Trong vài thập kỷ gần đõy, Ethernet là cụng nghệ chủ yếu trong cỏc mạng nội bộ LAN, là cụng nghệ chủ đạo trong hầu hết cỏc văn phũng trờn toàn thế giới và hiện nay đó được dựng ngay cả trong cỏc hộ gia đỡnh để chia sẽ cỏc đường dõy truy nhập băng rộng giữa cỏc thiết bị với nhau. Đặc biệt tất cả cỏc mỏy tớnh cỏ nhõn đều được kết nối bằng Ehernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dựng đến cụng nghệ này.Cú nhiều lý do để giải thớch tại sao Ethernet đó cú sự thành cụng như vậy trong cả cỏc doanh nghiệp lẫn cỏc hộ gia đỡnh: dễ sử dụng, tốc độ cao và giỏ thiết bị rẻ. [1]
Cựng với sự phỏt triển của cụng nghệ thụng tin, tốc độ Ethernet đó được cải thiện từ Mbps lờn Gbps và 40Gbps. Song song với nú là sự bựng nổ của Internet yờu cầu băng thụng truyền tải lưu lượng rất lớn, phương tiện truyền trong mạng Ethernet cũng chuyển dần từ cỏp đồng sang cỏp quang, và cấu hỡnh cũng đó phỏt triển từ cấu trỳc bus dựng chung lờn cấu trỳc mạng chuyển mạch. Đõy là những nhõn tố quan trọng để xõy dựng cỏc mạng cú dung lượng cao, chất lượng cao, và hiệu xuất cao, đỏp ứng được những đũi hỏi ngày càng khắt khe của yờu cầu về chất lượng dịch vụ (Qos) trong mụi trường mạng mạng đụ thị (MAN-E) hay WAN đảm bảo kết nối với khỏch hàng mọi lỳc, mọi nơi mọi giao diện.
Mở rộng từ mạng LAN ra mạng MAN-E tạo ra cỏc cơ hội mới cho cỏc nhà khai thỏc mạng. Khi đầu tư vào mạng MAN-E, cỏc nhà khai thỏc cú khả năng để cung cấp cỏc giải phỏp truy nhập tốc độ cao với chi phớ tương đối thấp cho cỏc điểm cung cấp dịch vụ POP (Points Of Presence) của họ, do đú loại bỏ được cỏc điểm nỳt cổ chai tồn tại giữa cỏc mạng LAN tại cỏc cơ quan với mạng đường trục tốc độ cao.
Doanh thu giảm do cung cấp băng thụng với giỏ thấp hơn cho khỏch hàng cú thể bự lại bằng cỏch cung cấp thờm cỏc dịch vụ mới. Do vậy MAN-E sẽ tạo ra phương thức
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ để chuyển từ cung cấp cỏc đường truyền cú giỏ cao đến việc cung cấp cỏc dịch vụ giỏ trị gia tăng qua băng thụng tương đối thấp.
Xu hướng phỏt triển cụng nghệ mạng MAN-E:
Hiện tại, cỏc cụng nghệ tiềm năng được nhận định là ứng cử để xõy dựng mạng MAN-E thế hệ mới chủ yếu tập trung vào 5 loại cụng nghệ chớnh, đú là:
Next Generation SDH/SONET: SDH/SONET thế hệ mới.
WDM (Wavelength Division Multiplexing): Ghộp kờnh theo bước song
RPR ( Resilient Packet Ring): vũng Ring gúi tự phục hồi.
Ethernet/Giagabit Ethernet (GE)
Chuyển mạch kết nối MPLS
Cỏc cụng nghệ núi trờn này được xõy dựng khỏc nhau cả phạm vi và cỏc phương thức mà chỳng sẽ được sử dụng. Trong một số trường hợp, cỏc nhà cung cấp cơ sở hạ tầng lại triển khai cựng một cụng nghệ cho cỏc ứng dụng khỏc nhau. Vớ dụ, Gbps cú thể được sử dụng để cung cấp năng lực truyền tải cơ sở hoặc để cung cấp cỏc dịch vụ gúi Ethernet trực tiếp đến khỏch hàng.
