các bộ tách/ghép thụ động. Quá trình xử lý chuyển mạch đ−ợc tiến hành ở mức gói, trên mỗi b−ớc sóng và mỗi khe thời gian. Số l−ợng cổng cũng nh− số l−ợng sợi cáp liên kết tỉ lệ với số l−ợng b−ớc sóng đ−ợc ghép cũng nh− độ lớn tr−ờng chuyển mạch.
Giống nh− giao diện, giao điện quang có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy trao đổi thông tin. Giao diện đầu vào cần đồng chỉnh luồng tế bào đến theo đúng nhịp đồng hồ chủ chuyển mạch, để tạo ra sự đồng bộ các luồng gói, đồng thời giúp cho việc khôi phục lại tiêu đề chính xác. Chức năng phác họa gói tin là một chìa khoá công nghệ để đọc tiêu đề gói tin, đồng bộ gói tin và có thể viết lại tiêu đề gói tin. Phác hoạ tiêu đề không chỉ để tách tiêu đề mà còn để khôi phục tải tin. Phác họa tiêu đề gói tin có thể thực hiện bằng cách xác định mẫu, ví dụ nh− so sánh dữ liệu đầu vào với từ khoá cố định (KW Key word) trong tiêu đề gói tin. Ngoài ra, để giảm xác suất đồng bộ sai, có thể sử dụng hai từ khoá khác nhau là KW1 và KW2, nếu ta tách đ−ợc chuỗi theo thứ tự "KW1_KW2_KW1…" thì khi đó ta có thể xác định chính xác vị trí
Kiến trúc chuyển mạch Giao diện đầu ra Giao diện đầu vào
Đồng bộ thô. Phác họa tiêu đề Vị trí dữ liệu Khôi phục tiêu đề O E Điều khiển chuyển mạch Đồng hồ chủ Cục bộ/ từ xa Khôi phục tín hiệu Phác họa tải tin Cập nhật tiêu đề O E (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
gói tin. Ng−ời ta th−ờng chọn KW1 và KW2 là phần bù nhị phân của nhau để đơn giản trong xử lí. Đồng bộ thô không đồng chỉnh vị trí gói tin một cách chính xác song độ lệch thời gian nhỏ hơn khe giữa các gói tin rất nhiều, do đó khắc phục đ−ợc jitter thời gian giữa các gói trên các tuyến truyền quang khác nhau.
Giao diện đầu ra cần đảm bảo chỉ tiêu truyền dẫn vật lý nh− mức nguồn, định rõ b−ớc sóng, đ−ờng bao tín hiệu và chèn lại tiêu đề đã cập nhật.
Trong bất cứ kết nối đầu cuối tới đầu cuối, các tải tin không bị chuyển đổi trở lại miền điện, và cần phải sử dụng đồng bộ quang để đồng chỉnh thời gian tải tin, từ đó duy trì tính trong suốt. Hiện t−ợng trôi pha jitter cũng cần đ−ợc tính toán trong tr−ờng chuyển mạch để xác định chính xác phần dữ liệu và tr−ờng con trỏ trong mỗi tiêu đề cần chỉ ra vị trí phần dữ liệu so với tiêu đề. Các tiêu đề gói tin cũng cần đ−ợc đồng bộ với điểm bắt đầu khe thời gian để đảm bảo thứ tự trên các b−ớc sóng.
4.4.2 Mạng kết nối quang với bộ định tuyến IP terabit
Sự tăng lên một cách khủng khiếp của tốc độ dữ liệu truyền tải trên sợi quang đã