Cỏc nhà khai thỏc mạng cú xu hướng kết hợp một số loại cụng nghệ trờn cựng một mạng của họ, vỡ tất cả cỏc cụng nghệ sẽ đúng gúp vào việc đạt được những mục đớch chung là:
Giảm chi phớ đầu tư xõy dựng mạng
Rỳt ngắn thời gian đỏp ứng dịch vụ cho khỏch hàng
Dự phũng dung lượng đối với sự gia tăng lưu lượng dạng gúi
Tăng lợi nhuận từ việc triển khai cỏc dịch vụ mới
Nõng cao hiệu suất khai thỏc mạng
Trong khuõn khổ luận văn này xin trỡnh bày về mạng MAN trờn cụng nghệ Ethernet/Giagabit Ethernet (GE)
2.1.2 Cỏc tớnh năng của MAN-E
Khỏch hàng được kết nối đến MAN-E sử dụng cỏc giao diện thớch hợp với Ethernet thay vỡ phải qua nhiều giai đoạn biến đổi từ lưu lượng ATM, SONET/SDH và
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ ngược lại. Bằng cỏch này khụng chỉ loại bỏ được sự phức tạp mà cũn làm cho quỏ trỡnh cung cấp đơn giản đi rất nhiều. Mụ hỡnh Metro hỡnh thành từ qỳa trỡnh cung cấp cỏc ống băng thụng (tunel giữa cỏc node và khỏch hàng đầu cuối để cung cấp cỏc mạng LAN ảo (VLAN) và cỏc mạng riờng ảo (VPN) dựa trờn mức thoả thuận dịch vụ SLA).
Trong trường hợp này, cỏc vấn đề đó được đơn giản hoỏ đi rất nhiều cho cả khỏch hàng lẫn nhà khai thỏc. Khỏch hàng khụng cần phải chia cắt lưu lượng và định tuyến chỳng đến cỏc đường phự hợp để đến đỳng cỏc node đớch nữa. Thay vỡ tạo ra rất nhiều chựm đường truyền giữa cỏc node, ở đõy chỉ cần tạo ra băng thụng dựa theo SLA mà bao hàm được nhu cầu của khỏch hàng tại mỗi node.
Núi cỏch khỏc, cung cấp cỏc kết nối khụng cũn là vấn đề thiết yếu đối với nhà cung cấp mạng nữa do đú họ cú điều kiện để tập trung vào việc tạo ra cỏc dịch vụ giỏ trị gia tăng. Bằng việc mở rộng mạng LAN vào mạng MAN-E sử dụng kết nối cú băng thụng lớn hơn, sẽ khụng cũn sự khỏc biệt giữa cỏc server của mạng với cỏc router được đặt tại thiết bị của khỏch hàng và tại cỏc điểm POP của nhà cung cấp mạng nữa
MAN-E cú chức năng thu gom lưu lượng và đỏp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng cho cỏc thiết bị truy nhập (IPDSLAM, MSAN). Cú khả năng cung cấp cỏc kết nối Ethernet (FE/GE) tới khỏch hàng để truyền tải lưu lượng trong nội tỉnh, đồng thời kết nối lờn mạng đường trục IP/MPLS NGN để chuyển lưu lượng đi liờn tỉnh, quốc tế. Trong mạng MAN-E người ta sử dụng cỏc thiết bị CES (Carrier Ethernet Switch) tại cỏc nơi cú lưu lượng cao tạo thành mạng chuyển tải Ethernet/IP. Kết nối giữa cỏc thiết bị CES dạng hỡnh sao, ring hoặc đấu nối tiếp, sử dụng cỏc loại cổng kết nối: n x 1Gbps hoặc n x 10Gbps.
2.1.3 Cấu trỳc mạng MAN-E
Kiến trỳc mạng Metro dựa trờn cụng nghệ Ethernet điển hỡnh cú thể mụ tả như hỡnh 2.1. Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ cỏc khu vực (cơ quan, toà nhà, ...) trong khu vực của mạng Metro. Mụ hỡnh điển hỡnh thường được xõy dựng xung quanh cỏc vũng Ring quang với mỗi vũng Ring truy nhập Metro gồm từ 5 đến 10 node. Những vũng Ring này MAN-E lưu lượng từ cỏc khỏch hàng khỏc nhau đến cỏc điểm POP mà cỏc
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lừi Metro. Một mạng lừi Metro điển hỡnh sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp.[1]
Hỡnh 2.1: Cấu trỳc mạng MAN-E điển hỡnh
Một khớa cạnh quan trọng của những mạng lừi Metro này là cỏc trung tõm dữ liệu, thường được đặt node quan trọng của mạng lừi Metro cú thể truy nhập dễ dàng. Những trung tõm dữ liệu này phục vụ chủ yếu cho nội dung cỏc host gần người sử dụng. Đõy cũng chớnh là nơi mà cỏc dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ khỏc (Outsourced services) được cung cấp cho cỏc khỏch hàng của mạng MAN-E. Quỏ trỡnh truy nhập đến đường trục Internet được cung cấp tại một hoặc một số điểm POP cấu thành nờn mạng lừi Metro. Việc sắp xếp này cú nhiều ưu điểm phụ liờn quan đến quỏ trỡnh thương mại điện tử. Hiện tại cơ sở hạ tầng cho mục đớch phối hợp thương mại điện tử cũng gần giống như lừi của mạng Internet, cú nhiều phiờn giao dịch hơn được xử lý và sau đú giảm dần, đõy là hai ưu điểm nổi trội khi tổ chức một giao dịch thành cụng dựa trờn sự thực hiện của Internet.
2.1.4 Mụ hỡnh phõn lớp mạng MAN-E
Mụ hỡnh phõn lớp mạng MAN-E được định nghĩa theo MEF 4 được chia làm 3 lớp bao gồm:
Lớp truyền tải dịch vụ (TRAN layer): bao gồm một hoặc nhiều dịch vụ truyền tải.
Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer): hỗ trợ cỏc dịch vụ thụng tin dữ liệu Ethernet lớp 2 (trong mo hỡnh OSI).
Lớp dịch vụ ứng dụng: hỗ trợ cỏc ứng dụng được truyền tải dựa trờn dịch vụ Ethernet lớp 2.
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Mụ hỡnh phõn lớp mạng MAN-E dựa trờn quan hệ Client/Server. Hơn nữa, mỗi lớp cú thể bao gồm cỏc thành phần thuộc mặt phẳng quản lý, giỏm sỏt dịch vụ. Mụ hỡnh phõn lớp mạng MAN-E được mụ tả tại hỡnh 2.2 [6]
Hỡnh 2.2: Mụ hỡnh mạng MAN-E theo cỏc lớp
Lớp truyền tải dịch vụ (Transport Services Layer)
Lớp truyền tải dịch vụ, cung cấp cỏc kết nối giữa cỏc phần tử của lớp dịch vụ Ethernet. Sử dụng nhiều cụng nghệ khỏc nhau để thực hiện việc hỗ trợ kết nối: IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, OTN ODUK, PDH DS1/E1, MPLS LSP… Cỏc cụng nghệ truyền tải trờn, đến lượt mỡnh lại cú thể do nhiều cụng nghệ khỏc hỗ trợ, cứ tiếp tục như vậy cho đến lớp vật lý như cỏp quang, cỏp đồng, khụng dõy.
Lớp dịch vụ Ethernet (Ethernet Services Layer)
Lớp dịch vụ Ethernet cú chức năng truyền tải cỏc dịch vụ hướng kết nối chuyển mạch dựa trờn địa chỉ MAC và cỏc bản tin Ethernet sẽ được truyền trờn hệ thống thụng qua cỏc giao diện hướng nội bộ, hướng bờn ngoài được quy định rừ ràng, gắn với cỏc điểm tham chiếu.
Lớp ETH cũng phải cung cấp được cỏc khả năng về OAM, khả năng phỏt triển dịch vụ trong việc quản lý cỏc dịch vụ Ethernet hướng kết nối. Tại cỏc
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ giao diện hướng bờn ngoài của lớp ETH, cỏc bản tin bao gồm: Ethernet unicast, multicast hoặc broadcast, tuõn theo chuẩn IEEE 802.3 – 2002.
Lớp dịch vụ ứng dụng (Application Services Layer)
Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ cỏc dịch vụ sử dụng truyền tải trờn nền mạng Ethernet của mạng MAN-E. Cú nhiều dịch vụ trong đú bao gồm cả cỏc việc sử dụng lớp ETH như một lớp TRAN cho cỏc lớp khỏc như: IP, MPLS, PDH DS1/E1 …
2.1.5 Cỏc điểm tham chiếu trong mạng MAN-E
Điểm tham chiếu trong mạng MAN-E là tập cỏc điểm tham chiếu lớp mạng được sử dụng để phõn cỏc vựng liờn kết đi qua cỏc giao diện. hỡnh vẽ 2.3 chỉ ra cỏc quan hệ giữa cỏc thành phần kiến trỳc bờn ngoài và mạng MAN-E. Cỏc thành phần bờn ngoài bao gồm:
Từ cỏc thuờ bao đến cỏc dịch vụ MAN-E
Từ cỏc mạng MAN-E khỏc
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Hỡnh 2.3: Mụ hỡnh cỏc điểm tham chiếu
Cỏc thuờ bao kết nối đến mạng MAN-E thụng qua điểm tham chiếu giao diện Người dựng – Mạng (UNI: Uset – Network interface). Cỏc thành phần trong cựng mạng (NE: Internal Network Elements) hoặc I-INNIs ( Internal – NNIs). Hai mạng MAN-E độc lập cú thể kết nối với nhau tại điểm tham chiếu External NNI (E-NNI). Một mạng MAN- E cú thể kết nối với cỏc mạng dịch vụ và truyển tải khỏc tại điểm tham chiếu liờn mạng Network Interworkinh NNI (NI-NNI) hoặc điểm tham chiếu liờn dịch vụ Service Interworking NNI (SI-NNI).
Service Interworking NNI Network Interworking NNI Network Interworking NNI Subscriber UNI Other L1 Transport Networks
(e.g., SONET, SDH, OTN)
MAN-E
Service Provider Z1
Other L2/L2+ Services Networks
(e.g., ATM, FR, IP)
External NNI
Ethernet Wide Area Network
(E-WAN) Service Provider Y MAN-E Service Provider Z2 MAN-E Service Provider X
Metro Area Network ETHERNET (MAN-E) Service Provider X External NNI Subscriber Subscriber UNI UNI
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ
Hỡnh 2.4: Giao diện UNI và mụ hỡnh tham chiếu MAN-E
Giao diện UNI sử dụng để kết nối cỏc thuờ bao đến nhà cung cấp dịch vụ MAN-E. UNI cũng cung cấp điểm tham chiếu giữa cỏc thiết bị mạng MAN-E thuộc nhà cung cấp dịch vụ và cỏc thiết bị truy nhập của khỏch hàng. Vỡ vậy UNI bắt đầu từ điểm cuối của nhà cung cấp dịch vụ và điểm đầu của khỏch hàng, Giao diện UNI phớa nhà cung cấp dịch vụ là điểm tham chiếu UNI-N. Giao diện phớ khỏch hàng là điểm tham chiếu UNI-C. Phõn biệt giữa UNI-N và UNI-C là điểm tham chiếu T. Trong phần cỏc thiết bị khỏch hàng thường được chia thành thiết bị truy nhập và thiết bị người sử dụng đầu cuối. giữa hai thiết bị này cú điểm tham chiếu S.[6]
2.1.6 Cỏc thành phần vật lý trong mạng MAN-E
Cỏc thiết bị vật lý trong mạng là cỏc thành phần mạng (NE: Network Element) trong mạng MAN-E. Một thiết bị cú thể cú nhiều chức năng khỏc nhau và thuộc nhiều lớp khỏc nhau trong mụ hỡnh mạng MAN-E.
Cỏc thiết bị biờn khỏch hàng (CE: customes Edge)
Thiết bị CE là thành phần vật lý thuộc kiến trỳc mạng MAN-E thực hiện cỏc thành phần chức năng thuộc mạng khỏch hàng để yờu cầu cỏc dịch vụ từ nhà cung cấp mạng MAN-E. Cỏc thành phần chức năng riờng lẻ của một CE cú thể hoàn toàn thuộc phớa khỏch hàng hoặc hoàn toàn thuộc phớa nhà cung cấp dịch vụ. Một thiết bị CE tối thiểu phải đỏp ứng được khả năng làm việc với giao diện UNI-C. Thiết bị CE cú thể là Swtich(Ethernet, Router(IP/MPLS) hoặc một
UNI Client
End-to-End Ethernet flow Ethernet Virtual Connection
T T Metro Ethernet Network (MEN) UNI Client
Subscriber Site A Subscriber Site B
UNI UNI
UNI Network
UNI Network
Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ thiết bị đầu cuối. thụng thường cỏc thành phần chức năng của CE cú thể thuộc lớp ETH layer, TRAN layer hoặc APP layer.
Thiết bị biờn nhà cung cấp dịch vụ (PE: Provider Edge)
Thiết bị PE là cỏc router cú chức năng cung cấp chức năng kết nối đến